試論土工織物加筋體在提高路堤穩定性方面的應用

張艷

（柳州市市政工程集團有限公司，廣西 柳州 545005）

所謂路堤，是指用填料在地表面以上填筑起來的帶狀路基，也是路面的支撐結構物，對路面的使用性能影響極大。現結合土工織物的筋材性狀，就土工加筋技術在路堤中的應用進行探討，以供參考。

1 加筋法用于路堤的現實意義

土工加筋技術是一種在土工構筑物中或原位土體中埋設抗拉性能較好的材料而使整個土工系統的強度和穩定性等力學性能得到明顯改善的土體加固方法。路堤作為公路工程的重要組成部分，其必須滿足兩個要求，即整體穩定性及變形小。首先，在地表上開挖或填筑路堤勢必使得原地層的受力狀態發生改變，原先穩定的地層可能因開挖或填筑而引發不平衡，造成路基失穩，如在巖質或土質山坡開挖深路塹，在軟土地基或低洼山谷土層上填筑高路堤等，都可能因填土的附加應力超出軟土地基的承載能力，或上側土體失去支撐而出現坡體坍塌或路堤沉落，造成路基失穩。其次，路基及路基下的地基，在自重及車輛荷載作用下會產生變形。地基軟弱、填土松或過分潮濕所產生的沉陷或同結變形和不均勻變形，會導致路面出現過量的變形及應力增大，促使路面過早損壞。但在高填方路堤施工時，因工序繁雜，所需填筑層數多，很難將累計變形控制在規范內，而在半填半挖路基施工時，所填部分土體所受支撐薄弱，填挖結合部位壓路機難以壓到，難以在填挖結合處形成同一穩定整體，一旦下雨雨水下滲，下部土體遇水下沉，往往造成土體結構破壞，引發滑坡坍塌乃至破壞整個路基。因此，采用常規施工法難以保證高填方及半填半挖路基的要求，而利用土工織物加筋技術則能較好地解決這一問題，土工織物加筋技術主要是通過在人工填土的路堤內鋪設筋狀材料 (即土工織物)作為加筋，使這種人工復合土體可承受抗拉、抗壓、抗剪或抗彎等作用，從而減小地基土的不均勻沉降，提高土坡的穩定性。

2 土工織物的作用機理

2.1 土工織物加筋路堤的受力過程

當堤身填土逐步上升時，此填土荷載(中間大兩側逐漸減小為O)在地基內會產生垂直和側向應力，因此在堤底地基的表層及一定深度內均要發生不同程度、中心大兩側小的平鍋底狀彎曲沉降及側向位移。與此同時，鋪在地基表面上的土工織物也隨堤身填土一起下沉。土工織物彎曲伸長變形將會引起其上、下界面的土產生阻止它的抗摩剪力，并形成對織物的某種錨固作用，該作用對土工織物產生拉應力及拉應變極為有利。拉應變的分布是因堤中心向兩側遞減分布的，顯然界面上的抗摩剪力大小的分布也會和它相似，只有當錨固段土工織物被拉出破壞時，其抗摩剪力才趨于均勻。而在錨固段上，土與土工織物界面處也會有一定的相對應變而不會是絕對固定的，上述土工織物的受力過程是隨填土荷載不斷增加而連續變化又協調進行的。

表1 土工試驗綜合成果

2.2 土工織物加筋路堤的補強機理與作用

隨著堤身填土上升，界面能提供的抗摩剪力加大，其所發揮的補強作用所需的錨固作用也相應增大，此時為保證在界面上的抗摩剪力繼續增加而不剪壞，以不斷滿足錨固作用增長的需要，界面上土與土工織物的應變必須協調相容，可見，土工織物發揮補強作用的出發點及歸宿是界面上土與土工織物的應變協調相容，這也是其補強軟基作用的基本機理。土工織物比地基土層的抗拉強度及變形模量相對大許多，又有界面上相應的抗摩剪力的錨固作用，就會在堤底形成平底鍋狀布兜后，對其上堤身填土下沉不斷起上托作用，同時還會對其下地基土側向擠出起阻礙作用。因土工織物鋪滿堤底地基表面，就能借助于界面上的抗摩剪力來傳遞拉力，對堤身填土下沉就會起均衡作用。上述的上托、阻礙及均衡作用會隨填土高度的上升及錨固的加強而增大，地基從表到內的垂直沉降及側向位移也會相應減小。

3 土工織物加筋體在實際工程中的應用

3.1 工程概況

某標段公路工程全長12.367km，沿線地質狀況復雜多變，地質條件較差，如，K74+600～K74+900段，多數為上部為黑色、灰褐色、黃褐色的黏性土，厚度在5～8m間；天然含水量接近液限，孔隙比常常大于1；標準貫入試驗大多數在5左右，為強度較低、壓縮性較高的黏性土。為避免新舊路堤的不均勻沉降及新路堤的側向滑移，在路堤填筑的過程中，經處理方案比較，擬定采用土工織物加筋墊層進行處理。為更好地分析加鋪土工織物路基穩定的處理效果，我們對該路段進行了詳細的工程地質勘察，詳細勘察結果見表1。

3.2 設計方案及結果

將老路堤分級挖成臺階，在填土面與臺階齊平后，在新填土表面與臺階面上鋪設土工織物，使新填土與臺階聯為一體，這樣填土標高達到每一臺階面都鋪設一層織物（如圖1所示），以使新舊路堤通過土與織物的摩擦阻力來增大新舊路堤的整體穩定性，減少新舊路堤的過大差異沉降及邊坡的側向滑移。現場對比及變形觀測資料表明，鋪設土工織物后，大大減少了新路堤的沉降量和邊坡的側向位移（如圖2所示）。此工程實例充分表明，土工織物加筋體能有效提高新舊路堤的整體穩定性，其具有占地面積較少、壓實效果好、路堤穩定性好等優點，且能有效避免塌方沉降、滑移等現象，同時施工簡便，經濟實用，值得推廣應用。

圖1 試驗段路堤擴寬斷面

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