土工格室在泥巖地質條件下的試驗研究

張斌，劉傳，趙凱，李膺宇

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，成都610000）

1 引言

土工格室加筋是改善黃土地質的常用手段之一[1~3]，土體與土工格室的三維蜂窩狀結構相結合形成加筋層，土工格室的使用可限制結構層的屈曲變形，且顯著提高基礎承載力，對于加固風積沙具有良好的優勢[4，5]，如成本低、運輸方便、力學性能優越等，為實現沙漠公路就地取材、提高路基整體穩定性、節省造價、實現快速施工的目的，土工格室加固風積沙填筑上路床可代替原有礫類土填筑上路床，且具有非常好的效果。以往土工格室在泥巖地區應用較少，為了解其在泥巖地區的適用性，在泥巖地區選取試驗段對泥巖填料填筑后土工格室的狀態及作用效果進行分析。試驗結果可供泥巖地區土工格室加筋路堤的研究提供參考。

2 工程概況

2.1 試驗段概況

本次土工格室鋪設聯合試驗段系指成金簡快速路（金堂段一期）項目K39+600處左側服務區，位于成都平原區，跨越江、河路段較多，路線平行于背斜西翼，多形成高含水量的飽和軟弱黏性土沉積物，構成分布廣泛的軟土地基，巖性為泥巖，砂巖互層，是路基處置的主要對象。

鋪設工作面是已到標高且碾壓施工后的工作面，填料主要為就近開挖的含一定比例大重塊泥巖料的路基填料，尺寸超過200 mm×300 mm×500 mm，個別塊料尺寸更大。

2.2 試驗材料

2.2.1 土工格室

本試驗段采用的是插焊型整體式土工格室，是一種主要由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、改性復合型塑料樹脂為原料制成，經高強力焊接而形成的一種三維網狀格室結構，其通過條帶對土體施加側向約束來提升結構承載力[6，7]。

土工格室條帶連接方式采用U形鋼釘焊接編織，U形鋼釘須做鍍鋅防腐蝕處理，格室張拉到位時每一個U形鋼釘均為一個剛性支撐點。土工格室網格尺寸為40 cm，高度為10 cm，其技術指標見表1。

表1 插焊型土工格室技術指標

2.2.2 格室填料

本試驗段所采用填料為成金簡快速路附近含有一定大重塊泥巖料的路基填料，其基本物理參數指標見表2，顆粒級配分析結果如圖1所示。

表2 泥巖填料物理參數指標

圖1 泥巖填料顆粒級配分析曲線

2.3 施工工藝

土工格室的施工工藝具體為：

1）清理、整平鋪設面；

2）鋪設區域畫線，起始端固定錨桿；

3）沿格室鋪設方向，鋪設、錨固兩側滑軌和張拉軌道；

4）用組間連接件預先連接多組土工格室；

5）土工格室掛網并張拉至張緊狀態，將其進行固定；

6）重復以上步驟，連續鋪設土工格室；

7）檢查鋪設區域格室節點、條帶及組間連接合格后，以泥巖作為填料進行攤鋪、平整；

8）壓實鋪設面填料。

2.4 格室組間連接方式

土工格室組間連接方式分為傳統組間連接與等強度組間連接。本次試驗段所采用的插焊性土工格室的連接方式由傳統的組間連接方式改進成等強度組間連接，即采用U形鋼釘焊接編織。

2.5 土工格室張拉程度

土工格室加固機理是通過格室條帶與格室單元內填料之間的相互摩擦力和側向約束力來達到加固路基的效果[8]。由于本試驗段填料含有部分大重塊填料，須使土工格室網格完全張拉，達到最大網格面積。為達到使土工格室網格完全張拉的條件，通過軟件模擬計算得出格室條帶的伸長率與抗拉強度關系，如圖2所示。

圖2 土工格室條帶伸長率-抗拉強度曲線

由圖2可知，土工格室條帶在拉伸率為12%時，抗拉強度表現最佳，且滿足土工格室網格尺寸張拉需求。故界定土工格室張拉程度的標準為：

1）張拉尺寸：插焊型土工格室網格尺寸為40 cm×40 cm（長×寬），完全張拉后，對角線距離為（56±1）cm；

2）張拉力大小：插焊型土工格室具有高強度特點，為達到張拉要求，則需滿足牽引力≥13 720 N。

本試驗段土工格室張拉程度均符合標準。

3 填土后土工格室狀態

本試驗段位于成金簡快速路（金堂段一期）標尾處路基上，將壓實后的試驗區路堤進行開挖，并對每個格室進行編號，共77個格室。

成都紅層地區路基填料，主要以泥巖為主，其單軸抗壓強度為3~30 MPa居多，少部分可達30~40 MPa，零星巖石（塊）大于40 MPa，對于大于30 MPa的巖石，施工單位大多數時候都會進行二次利用，不會直接用于填筑路基。

成都周邊地區邊坡開挖方式常采用機械破碎和爆破。機械破碎后的填料粒徑一般偏小，估計基本小于50 cm，粒徑小于30 cm的居多。由于邊坡開挖形成的填料粒徑較大，大于40 cm的塊狀巖石未經破碎直接進行填筑。本實驗段泥巖填料經碾壓后，開挖區可觀察到土工格室條帶出現壓倒、壓裂、擠壓變形和大塊徑壓倒等現象。

根據開挖區編號對泥巖填料碾壓后的土工格室條帶、節點的損傷情況進行統計，如圖3所示。其中，正常的格室編號區占76.59%；壓裂的格室編號區占9.74%；壓倒的格室編號區占3.25%；開挖斷的格室編號區占5.84%；開挖裂的格室編號區占0.97%；大塊徑壓倒的格室編號區占2.92%；小塊徑壓倒的格室編號區占0.32%。

圖3 土工格室損傷狀況

4 土工格室張拉問題分析

4.1 不同填料填充后尺寸對比

進行本試驗段施工前，已對黃土地區、風積沙地區、砂礫石地區進行鋪設試驗，其效果對比明顯。

在黃土、砂礫石、風積沙等均質填料下填充的土工格室尺寸、條帶張拉狀態及條帶節點保持一致，無明顯變化，對土工格室的作用效果影響較小；而在泥巖地質條件下，由于泥巖地區有一定比例的大重塊填料，在松鋪過程中會擠壓土工格室條帶，導致條帶破壞，無法對土體提供側向約束力，使土工格室增強路基強度的作用減小。

4.2 大重塊填料的填充影響

本試驗段填料中含有一定比例的最大尺寸超過500 mm，高度尺寸高出格室高度100 mm的大重塊料，在整個鋪設區域只占一定比例。導致有一定比例的區域或點（帶）的格室條帶被壓裂，還不足以達到將條帶受壓崩斷或拉斷的狀態條件。土工格室主體功能正常，節點未觀察到受壓破壞，可支撐大塊料，保持了整體功能性完整。土工格室必須在張拉峰值≥13 720 N，或界定在張拉力≥11 760 N的條件下填土，否則，大重塊料會壓倒格室條帶。

5 總結與展望

經過本次試驗可發現，在泥巖地質條件下，除部分大重塊填料會對土工格室條帶造成損傷，減小條帶對土體的側向約束力外，其他大部分填料均不會影響土工格室的作用效果。由于泥巖填料的松散性較大，在下路床使用具有加強泥巖土層強度的作用，減少攤鋪步驟，降低施工成本的特點，從而可有效實現快速施工的目的。

目前，土木格室施工還存在少許問題，比如，如何界定受力（預應力）條件，使格室發揮最佳功能，或對大重塊泥巖條件下填料狀況能提升多大的承載模量，尚需進行深入研究。