土工格栅在高填路基填挖结合部的应用

GXF360 2018-04-18

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1　土工格栅的概念

(1)土工格栅的分类

结合土工格栅使用原材料的不同,可以将土工格栅分为以下几种：聚乙烯土工格栅、玻璃纤维土工格栅以及钢塑复合土工格栅。

(2)土工格栅的作用机理

分散应力。土工格栅利用其高强的韧性,可以使土工格栅与土质结合成一个良好的整体。同时,土工格栅可以实现对土基侧向变形的控制,可实现分散荷载的作用,实现板体分效应的能力,从而可以有效地实现填土路基的不均匀沉降。

加筋补强。土工格栅具有较强的抗拉强度,同时土工格栅的网眼可以实现土体横向变形的有效约束,从而形成较好的加固效果,再加上土工格栅与土体颗粒之间的相互摩擦,使得土工格栅与土体形成相互结合的复核地基,从而增强土体的抗剪能力,实现了抵抗疲劳破坏和大变形的作用。

(3)土工格栅的应用

土工格栅受结构特性的影响,可以适应于多种环境中,并可以起到较好的作用。不仅可以应用于公路路基施工建设中,且可以应用于水利工程建设中,均可以起到重要的作用。研究发现,土工格栅多用于沥青混凝土层的下部结构,利用结构的稳定性控制结构的反射裂缝,实现对车辙的有效控制,从而提高路基结构的稳定性及抗疲劳性,一定程度上提高了路基结构使用年限和使用的稳定性。此外,土工格栅也可以应用于土方软土路基加固改良施工中,其主要可以提高软土路基的承载能力,实现路基结构层压力的均匀分散,从而可以提高路基的结构强度。

2　土工格栅在高填方路基施工中的应用

景德镇至寻乌段是济广国家高速公路江西境内路段,全长630km,也是江西省规划的“三纵四横”高速公路主骨架中的“第一纵”。下面对土工格栅在鹰瑞高速高填方路基施工中的应用进行探讨。

(1)施工准备

根据路基施工特点及结构特性选择合适的土工格栅,并根据规范中对土工格栅性能的试验方法开展性能检测,待检验合格后,方可进行施工。

(2)地表清理

在填筑路基施工前,需要对路基表面进行清理,对路基表面的杂草、腐殖土、杂物、松软土等杂质进行有效地清理,待清理完毕之后,对整个铺筑场地进行平整施工。再根据路基施工的基本原则,对路基进行振动压实,从而确保路基的承载能力符合要求。

(3)开挖台阶

如果原地面的坡度较陡,坡度大于1∶5时,需要对坡面进行挖台阶处理,台阶的宽度控制在2m以上,且需要设置2%～4%内倾斜横坡,同时需要对台阶用小型夯实机械进行夯实。

(4)铺设土工格栅

在铺设土工格栅施工前,需要确保铺设基面的平整度符合要求,一般平整度控制在小于15cm以内,铺设基面严禁有碎石、大粒径的块石等。在平整好的下承层上进行全断面铺设土工格栅,并用木桩标注出土工格栅的铺设范围。并且,在土工格栅摊铺时需要做到拉直,格栅表面平整,且需要紧贴下承层。相邻两幅土工格栅搭接的长度控制在合理范围内,一般搭接宽度控制在300～600mm内,双层土工格栅上、下层搭接宽度需要错开一定的距离,一般上下层错开间距应不小于50cm,且需要用U型钉进行锚固。U型钉布置按照梅花形进行布置,间距应不大于1m。同时,土工格栅两侧距离路堤边缘的距离保持在1.5m,且为了格栅与土体之间的整体性,需要将格栅回折在已经压实的填筑层面上,折回外露的土工格栅需要用土进行覆盖。此外,在施工中土工合成材料出现破损现象时,需要对土工格栅破损部位进行及时的更换处理。

(5)填料的摊铺和压实

在土工格栅摊铺施工完成以后,需要在48h内进行填土压实,从而有效地避免土工格栅直接暴露在阳光下。在填土施工时,需要在路基边线每20m布置一根标杆,并标定出每层填土摊铺的厚度,从而可以有效地控制填土的厚度。此外,为了避免运输车辆对路基进行重复辗压,需要利用倒车卸料,并配合使用小马力推土机进行摊平。

在路基进行辗压施工时,需要按照一定的辗压原则,一般按照“先轻后重、先静后振、先低后高、先慢后快、轮迹重叠”,利用重型轮胎压路机或者振动压路机进行辗压夯实,并避免漏压,从而确保路基的密实度,具有良好的承载能力。

(6)质量验收

在土工格栅施工完毕后,需要严格按照公路工程施工质量检验评定的标准对路基进行质量验收,对不符合规范要求的部位,需要及时进行返工处理,不满足要求,严禁进入下一道工序施工。

3　土工格栅处治填挖交界路基现场试验

3.1　试验路概况

某工程中的高填路基工程位于北亚热带季风区大陆性气候,该地区有明显的山区立体气候特征,且该区域多年平均气温为15℃,相对湿度为70%,平均降水量为848.6mm,年最大降水量为1 251．1mm,历年最大的冻土厚度约10cm,历年最大积雪厚度为27cm,在该施工段的B4标有较多的大量填挖结合部分,填方最高可达8m以上。特别是在K25+600～K25+750段,填挖部分较为明显,将该区段作为土工格栅铺设的试验段。

3.2　试验路分段

为了比选出铺设土工格栅后路基承载特性的改良情况,将试验路每段50 m均分为A、B、C段,具体情况见表1所示。

表1　试验段分段情况

试验段桩号试验方案备注A段K25+600～K25+65020cm4%水泥稳定土改良土路床顶面，不进行铺设土工格栅作为铺设土工格栅区段的对比B段K25+650～K25+70020cm4%水泥稳定土改良土路床顶面，进行铺设一层土工格栅(铺设在96区底铺设)95区厚度为80cmC段K25+700～K25+75020cm4%水泥稳定土改良土路床顶面，进行铺设两层土工格栅(铺设在94、96区底铺设)94区厚度为70cm

注：94区为路基压实度为94%

3.3　土工格栅布设方案

(1)试验路B段土工格栅铺设方法

在试验B段的96区进行铺设一层土工格栅,铺设土工格栅距离顶面的距离为80cm,沿着纵向进行全铺,横向长度为12m。在该路段挖方长度L1为5m,填方段L2长度为7m。其中L1为挖方段土工格栅锚固段铺设的长度,L2为填方段土工格栅锚固段铺设的长度,土工格栅详细的铺设如图1所示。

(2)试验路C段土工格栅铺设方法

在试验C段的94区底和96区底进行铺设一层土工格栅,且在94区底沿着纵向进行全面铺设,在横向铺设长度为10m,其中挖方段铺设长度为2m,在填方段铺设长度为8m。在96区底沿着纵向进行全面铺设,在横向铺设长度为12m,其中挖方段铺设长度为5m,在填方段铺设长度为7m,土工格栅详细的铺设如图2所示。

图1　B段土工格栅铺设(单位：cm)

图2　C段土工格栅铺设(单位：cm)

3.4　沉降板的埋设

为了避免路基压实施工对沉降板产生一定的影响,需将沉降板埋设施工放在路基压实施工完成以后,且埋设在路基表面以下20cm。在埋设沉降板时,需要将压实的路基重新挖开,并保持沉降板水平放置,在板底部铺设一层细砂,在沉降板放置完成以后用力压实。同时,为了避免沉降板出现丢失,需要采用标号较低的水泥混凝土铺设在沉降板上面,再用土进行填埋。如果在埋设沉降板的位置有土工格栅,需要在土工格栅上面挖出一个洞,然后再埋设沉降板。

在试验段A、B、C各设一个沉降观测断面,桩号分别为K25+640、K25+680、K25+750,并在每个断面设置4个沉降板,共12块沉降板。具体沉降板设置如图3所示。

图3　沉降板和位移桩埋设(单位：cm)

沉降板1放置在距离挖方路段路肩50cm,与路基顶面的距离为20cm。沉降板2埋设在路基的中间部位,处于中央分隔带部位,为了避免后续埋设管线和排水系统影响沉降板,沉降板2埋设位置向挖方段移动1.5m,与路基顶面的距离为20cm。沉降板3埋设在距离填方段土路肩50cm,与路基顶面距离为20cm。而沉降板4埋设位置距离在坡角100cm部位,与原地面距离45cm,具体见图3。

3.5　观测频率及结果

在埋设沉降板之后第1个月,间隔10d观测一次沉降板的位置,而第2、第3个月间隔半月观测一次,之后每月进行观测一次。如果观测路基沉降已达到稳定状态时,且路基未进行施工,应2个月观测一次。而对于超等载预压填土区段,待观测路基沉降稳定后,在卸载荷载前后分别进行一次观测,在观测后,取出沉降板的管杆,观测结果如表2所示。

表2　沉降观测结果

试验段沉降板1沉降板2沉降板3沉降板4平均A-2．0-3．0-5．0-6．0-4．0B-2．0-2．0-3．0-5．0-3．0C-2．0-2．0-2．0-4．0-2．5平均-2．0-2．3-3．3-5．0-3．2

由表2观测数据可知,A、B、C断面沉降最小测点为沉降板1,主要是由于挖方路基段为密实的地基,路基受压的变形较小。而沉降板4沉降最大,主要是由于处于坡脚部位,路基土压实无法满足设计要求。同时,从沉降板1、2、3、4沉降量依次增大,主要表明在填挖结合部位出现不均匀沉降。此外,试验段A与试验段B,沉降板的沉降值逐渐减小,主要是铺设土工格栅提高了路基的稳定性,降低路基沉降。