土工格柵在軟土地基處理中的應用
[摘要]結合高速公路路基設計,介紹了土工格柵的基本性能以及路基土工格柵墊層的設計施工方案及要點和使用效果。
[關鍵詞]土工格柵軟土地基施工
一、工程概況
三凱高速公路全長88.22公里,雙向四車道,設計行車速度為80公里/小時。由于沿線地理環境及選線條件的限制,路線途經多處不良地質路段。本文所涉及的軟土地基路段位于K102+700～K104+300地段,其路基橫斷面為半填半挖路基,填土高度為20米左右。
二、沿線工程地質環境
該段軟土路基位于麻栗小河一級沖溝中,沖溝流向與路線走向相反,呈U字形,底寬40-180m,較平坦,兩岸谷地呈30-40傾斜。沖溝上覆回填土、沖洪積及殘積土。填土由板巖碎塊石、雜色粘土混雜堆積,結構松散,層厚0.5-0.7m。沖積層軟土。殘坡積層由軟至可塑狀粘土、砂土組成,含板巖碎石,呈稍密至中密狀。分布連續,強度低,層厚2.08-8.68m,為下層軟土。下伏強風化粉砂質板巖,受區域地質構造的影響巖層節理發育,巖體破碎。根據地勘測報告K103+035-K103+460段軟土厚度為2.40-11.90米,其狀態為軟塑狀。物理力學指標:天然含水量≥35%,亦大于液限;天然孔隙比為0.952-1.272,壓縮系數a1~2=0.51-0.66MP??a-1,屬于高壓縮性軟塑土層。殘坡積軟土層[σ。]=103Kpa,沖洪積軟土層[σ。]=68 Kpa。特別是在路線K103+700-K103+915及K103+035-K103+460段,為保證施工及運營階段的安全性穩定性,并減小砼沉降,必須采取措施對路基底進行處理。
三、路基中的土工格柵墊層
(1)方案的確定。該段經設計單位、業主、監理三方共同研究決定采用換填,土工格柵墊層等措施進行軟基處理,并同時布設縱、橫向排水滲溝。(2)土工格柵墊屋綜合處理地基的原理。土工格柵層處理地基(軟土地基)的機理表現在下面幾個方面:①土工格柵有一定的剛度,從而使上面的負荷得到擴散,提高了地基的承載能力。②由于土工格柵的抗拉強度大,它的存在可增加路堤的穩定性。③土工格柵與砂墊層或填土層(0.5m厚)共同作為一層,這一層具有同路基及地基或軟土地基不同的剛度,它既是路堤的柔性筏基,又是地基及軟土的排水通道。所以在地基變形顯得均勻,差異沉降較小。④由于格柵網眼的存在制約了顆粒材料的橫向移動,形成了良好的嵌鎖作用。通過這種機械咬合作用使土體具有較好的整體抗剪能力。(3)材料的性能及要求。砂墊層要求用潔凈的中粗砂,含泥量應小于5%,以利形成排水通道。土工格柵是一種新型的聚合物材料,經雙向定向拉伸后,它的縱、橫向抗拉強度均勻,且具有良好延性、高抗疲勞性和耐腐蝕性。其重量較輕,方便施工。本次地基處理所用的土工格柵是QLGSG50-50型,延伸率為5%,其縱、橫向抗拉強度均為50kN/m雙向土工格柵,網孔尺寸為15mm×15mm,幅寬為4m,幅長為50m。(4)土工格柵墊層處理地基的施工程序及要點。①先平整場地,清表土并排干地表水。②在地基上鋪一層10cm的砂墊層,然后鋪上一層SS-20型土工格柵(采用橫鋪),土工格柵沿橫斷面鋪設,格柵的強度高的方向(縱向)應垂直于路基的中線,應盡量避免沿這個方向的接縫,各層土工格柵的兩端需進行回包,回包長度分別不小于1.5m、2m,平臺錯臺處的回包長度增長至3.5m。回包段應折覆蓋在壓實的填料面上,平整順適,外側用土覆蓋,格柵的鋪設應平順,保持一定的松緊度,表面嚴禁有碎、塊石等堅硬凸出物,局部起伏差不得大于5cm,格柵的縱向搭接重疊寬度不小于30 cm,搭接縫采用塑料帶綁扎,間距為50cm,對鋪設好的格柵每隔1.5m用勾頭釘固定于地面,以保證格柵以下承面密貼,鋪設好的格柵應及時回填,防止日曬老化,筋材暴露時間不宜超過24 h,上下層土工格柵的搭接縫錯開設置,錯開長度不應小于50cm,并用下層土工格柵回包,與上層格柵形成一整體,兩層格柵間的填土厚度為50cm。③路基土應分層填筑并滿足相應規范要求,另外應避免運料車在已攤鋪好并張緊定位的格柵上直接碾壓。④施工中應控制路堤的填土速率并加強沉降和側向位移的觀測,防止路堤失穩。
1.增加了路堤的穩定性,有效防止滑移、塌方、沉陷等現象的發生。另一方面,使其上部施加的荷載能均勻分布在地層中。也就是說,當軟土地基在上覆荷載作用下可能產生剪砌破壞時,土工格柵將阻止破壞面的出現,從而提高地基的承載力。當土工格柵受到集中應力作用時,高彈性模量的土工格柵受力后將產生垂直分力,分散和抵消部分荷載,有效提高地基承載力,這一效果能有效提高路基加載速率,縮短工期。
2.有效提高地基承載力,由于重型機械在軟基路段容易沉陷,路基填土壓實難于開展,但砂墊層結合土工格柵處理后,壓路機等機械便可在其上開展作業。通常在未經處理的軟土路基上填筑路堤,在一定的填筑高度內,都會出現不同程度的“彈簧”狀態,填土難于壓實,平整度差。經鋪設土工格柵后,由于其約束作用,填料易于壓實,表面平整。
3.土工格柵在提高地基承載力和增加地基穩定的同時,對不均勻的沉降有調節作用,能較快的減少路基的沉降差異。土工格柵和砂礫層共同構成比軟土剛度大得多的復合墊層,對上部施加的荷載起到重新分布的作用,其滲透排水作用又使地基受力趨于均衡,使軟基加快排水固結,促成路堤均勻沉降,使路堤平順。
4.在一邊軟一邊硬的地基上填筑路堤,使用土工格柵能更有效地保證路堤填筑時的安全,并能加快此類路堤的沉降均衡穩定。在此種地基上填上,由于沉降的差異,會造成路基斷裂,甚至失穩。由于土工格柵具有均布力特性,可使整個斷面平衡。
五、幾點體會
(1)原設計對h>20m的軟基采用清淤換填并加土工格柵加筋,我認為是可行的。(2)路堤填土的厚度及密實度要求,在土工格柵上的第一層甚至兩層適當放松。實際施工中經過各方面技術研究,密實度要求達到85%,可略低于90%。該部分可作為沉降后低于地面線的原狀土處理。(3)路堤橫斷面方向的弧形沉降對土工格柵的抗拉強度有較高要求,特別是沉降差異較大時,對土工格柵的橫向搭接長度及搭接方式應給予關注,土工格柵的縱向搭接也有類似問題。
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[1]公路軟土路堤設計與施工技術規范(JTJ017-01).人民出版社,2001.
[2]黎軍,林延鵬.土工格柵在公路邊坡及路基中的應用.公路,2000,(9).
[3]公路土工合成材料應用技術規范(JTJ/T019-98).人民交通出版社,1998.
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