路基施工中双向加筋复合地基处理技术的应用

李瑞

（中建路桥集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

双向加筋复合地基是指采用土工格室和碎石桩形成的双向增强体复合地基，其在路基施工中用于地基处理，尤其是软基处理，能提高地基承载力，改善地基排水条件，为路基施工创造良好条件，避免由于地基承载力不足导致路基产生不均匀沉降，对路基的使用与后续路面施工与使用造成影响。为使这项复合地基技术的应用最大限度发挥出应有的作用，需要掌握其作用机理。

1 土工格室

土工格室双向增强体属于土工合成材料范畴。其采用密度较高的聚乙烯宽带通过超声波焊接制成，外形是与蜂窝类似的结构，在不同应用领域，土工格室结构有所不同，但基本形式与作用原理均相同。土工格室工程性能为：

（1）化学性能稳定，可在多种土壤条件中使用。

（2）采用聚烯烃作为基材，通过掺加添加剂，提高耐老化性，通过热氧化试验可知，在70℃状态下，使用寿命可达49年，格室的拉伸屈服强度降低不超过30%。

（3）对各项参数都有很大的可选择性，当在挡墙与护坡中使用时，还有多种颜色可供选择，能在达到工程目的基础上，实现美观方面的要求[1]。

因土工格室存在上述特点，加之自重轻、伸缩性强，在运输过程中可进行折叠，通过对格室深度及板块组合适当更改，能得到刚性或半刚性的体系。这也是其在很多工程中广泛应用的原因，如软基处理工程、边坡防护工程、挡墙修建工程、桥头跳车及滩涂处理。

2 工程概况

某公路工程所在场地的工程地质条件较为复杂，沿线范围内存在很多由于淤积或冲积产生的松散堆积物。基于此，该公路沿线地基分布有软基，需对软基进行有效的加固处理，保证工程建设得以顺利进行。通过技术经济分析与综合对比，该公路地基处理主要采用土工格室和碎石桩相结合的方案，即本文研究的双向加筋复合地基，实质是双向增强体复合地基。通过实践可知，完成处理后的地基保持稳定，在填挖交界处产生的差异沉降明显变小，能有效保证路基工程施工质量[2]。

根据工程地质报告可知，该公路的软土分布面积很大，且分布深度存在显著差异，无论是软基的产生原因还是地形地貌都比较复杂。公路所在场地的天然地基由于承载力不足，在荷载作用下会产生较大的变形，无法达到预期的承载力与沉降控制等方面的要求。公路沿线范围内的软土大多处在山间河谷、池塘与稻田等位置，其软土的成因以冲洪积与地下水持续浸泡居多，特别是该公路的第一、第七和第八个标段。对于软土地层，其物理力学指标有很大的变化，相较于沿海地区的软基，含水量更低，且内摩擦角相对较大，不仅分布不均，而且还含有夹层与有机质[3]。

以该公路的第一标段实际情况为依据，其软基情况为：该标段的软土处在稻田当中，软基的产生原因以冲洪积为主。通过现场挖坑可知，土层从上至下分别为：耕植土层，层厚在0.3～0.5m范围内；深色软土，含有机物，深度大，但差异明显；砂轮石层，其含水量相对较大。其中，软土的主要指标为：含水量23.20%～50.60%；孔隙比0.71～1.31；液限36%～64%；塑性指数15～34；黏聚力4.0～12.5kPa；内摩擦角20°～24°；压缩系数0.40～1.85MPa-1；密度1.61～1.88g/cm3。

3 处理方案

通过优化对比，如果纵向软土深度在4～5m范围内，则采用单一措施即可处理；而如果纵向软土深度达到5m以上，则要根据现场的地质条件，结合施工条件和软土的实际深度，在碎石桩基础上铺设土工格室垫层进行处理。在路基的横剖面上软基深度实际分布不均匀的段落，若软土深度在3m以内，则直接挖除换填即可；若软土深度为3～4m，且分布情况为中间低两边高时，其上层不可换填处理，应采用单一措施进行处理；若软土深度超过4m，则要根据软土的性质为依据，在碎石桩基础上加铺土工格室来处理[4]。

4 碎石桩施工

碎石桩施工采用振动沉管法进行，其具体布置范围为：在路线方向上超出设计要求的加固长度2～3排，在横断面则要超出基底实际宽度2排。碎石桩按照正三角形布置，并对桩长予以分段控制。在地基软土深度未超出8m的情况下，桩体必须从软土层中穿过，桩端达到持力层，并进入持力层中20～40cm；而若地基软土深度超过8m，则要用直径为325mm的桩管进行施工，其桩尖采用大头型活瓣式。碎石桩之间的距离按1.5m控制，桩体材料以没有风化且洁净的砾石为主，其粒径应在20～40mm范围内，含泥量不能超过5%[5]。

5 作用机理

近几年，业内开展了很多模拟试验与现场试验，对土工格室与碎石桩相结合的复合地基技术进行分析研究。经研究可知，应用该技术可使地基受路堤荷载持续作用后，承载条件得到改善，具体作用机理为：

（1）采用土工格室垫层能提供水平方向的增强作用。将土工格室铺筑好后，能使格室与填料之间相互约束，在荷载作用下使两者协同工作，形成抗压、抗弯与抗剪强度均较高的基础，对上部路堤荷载予以有效扩散，使软基顶面应力得以均匀分布。

（2）采用碎石桩能提供竖直方向的增强作用。如前所述，铺设土工格室垫层能对浅层软土所处受力环境予以改善，使地基自身承载力大幅提高。而在软基中进行碎石桩的设置，将其作为竖直方向的增强体，能使上部荷载不断向地基的更深层次传递，对软土有挤密和置换的作用，使软土自身排水条件从根本上得到改善，加快孔隙水压实际消散速度，实现对软土各项物理力学特性有效改善，增强地基自身承载力与抵抗变形发生的能力。

（3）由土工格室和碎石桩两部分组成的支撑体系，两者协同工作，受荷载持续作用后，桩体与桩间土按比例承担上部荷载。为使碎石桩发挥出应有的承载力，桩间土必须具有足够的约束能力。而为使桩体与桩间土受荷载作用后能够共同作用，还应对桩体予以适当的约束，使桩体与桩间土均按照各自具有的承载力对上部荷载予以分担。铺设土工格室垫层后，能对桩土的应力比进行有效调节，对桩顶处的鼓胀变形予以有效约束，同时最大限度发挥出桩间土具有的承载力。受荷载持续作用后，垫层对桩土应力比的调节作用是一个复杂的过程，桩顶由于受到相对较大的荷载，先产生一定程度的沉降变形，在变形达到一定程度后，桩间土开始承载并与桩体一同产生沉降，此时桩体与桩间土之间相互影响，进入按各自承载力对荷载予以分担的阶段。路堤荷载先在土工格室与碎石桩综合体的作用下得以均化与扩散，然后由两者形成的复合地基一同承担。

此外，碎石桩与土工格室形成的体系还具有良好的排水性能，在软基中进行碎石桩的设置能有效改善软土层自身排水条件，减小渗径，受荷载作用后，在碎石桩作用下孔隙水不断向碎石桩方向渗透，同时沿着桩体不断向上排出，到达桩顶的水在土工格室作用下排至路基范围之外。

6 结语

综上所述，土工格室作为三维土工合成材料，在其基础上设置碎石桩形成复合地基是一种先进、合理且有效的地基处理技术，目前在公路工程中的应用越来越广泛。通过实践可知，采用该方法能良好适应公路工程建设对地基处理提出的要求。当前对这种技术的具体作用机理方面的研究还不够深入，还需要进一步探索和实践。土工格室与碎石桩相结合形成的双向增强体复合地基中，土工格室作为水平方向增强体，能对软土所处外部荷载环境予以改善，而碎石桩作为竖直方向的增强体，能对软土自身的承载力予以改善，这两个方向的增强体协同作用，以一个有机整体的形式承担所有外部荷载。实践过程中，可按照工程具体要求对该体系予以适当改造，如在土工格室垫层铺设基础上辅以粉喷桩、袋装砂井或塑料排水板，形成不同形式的复合地基，以满足不同工程的地基处理要求。