高速公路路基加宽土工格栅加筋优化技术分析

2018-08-21河北北方公路工程建设集团有限公司张建军

中国公路 2018年14期

文/河北北方公路工程建设集团有限公司张建军

改扩建工程缓解了当今交通量猛增所带来的交通运输压力，并大幅度提高了原有道路的服务水平，但改扩建工程的新旧路基拼接常会使路基结合面产生滑动现象，从而导致不均匀沉降的产生。高速公路路基加宽土工格栅加筋优化技术能够有效控制差异沉降的产生，本文研究了高速公路路基加宽土工格栅加筋优化技术，首先介绍路基差异沉降的产生机理、土工合成材料的功能效果与加筋机理，并基于某公路实际改扩建工程进行应用研究，对土工格栅施工质量提出施工控制要点，观测了采取土工格栅加筋技术施工工艺的试验段的沉降。

沉降机理

新旧路基顶面变形往往是由于新老路基修建年限、填料，以及压实度的差异而导致，由于旧路面长时间在车辆荷载作用下，其瞬时压缩变形、固结变形及长期固结已基本完成，而新路面在施工结束后，固结沉降和长期固结沉降仍在进行，从而导致新旧路基间的差异沉降，影响道路使用性能，并产生安全隐患。常见的差异沉降控制措施为挖台阶和铺设土工合成材料。

土工合成材料

土工合成材料是一种应用于路基工程中的高分子聚合材料，强度、韧性较为优良，主要以加筋土的形式增大路基承载能力、减少裂缝和差异沉降的产生，保证路面的安全舒适性和施工质量。土工合成材料可分为：土工织物、土工网、土工薄膜、土工格室和土工格栅等，高速公路通常采用土工格栅和土工格室两种类型。

功能效果

土工合成材料有主要五大作用：加筋作用、隔离作用、过滤作用、排水作用和防渗作用。加筋作用：土工材料抗拉性能较为优良，埋在土中时可增加土体模量，从而形成加筋土提高土体的稳定性；隔离作用：土工合成材料可有效隔离不同粒径的材料，使之不发生混杂以形成材料的整体结构；排水作用：土工合成材料具有一定的可塑性，在土体中形成管道，将渗入地基的雨水等沿着材料表面排出路基；过滤作用：土工织物置于量不同土层时，可允许土中的气、液通过土工织物，起到过滤的目的；防渗作用：土工膜或复合性土工合成材料具有一定的耐水性，起到防止水渗透的作用，常应用于隧道内管涵的防渗措施。

加筋机理

土工格栅加筋机理分析

作为常见的土工合成材料，土工格栅被广泛应用到高速公路加宽工程中以控制新老路基之间不均匀沉降，在土体中加筋能够束缚土体侧向形变从而形成整体。加筋土具有较好的工程性能，其主要作用原理有准黏聚力原理和摩擦加筋原理。

准黏聚力原则：由于加筋土结构具有各向异性，其拉筋的弹性模量大于填土的弹性模量，加筋土中填土的抗剪力与拉筋的摩阻力的共同作用下，增强了加筋土的强度；摩擦加筋原则：加筋土结构填土自重与行车荷载产生的垂直土压力使得拉筋从土中抽出时，产生的相对位移能增强了筋土截面的摩阻力。

土工格室加筋机理分析

土工格室具有较强的抗弯、抗拉强度，当受到荷载时改变了加筋土体的应力场和位移场分布。土工格室柔性结构物设置，可充分分散相对集中的上部荷载，减小压应力以提高地基承载能力。土工格室具有侧向限制作用，对土体的水平位移和竖向位移进行限制，减小土体的变形以降低不均匀沉降。由于其土工格室具有较高的承重能力，常被用于铁路基床、公路路面基层与垫层。

表1 沉降量观测

工程实践

工程概况

某高速公路全长36.16km，双向六车道，设计时速120km，选用土工格栅弹性模量为1GPa，加筋层数为3层，加筋长度为8m（全铺）的技术方案，按上述施工要求严格控制施工质量，并在旧路路基中心、新路基土路肩处、新路坡脚附近埋设3个沉降板。

施工工艺

土工格栅在铺筑过程中应从挖台阶处铺至车道线外缘。其延伸率应不大于10%，以防止土工格栅产生蠕变。土工格栅铺筑过程中应注意以下几点：在施工前应及时清除施工场地的杂草，排出积水，并对扩宽新路基表面进行整平；铺筑土工格栅时，应将高强度一侧垂直于路基轴线，一次铺设到底，不得采用接缝或接搭。施工过程中应注意避免土工格栅张拉过量，导致格栅撕裂破坏、局部破顶等。为避免对土工格栅性能造成影响，施工应注意格栅不产生扭曲、褶皱、重叠现象。土工格栅埋置于填料中时，应使土工格栅上下8cm内的填料最大粒径小于6cm，以避免土工格栅被刺穿；土工格栅上部铺筑路基填料厚度应小于30cm，并使用轻型推土机碾压第一层坍圮的填料。当填筑压实厚度大于60cm时，采用重型压实机碾压，使得其压实度满足规定压实度要求。土工格栅应存放在干燥且没有阳光直射的地方，避免长时间暴露于外界大气中，铺筑完土工格栅后应立即填筑路基填料。

在土工材料铺装时应注意，在低填方的路基底铺设一层土工格室，在较高路基的基顶和基底分别铺设一层土工格室；在高路基的每层台阶铺设一层土工格室；由上至下布置间距由密至疏，一般顶部层间距1m左右，底部间距2m左右，中间间距在1m至2m间过渡；布置长度自上而下逐渐减少，顶层布置8m至12m，底层布置3m至4m，中间层逐渐过渡。

应用效果

在通车后两年内对断面一（K37+000）、断面二（K37+100）和断面三（K37+200）进行沉降板观测，结果如表1所示。

由表1可知，沉降量随着通车时间逐渐稳定，旧路路基中心沉降量最小，其次是路肩，坡脚处的沉降量相对较大，路肩的地质条件要比坡脚好，这主要是因为旧路施工的便道位置位于路肩处，使得施工机械的荷载对其进行了预压，产生了一定的压实效果；采取土工格栅加筋优化技术下的沉降量满足路基施工技术规范要求（小于15mm），表明上述土工格栅加筋技术能有效控制改扩建加宽工程中产生的不均匀沉降。