土工格柵砂石墊層在地基處理中的應用

李學偉 郭小康

(攀枝花學院土木與建筑工程學院，四川攀枝花 617000)

20世紀80年代后，利用土工合成材料作為土的加筋，得到了迅速推廣[1]。用于加筋的土工合成材料種類很多，其中土工格柵作為一種新型的合成材料，具有高強度、低延伸率、高穩定性等優點，其加筋效果強于土工布等材料，在加筋工程中的應用越來越廣泛[2]。將土工格柵埋至土體內，作為地基的加固補強材料，可增強地基的承載力[3]。同時，土工格柵可約束土體的側向剪脹變形，可改善土體的整體受力條件，提高土體的整體強度和土工構筑物的整體穩定性[4，5]。

本文以攀枝花學院第二家屬區室外加筋土擋墻工程地基處理為例，介紹了加筋墊層的設計方法和施工工藝，并進行加筋后的載荷試驗和分析，以確定加筋效果。

1 工程概況

攀枝花學院第二家屬區5號樓室外加筋土擋墻工程，位于攀枝花市炳草崗區。建筑場地在地貌單元上屬于低中山區構造剝蝕地貌單元，由于早年籃球場的修建及現在5號樓的修建，原始的地形地貌已遭破壞。建筑場地內無地下水分布，也未見有斷層、滑坡、崩坍等不良地質作用。

根據勘察報告，建筑場地內地層主要由素填土和強風化花崗巖兩種巖土層組成:

1)素填土。素填土呈灰黃色，主要由粉質粘土、卵石及砂礫等組成，其中卵石的含量在25%～40%之間。此處素填土呈稍濕～濕、可塑、稍密～中密狀態，系多次堆填而成，堆填時間一般都在5年以上，最早為15年。素填土的自重固結已完成，并有一定的承載能力及抗剪強度。

2)強風化花崗巖。強風化花崗巖呈灰黃、灰白色，主要由石英、正長石組成，含少量角閃石及黑云母。中粗粒花崗結構，塊狀構造，呈強風化狀態，其承載力、抗剪強度值都較高，穩定性也極為良好，為良好的地基持力層。

由于原為5號樓處的近于西南至東北走向的大沖溝已被素填土所填平，在沖溝西北側的斜坡也已開挖成兩個陡峻的人工邊坡，中間一條寬約3.5 m的馬道。上面一個邊坡高度約為8 m，下面的邊坡高度為10 m，兩個邊坡的坡度大致按1∶0.3的放坡值挖成，邊坡的坡角約70°。道路就布置在如此陡峻的斜坡上，道路上、下兩側的擋土墻是必須修建的，否則此道路無法完成。

此處的邊坡支擋結構有多種形式可供選擇，但要做到經濟合理、技術上可行、施工方便實屬不易。根據建筑物場地內的巖土層的分布情況，道路外側的一條擋土墻由于東北處低往西南逐漸升高，可以采用漿砌毛石重力式擋土墻，擋墻的基礎大部分可以埋置在強風化花崗巖之中，僅東北端有小部分擋墻的基礎可埋置在素填土之中，由于此處擋墻的高度小，荷載輕，素填土的承載力完全能夠滿足擋墻荷載的要求，因而不需處理。

道路內側的擋墻高達14 m，對擋墻基礎下的地基土承載力要求不小于350 kPa，區內的強風化花崗巖能夠達到此要求，而素填土的承載力卻達不到此要求。

2 地基處理

2.1 地基載荷試驗

天然地基承載力特征值按GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范附錄C確定。在天然地基上選取1號～5號5個測點做承載力試驗，測點布置如圖1所示。試驗采用的剛性承載板面積1 m2，試驗結果如表1所示。

圖1 測點布置圖

表1 各測點承載力 kPa

根據設計圖紙要求，擋土墻基礎的地基承載力值不小于350 kPa，由上述天然地基載荷試驗的結果可知，各測試點的地基承載力均達不到要求。本文采用土工格柵加筋墊層的方案對地基進行處理。

2.2 加筋墊層設計

1)土工格柵。該地基處理采用CATTX80-50型土工格柵，具體參數如表2所示。

表2 土工格柵主要物理力學指標

2)鋪設方案。根據設計圖紙要求和現場情況，采用厚1.5 m的土工格柵砂石墊層對地基進行處理。土工格柵第一層鋪在砂石墊層與地基的交界面上，往上間隔30 cm鋪一層，共鋪設5層。土工格柵加筋墊層的鋪設方案如圖2所示，現場鋪設土工格柵如圖3所示。

2.3 施工工藝

1)基底整平及夯實。土工隔柵鋪設前先整平鋪設層，局部高差不大于5 cm，整平范圍按設計尺寸各邊加寬50 cm，要求壓實系數不小于0.90，經驗收符合要求后進行鋪設施工作業。

圖2 土工格柵加筋墊層的布置

圖3 土工格柵現場鋪設

2)鋪設土工格柵。基底面平整達到要求后，將土工格柵拉運至現場進行人工鋪筑。不應出現扭曲、折皺、重疊，幅寬不夠時，隔柵間重疊長度不小于0.3 m。

3)攤鋪及碾壓。每層隔柵鋪設完畢后填鋪厚度30 cm的砂石料，并用振動壓路機進行碾壓，要求壓實系數不小于0.96。

3 載荷試驗與分析

3.1 載荷試驗

3.1.1 檢測依據

1)JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范中的復合地基載荷試驗要點的有關試驗規定;2)攀枝花學院第二家屬區5號樓室外加筋土擋墻工程勘察報告;3)攀枝花學院第二家屬區5號樓室外加筋擋土墻工程地基處理設計文件;4)檢測委托書。

3.1.2 檢測要求

1)要求檢測基坑底面平整;2)荷載的合力應通過傳力系統的軸心;3)檢測期間應保持檢測土層的原狀結構和天然溫度及濕度;4)檢測時所有儀器設備均應在檢定周期內，且設置必要的防護裝置，確保其穩固，并完好無損;5)沉降值的讀數精度應達到0.01 mm;6)檢測資料完好并系統化。

3.1.3 檢測儀器與設備

1)承壓板為正方形，邊長為1 m×1 m，面積為1 m2;2)QF-100T-20b型千斤頂1臺;3)型號為ZB4-500型電動油泵1臺;4)精度為0.01 mm的位移傳感器及表架共3套;5)基準梁2根，主梁1根。

3.1.4 反力裝置及儀器設備安裝

選取圖1中的1號～3號3個測點，采用同樣尺寸的載荷板對加筋墊層地基進行載荷試驗。本次檢測的反力裝置采用堆土袋壓載的形式，其堆載量為大于委托檢測荷載值的2.4倍。堆載平臺及配重的中心與傳力柱、千斤頂、荷載板的中心重合，檢測過程中整個檢測場地及裝置全遮蓋。

3.1.5 加載

1)本次檢測的最大加載值為700 kPa，本次檢測加載共分7級，每級加載值均為100 kPa;2)調整位移傳感器記錄初始讀數，然后開始第一級荷載的加載。按分級加載，每加一級荷載前后，均應各讀記承壓板沉降量一次，以后每0.5 h讀記一次，當1 h內的沉降量小于0.1 mm時，則認為已趨于穩定，可加下一級荷載。如此循環加載，直至7級荷載加完。

3.1.6 卸載

卸載級數為加載級數的一半，等量進行，每卸一級，間隔30 min讀記回彈量，待卸完全部荷載后，間隔3 h讀記總回彈量。

3.1.7 終止試驗的條件

當出現下列現象之一時，可終止試驗:1)沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現明顯的隆起;2)沉壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%;3)當達不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設計要求壓力的2倍時。

3.2 檢測結果及分析

3.2.1 加筋墊層載荷試驗結果

根據現場載荷試驗結果，將1號～3號3個測點的載荷試驗結果匯總于表3，3個測點的P—S曲線如圖4所示。

圖4 3個測點P—S曲線圖

表3 地基載荷試驗成果

3.2.2 分析

根據圖4所繪曲線，在最大檢測荷載700 kPa下，1號～3號試驗點的P—S曲線均大致呈線性關系，為緩變形曲線，各試驗點的承載力均未達到極限破壞值，故3個測點的地基土承載力取最大檢測荷載值的1/2，即為350 kPa。

由表3可知:1號測點:最大加載量為700 kPa，最大回彈量為3.79 mm，累計沉降量為 14.73 mm;2號測點:最大加載量為700 kPa，最大回彈量為3.49 mm，累計沉降量為13.24 mm;3號測點:最大加載量為700 kPa，最大回彈量為3.31 mm，累計沉降量為12.16 mm。結果表明，加筋后的地基沉降很小，并且比較均勻。

根據天然地基承載力試驗結果，1號～3號3個測點的地基承載力分別為137 kPa，139 kPa，142 kPa，采用加筋墊層方案處理后，三個測點的承載力均為350 kPa，達到了地基承載力設計要求，這說明采用土工格柵砂石墊層的方案是可行的。

4 結語

本文以攀枝花學院第二家屬區室外加筋土擋墻工程地基處理為例，詳細介紹了土工格柵砂石墊層的設計方法和施工工藝及要求，并在施工完畢后進行現場載荷試驗，主要得出以下結論:

1)通過載荷試驗的成果表明，加筋后地基承載力有了顯著的提高，有效地減小了地基的沉降量，對于防止地基的不均勻沉降有明顯效果;2)采用土工格柵砂石墊層對地基進行處理，簡化了施工，縮短了工期，降低了成本，能產生明顯的經濟、社會效益。

[1]楊慶剛，黃曉明，柴建峰.土工格柵路堤加筋效果的影響因素分析[J].工程地質學報，2006，14(1):131-137.

[2]朱 湘.軟土地基格柵加筋路堤結構性能研究[D].南京:東南大學，2001.

[3]李志清，胡瑞林，付 偉，等.土工格柵在加固高速公路路堤中的應用研究[J].巖土力學，2008，29(3):795-799.

[4]劉 春，趙洪波，白世偉.土工格柵在治理軟土路基沉降問題中的研究[J].巖土力學，2004，24(6):1070-1073.

[5]楊和平，鄭健龍，周志剛.用土工格網加固膨脹土高路堤邊坡的試驗研究[A].高速公路建設與發展學術論文集[C].北京:人民交通出版社，1998:138-143.