土工格柵在高填路堤中的應用

曹宏偉

（華邦建投集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 概述

由于高填路堤自身的特點，對路堤強度、穩定性和沉降都有較高的要求，這就要求我們除做好正常的填筑工作外，還需在填筑層之間添加土工格柵使其各項性能指標滿足要求。土工格柵能增加路堤板體作用，從而提高高填路堤的穩定性，減少路堤沉降，在高填路堤中應用非常廣泛。

2 加筋土對高填路堤的影響

從理論上來講，高路堤填筑時添加土工格柵能大幅提高路堤穩定性。其工作主要原理有以下三點：

①土工格柵表面與填料之間存在一定的摩擦力，從而能阻止土體側向位移。

②土工格柵由于存在孔洞，其與填料之間存在一定的鎖定作用，可進一步阻止土體側向位移。

③土工格柵縱向及橫向的肋條存在被動阻抗作用，從而大大增加了土體的穩定性。

為驗證土工格柵對高填路堤穩定性的影響，借鑒前人總結的計算公式對加筋前后的路堤穩定性進行驗算[1]，本次驗算主要采用瑞典條分法。

2.1 荷載換算

參數的選取。通過剪切試驗確定填料的內摩擦角、粘聚力等抗剪強度的指標。除此之外還需要確定土工格柵的極限、長期及對應一定延伸率的抗拉強度。路堤所受荷載有自身重力作用和行車荷載，行車荷載將對路堤及其邊坡的穩定性產生不利影響。所以，在計算路堤穩定性時，應按照行車荷載的最不利原則考慮，可以通過下式將行車荷載換算成當量高度h1[2]：

式中，b 代表車輛同一排輪胎最外側之間的距離（m）；d 代表相鄰車輛外側輪胎之間的距離。

2.2 不加筋時路堤穩定性計算

主要采用瑞典條分法進行計算，計算簡圖如圖1 所示。計算時，應先做出幾個假定：

圖1 不加筋時瑞典條分法路堤穩定性計算示意圖

①填料均質。

②滑動面必定通過坡腳。

③忽略路堤土體內部之間的作用產生的影響。

式中，L 代表弧MN 的弧長（m）；f 代表摩擦系數，且f=tanφ；c 代表填料的粘聚力（kPa），其余符號如圖1。

2.3 加筋時路堤穩定性計算

考慮路堤土體加筋時，只是在未加筋情況下考慮加筋作用。此時路堤穩定性計算公式如下：

式中，Ti代表第i 個筋條的抗拉強度，其余符號如圖2。

圖2 加筋時瑞典條分法路堤穩定性計算示意圖

2.4 不同工況時路堤穩定性計算

根據前述加筋和不加筋時的路堤穩定性的計算公式，選取某路堤分別進行穩定性計算。選用的路堤荷載等級為汽-20 級。其當量高度換算如表1 所示，高填路堤各層的相關參數如表2 所示。

表1 不同工況時當量高度換算表

表2 高填路堤各層相關參數表

注：表中h 代表路堤填筑高度（m）；h1代表行車荷載作用下的當量高度（m）；H 代表h+h1；c1代表填料粘聚力（kPa）；c2代表地基粘聚力（kPa）；□1代表填料內摩擦角；□2代表地基內摩擦角；γ1代表填料容重（kN/m3）；γ2代表地基容重（kN/m3）。

將各參數分別代入（3）、（4）計算，不同工況的路堤穩定系數如表3 所示。

表3 不同工況路堤穩定性計算表

由上述結果可知，路堤在加筋情況下顯然比不加筋的穩定系數高，且選取的路堤填筑高度僅為8.3m，如果將土工格柵用于高填路堤，穩定系數的增幅將會大幅增加。通過計算結果可以充分證明土工格柵在高填路堤中發揮著巨大的作用。在工程實際應用中，在高路堤填料中加入土工格柵的路堤的穩定性往往也比沒有添加土工格柵的高，路堤病害往往也比沒有添加土工格柵的低。無論從理論還是工程實際來說，土工格柵對高路堤的工程質量都起到了巨大的作用，尤其是在半填半挖路段、填挖交界路段、陡坡路堤段等特殊地段，土工格柵的作用尤為明顯。

3 土工格柵施工技術（以雙向土工格柵為例）

3.1 材料檢驗

土工格柵進場后，首先應對其進行檢驗。檢驗項目包括尺寸偏差、顏色及外觀、炭黑含量、力學性能、蠕變性能等[3]，其檢驗項目應滿足設計及相關規范要求。檢驗時，取樣應滿足要求。同一生產廠家生產的相同工藝、相同配方及相同原料的相同批次為一個批次，每個批次的量不得超過500 卷，若生產7 天且不足500 卷的，按7 天的產量為一個批次。在進場的材料中，按檢驗批的要求隨機選取3 卷土工格柵，首先進行尺寸和外觀質量檢查，在檢查合格的材料中隨機選取1 卷，去除最外層的土工格柵（50cm 為宜），按土工格柵的全寬截取1m 進行力學性能試驗，然后再按全寬截取5m 進行定型檢驗。上述檢驗步驟中，若其中一個檢驗項目不合格，則按取樣要求進行雙倍抽檢，抽檢仍不合格，則該批材料不合格。檢驗過程應滿足相關規范的規定。雙向土工格柵檢驗試樣如圖3 所示，檢驗項目如表4 所示。

圖3 雙向土工格柵檢驗試樣示意圖

表4 雙向土工格柵質量檢驗表

3.2 施工工藝

土工格柵鋪設施工工藝流程：測量放樣→基底清理→按設計要求的搭接寬度和層數鋪設土工格柵→路堤填筑→壓實→重復鋪設土工格柵。（施工工藝流程圖如圖4 所示）

圖4 土工格柵鋪設施工工藝流程圖

3.2.1 鋪設土工格柵

基底應保持平整，無明顯坑穴，無積水。土工格柵的主肋應垂直于路線中線。由于土工格柵包裝及運輸為卷狀，因此在鋪設時，必須將其張緊，確保鋪設時保持平整，沒有明顯彎曲、折皺等。鋪設完成后，應及時采用插釘或用壓重的方式予以固定。垂直于路線中線的格柵應盡量保持通長狀態，以確保其力學性能。兩幅之間可采用搭接，搭接寬度應滿足設計及規范的要求。若設計為雙層土工格柵，則層間應錯縫鋪設。填筑填料前，應再次張緊，但張力應均勻且大小適中，避免破壞已鋪設好的土工格柵[4]。

3.2.2 高路堤填料的選用

可按項目所在地符合路堤填筑的填料中選取，由于砂類土以及礫類土的力學性能相對穩定，且這兩種材料透水性好，受水影響較小，應優先選擇。填料的粒徑不應超過150mm，同時應把控好填料的級配[5]。

3.2.3 攤鋪及碾壓

土工格柵鋪設完成后，應及時攤鋪填料，土工格柵外露時間不得超過2 天。最好是采取一邊鋪設一邊填筑的流水作業。做法是先在基底梁段攤鋪填料并固定，然后從兩端向中間逐步推進。碾壓時，應采取先碾壓兩側，后碾壓中間方式進行。碾壓時，壓路機不得直接與土工格柵接觸，還未完成碾壓的部分不得允許施工車輛及其他設備碾壓。路堤壓實厚度宜控制在200～300mm，并保證路堤壓實度滿足設計及規范要求。

3.3 施工注意事項

3.3.1 應確保土工格柵的主肋與受力方向（垂直于路線中線方向）保持一致。

3.3.2 碾壓完成前，嚴禁載重車輛在已攤鋪好土工格柵的道路上行駛。

3.3.3 需注意盡量減少土工格柵的接縫數量，盡可能保證整體性。

3.3.4 搭接寬度應滿足要求，不得隨意減少。

3.3.5 天氣寒冷時，土工格柵硬度較高，作業人員應佩戴防護手套，避免受傷。

3.4 質量檢驗

土工格柵鋪設完成后，應進行鋪設質量檢驗，檢驗完成后方可進行路堤填筑施工。土工格柵鋪設質量的主要檢驗項目包括搭接寬度、鋪設范圍、豎向間距、上下層接縫錯開距離、回折長度等。具體檢驗項目及允許偏差如表5 所示。

4 結論

由于土工格柵具有價格低廉、施工簡單、效果好等特點，因此已廣泛應用于公路以及鐵路等工程中，并取得了相當重要的成果。本研究介紹了土工格柵對高填路堤的影響以及在高填路堤中的施工技術，望為從業者提供類似工程的參考。