路基拓宽工程中加筋土陡坡的应用研究

2022-11-25李伟亮

交通世界 2022年27期

关键词：陡坡土工坡面

李伟亮

（廊坊市交通技术咨询监理公司，河北廊坊 065000）

0 引言

加筋土陡坡路基加宽技术具备结构稳定性强、控制新旧路基不均匀沉降、施工工艺简单等优势，能够满足路基加宽复杂工况条件下的施工要求。为此，本文重点对加筋土陡坡结构的施工工艺与施工监测进行研究论述。

1 工程概况

某公路工程于2000 年10 月建成通车，采用双向四车道设计，路基宽27m。在交通量不断增加的情况下，需对旧路基加宽处理，经过改扩建后将路基宽增至34.5m，以满足道路通行需求。根据地质勘察资料显示，本路段的路基拓宽区域地质为中砂、粉土、粗砂，地下水埋深20m，结合路基拓宽工程的实际情况，对旧路基采用边坡开挖台阶的施工工艺，每级台阶宽为1.2m，高为0.8m，加宽路基采用加筋土陡坡形式，在加宽处铺设土工格栅对路基实施加固，边坡坡率为1∶0.75。本工程选用的土工格栅规格为HDPETGDG65 单向土工格栅，施工技术方案为：当土工格栅铺设位置高于旧路基顶面时，铺设不小于6m 长的土工格栅；当土工格栅铺设位置低于旧路基顶面时，通铺到旧路基台阶底部，以保证新旧路基良好搭接，增强整体路基结构的稳定性。

2 路基拓宽工程中加筋土陡坡的应用

2.1 施工工艺

加筋土陡坡施工工艺流程为：地基处理→旧路基边坡台阶开挖→土工格栅下料→铺设压实→回填压实检查→返包筋材→坡顶压实→坡面防护[1]。本工程采用单向土工隔栅，聚合物原料为HDPE，抗拉强度为65kN/m，纵向2%应变抗拉强度为16.5kN/m，纵向5%应变抗拉强度为31.5kN/m，20℃以下蠕变极限强度为26.0kN/m。具体的施工工艺如下：

2.1.1 地基处理

试验路段的路基加宽范围位于边沟附近，在加宽前回填加固旧路基的边沟和坡脚，增强新路基地基结构的稳定性；清理施工现场，清除深为30cm 的边沟表层土，清除后回填砂砾石；在加筋土结构底部60cm 处铺设土工格室，减少新旧路基的不均匀沉降。

2.1.2 边坡开挖

试验路段开挖台阶，采用分级开挖施工工艺，每填筑80cm 开挖一级旧路基边坡台阶，开挖后压实整平加宽部位的地基[2]；压实整平施工时，人工捡出尖锐异形的杂物，以免损坏土工格栅；每级台阶开挖后的压实整平均要试验检测压实度。

2.1.3 加筋格栅铺设

采用人工分层铺设方式铺设土工格栅，碾压层厚度为40cm，预留土工格栅返包长度不小于2m；在铺设过程中，用U形钢筋固定格栅，相邻两幅土工格栅采用无缝搭接工艺，保证土工格栅铺设的结构整体性[3]；在铺设单项格栅时，要做到纵肋与坡面垂直，平顺铺设格栅，不允许出现褶皱。

2.1.4 压实整平

施工人员张拉土工格栅，用张拉梁拽紧土工格栅的一端，拽紧后固定另一端，要求张拉到位；用土工袋预先装满土，整齐码放在施工区域一侧，用于夯实加固筋边坡；在老路基上料填土，填土后用挖掘机摊铺粗平，施工中要注意摊铺粗平的机械力度，不得对土工格栅造成损伤和移位；在距离坡面1m 处压实新路基，选用轻型压实机械，减少土工袋的侧向位移量，保证坡面平整[4]。

2.1.5 格栅返包

在土工隔栅基层压实后，对基层表面进行整平，继续铺设上层土工格栅，下层预留的格栅对上层格栅返包，返包长度不小于1.0m；上下层土工格栅用HDPE连接棒进行连接，并在格栅纵肋处穿过张拉梁，对格栅施加张拉力，用于夹紧上层格栅与返包格栅的连接；返包后在压实层面固定格栅，用U形钉固定。

2.1.6 上层格栅铺设

上层格栅铺设与上文所述的格栅铺设、填料压实步骤相同，施工中控制上层格栅铺设标高，并预留出格栅足够的长度，将格栅埋设到填料中，增强土工格栅的锚固力。根据设计要求回填、压实填料。

2.1.7 坡面防护

在加筋土陡坡施工后，采用边坡土工袋预埋草籽的方式实施坡面防护工程，通过人工种植草皮恢复坡面生态系统，形成复合式坡面防护体系。在植被生长后，能够遮挡阳光对土工袋和筋材的直接照射，减少雨水对坡面的冲刷侵蚀，保证陡坡结构的稳定性。

2.2 现场施工监测

2.2.1 施工监测内容

（1）筋材应变监测。本工程通过安装柔性变形传感器，对土工格栅在公路使用期间的变形情况进行长期监测，全面掌握格栅结构状态和应变规律，通过分析筋材的峰值应变，对边坡滑裂面位置进行预测，进而判断新旧路基搭接处的变形情况，用于评价路基拓宽工程质量。

（2）地基不均匀沉降。本工程采用U 形剖面沉降管，对多个测点的路基断面进行不均匀沉降观测，掌握加筋土结构稳定性变化，将其与自然放坡路基拓宽施工效果进行对比分析，用于评价加筋土陡坡施工技术在控制不均匀沉降中的应用优势[5]。

2.2.2 施工监测方案

（1）传感器布置。在路基拓宽工程中选取K380+240、K380+440、K381+062、K381+110 四个断面开展筋材应变监测，将U形剖面管、位移传感器设置到每个断面上；路基底部埋设1根剖面管，埋设位置在旧路基坡脚至新路基坡脚的台阶底部；从底层格栅开始，每隔2层埋设一根剖面管，安装一层位移传感器。

（2）传感器安装。在铺设加筋土陡坡底层格栅后安装位移传感器，从未铺设土工袋的坡脚格栅处安装，安装方向与格栅横肋方向一致，位移传感器的中心间距控制在1.5m，当位移传感器布设到陡边坡潜在破裂面时，将中心间距缩小至1.0m；位移传感器用配套的夹具固定到格栅横肋上，在横肋上用电钻钻孔，拧上螺栓，用于固定位移传感器的夹具；先固定一端夹具后，拉伸位移传感器至满量程的50%，再固定位移传感器的另一端夹具；在位移传感器安装后，用PVC 管穿线，将传感器置于观测室内；在位移传感器下部铺垫上细砂，压实细砂，位移传感器上部再安装PVC 管，管材为半圆形，将中粗砂覆盖到管材上，厚度约为20cm[6]。

（3）剖面管埋设。在基底垫层施工后，需要确定埋设U形剖面沉降管的位置，埋设位置处的填土高度为60cm，填土后压实，按照宽20cm 的尺寸开槽，开槽至地基加固垫层的顶部；当开槽达到设计深度后，在槽口内填入中粗砂，厚为10cm；在旧路基坡脚台阶底部安装剖面管，剖面管的接口连接回线钢管和PVC 管，管材内壁分布四条轴向凹槽，将通长测绳贯穿于剖面管、回线钢管、PVC 管中；在管材安装时，要求PVC管平行于回线钢管，两种管材都垂直于公路线路走向，对PVC 管位置适当调整，合理布置凹槽位置，在上部填入中粗砂压实，使管材埋设位置与基层表面平齐[7]。

2.2.3 监测实施

（1）变形监测。土工格栅变形监测采用综合测量仪，测量仪能够直接读取位移传感器测量到的格栅拉伸变形数值，将其与格栅初始数值相减，便能够求出格栅两条横肋间的变形量。

（2）不均匀沉降监测。在横剖面基底的不均匀沉降监测中采用水准仪、测斜仪进行观测，先按照二等水准测量精度调整水准仪，观测剖面管观测桩的高程，再在桩顶部布设测斜仪探头，观测剖面初始数据，最后在横剖面中放入测斜仪，对管内各个测点进行测量。

（3）监测参数。格栅拉伸变形测量精度和路基不均匀沉降测量精度均为0.01mm；在加筋土陡坡施工中，每铺设一层土工隔栅读取一次位移传感器测量的数据；在路基加宽施工完毕后，每间隔3d读取一次监测数据；在公路拓宽工程交付使用后，每间隔90d读取一次监测数据。

2.2.4 监测结果

（1）新路基施工期间的累计沉降量较小，在加筋土陡坡路基填筑高度逐步增加的情况下，累计沉降量随之缓慢增加，但整体上仍处于较低水平。每填筑增加0.4m，地基累计沉降量增幅约为0.5mm；在本工程建成通车后3 个月内，平均每月的累计沉降量为1.1mm，满足相关规范不超过3mm 的要求；在本工程通车120d后，监测到的最大累计沉降量为9.9mm。

（2）新路基坡脚处观测断面的地基沉降量处于较低水平，从断面上地基沉降量的变化趋势上分析，沉降量沿着筋材铺设方向，重新路基坡脚到旧路基坡脚逐步增大；本工程四个监测断面中，施工期间监测到的最大沉降速率为0.49mm/3d，在通车后的新旧路基坡脚处累计沉降差较大，监测到的最大沉降速率为0.99mm/月。

（3）在加筋土陡坡施工中，筋材变形主要表现为筋材拉伸状态变化，通过拉伸状态变化反映筋材内部应力变化。根据监测结果显示：在填筑高度不断增加的条件下，底部层位筋材和中间层筋材的应变值随之减小，而上层筋材应变值会随之增大。当填筑高度达到设计值后，各层筋材的应变值变化逐步减小[8]。在施工过程中，筋材最大拉伸应变力为0.39%，公路通车120d的筋材最大拉伸应变力为0.12%，符合相关技术规范要求。

2.2.5 潜在滑裂面分析

在四个断面的监测中，监测结果分别为：

（1）桩号K380+240断面的潜在破裂面监测数据为：第1 层格栅靠近坡面1.3m 处的峰值应变为0.12%，位于筋材末端距离坡面2.3m 的峰值应变为0.06%；第4 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.31%，位于筋材末端距离坡面2.8m 的峰值应变为0.03%；第7 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.15%，位于筋材末端距离坡面4.3m的峰值应变为0.18%。

（2）桩号K380+440断面的潜在破裂面监测数据为：第1 层格栅靠近坡面1.3m 处的峰值应变为0.06%，位于筋材末端距离坡面2.3m 的峰值应变为0.09%；第4 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.13%，位于筋材末端距离坡面2.8m 的峰值应变为0.07%；第7 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.07%，位于筋材末端距离坡面4.3m的峰值应变为0.03%。

（3）桩号K381+062断面的潜在破裂面监测数据为：第1 层格栅靠近坡面2.3m 处的峰值应变为0.19%，位于筋材末端距离坡面2.3m 的峰值应变为0.02%；第4 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.22%，位于筋材末端距离坡面3.3m 的峰值应变为0.06%；第7 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.21%，位于筋材末端距离坡面5.3m的峰值应变为0.12%。

（4）桩号K381+110断面的潜在破裂面监测数据为：第1 层格栅靠近坡面1.3m 处的峰值应变为0.09%，位于筋材末端距离坡面2.3m 的峰值应变为0.04%；第4 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.12%，位于筋材末端距离坡面5.8m 的峰值应变为-0.05%；第7 层格栅靠近坡面1.3m处的峰值应变为0.16%，位于筋材末端距离坡面4.3m的峰值应变为0.01%。

由上述监测数据可以看出，加筋土陡坡结构在靠近坡面处和筋材末端部位会出现较大滑裂面，产生一定竖向位移。从整体位移量进行分析，新旧路基搭接位置出现破裂面的可能性较大，但格栅应变较小，表明加筋土陡坡结构具有一定稳定性。

2.2.6 监测对比分析

下面对自然放坡加宽路基与加筋土陡坡加宽路基的沉降值进行对比分析，得出如下结论：

（1）在路基拓宽工程竣工后，加筋土陡坡结构地基沉降变化趋于平缓，越来越小，而自然放坡结构地基沉降变化逐步增大，在部分新旧路基坡脚处可见较大结构性破裂。与自然放坡结构相比，加筋土陡坡结构能够更好地控制不均匀沉降，长时间维持加宽路基结构的稳定性。

（2）在本工程通车120d 后，加宽路基横断面沉降值呈现出梯度变化趋势，路基高度越高，断面纵向沉降值变化越大；在断面横向沉降值变化中，加筋土陡坡结构的横向波动变化趋于平缓，而自然放坡结构的横向波动逐步增大。

（3）在旧路基坡脚处，自然放坡结构的沉降量较大，而加筋土陡坡结构的沉降量相对较小，表明加筋土陡坡结构能够有效控制路基变形，提高新旧路基搭接处的抗剪强度。