土工格栅加筋技术在公路路基加宽的应用

李林蔚

(山西省交通建设中心,山西 太原 030006)

1 新老公路之间的沉降差异及控制

新路基在使用时会存在沉降,而沉降出现的类别分为三种:地基本身会产生沉降、路基自身荷载会产生沉降、行车荷载带来的沉降。新路基与旧路基的区别在于由于它没有受过长期的车辆荷载,地基团結程度不足,稳定性差,从而路面在使用时可能会出现纵向裂缝。虽然人们也曾经使用过換填土法、排水固結法来处理新路基的地基沉降问题,但是出于种种原因,人们还是认为应用土工格栅加筋技术在公路路基加宽施工中最能满足人们的需求。这是由于在公路路基加宽施工时,最常出现纵向裂缝的位置是新老路基结合的部分位,而新路基的参数设计本身是能够满足公路交通使用需求的。而正是因为新路基和老路基之间因为存在使用过和没有使用过,所以出现了差异沉降,才易出现纵向裂缝的问题。应用了土工格栅加筋技术能带来以下的技术使用优势:在应用这项技术时,需要应用开挖台阶施工増加新路基与旧路基之间的接触面积,从而可以优化新路基与旧路基之间的衔接;应用土工格栅铺设技术,在出现沉降时,能让路基受力均衡,从而不易出现裂缝;土木格栅施工本身就能够提供良好的锚固空间,从而能够多提升路基抗剪的性能。与应用基它的施工技术相比,使用土工格栅施工花费的施工成本少,施工针对性强,技术不复杂,使用的效果良好。这种技术能够多有效的控制新老公路之间的沉降差异。

2 土工格栅加筋技术在公路路基加宽的应用原理

当前在开展公路路基加宽施工时,人们有多种施工技术可以选择,然而土工格栅加筋技术有它独有的施工优势。当前我国的土工格栅材料已经实现标准化、批量化的生产,它的使用成本并不高、其质量轻、耐腐蚀性强、不易老化,并且抗拉强度可以满足公路路基施工的需求。从理论上,土工格栅材料可以应用120年。将土工格栅加筋技术应用于路基施工,提升路基的弹性模量的机理为使用这种施工技术可以加磊土工格栅和土体之间的摩擦力;让土工格机栅和地基地体一起形成整体来提高土地的荷载;利用土工格栅网孔锁定土体,约束土地变形。应用这一技术,将压力作用于新老路基接触之处时,土工格栅应用几何形状约束土体,不让它发生侧向变型,从而提高土体的抗弯刚度和抗剪强度,土工格栅本身就能承受一定的强度荷载,它能分担土体的水平应用力和竖直应用;利用土工格珊的结构让产生的应用均匀扩散分布,而避免应用集中在路基的某一处,让路基某一处应用荷载过大,从而形成裂缝。在实践中,人们认为土工格栅加筋技术是一种有效的减少新老路基衔接之处产生裂缝的施工技术。

3 土工格栅加筋技术在公路路基加宽的工程案例

3.1 工程概况

工程总长度为165.1 km,现结合交通发展的需求加宽公路路面,将原来的双向四车道变成双向八车道,该次工程的横截面及参数如图1。

图1 工程的横截面及参数

3.2 数值模拟

应用信息技术来完成数据的模拟。结合施工需求,路基的长度对新老路基的沉降没有太多的影响,为了简化问题,现将三维问题转换成为二维平面问题,分析横截面的参数对新老路基沉降产生的影响。

(1)模型建立的理论

应用MohrCoulomb模型作为路基沉降分析的依据,分析加宽路基之后,新的地基土与原路基土之间产生的初始应用,应用公式来分析各项因子产生的荷载影响,分析地基的均布荷载数据,应用了均布荷载=路面荷载+车辆荷载这条公式来分析路基沉降与荷载之间的关系,为沉降的控制提供数据依据。

(2)模型建立和分析

现基于施工的目标来分析模型的建立。运用均布荷载公式来分析新路基产生的影响,现假设路面荷载和车辆荷载都会对均布荷载产生影响,那么会发现新老路基的沉降参数存在差异。旧的路基已经适应了长期行走的振动频率,并且路基在使用的过程中出现了物理固化的现象,它的强度已经基本稳定。而新路基现在还没有适应新的路况,即使设计人员已经在设计的过程中增加了公路路基基土基本性质的检验,也依然有可能不能完全计算出路基基土与车载荷载之间的动态变化,于是新老路基的强度、沉降速度本身是存在差异的。当车辆在路基上行驶时,由于老路基的核心偏载已经较为稳定,即老路基的重新不太容易出现偏移,这种核心偏载就会核心偏载逐渐向新路基转移的现象,而新路基与老路基的衔接处就是承载核心偏载荷载最大的位置,如果这一处的沉降不能够满足荷载要求,即会出现纵向裂缝。特别是车流量较多、车量的荷载较大时,纵向裂缝更易出现。应用模型来分析新老路基沉降的差异,将表1的数值代入到MohrCoulomb模型,可以发现在均布荷载满足要求的背景下,新路基可能会出现“反弹”现象,即新旧路基之间最多可以达到3 cm的沉降差异,而这种差异又与该地区的土质有关,现要求应用土工格栅加筋技术优化参数,减少沉降差异。

表1 土层计算参数

3.3 施工的过程

(1)施工前的准备

清理地基表面的杂物,采用压路机压实的方法,整平地基的同时将基底压实,为开展施工做好准备。在开展施工以前,有时施工单位因为没有把握好细节,导致地基依然存在杂物,从而影响后续的施工:①清除杂草,有地施工的位置存在杂草,特别是存在边坡,并且阳光比较充足的地段,这些位置易出现杂草,在施工以前必须全面清理。②控制表层铺设上复合垫层的参数,在开展这项施工时需要通过施工控制台阶的参数,该次设计的路基边坡台阶为1 m,最下级的台阶为2.5 m。③控制垫层的含泥量,这是让强度得到保证的重要施工环节。

(2)铺设土工格栅

把施工单位需要的所有施工材料运至现场,施工材料在运至现场时需要做好质量审核,不得让没有经过检验,没有达到设计标准的材料进行现场。做好施工图纸的核对,了解施工的要求。在施工时,需要把土工格栅与横向、纵向的路基紧密相连,这是做好新旧路基衔接的关键部分。平整铺设土工格栅,把土工格栅紧靠在下承层的整平层上,土工格栅的强度方向需要与公路的线路方向垂直,按要求铺设足够长度和宽度的土工格栅,施工时将施工材料拉直,不能让它出现褶皱、扭曲、重叠等不规整的几何图形。横向的土工格栅不应使用搭接或缝接施工,而要让施工材料在度上满足需求,而纵向可以使用人工作业的方法完成搭接或缝接的施工,使用搭接或缝接的工具为“U”型钉,依设计的要求控制搭接及缝接的宽度,络接的料通常为涤纶线或民龙线。设计的强度要超过国家设计的标准,以确保施工质量。

(3)加筋的质量控制

通过技术控制,让土工格栅的每个单元大小都达到预设的要求,在施工中城池能让土工格栅被地基上的凸起物刺穿,这就是要求做好杂物清理和地基整平工作的目的,否则在施工的这一环节就易出现质量问题。如果发现土工格栅已经被凸起物刺穿则要立即修复或者更換施工材料。加筋的施工必须在48 h以内完成,否则施工材料受到太阳紫外光线的影响,其物理性质和化学性质会发生变化,人而施工中要提高效率,强化施工连贯性。

(4)填土

在填土以前同样需要清理杂物及平整土工格栅表面,避免杂物或石块等凸起物破坏土工格栅施工材料。检查土工格栅是否已经固定,避免施工中出现材料位移现象。完成施工质量检查以后,开始填土作业,该次设计的松铺厚度不大于30 cm、平铺以后使用前置式装载机、轻型的推土机来辗压土层。在这一环节,需要一边控制松铺的厚度,一边控制碟压的效果,以免在碾压过程中加筋材料变形或被破坏。

(5)压实控制

在这一环节需要对回填土的含水量及密度进行检查,确保施工质量的要求。如果压实控制没有达到施工设计的要求,则需继续压实。

(6)加筋效果分析

应用MohrCoulomb模型分析弹性模量的效果,选择0.1 GPa、0.5 GPa、1 GPa、2 GPa作为模型自变量,分析老路、新路、新老路交界处模型产生的变化了解模型加筋效果是否达到了施工的需求,该次加筋效果分析如表2。

表2 MohrCoulomb模型的弹性模量效果分析

从表2分析的结果来看,新老路基衔接处在承载1 GPa时出现了一个分界点,即如果小于1 GPa,则沉降变化的控制能够满足需求,而如果大于1 GPa,则沉降变化幅度控制不能满足要求。这与当外界施加压力以后,土工格栅的作用原理有关,它的作用原理为把压力贝司上至下层层传递,而当土工格载的荷载不足时,就会将压力作用到地基上,让地基产生较大的变型。于是有时一层土工格栅加筋是不能满足施工蛙泳的。应用应用软件分析新、旧、新旧衔接之处模型的变化,软件分析认为完成3层加筋可达到施工的需求。应用软件分析,可以精确的了解施工对弹性模型产生的影响,继而了解是否需要继续进行土工格栅加筋施工,直至施工达到目标。

3.4 施工质量的验收

每一次使用土工格栅加筋施工技术,都要检查施工质量是否达到了要求,该次除了要求通过外观检查,了解施工成品外观没有老化、污染、破损现象以外,还要通过抽查了解施工结构是否达到标准,该次的验收要求如表3,当施工达到这一标准时,土工格栅加筋施工技术应用效果就能得到保证。

表3 土工格栅加筋施工技术质量验收标准

4 总 結

随着社会向前发展,人们对公路交通建设提出了更高的要求,于是人们需要扩建旧公路,让公路交通状况满足社会发展的需求。在开展建设的过程中,人们发现新旧公路衔接之处易发生纵向裂缝,而这是由于新旧路基衔接处沉降差异太大而存在的问题。使用土工格栅加筋技术可以有效的优化弹性模型数据,降低新旧路基衔接之处的衔接差异,从而让扩建的公路平整度和整体强度达到路基使用的需求。这种施工技术的使用具有技术使用不复杂、施工效果好、施工工期不长、对成本要求不高的优势,使用这种技术能够在减少资源使用的情况下有效的延长公路使用寿命。