基于山區(qū)公路軟基處理的加筋法聯(lián)合排水板應用研究

周鳳生

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明　365001)

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基于山區(qū)公路軟基處理的加筋法聯(lián)合排水板應用研究

周鳳生

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明365001)

摘要：土工格柵和塑料1965排水板的工作效率。結果表明，排水板在提高路基承載能力更具效用，加快土基固結排水作用，孔壓減小約25%，沉降穩(wěn)定性提高11%；加筋土對軟基的整體穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用，土體的側(cè)向位移約60 mm，而結合排水板作用后格柵拉伸引起的剪應力下降了28%，固結沉降速率上升加快路基承載能力的提高，土工格柵的工作強度減小，有利于路基的長期穩(wěn)定工作。

關鍵詞：土工格柵；塑料排水板；沉降變形；孔隙水壓力

1工程概況

本試驗段位于福建省明溪縣境內(nèi)，該路段地勢復雜，部分分布深、淺層的軟土路基多以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，多分布于河流及洼地附近，平均厚度在7～10 m范圍內(nèi)，表1為某標段軟基路段的土質(zhì)物理性質(zhì)指標。

表1　軟土的物理性質(zhì)指標

2試驗方案

道路工程中已有許多關于塑料排水板和土工格柵加筋法的實例應用，土工格柵具有良好的耐久性，強度高和延性低對限制路基沉降位移具有較好的發(fā)揮，本文擬通過監(jiān)測比較加筋路基和加筋格柵聯(lián)合塑料排水板的軟基路段，分析這種加筋-固結組合方法對軟基問題的效果改善狀況。

在施工過程中，應嚴格控制塑料排水板的質(zhì)量，材料的性質(zhì)好壞在排水固結法中至關重要，同時，應遵循施工過程的各項指標，參照規(guī)范要求進行壓實度檢測，控制好排水板的間距，減少數(shù)據(jù)誤差；在鋪設土工格柵時，可利用U型釘約束格柵位移，注意鋪設地面的平整性。圖1為路段施工流程圖。

圖1　施工流程圖

3效果評價

3.1孔隙水壓力測試結果與分析

排水固結法通過對加快軟土路基的固結排水來提高路基的承載力，將塑料排水板埋置粘土層中，在堆載預壓作用下使水沿排水板流出，加快了路基的沉降穩(wěn)定速率。本試驗通過埋設空隙水壓力傳感器來監(jiān)測土中水壓力增長-消散過程，了解排水板的組合對加筋路基的承載能力的提高。在埋設傳感器時，應控制儀器間距>2 m，保證儀器垂直安放，提高數(shù)據(jù)精度。圖2為監(jiān)測斷面的空隙水壓力變化曲線。

圖2　空隙水壓力變化曲線

布置土工格柵時加鋪30 cm的砂墊層，有利于周間土的排水速率，由圖3可知，在格柵墊層作用下，軟基的空隙水壓力維持在160 kPa，相比于塑料排水板作用效果，仍處于加高的孔水壓力狀態(tài)。排水板通過垂直埋設在粘土當中，相比于粘土間自發(fā)消散排水速率得到了明顯提高，對擴散土間應力，加快路基排水固結，提高路基的沉降速率和穩(wěn)定性均有較好的幫助。排水板對土間孔隙水的消散影響比格柵砂墊層提高了25%，當格柵聯(lián)合排水板組合作用時，空隙水的排水程度提高3%，效果微小。土工格柵在軟基處理中主要在軟基的沉降變形和側(cè)向位移方面發(fā)揮著重要作用，塑料排水板則在加快軟基的固結排水方面作用效果顯著，在空隙水壓力監(jiān)測結果可知，孔壓主要受粘土孔隙水影響，排水板在其中發(fā)揮重要影響。

3.2路基沉降和側(cè)向位移結果分析

軟土路基由于天然孔隙比大，含水量高，強度較低，易引起路基沉降過大無法滿足路基規(guī)范的設計要求，本方案通過在埋設沉降板和斜側(cè)管對軟基的豎向位移和側(cè)向變形進行了施工監(jiān)測，圖3、4分別為路基變形的關系曲線。

圖3　路基填土荷載與沉降位移關系曲線

圖4　路基填土荷載與側(cè)向位移關系曲線

在外荷載作用下，軟基排水速率提高，故在沉降位移上有較大的變化，由圖4可知，隨填土分層平鋪壓實過程，豎向沉降呈線性變化，在土工格柵作用下，施工過程軟土路基的沉降位移達到1.4 m，而排水板加快土間排水，固結速率的提高在沉降速率和下降深度上均比格柵墊層提高近0.3 m，使軟基承載能力能夠滿足設計要求，對工后運營階段路基的安全服役有較大幫助。而在二者組合作用下，軟基的沉降速率和沉降深度還有少量提高，結果表明排水板和格柵墊層的組合對軟基的沉降穩(wěn)定性更具工程意義。

利用斜側(cè)管和位移邊樁得到的圖5數(shù)據(jù)可知，隨路基填筑高度的提高，土工格柵在限制路基側(cè)向位移上發(fā)揮主要作用，聯(lián)合塑料排水板的作用對路基側(cè)向變形的幫助效果甚微，竣工后格柵墊層和組合作用下的位移值約60 mm。土工格柵在豎向沉降上并未充分發(fā)揮效用，但其耐久性、低延性，與砂墊層聯(lián)合作用提高了填土路基的整體剛度，有利于路基的應力擴散，減少路基的較大差異變形，在約束側(cè)向位移方面土工格柵墊層靠自身材料特性發(fā)揮著重要幫助。

3.3加筋土間剪切應力影響分析

土工格柵通過摩擦和咬合作用對周間填土具有約束作用，通過分析土工格柵工作下的剪切應力能夠間接比較格柵墊層和塑料排水板的作用效益，圖5為軟基加筋下的土間剪應力關系曲線。

提高土體的整體性、連續(xù)性是土工格柵墊層在軟基處理中發(fā)揮的重要作用之一，軟土路基由于土間含水量高于液限，粘土間的連結穩(wěn)定較差，土工格柵墊層在增加土體的模量、擴散土間拉應力的同時，還發(fā)揮著隔離和過濾的作用。

圖5　土間剪應力變化曲線

圖6中格柵墊層監(jiān)測到的剪應力數(shù)據(jù)較大，表明格柵在約束填土側(cè)向位移效果顯著，約70 kPa；當塑料排水板一起加入工作后，土工格柵的剪應力值下降了28%，并非土工格柵的影響在減小，而是由于排水板加快了土基的固結排水作用，通過砂墊層的橫向排水作用，試驗段軟基的整體承載能力得到了較大提高，故減小了土工格柵的工作強度，但在約束路基側(cè)向變形上仍表現(xiàn)出較大幫助，剪應力約50 kPa。

4結語

(1)土間空隙水壓力影響軟基的承載能力，塑料排水板比土工格柵墊層具備更好的排水固結影響，在孔壓監(jiān)測中，排水板作用下孔壓消散提高了25%；

(2)格柵墊層在限制軟基側(cè)向位移上發(fā)揮主要作用，與排水板的聯(lián)合工作影響較小，格柵與周間土的咬合連結作用有效控制了土體的變形；

(3)土工格柵與排水板的組合發(fā)揮著自身的材料性能，排水板加快排水固結的同時路基的承載能力提升，加筋格柵改變了路基的整體剛度，使應力荷載均勻擴散，有效限制變形。

參考文獻：

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收稿日期：2016-04-08

作者簡介：周鳳生(1965-)，男，工程師，研究方向：公路橋梁建設管理和施工。

中圖分類號：U417.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0062-02