土工柵格在道路路基中的應(yīng)用

巫宏云

鎮(zhèn)江市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇鎮(zhèn)江 212003

0 引言

1 土工格柵的工程特性

土工格柵的常規(guī)力學(xué)特性土工格柵，具有較為明顯的粘彈性，同時(shí)多方面因素影響著其力學(xué)特性。常規(guī)的力學(xué)試驗(yàn)表明，土工格柵的拉伸強(qiáng)度和彈性模量會(huì)隨著環(huán)境和溫度的變化而變化著。表現(xiàn)為單根格柵在不同環(huán)境溫度下荷載與應(yīng)變的關(guān)系圖如圖1所示，不同溫度下單根格柵的抗拉強(qiáng)度如表1所示，單根格柵在不同應(yīng)變速率下荷載與應(yīng)變之間的關(guān)系則由圖2反映出。

表1 不同溫度下土工格柵的抗拉強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

由圖1和表1得出，格柵的彈性模量和抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而呈現(xiàn)出明顯的降低，也就是說，格柵的彈性模量和抗拉強(qiáng)度在低溫狀態(tài)下將會(huì)呈現(xiàn)出明顯的提高。土工格柵的剛度和最大負(fù)荷會(huì)如果是在同一外界溫度下，則是隨著加荷速率的增大而增大。因土工格柵溫度形變系數(shù)較高，如果單獨(dú)考慮溫度效應(yīng)，如發(fā)生整體形變則對加筋材料影響不高，但在實(shí)際的施工中，局部不均勻形變可能會(huì)發(fā)生，格柵的路用性能也將嚴(yán)重受影響。同時(shí)，根據(jù)單根格柵的抗拉試驗(yàn)表明，應(yīng)變約為15%的情況下格柵開始斷裂，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中為考慮一定的安全系數(shù)，極限應(yīng)變10%為通常所取。

圖1 不同溫度下荷載與應(yīng)變之間的關(guān)系

圖2 不同應(yīng)變速度率下荷載與應(yīng)變之間的關(guān)系

1.1 土工格柵的徐變特性和疲勞韌性

作用在格柵加筋結(jié)構(gòu)上的荷載可以持續(xù)許多年，格柵加筋材料將產(chǎn)生徐變，在設(shè)計(jì)過程中，一般將格柵加筋材料上作用的荷載限制在一定范圍，即為設(shè)計(jì)荷載，并可以求出允許形變。在實(shí)際工程應(yīng)用中，要保證格柵在設(shè)計(jì)荷載作用下的允許形變和實(shí)際總形變量保持一致。實(shí)際工程中我們一般采用蠕變系數(shù)法來估算材料的蠕變量，計(jì)算公式為：

式中，εt為靜荷載作用下t時(shí)間的總應(yīng)變量；εo為受力開始時(shí)的初始應(yīng)變量；b為蠕變系數(shù)；t表示時(shí)間。

蠕變系數(shù)在不同的應(yīng)力水平下是不同的，圖3為不同荷載產(chǎn)生的應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系對比曲線（半對數(shù)），其斜率即為不同應(yīng)力水平下的蠕變系數(shù)。同時(shí)在施工現(xiàn)場我們進(jìn)行了交變荷載作用下的土工格柵模擬疲勞試驗(yàn)，具體做法為：將石灰土鋪在土工格柵上，用平地機(jī)整平，采用12、16、20t振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)（前振后靜），碾壓1h，間歇半小時(shí)為1個(gè)周期，共計(jì)進(jìn)行4個(gè)周期，然后鏟除灰土重做試驗(yàn)，與原試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，結(jié)果如圖4所示。

圖3 不同荷載作用下的應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系

圖4 壓實(shí)前后柵格拉伸性能對比曲線

從圖4可以看出，格柵承受交變荷載周期性作用后，處于工作應(yīng)變狀態(tài)下的材料剛度沒有明顯變化，但一般情況下，材料的極限抗拉強(qiáng)度有所降低，降低的幅度與土壤粒徑有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用局部安全系數(shù)來考慮，一般對于常采用的SR80格柵，局部安全系數(shù)為1.1～1.3。土壤粒徑越小，對材料極限抗拉強(qiáng)度影響越小，局部安全系數(shù)可適當(dāng)取低值。

1.2 土工柵格的耐久性

耐久性能由于土工格柵中加入了碳黑等抗老化助劑，因此具備了酸、堿、鹽及酒精、汽油等有機(jī)溶劑及抗紫外線的侵蝕。一據(jù)有關(guān)資料顯示，在常溫和設(shè)計(jì)允許荷載作用下，土工格柵的使用壽命可達(dá)120年。

1.3 土工柵格施工靈活性

施工性能土工格柵重量輕、易搬運(yùn)、運(yùn)輸貯存方便，有一定的柔性和韌性，便于現(xiàn)場加工和搭接，施工簡單，無需專用的施工機(jī)械和人員，此外，土工格柵強(qiáng)度、變形受溫度影響較大，一般地，溫度越高，其強(qiáng)度越低，變形越大；溫度越低，其強(qiáng)度越高、變形越小。

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2 工程應(yīng)用

某改建工程，大部分路段都有幫寬現(xiàn)象，施工分段進(jìn)行一段時(shí)間以后，幫寬部位由于沉陷不同出現(xiàn)了縱向裂縫，原路基部分已經(jīng)固結(jié)穩(wěn)定，沉降量極小，而拓寬部分的路基，即使是壓實(shí)度達(dá)到了規(guī)范要求，但路基土有一個(gè)固結(jié)穩(wěn)定的過程，其固結(jié)過程可延續(xù)很長時(shí)間，必然會(huì)造成路基不斷沉降，而且其沉降量必然大于原路基。根據(jù)土工柵格的工程特性，對拓寬部分采用灰土和二灰碎石基層中加如土工格柵。

土工格柵施工的注意事項(xiàng)：

1）土工格柵的連接

一般采用綁扎作為土工格柵的連接，搭接寬度應(yīng)該大于l0cm。搭接處需要滿足受力要求，綁扎點(diǎn)一般會(huì)每隔隔10cm～15cm；在這個(gè)距離內(nèi)受力方向應(yīng)有兩個(gè)綁扎點(diǎn)，錯(cuò)縫布置一般應(yīng)用在多層鋪設(shè)時(shí)，采用上下層搭接。

2）土工格柵的固定

施工中，土工格柵的設(shè)計(jì)應(yīng)按要求張拉、鋪設(shè)、搭接、鋪固，做到無摺皺、無扭曲，張緊度盡量高一些，固定時(shí)使用U形插釘。

3）土工格柵的填蓋時(shí)間

土工格柵填蓋時(shí)間在鋪設(shè)好之后，時(shí)間要及時(shí)，采用土料填蓋，一般不超過兩天，紫外線照射較弱的情況下，覆蓋時(shí)間可適當(dāng)延長。

4）土工格柵的填料

土工格柵的填料應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求來選取。實(shí)踐證明除生活垃圾、硅藻土和白堊土、凍結(jié)土、沼澤土外均可用做填土。但力學(xué)性能穩(wěn)定的還要屬砂類土和礫類土，受含水量影響偏小，適合優(yōu)先選用，粒徑要小于15cm，填料級配要稍加注意，以確保壓實(shí)質(zhì)量。

5）填料的攤鋪和壓實(shí)

當(dāng)土工格柵鋪設(shè)好后，在兩端攤鋪填料，將土工格柵固定，再向中部推進(jìn)。碾壓的順序是先兩側(cè)后中間。碾壓時(shí)壓輪不能直接與土工格柵接觸，壓實(shí)的加筋體一般不允許車輛在上面行駛，以免筋材錯(cuò)位。分層壓實(shí)厚度為20cm～30cm。碾壓密實(shí)度應(yīng)達(dá)到工程要求。這也是加筋土工格柵工程成敗的關(guān)鍵。

3 工程效果檢測

我們對土工柵格在拓寬道路減少路基沉降進(jìn)行了效應(yīng)觀測，跟蹤檢測，檢測其處理的效果。

用彎沉檢測處理效果。彎沉檢測點(diǎn)布置在拓寬部分與老路相接處左右各60cm處，縱向距離為10m，路基填筑完成時(shí)進(jìn)行了檢測，檢測數(shù)據(jù)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行處理，結(jié)果見表2。

表2 路基彎沉檢測對比表

由表2可以看出，對設(shè)有土工柵格材料的路基段的沉降明顯低于單層或未加土工柵格的路段，可見土工柵格對于預(yù)防路基沉降，加強(qiáng)路基穩(wěn)定性有良好的工程效果。

4 結(jié)論

通過對土工格柵工程特性的研究試驗(yàn)分析，我們越來越應(yīng)該認(rèn)識到土工格柵這種材料的工程實(shí)用性，土工格柵必將更加廣泛地應(yīng)用于我國的公路改擴(kuò)建工程中。在施工過程中，應(yīng)注意土工柵格材料的施工特殊性，嚴(yán)格按照土工柵格材料的施工規(guī)范，使土工格柵在鋪設(shè)中更科學(xué)、更合理、更節(jié)約、更規(guī)范，更能提高工程是經(jīng)濟(jì)效益。

[1]周志剛，鄭健龍著.公路土工合成材料設(shè)計(jì)原理及工程應(yīng)用.

[2]張留俊，等著.高速公路軟土地基處理技術(shù).人民交通出版社.

[3]吳進(jìn)明.土工合成材料防治半剛性路面反射裂縫技術(shù).山西建筑.