淺析鋼塑格柵與級(jí)配碎石砂墊層在高填方路堤上的應(yīng)用

■王賢珠

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，福州 350003）

淺析鋼塑格柵與級(jí)配碎石砂墊層在高填方路堤上的應(yīng)用

■王賢珠

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，福州 350003）

本文以海西高速公路網(wǎng)廈門(mén)至沙縣高速公路德化段為工程依托，采取鋼塑格柵與級(jí)配碎石砂墊層相結(jié)合方法對(duì)該路段進(jìn)行加固，并總結(jié)和歸納了施工要點(diǎn)和施工效果，為類(lèi)似工程提供借鑒。

鋼塑格柵 級(jí)配碎石 高填方路堤 應(yīng)用

0 引言

由于地形地貌的復(fù)雜多樣，高速公路建設(shè)中常遇到路基高填深挖的問(wèn)題，對(duì)此如果處理不好，將直接影響其使用品質(zhì)。高填效果自然與填料、施工工藝等息息相關(guān)，如何有效的處理高填方路堤的路基沉降，是我們控制高填效果的關(guān)鍵。一般根據(jù)填料的不同，以砂礫土為填料高度超過(guò)12m或其他填料高度超過(guò)20m的均稱(chēng)為高填方路堤，那么高填方路堤和普通路堤相比，存在明顯的特點(diǎn)：一是無(wú)論路堤地基還是路堤本身都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，二是高路堤難免帶來(lái)較大的工后沉降，所以施工時(shí)需要嚴(yán)格控制好填筑壓實(shí)度。在現(xiàn)有施工工藝水平下，對(duì)高填方路堤有多種處理方法：換土復(fù)填、粉噴樁、灌注漿、加筋土等，但都有一定的局限性。特別對(duì)路基基地承載力低、填方高且邊坡存在滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)情況下，需要有更好的工藝、材料來(lái)滿(mǎn)足技術(shù)要求，使得路堤承載力提高且整體性和穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。

1 工程概況

本項(xiàng)目為廈門(mén)至沙縣高速公路德化段，路線所處區(qū)域?qū)偃莸禄h山丘地段，山體剝蝕嚴(yán)重，地形起伏劇烈，山體陡峭，發(fā)育沖溝洼地，山間切割很深，呈典型V字型谷地，植被發(fā)育茂密。路線所經(jīng)地區(qū)大部分在山脊，較多路段路基屬于高填方，提高填方路基的承載力和減少其工后沉降的穩(wěn)定問(wèn)題成為這條高速公路成敗的關(guān)鍵。

由于本標(biāo)段填方區(qū)的河流階地表層為軟塑狀粉質(zhì)粘土層，路堤填方較高，邊坡位置存在滑動(dòng)面，且位置處于山坳中，易于地表水的匯集。為了提高路基的承載力和減少其工后沉降，在個(gè)別高填方路段位置采用雙向鋼塑格柵結(jié)合級(jí)配碎石砂墊層進(jìn)行加固，共設(shè)計(jì)兩層雙向鋼塑格柵。

2 鋼塑格柵的定義及特點(diǎn)

鋼塑格柵以高強(qiáng)鋼絲經(jīng)特殊處理，以聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）為原材料，添加其他輔助劑，通過(guò)擠壓技術(shù)使之成為復(fù)合型高強(qiáng)抗拉條帶，且表面有粗糙壓紋。得到單帶，經(jīng)縱、橫按一定間距編制或夾合排列，采用特殊強(qiáng)化粘接的熔焊技術(shù)焊接其交接點(diǎn)而成型，則為加筋土工格柵。

鋼塑格柵的主要特點(diǎn)如下：

（1）鋼塑格柵的拉力由高強(qiáng)鋼絲在低應(yīng)變能力下產(chǎn)生極高的抗拉模量，縱橫向肋條協(xié)同作用，充分發(fā)揮格柵對(duì)土體的嵌鎖作用。

（2）鋼塑格柵的縱橫向肋條中的鋼絲經(jīng)縱橫編織成網(wǎng)，外包裹層一次成型，鋼絲與外包裹層能協(xié)調(diào)作用，伸長(zhǎng)率很低，小于3%。

（3）鋼塑鋼塑土工格柵的主要受力單元為鋼絲，蠕變量極低。

（4）鋼塑格柵鋪設(shè)、搭接、定位容易，可有效縮短工程周期。

（5）整體結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高。

（6）鋼塑復(fù)合格柵經(jīng)添加各種助劑使其具有抗老化、抗氧化性能。

3 鋼塑格柵與級(jí)配碎石墊層的作用機(jī)理

土體具有一定的抗壓和抗剪強(qiáng)度，而其抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)土體受壓時(shí)，其破壞與否將和土體側(cè)向變形大小有關(guān)，允許的側(cè)向變形越小，它能承受的壓力就越高。所以提高土體的承載能力，設(shè)法減小其側(cè)向變形是一種有效的途徑。

鋼塑格柵作為一個(gè)高模量的整體可以大大減少在荷載作用下 ,由于土體的離散性而產(chǎn)生的側(cè)向水平位移 ,同時(shí)由于它的高模量和結(jié)構(gòu)效應(yīng) ,改善了路基受力狀況,從而改善基礎(chǔ)底面受力狀況 ,減少沉降 ,保持了路基的整體性。

由于格柵約束層網(wǎng)孔具有同一形狀，使土顆粒夾緊在其網(wǎng)格內(nèi)，并且通過(guò)行車(chē)機(jī)械咬合作用產(chǎn)生相互有效應(yīng)力傳遞，可阻止荷載壓實(shí)引起局部位移變形，且依靠格柵的剛度、抗拉強(qiáng)度及網(wǎng)孔嵌鎖三者相互作用，可使路基具有整體性，并使上下層之間土顆粒抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。

級(jí)配碎石墊層本身具有良好的透水性性能，結(jié)合鋼塑格柵的高摩擦阻力產(chǎn)生高抗拉強(qiáng)度，從而增大路基土剪切強(qiáng)度和整體性，減少側(cè)向擠壓和變形。當(dāng)非均勻局部荷載作用與格柵時(shí)，網(wǎng)格發(fā)生相應(yīng)變形，格柵將會(huì)約束作用就會(huì)顯示出來(lái)，使非均勻荷載均勻傳遞，防止不均勻沉降。

4 鋼塑格柵與級(jí)配碎石墊層施工工藝及要點(diǎn)

4.1 施工工藝

（1）當(dāng)基床開(kāi)挖平整壓實(shí)完成，經(jīng)過(guò)檢測(cè)確保合格之后即可進(jìn)行砂礫墊層的鋪設(shè)。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 鋼塑格柵和級(jí)配碎石構(gòu)造圖

（2）按設(shè)計(jì)文件要求先鋪墊10cm厚級(jí)配碎石砂墊層，人工配合平地機(jī)整平后，振動(dòng)壓路機(jī)靜壓兩遍。

（3）在平整好的碎石砂墊層上按設(shè)計(jì)寬度鋪設(shè)鋼塑格柵，攤鋪時(shí)應(yīng)拉直平順，將強(qiáng)度高的方向垂直路堤軸線方向，格柵不得重疊、卷曲、扭結(jié)，相鄰兩幅需搭接長(zhǎng)度大于0.2m，并沿路基橫向?qū)Υ罱硬糠置扛?m用8號(hào)鐵絲進(jìn)行穿插連接。并用U形釘固定，間距1.0m；橫向搭接長(zhǎng)度40～50cm，搭接位置用U形釘固定，每一處搭接位置U形釘用2～3個(gè)。

（4）土工格柵鋪設(shè)完成后首先進(jìn)行自檢，自檢合格后報(bào)監(jiān)理檢查，簽證，合格后，再行鋪筑第二層30cm級(jí)配碎石砂墊層，采用18T單輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，經(jīng)合格后再原有墊層上鋪第二層鋼塑格柵，最后用10cm級(jí)配碎石墊層進(jìn)行覆蓋。回填過(guò)程中，所有施工機(jī)動(dòng)車(chē)輛的不得直接在已鋪設(shè)好的鋼塑格柵上行走。

4.2 施工要點(diǎn)

（1）在施工過(guò)程中，重點(diǎn)應(yīng)對(duì)填料的壓實(shí)度和平整度進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)于填料中的尖刺突起物應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理，以避免對(duì)土工格柵造成損壞。

（2）鋼塑格柵材料攤鋪到位后應(yīng)及時(shí)填筑填料，以免其受到陽(yáng)光過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的直接暴曬。一般情況下，間隔時(shí)間不超過(guò)48h。

（3）為了保證邊坡的穩(wěn)定，保證路基與山體緊密結(jié)合，施工時(shí)必須挖大于1m的臺(tái)階，壓路機(jī)必須碾壓到邊。

（4）基床開(kāi)挖平整壓實(shí)后鋪設(shè)10cm級(jí)配碎石砂墊層，級(jí)配碎石砂墊層表面鋪設(shè)后應(yīng)及時(shí)找平，表面局部允許高度差不大于10cm。

（5）鋼塑格柵在鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)將強(qiáng)度高的方向置于垂直于路堤軸線方向，材料之間的連接應(yīng)牢固，在受力方向連接處的強(qiáng)度不得低于材料設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，且其疊合長(zhǎng)度不應(yīng)小于20cm，層與層之間回折搭接不應(yīng)小于2m。

（6）格柵邊緣與外側(cè)邊坡應(yīng)預(yù)留20～30cm的距離，便于刷坡。

（7）填料分層攤鋪，分層碾壓，所選路基填料及壓實(shí)度等必須滿(mǎn)足 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D30-2015規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 鋼塑格柵與級(jí)配碎石墊層在路基中的應(yīng)用

5.1 鋼塑格柵與級(jí)配碎石墊層材料要求

鋼塑格柵應(yīng)符合 《公路工程土工合成材料 土工格柵 第1部分：鋼塑格柵》（JT/T 925.1-2014）的規(guī)定，如表表1所示。經(jīng)檢測(cè)，鋼塑格柵所有指標(biāo)均滿(mǎn)要求。

表1 鋼塑格柵材料要求

級(jí)配碎石砂墊層含碎石70%，粒徑20～40mm，含砂30%，材料要求如表2所示。經(jīng)檢測(cè)，碎石、砂各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求。

表2 級(jí)配碎石材料要求

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)碎石墊層和格柵的施工質(zhì)量進(jìn)行抽查驗(yàn)收的結(jié)果如表3所示。根據(jù)結(jié)果可知，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求。

表3 碎石墊層和格柵的施工質(zhì)量及檢驗(yàn)要求

5.2 四種工況工后觀測(cè)對(duì)比分析

取地基條件基本相同，路基填筑方式、填筑高度與施工時(shí)間基本相近的路段進(jìn)行比較，選取K76+735～K76+ 885為第一個(gè)段落（工況1），填筑高度為22m，采用雙向鋼塑格柵結(jié)合級(jí)配碎石砂墊層，共設(shè)計(jì)兩層雙向鋼塑格柵+兩層級(jí)配碎石砂墊層，觀測(cè)點(diǎn)為A1、A2、A3；第二個(gè)段落為K74+720～K74+870（工況2），填筑高度16m，采用雙向塑料格柵+兩層級(jí)碎石砂墊層處理，觀測(cè)點(diǎn)為B1、B2、B3；第三個(gè)段落為K73+050～K73+200（工況3），填筑高度18m，僅用級(jí)配碎石砂墊層處理，觀測(cè)點(diǎn)C1、C2、C3；第四個(gè)段落為K75+050～K75+120（工況4），填筑高度17m，未進(jìn)行任何處理，觀測(cè)點(diǎn)D1、D2、D3；前期每10d觀測(cè)1次，并做好記錄，待沉降趨勢(shì)穩(wěn)定后每1個(gè)月觀測(cè)1次，詳細(xì)觀測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 高填方路基沉降觀測(cè)結(jié)果表

觀測(cè)天數(shù)為開(kāi)始觀測(cè)至觀測(cè)完成的總天數(shù)。由于受工期的限制，就沒(méi)有做進(jìn)一步的觀測(cè)，僅以短期內(nèi)的數(shù)據(jù)作為分析。根據(jù)沉降觀測(cè)天數(shù)和路基累計(jì)沉降量的分析，對(duì)其進(jìn)行加權(quán)平均后可以得出：

工況1的路基施工工期間的累計(jì)沉降量為：[125d×（25+24）mm+137d×28mm]/（125×2+137）d=25.7mm

工況2的路基施工工期間的累計(jì)沉降量為：[125d×（52+54）mm+137d×52mm]/（125×2+137）d=52.6mm

工況3的路基施工工期間的累計(jì)沉降量為：[125d×（69+68）mm+137d×69mm]/（125×2+137）d=68.7mm

工況4的路基施工工期間的累計(jì)沉降量為：[125d×（83+82）mm+137d×82mm]/（125×2+137）d=82.3mm

從上述中可以看出第一個(gè)路段施工期間累計(jì)沉降量比第二個(gè)路段的施工期間的累計(jì)沉降減少50%左右，比第三個(gè)路段累計(jì)沉降減少60%左右，比第四個(gè)路段累計(jì)沉降減少70%左右。

5.3 承載能力進(jìn)行比較

上述三段路基歷經(jīng)170天完工，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛為BZZ-100、后軸重100kN，輪胎壓力0.7MPa，單輪當(dāng)量圓直徑21.3cm標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛。采用5.4m貝克曼梁進(jìn)行彎沉測(cè)試，如表5所示。

對(duì)于特異值進(jìn)行了局部處理，通過(guò)四段彎沉值的比較，可以有效的得出，經(jīng)過(guò)鋼塑格柵+級(jí)配碎石砂墊層處理路基的彎沉比雙拉塑料格柵+級(jí)配碎石砂墊層處理的路基減約40%，比僅用級(jí)配碎石砂墊層加固的路基減少大約60%，比未進(jìn)行任何處理的路基減少大約80%。

表5 彎沉測(cè)試結(jié)果

5.4 施工效果

由于采用了上述施工方法，施工效果很好，經(jīng)過(guò)挖開(kāi)檢驗(yàn)，鋼塑格柵平整，與下承層緊密貼良好，未出現(xiàn)扭曲、褶皺重疊現(xiàn)象。經(jīng)沉降觀測(cè)，鋪設(shè)鋼塑格柵的路段平均沉降量25.7mm，且沉降均勻，趨于穩(wěn)定；而未進(jìn)行任何處理的路段平均沉降量82.3mm，且沉降仍在繼續(xù)。結(jié)合彎沉測(cè)試，經(jīng)過(guò)（鋼塑格柵+級(jí)配碎石砂墊層）處理路基的彎沉大大提高了地基承載能力。同時(shí)能解決高填方路堤過(guò)大的沉降或不均勻沉降變形問(wèn)題以及路堤穩(wěn)定性問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

采用鋼塑格柵+砂墊層相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式提高了填方路基承載能力，克服高填方路基后期沉降量偏大的通病。通過(guò)結(jié)合級(jí)配碎石砂墊層施工，在提高承載力的同時(shí)，還解決了沖溝洼土體內(nèi)部的排水問(wèn)題，減少路面開(kāi)裂，增強(qiáng)了路面結(jié)構(gòu)層的整體強(qiáng)度。

[1]中華人民共和國(guó)交通部.JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2006.

[2]福建省高速公路建設(shè)總指揮部.福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南,第二分冊(cè),路基工程（第二版）[C].福州：福建省高速公路建設(shè)總指揮部，2011.