谈改进融区道路路基的技术方案

昝雷娜

(石家庄市公路桥梁建设集团第五公路工程处,石家庄 050000)

谈改进融区道路路基的技术方案

昝雷娜

(石家庄市公路桥梁建设集团第五公路工程处,石家庄 050000)

提出了一种在保证施工安全前提下提高融区道路路基的新技术方案，即使用土工布和土工格栅；并对在多年冻土中使用土工布和土工格栅后，对基础的机械性能和温度变化进行了计算、观察和分析研究。

多年冻土;基础;土工布;土工格栅

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.018

1　引言

冻融区的建筑物及道路在使用过程中会出现冻土恶化、融区扩散及融区新生等导致的问题[1]。这些问题是由人为影响或恶化的地表水引起的。

融区土壤具有流体弹性一致性和强度低的特点，尤其位于堤坝的下斜坡，由于土壤冻胀和边坡稳定性的失效[2]，容易产生不均匀沉降。为了消除冻区沉降带来的危害，有人在冻土路基施工过程中提出了基础改进技术方案[3]。该方案包括3个步骤：(1)采用振动器和钻井设备工作平台，使用密集技术保证基体上层的稳定；(2)安装土工布；(3)施工中铺设土工格栅压实路基。目前，随着水泥砂柱及其胶结工艺的提高软弱地基的施工技术的改进，有效地减少了水泥用量，降低了建设成本。

安装土工布技术可改善薄弱的基础。该技术允许填料砂柱的构造变形，将非黏性材料放置在一个均匀排列的层上，将结构载荷传递至持力层。向外的径向水平应力不仅抵消软土的内向压力，同时抵消了土工外壳的径向阻力。在壳体中产生的周向拉力为柱提供了径向支撑，保障了系统的平衡，从而使其在非常软土中很实用。不过，对流体弹性一致性的土壤实现该方法的效率会降低。此外，由于土壤位于土工布列之间的低承载能力，该列必须紧密且有规律的间隔。

2　深入改进融区土

深入改善土工织物套砂柱和土工格栅进行矫正上述缺陷。此方法还解决了排水对土壤密度和强度提高的影响。本文采用了冻融地区高速公路的工艺参数，并进行分析计算。其主要思想是，形成一列场，直接变化动负荷，同时，通过控制软土的稳定性提高基础性能。砂柱用作排水功能并提高饱和土固节强度。水分减少会导致土壤承载力的提高，并允许修改后的土承担更大的负荷。

根据施工中参数及规范，设计施工中的多年冻土区，确定本模型的冻土厚度，包括解冻和冻结的土壤的热传导率，夏季和冬季温度的平衡、冻土层的相变热、每一层密度和湿度。分析高速公路的这些参数，模拟显示路基应力状态，确定融区土形成的必然性及其在基地的发展。图1为3.5m融区土3a内的热场预测及其发展。其厚度达15～20m，冻土层在路基下的不连续分布。

图1　3.5m融区土3a内的热场预测及其发展

图1中，hr表示融区土厚度；Ha为活性层的厚度；彩条表示温度。

计算路基基础稳定下的活荷载，安全系数取为0.64～0.76。不考虑路基稳定性，且在原来的施工条件下排除融区土的扩散。地基的强度和应变特性的下限值根据在固定区域内的斜坡设定。问题关键是不仅要定义冻土区域，而且要采取建设性和技术上的决策来改善土壤稳定性。因此，为深入改善基础，对施工过程中的土壤安装了稳定振动器和钻井设备。这包括安排横向排水沟和用土工布覆盖保护层，并强烈压实地基。当软土密集通过一个保护层时，水从软土中被挤出。排水管宽1.2m，深度不大于1m，半砾石过滤系数Kf>4m/d。排水管设置在有饱和水的土壤中，以减少水过滤的方法来加速地基固结。

排水开挖、施工作业平台的施工，应在活动层冻结前完成柱安装，以充分利用水迁移到保护层和水平排水挤压的优点。该模型中，应当考虑如下限制：

式中，Ps是安全荷载能力，取决于活跃层深度范围内的最低值；Pr为土壤极限承载力，这取决于模型质量、加载速度和振动水平荷载；Pp是保护层荷载；Pw为孔隙水压力。Ps取决于荷载的形状、所定义的地平线的位置深度、土壤摩擦角和凝聚力。

工作平台的集中建设，包括每天逐步增加荷载。每个步骤计算土的沉降，其取决于土的特性，计算有源层的沉降量Sa，及融区土的总沉降量St：

式中，ha、hT分别为源层和冻融层土的厚度；Pa和Pp分别为引起活性和保护层的荷载；Pr为土壤的调节负载；Ea和ET分别为有源层和冻融层土的变形模量。

土压缩期间利用分层总和法计算沉降。压缩循环操作所对应的沉降变化的结论与可变负载（考虑土壤强度变化）的下一步关系还需确定。首先，确定构建的工作平台，土工布型，所述保护层的厚度应根据振动器下土的承载能力和钻探设备确定。第二，基础改进时，安装土工布砂柱可增加冻融区的底土强度特性。初始土壤特性与施加的荷载需要指定，并确定基底上部区域的荷载是提高的。曲线索引值m为所有层包括活荷载下区域的稳定性的量。这个数值由竖直强度来确定，该数值由每一个基准点的软土地基上的安全负载能力率来定义的。索引m等于塔的直径dc

本实例路基情况下，实验计算堤防基础的基本参数分别定义为：塔径为0.8～1.0m，柱间距为2.0～2.5m，土工布密度为400g/cm2。

用下面的公式计算振动位移后的软土厚度：

式中，籽i为软土初始密度；是软基柱钢筋的百分比，可表示为：

柱施工时的振动位移法或开挖法均按照规范性文件进行。在柱施工开挖时，由于只有土工布列的环拉力，列之间的空间被压缩。在这种情况下，最初的土壤密度应乘以索引值。第二阶段，在活荷载作用在土工格栅的网格时，检查和预测土壤承载力。若不符合安全要求，应用第三步的技术改进。第三步是施工压实网格。包括：将土工布垫上面，安排保护砂层，集约化振动压实。移动活载至列及列之间的空间，在安全系数范围内。负荷应为最大值，考虑各层的承载能力。

归根到底，确定土工布列及网之间区域限定的承载能力，并评估各列的软土强度和变形的影响。一个列中的设计荷载由如下公式计算：

式中，Pz为各列间的区间负荷，P0为全部活荷载。活荷载分布Pz/P0取决于索引系数m，其包括土压力指数、土压力指数和基础相对沉降。

移动到一列中的负载应设置低于承载能力、条件荷载效应指数、施工重要度指数，并考虑到安全性。诱导软土和一列套管的反压力定义造成柱水平应力，影响它们之间的区域不可忽视。引起柱合并的应力值使用以下方法测定：

式中，Px为一列的水平应力；Ps为软土反应性水平应力，其可表示为：是施加的载荷分布因子，Kp为土压力指数，Pz为水平约束应力）。

在压实及沉降的过程中振动压实并加入砂填料，通过将软土替换为沙量作为结算量来实现基础的自我调节。由于上层的砂垫层，活性层的土体变形模量增大。铺设网格的顶侧土工布垫是最后一步。此垫被带入横向排水沟和用作防水层保护参透地表水的基座，如图2所示。

图2　融区土地地基改善

3　结果分析

为验证上述技术，本研究进行了如图3的试验，利用条件最符合的土工长砂柱。试验台的顶部设计了便携式壁架，以分别检查负载冲击时的列和它们之间的区域。试验结果表明。在安装格栅之后，沉降量变小且软土强度增加，如图4所示。

图3　土工布砂桩联合土工格栅的试验

图4　在荷载P下结构柱的沉降变化

评估排水系统，就必须考虑到不同水分迁移对冻结黏土和沙土的影响。粘土变潮湿，在霜冻区沙中水分流失。饱和砂土中，水不朝霜边界流动，以自由水形式流出。综上所述，排水系统出入水和融区土的沉降利用密集压实来实现。融区土的热导率减小且传播速度变慢时湿气降低。这一事实决定了冻土融化及永久冻土层上移的客观事实。

图4中，1曲线为初步解决的沉降曲线；2曲线为改善列之间的区域沉降。

4　结论

这种使用土工布和土工格栅来深入改良融区土壤的技术，是利用土工布长列和集约化基地的优势，协同效应表现为新质量，形成一个紧凑的网格（改进的地面和土工布层）上的土工布列的顶部。融区土水分减少导致厚度的减小。所以，这个新的基础施工方法提供以下内容：土工布列之间形成网格的土工长列的区域，当活荷载在土工格栅上移动时，压实使变形模量增大，软基承载能力增加。

【1】张文慧,王保田.双向土工格栅与黏土界面作用特性试验研究[J].岩土力学，2007(5)：32-35.

【2】严秋荣,邓卫东,邓昌中.高强土工格栅蠕变强度的试验研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2008(4)：45-47.

【3】张孟喜,林青松,刘飞禹.循环荷载作用下土工格栅拉伸试验研究[J].岩土力学，2010(7)54-55.

Discussion on the Technical Scheme of Improving Road Subgrade in Financial District

ZAN Lei-na
(Shijiazhuang Highway Bridge Construction Group Fifth Highway Engineering Department,Shijiazhuang 050000,China)

In this paper,a new technology scheme,which is based on the premise of ensuring the safety of construction,to improve the road embankment in the financial district,is used for the calculation of mechanical properties and temperature variation.

permafrost；base；geotextile；geogrid

U419.92

B

1007-9467（2016）05-0075-03

昝雷娜（1988～），女，河北无极人，助理工程师，从事公路桥梁研究，（电子信箱）569886703@qq.com。

2015-12-07