公路改扩建中新旧路基搭接中土工格栅的应用

张琴 张庭

摘要 高速公路改扩建工程中新旧公路搭接处的不均匀沉降导致路面开裂、下沉的现象经常出现。土工格栅技术的应用有效地改善了不均匀沉降的发生。文章通过实际改扩建工程项目新旧搭接中路基土工格栅的应用，介绍了不均匀沉降产生的机理，土工格栅的作用以及土工格栅在工程中的施工设计与应用，并通过工程沉降观测结果分析了土工格栅的作用，希望对同类型施工建设发展有所帮助。

关键词 土工格栅；改扩建；不均匀沉降；沉降观测

中图分类号 U41文献标识码 B文章编号 2096-8949（2024）08-0122-03

0 引言

随着国家各地区经济的高速发展，原有的部分交通道路宽度已经不能满足日益增长的车辆通行要求，公路的拥挤显现在节假日等通行高峰时段比比皆是，拥堵的交通不仅制约了地区发展，还严重影响民众的日常生产生活。针对交通拥挤、道路狭窄的问题，部分地区已经有序地开展了公路改扩建工程。公路改扩建工程中，新旧公路的沉降不均问题尤为重要。新旧公路搭接处因沉降不均导致路面不平顺，车辆行驶在公路上颠簸不舒适，甚至路面会因沉降不均产生开裂甚至是垮塌现象的发生，为抑制在公路改扩建工程中的新旧公路沉降不均现象，土工格栅被广泛应用[1]。

土工格栅是一种用在工程建设中的土工合成材料，与其他的土工合成材料相比具有抗拉强度大、应力蠕变小、施工中适应各种土壤环境等特点，能够满足各种条件下的公路改扩建工程，在实际应用中能够有效地提高新旧公路路基搭接处加筋承载面的咬合、嵌锁作用，最大限度地约束搭接处路基侧向位移，增加搭接处路基的抗剪能力，抑制搭接处不均匀沉降的产生。

1 工程概况

该文以某改扩建高速公路为样本，选取改扩建工程中的一段作为施工案例，对土工格栅在公路改扩建工程中新旧路基搭接处的应用进行研究。该条高速公路建成通车运营至今已长达30年之久，近些年随着经济的快速发展，汽车运输以及家用汽车数量的激增，该高速通过数量不断增长，已在近几年处于饱和状态，因此对其进行改扩建施工是非常有必要的。该改扩建工程项目位于2K+055～47K+300路段，全长45.245 km。项目工程采用原有路基两侧搭接的施工工艺进行施工，将原有的24 m宽的四车道扩建成宽40 m的双向八车道，改造扩建的道路边坡模式采用1∶1.5的现代化高速公路标准，改造后高速公路扩容达一倍之多。改扩建施工作业地区为冲积平原，地质条件复杂多变，地质勘探结果为地面以下土层分别是6 m厚的粉质黏土层、4.8 m厚的淤泥质粉土、12 m厚的粉土层，如图1所示。由于此高速公路长期处于超负荷状态运营，道路路基缺乏适当的养护，路基在荷载的长期作用下部分区域失去了承载的能力，因此，此次改扩建工程在制定施工设计方案时针对路基搭接处作了针对性设计，并对搭接处的施工质量作出了严格要求，以此保证此次改扩建施工的质量安全。

2 公路改扩建新旧搭接处不均匀沉降的产生

公路路基在受到公路路面向下的荷载作用下，原有的路基稳定结构产生了竖向应变，改变了原有路基的土体结构，土体结构的改变导致沉降的发生。路基基础的自重压缩沉降变形和基础上部的外力荷载碾压压缩沉降都是导致路基沉降发生的常见原因，其中后者产生的沉降路基发生形变的影响更大，对路基的影响更严重[2]。原有的旧公路路基经过多年自身沉降和车辆长期的荷载碾压[3]，路基的固结沉降已经基本稳定，在正常的使用中不会发生大的形变。旧公路改扩建铺设扩建新路时[4]，虽然也会对新铺设的道路路基进行碾压预压处理，加速路基沉淀的过程，但还是会与旧公路路基在沉降上存在差异，特别是在通车营业的情况下车辆对路基的碾压会导致新旧路基的沉降不同，产生沉降差异[5]。根据以往实际应用经验可知[6]，公路改扩建新旧公路出现不均匀沉降的原因有以下几点：①改扩建工程施工作业质量存在问题，导致路基强度不符合工程设计以及国家相关规定要求，路基在投入使用后受车辆行驶荷载发生不均匀沉降。②路基的回填材料不同，不同的回填材料的配比不同导致新旧路基的土质结构存在差异，新扩建的路基基础回填土一般都是旧路基的开挖土，粒径较大土质的力学性能分散不好控制。新旧路基因土质结构的不同会导致新旧公路搭接处的沉降不同，造成新旧路基搭接处沉降不均。③施工材料不符合规定、质量不合格或施工工艺不规范。在施工作业时选用的土工格栅质量不符合设计规定，或是施工作业过程中未按规定操作流程进行铺设，都会导致在新旧路基搭接处质量不合格，出现不均沉降的现象。④路基排水不良，路基排水设计不合理，长期在水的浸蚀下，路基强度下降也会导致路基产生不均匀沉降。

3 土工格栅在新旧公路搭接处的应用

土工格栅在新旧公路搭接处的具体应用如下：土工格栅能够将上部集中荷载有效地扩散，避免路基受到集中荷载，减少路基单位面积内承受的剪切荷载，减少了路面荷载对路基的破坏，进而缓解了搭接处的受力，分散荷载提升了路基的整体性，减少了不均匀沉降的可能；土工格栅具有较强的抗拉性能，使用在搭接处连接新旧公路，增强了新旧公路的横向连接能力，使新旧公路路基趋于成为一个整体，减少了路基搭接处的纵向开裂的问题；土工格栅的结构为网状或是网状立体结构，其内的网眼结构能够有效地组织路基回填料的水平位移，路基土质在土工格栅网眼的作用形成嵌锁形式，不仅将土质固定，还有效提高了土质的承载力，就像将土装进罐子里变得更加坚硬，从而减少了不均匀沉降的可能。

4 新旧公路基础搭接施工

4.1 新旧路基搭接处土工格栅铺设方案

为提升改扩建工程项目整体施工质量，抑制新旧公路搭接处路面沉降不均现象，需对旧路基边坡开挖部分进行人工处理作业，翻松旧路基边坡、处理路基边坡内植物根系、清理杂物、对路基回填土进行搅拌。为保证路基土质结构稳定性的良好，在路基清理干净后需对换填后的路基回填土进行压实作业，压实度不得低于95%。路基回填压实作业要根据路基高度合理分配回填压实层数，不可一次完成。具体的分配方案要结合边坡台阶开挖的设计方案逐层进行。开挖完成下一级台阶后才可对上一级台阶进行清理作业。旧公路路基边坡有积水存在处所时，往往伴随较厚的淤泥土层，此时需要对淤泥进行清理作业，将淤泥全部清理后还需继续挖深50～80 cm的深度，以保证完全将受进水影响可能导致土质改变的区域全部挖出。此区域的回填可以使用旧路基挖除的路基结构，将旧路弃土合理地利用，减少施工建设作业中的建筑垃圾，同时对回填处所进行压实作业，增大路基边坡处基坑的稳定性。

原有旧路基边坡清理完毕后，进行开挖台阶施工作业。台阶的施工顺序为自下而上，最下面一层台阶按设计要求采用1.5 m×1 m的形式，其余层次的台阶按设计要求采用1.2 m×0.8 m的形式。台阶不可一次开挖完成，需要采用挖一级填一级压一级的方式，处理完这一级的台阶才可以对下一级台阶进行施工作业。积水或是低洼回填处所宜采用1.2 m×0.8 m高的模式一挖到底，在台阶内设置内倾角度为4%的斜坡。土工格栅在回填路基时进行铺设，自下而上每回填一层基础铺设一层，路床的上、下两面各铺设一层土工格栅，以此增加新旧公路搭接处的整体性、连续性，从而减少搭接处发生不均匀沉降的可能性。

选择的土工格栅性能标准可以见表1，表中未标注的参数参考国家高速公路施工《公路土工合成材料应用技术规范》（JTG/T D32—2012）相关规定。

4.2 土工格栅施工

对路改扩建项目工程而言，新旧公路搭接处的不均匀沉降是控制工程质量的最大难题。经多年的实践经验和实验对搭接处路基结构的综合性能的分析得出结论：土工格栅的应用是目前公路改扩建新旧搭接处提升路基性能最好的方式。土工格栅在铺设施工前要将铺设场地整平、清理，避免有碎石等尖锐杂物破坏土工格栅的完整性。土工格栅在新旧公路搭接处铺设作业时，必须保证其能够深入旧路基1.5 m深的位置，所以在旧路基开挖时，旧路基最下一层台阶不得小于1 m×1.5 m。按施工设计要求在每层路基顶面下0.2 m的位置铺设土工格栅，并将铺设的土工格栅相互连接，使整个工程的土工格栅网形成一个整体，不能有断裂。土工格栅因其功能作用，在铺设时按设计要保证搭接处的连接部分的抗拉强度，一般要求搭接处的抗拉强度不得低于土工格栅设计的抗拉强度，并且按设计要求土工格栅搭接的宽度不得小于200 mm，连接牢固如图2所示。在土工格栅铺设作业以及铺设作业后土方回填前发现其存在凸鼓、褶皱、翘边等问题，现场作业技术人员应及时组织作业人员对土工格栅进行拉平处理，并用固定铆钉将土工格栅锚固固定，防止问题的再发生。土工格栅铺设作业结束后，要及时进行填筑施工作业，以先两边后中间的施工顺序，采用小型推土机和前置装载机等机械设备沿着施工作业方向有序推进施工，确保施工效果达到设计要求，如图3所示。

进行土工格栅的施工作业中，应注意以下几方面的问题：①土工格栅在铺设施工作业中需要进行搭接才能使整个改扩建工程项目的土工格栅组成一个整体，在土工格栅搭接处要选用合适的施工工艺，比如选用U形钉、尼龙绳、扎丝和涤纶线等多种方式对其进行缝接。搭接处的搭接宽度不得小于0.2 m，并保证土工格栅搭接受力处的抗拉强度大于土工格栅材料本身的抗拉强度。②土工格栅在铺设时需要作业人员用力均匀地将土工格栅拉直铺平，不能在铺设时出现褶皱、重叠、凸起、扭歪、重格等现象。铺好的土工格栅应每隔1～1.5 m用冒钉固定牢固，冒钉要均匀布设。③土工格栅铺设所在层面的上、下范围200 mm内所用回填料不得使用大粒径的回填料，其最大颗粒粒径不得大于土工格栅网口边长的1/3，用于土工格栅上下范围80 mm内的最大颗粒粒径不得大于土工格栅网口边长的1/6。④土工格栅铺设作业完工后，石灰土回填应遵循“先两边，后中间”的原则，沿施工方向推进回填。回填土不能直接卸到土工格栅上，要在已经摊铺完成的路基面上卸回填料，并且卸料时要控制卸料高度，卸料高度不宜超过1 m。

4.3 石灰土回填

根据改扩建项目工程施工设计要求，需要在土工格栅表面回填一层石灰土。回填的石灰土的掺拌量要依照设计标准进行控制，一般以40%以上为佳。石灰土在铺设前要在施工现场进行搅拌作业，保证回填材料的均匀性，使其结构性能能够达到设计要求标准。石灰土的整平作业前，要确保表面的压实度不低于80%，压实后的表面不平整处采用铺撒的方式，将石灰土撒布在低洼处所，达到整平的效果，以满足改扩建施工设计要求。整平作业后检测路基回填材料的含水量，确保含水量的检测结果符合设计要求标准后，方可进行下一步施工，以保证路基结构不受影响。

5 交通管制

为保证改扩建工程项目在新旧公路搭接处的施工质量符合设计标准要求，避免因不均匀沉降而引发公路各种病害的发生，改扩建工程施工完毕后应对公路进行一段时间的交通管制，使其自然沉降，同时在交通管制期间持续检测工程沉降量的变化情况，对施工质量进行评价。

6 沉降观测

根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）规范要求，对该改扩建新旧公路搭接处进行观测，观测选取5个路段，分别观测路基交工后第3、6、12、18个月的沉降情况，观测结果见表2。

由表2的结果可知，应用了土工格栅技术的新旧公路搭接处在施工完毕一年后的沉降基本保持在135 mm左右，并且运营18个月后未出现新旧公路搭接处沉降不均或是开裂的现象，说明土工格栅技术的应用提高了搭接处路基的整体施工质量，保证了新旧搭接处公路的行车安全。

7 结论

土工格栅以其抗拉强度大、应力蠕变小、施工中适应各种土壤环境等优势，在高速公路改扩建工程中被广泛应用。在新旧公路搭接处路基处理施工中，土工格栅的应用有效提高了路基的衔接性，使新旧公路路基趋于成为一个整体，减少了搭接处不均匀沉降的问题，同时，减少了高速路面开裂的风险。该文通过江苏省某市高速公路改扩建工程中土工格栅的应用，阐述了不均匀沉降产生机理、土工格栅功能效果以及土工格栅在工程中的方案设计、施工以及工程沉降观测，证明了土工格栅在搭接处应用的效果，希望对日后类似的工程施工设计有所帮助。

参考文献

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