[摘要]结合高速公路路基设计,介绍了土工格栅的基本性能以及路基土工格栅垫层的设计施工方案及要点和使用效果。
[关键词]土工格栅软土地基施工
一、工程概况
三凯高速公路全长88.22公里,双向四车道,设计行车速度为80公里/小时。由于沿线地理环境及选线条件的限制,路线途经多处不良地质路段。本文所涉及的软土地基路段位于k102+700～k104+300地段,其路基横断面为半填半挖路基,填土高度为20米左右。
二、沿线工程地质环境
该段软土路基位于麻栗小河一级冲沟中,冲沟流向与路线走向相反,呈u字形,底宽40-180m,较平坦,两岸谷地呈30-40倾斜。冲沟上覆回填土、冲洪积及残积土。填土由板岩碎块石、杂色粘土混杂堆积,结构松散,层厚0.5-0.7m。冲积层软土。残坡积层由软至可塑状粘土、砂土组成,含板岩碎石,呈稍密至中密状。分布连续,强度低,层厚2.08-8.68m,为下层软土。下伏强风化粉砂质板岩,受区域地质构造的影响岩层节理发育,岩体破碎。根据地勘测报告k103+035-k103+460段软土厚度为2.40-11.90米,其状态为软塑状。物理力学指标:天然含水量≥35%,亦大于液限;天然孔隙比为0.952-1.272,压缩系数a1~2=0.51-0.66mpa-1,属于高压缩性软塑土层。残坡积软土层[σ。]=103kpa,冲洪积软土层[σ。]=68 kpa。特别是在路线k103+700-k103+915及k103+035-k103+460段,为保证施工及运营阶段的安全性稳定性,并减小砼沉降,必须采取措施对路基底进行处理。Www.11665.COM
三、路基中的土工格栅垫层
(1)方案的确定。该段经设计单位、业主、监理三方共同研究决定采用换填,土工格栅垫层等措施进行软基处理,并同时布设纵、横向排水渗沟。(2)土工格栅垫屋综合处理地基的原理。土工格栅层处理地基(软土地基)的机理表现在下面几个方面:①土工格栅有一定的刚度,从而使上面的负荷得到扩散,提高了地基的承载能力。②由于土工格栅的抗拉强度大,它的存在可增加路堤的稳定性。③土工格栅与砂垫层或填土层(0.5m厚)共同作为一层,这一层具有同路基及地基或软土地基不同的刚度,它既是路堤的柔性筏基,又是地基及软土的排水通道。所以在地基变形显得均匀,差异沉降较小。④由于格栅网眼的存在制约了颗粒材料的横向移动,形成了良好的嵌锁作用。通过这种机械咬合作用使土体具有较好的整体抗剪能力。(3)材料的性能及要求。砂垫层要求用洁净的中粗砂,含泥量应小于5%,以利形成排水通道。土工格栅是一种新型的聚合物材料,经双向定向拉伸后,它的纵、横向抗拉强度均匀,且具有良好延性、高抗疲劳性和耐腐蚀性。其重量较轻,方便施工。本次地基处理所用的土工格栅是qlgsg50-50型,延伸率为5%,其纵、横向抗拉强度均为50kn/m双向土工格栅,网孔尺寸为15mm×15mm,幅宽为4m,幅长为50m。(4)土工格栅垫层处理地基的施工程序及要点。①先平整场地,清表土并排干地表水。②在地基上铺一层10cm的砂垫层,然后铺上一层ss-20型土工格栅(采用横铺),土工格栅沿横断面铺设,格栅的强度高的方向(纵向)应垂直于路基的中线,应尽量避免沿这个方向的接缝,各层土工格栅的两端需进行回包,回包长度分别不小于1.5m、2m,平台错台处的回包长度增长至3.5m。回包段应折覆盖在压实的填料面上,平整顺适,外侧用土覆盖,格栅的铺设应平顺,保持一定的松紧度,表面严禁有碎、块石等坚硬凸出物,局部起伏差不得大于5cm,格栅的纵向搭接重叠宽度不小于30 cm,搭接缝采用塑料带绑扎,间距为50cm,对铺设好的格栅每隔1.5m用勾头钉固定于地面,以保证格栅以下承面密贴,铺设好的格栅应及时回填,防止日晒老化,筋材暴露时间不宜超过24 h,上下层土工格栅的搭接缝错开设置,错开长度不应小于50cm,并用下层土工格栅回包,与上层格栅形成一整体,两层格栅间的填土厚度为50cm。③路基土应分层填筑并满足相应规范要求,另外应避免运料车在已摊铺好并张紧定位的格栅上直接碾压。④施工中应控制路堤的填土速率并加强沉降和侧向位移的观测,防止路堤失稳。
四、土工格栅的使用效果
1.增加了路堤的稳定性,有效防止滑移、塌方、沉陷等现象的发生。另一方面,使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。也就是说,当软土地基在上覆荷载作用下可能产生剪砌破坏时,土工格栅将阻止破坏面的出现,从而提高地基的承载力。当土工格栅受到集中应力作用时,高弹性模量的土工格栅受力后将产生垂直分力,分散和抵消部分荷载,有效提高地基承载力,这一效果能有效提高路基加载速率,缩短工期。
2.有效提高地基承载力,由于重型机械在软基路段容易沉陷,路基填土压实难于开展,但砂垫层结合土工格栅处理后,压路机等机械便可在其上开展作业。通常在未经处理的软土路基上填筑路堤,在一定的填筑高度内,都会出现不同程度的“弹簧”状态,填土难于压实,平整度差。经铺设土工格栅后,由于其约束作用,填料易于压实,表面平整。
3.土工格栅在提高地基承载力和增加地基稳定的同时,对不均匀的沉降有调节作用,能较快的减少路基的沉降差异。土工格栅和砂砾层共同构成比软土刚度大得多的复合垫层,对上部施加的荷载起到重新分布的作用,其渗透排水作用又使地基受力趋于均衡,使软基加快排水固结,促成路堤均匀沉降,使路堤平顺。
4.在一边软一边硬的地基上填筑路堤,使用土工格栅能更有效地保证路堤填筑时的安全,并能加快此类路堤的沉降均衡稳定。在此种地基上填上,由于沉降的差异,会造成路基断裂,甚至失稳。由于土工格栅具有均布力特性,可使整个断面平衡。
五、几点体会
(1)原设计对h>20m的软基采用清淤换填并加土工格栅加筋,我认为是可行的。(2)路堤填土的厚度及密实度要求,在土工格栅上的第一层甚至两层适当放松。实际施工中经过各方面技术研究,密实度要求达到85%,可略低于90%。该部分可作为沉降后低于地面线的原状土处理。(3)路堤横断面方向的弧形沉降对土工格栅的抗拉强度有较高要求,特别是沉降差异较大时,对土工格栅的横向搭接长度及搭接方式应给予关注,土工格栅的纵向搭接也有类似问题。
参考文献:
[1]公路软土路堤设计与施工技术规范(jtj017-01).人民交通出版社,2001.
[2]黎军,林延鹏.土工格栅在公路边坡及路基中的应用.公路,2000,(9).
[3]公路土工合成材料应用技术规范(jtj/t019-98).人民交通出版社,1998.
