试论土工织物加筋体在提高路堤稳定性方面的应用

2012-07-31张艳

中国新技术新产品 2012年9期

张艳

（柳州市市政工程集团有限公司，广西柳州 545005）

所谓路堤，是指用填料在地表面以上填筑起来的带状路基，也是路面的支撑结构物，对路面的使用性能影响极大。现结合土工织物的筋材性状，就土工加筋技术在路堤中的应用进行探讨，以供参考。

1 加筋法用于路堤的现实意义

土工加筋技术是一种在土工构筑物中或原位土体中埋设抗拉性能较好的材料而使整个土工系统的强度和稳定性等力学性能得到明显改善的土体加固方法。路堤作为公路工程的重要组成部分，其必须满足两个要求，即整体稳定性及变形小。首先，在地表上开挖或填筑路堤势必使得原地层的受力状态发生改变，原先稳定的地层可能因开挖或填筑而引发不平衡，造成路基失稳，如在岩质或土质山坡开挖深路堑，在软土地基或低洼山谷土层上填筑高路堤等，都可能因填土的附加应力超出软土地基的承载能力，或上侧土体失去支撑而出现坡体坍塌或路堤沉落，造成路基失稳。其次，路基及路基下的地基，在自重及车辆荷载作用下会产生变形。地基软弱、填土松或过分潮湿所产生的沉陷或同结变形和不均匀变形，会导致路面出现过量的变形及应力增大，促使路面过早损坏。但在高填方路堤施工时，因工序繁杂，所需填筑层数多，很难将累计变形控制在规范内，而在半填半挖路基施工时，所填部分土体所受支撑薄弱，填挖结合部位压路机难以压到，难以在填挖结合处形成同一稳定整体，一旦下雨雨水下渗，下部土体遇水下沉，往往造成土体结构破坏，引发滑坡坍塌乃至破坏整个路基。因此，采用常规施工法难以保证高填方及半填半挖路基的要求，而利用土工织物加筋技术则能较好地解决这一问题，土工织物加筋技术主要是通过在人工填土的路堤内铺设筋状材料 (即土工织物)作为加筋，使这种人工复合土体可承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯等作用，从而减小地基土的不均匀沉降，提高土坡的稳定性。

2 土工织物的作用机理

2.1 土工织物加筋路堤的受力过程

当堤身填土逐步上升时，此填土荷载(中间大两侧逐渐减小为O)在地基内会产生垂直和侧向应力，因此在堤底地基的表层及一定深度内均要发生不同程度、中心大两侧小的平锅底状弯曲沉降及侧向位移。与此同时，铺在地基表面上的土工织物也随堤身填土一起下沉。土工织物弯曲伸长变形将会引起其上、下界面的土产生阻止它的抗摩剪力，并形成对织物的某种锚固作用，该作用对土工织物产生拉应力及拉应变极为有利。拉应变的分布是因堤中心向两侧递减分布的，显然界面上的抗摩剪力大小的分布也会和它相似，只有当锚固段土工织物被拉出破坏时，其抗摩剪力才趋于均匀。而在锚固段上，土与土工织物界面处也会有一定的相对应变而不会是绝对固定的，上述土工织物的受力过程是随填土荷载不断增加而连续变化又协调进行的。

表1 土工试验综合成果

2.2 土工织物加筋路堤的补强机理与作用

随着堤身填土上升，界面能提供的抗摩剪力加大，其所发挥的补强作用所需的锚固作用也相应增大，此时为保证在界面上的抗摩剪力继续增加而不剪坏，以不断满足锚固作用增长的需要，界面上土与土工织物的应变必须协调相容，可见，土工织物发挥补强作用的出发点及归宿是界面上土与土工织物的应变协调相容，这也是其补强软基作用的基本机理。土工织物比地基土层的抗拉强度及变形模量相对大许多，又有界面上相应的抗摩剪力的锚固作用，就会在堤底形成平底锅状布兜后，对其上堤身填土下沉不断起上托作用，同时还会对其下地基土侧向挤出起阻碍作用。因土工织物铺满堤底地基表面，就能借助于界面上的抗摩剪力来传递拉力，对堤身填土下沉就会起均衡作用。上述的上托、阻碍及均衡作用会随填土高度的上升及锚固的加强而增大，地基从表到内的垂直沉降及侧向位移也会相应减小。

3 土工织物加筋体在实际工程中的应用

3.1 工程概况

某标段公路工程全长12.367km，沿线地质状况复杂多变，地质条件较差，如，K74+600～K74+900段，多数为上部为黑色、灰褐色、黄褐色的黏性土，厚度在5～8m间；天然含水量接近液限，孔隙比常常大于1；标准贯入试验大多数在5左右，为强度较低、压缩性较高的黏性土。为避免新旧路堤的不均匀沉降及新路堤的侧向滑移，在路堤填筑的过程中，经处理方案比较，拟定采用土工织物加筋垫层进行处理。为更好地分析加铺土工织物路基稳定的处理效果，我们对该路段进行了详细的工程地质勘察，详细勘察结果见表1。

3.2 设计方案及结果

将老路堤分级挖成台阶，在填土面与台阶齐平后，在新填土表面与台阶面上铺设土工织物，使新填土与台阶联为一体，这样填土标高达到每一台阶面都铺设一层织物（如图1所示），以使新旧路堤通过土与织物的摩擦阻力来增大新旧路堤的整体稳定性，减少新旧路堤的过大差异沉降及边坡的侧向滑移。现场对比及变形观测资料表明，铺设土工织物后，大大减少了新路堤的沉降量和边坡的侧向位移（如图2所示）。此工程实例充分表明，土工织物加筋体能有效提高新旧路堤的整体稳定性，其具有占地面积较少、压实效果好、路堤稳定性好等优点，且能有效避免塌方沉降、滑移等现象，同时施工简便，经济实用，值得推广应用。