土工格柵加筋技術在公路路基加寬的應用

李林蔚

(山西省交通建設中心,山西 太原 030006)

1 新老公路之間的沉降差異及控制

新路基在使用時會存在沉降,而沉降出現的類別分為三種:地基本身會產生沉降、路基自身荷載會產生沉降、行車荷載帶來的沉降。新路基與舊路基的區別在于由于它沒有受過長期的車輛荷載,地基團結程度不足,穩定性差,從而路面在使用時可能會出現縱向裂縫。雖然人們也曾經使用過換填土法、排水固結法來處理新路基的地基沉降問題,但是出于種種原因,人們還是認為應用土工格柵加筋技術在公路路基加寬施工中最能滿足人們的需求。這是由于在公路路基加寬施工時,最常出現縱向裂縫的位置是新老路基結合的部分位,而新路基的參數設計本身是能夠滿足公路交通使用需求的。而正是因為新路基和老路基之間因為存在使用過和沒有使用過,所以出現了差異沉降,才易出現縱向裂縫的問題。應用了土工格柵加筋技術能帶來以下的技術使用優勢:在應用這項技術時,需要應用開挖臺階施工増加新路基與舊路基之間的接觸面積,從而可以優化新路基與舊路基之間的銜接;應用土工格柵鋪設技術,在出現沉降時,能讓路基受力均衡,從而不易出現裂縫;土木格柵施工本身就能夠提供良好的錨固空間,從而能夠多提升路基抗剪的性能。與應用基它的施工技術相比,使用土工格柵施工花費的施工成本少,施工針對性強,技術不復雜,使用的效果良好。這種技術能夠多有效的控制新老公路之間的沉降差異。

2 土工格柵加筋技術在公路路基加寬的應用原理

當前在開展公路路基加寬施工時,人們有多種施工技術可以選擇,然而土工格柵加筋技術有它獨有的施工優勢。當前我國的土工格柵材料已經實現標準化、批量化的生產,它的使用成本并不高、其質量輕、耐腐蝕性強、不易老化,并且抗拉強度可以滿足公路路基施工的需求。從理論上,土工格柵材料可以應用120年。將土工格柵加筋技術應用于路基施工,提升路基的彈性模量的機理為使用這種施工技術可以加磊土工格柵和土體之間的摩擦力;讓土工格機柵和地基地體一起形成整體來提高土地的荷載;利用土工格柵網孔鎖定土體,約束土地變形。應用這一技術,將壓力作用于新老路基接觸之處時,土工格柵應用幾何形狀約束土體,不讓它發生側向變型,從而提高土體的抗彎剛度和抗剪強度,土工格柵本身就能承受一定的強度荷載,它能分擔土體的水平應用力和豎直應用;利用土工格珊的結構讓產生的應用均勻擴散分布,而避免應用集中在路基的某一處,讓路基某一處應用荷載過大,從而形成裂縫。在實踐中,人們認為土工格柵加筋技術是一種有效的減少新老路基銜接之處產生裂縫的施工技術。

3 土工格柵加筋技術在公路路基加寬的工程案例

3.1 工程概況

工程總長度為165.1 km,現結合交通發展的需求加寬公路路面,將原來的雙向四車道變成雙向八車道,該次工程的橫截面及參數如圖1。

圖1 工程的橫截面及參數

3.2 數值模擬

應用信息技術來完成數據的模擬。結合施工需求,路基的長度對新老路基的沉降沒有太多的影響,為了簡化問題,現將三維問題轉換成為二維平面問題,分析橫截面的參數對新老路基沉降產生的影響。

(1)模型建立的理論

應用MohrCoulomb模型作為路基沉降分析的依據,分析加寬路基之后,新的地基土與原路基土之間產生的初始應用,應用公式來分析各項因子產生的荷載影響,分析地基的均布荷載數據,應用了均布荷載=路面荷載+車輛荷載這條公式來分析路基沉降與荷載之間的關系,為沉降的控制提供數據依據。

(2)模型建立和分析

現基于施工的目標來分析模型的建立。運用均布荷載公式來分析新路基產生的影響,現假設路面荷載和車輛荷載都會對均布荷載產生影響,那么會發現新老路基的沉降參數存在差異。舊的路基已經適應了長期行走的振動頻率,并且路基在使用的過程中出現了物理固化的現象,它的強度已經基本穩定。而新路基現在還沒有適應新的路況,即使設計人員已經在設計的過程中增加了公路路基基土基本性質的檢驗,也依然有可能不能完全計算出路基基土與車載荷載之間的動態變化,于是新老路基的強度、沉降速度本身是存在差異的。當車輛在路基上行駛時,由于老路基的核心偏載已經較為穩定,即老路基的重新不太容易出現偏移,這種核心偏載就會核心偏載逐漸向新路基轉移的現象,而新路基與老路基的銜接處就是承載核心偏載荷載最大的位置,如果這一處的沉降不能夠滿足荷載要求,即會出現縱向裂縫。特別是車流量較多、車量的荷載較大時,縱向裂縫更易出現。應用模型來分析新老路基沉降的差異,將表1的數值代入到MohrCoulomb模型,可以發現在均布荷載滿足要求的背景下,新路基可能會出現“反彈”現象,即新舊路基之間最多可以達到3 cm的沉降差異,而這種差異又與該地區的土質有關,現要求應用土工格柵加筋技術優化參數,減少沉降差異。

表1 土層計算參數

3.3 施工的過程

(1)施工前的準備

清理地基表面的雜物,采用壓路機壓實的方法,整平地基的同時將基底壓實,為開展施工做好準備。在開展施工以前,有時施工單位因為沒有把握好細節,導致地基依然存在雜物,從而影響后續的施工:①清除雜草,有地施工的位置存在雜草,特別是存在邊坡,并且陽光比較充足的地段,這些位置易出現雜草,在施工以前必須全面清理。②控制表層鋪設上復合墊層的參數,在開展這項施工時需要通過施工控制臺階的參數,該次設計的路基邊坡臺階為1 m,最下級的臺階為2.5 m。③控制墊層的含泥量,這是讓強度得到保證的重要施工環節。

(2)鋪設土工格柵

把施工單位需要的所有施工材料運至現場,施工材料在運至現場時需要做好質量審核,不得讓沒有經過檢驗,沒有達到設計標準的材料進行現場。做好施工圖紙的核對,了解施工的要求。在施工時,需要把土工格柵與橫向、縱向的路基緊密相連,這是做好新舊路基銜接的關鍵部分。平整鋪設土工格柵,把土工格柵緊靠在下承層的整平層上,土工格柵的強度方向需要與公路的線路方向垂直,按要求鋪設足夠長度和寬度的土工格柵,施工時將施工材料拉直,不能讓它出現褶皺、扭曲、重疊等不規整的幾何圖形。橫向的土工格柵不應使用搭接或縫接施工,而要讓施工材料在度上滿足需求,而縱向可以使用人工作業的方法完成搭接或縫接的施工,使用搭接或縫接的工具為“U”型釘,依設計的要求控制搭接及縫接的寬度,絡接的料通常為滌綸線或民龍線。設計的強度要超過國家設計的標準,以確保施工質量。

(3)加筋的質量控制

通過技術控制,讓土工格柵的每個單元大小都達到預設的要求,在施工中城池能讓土工格柵被地基上的凸起物刺穿,這就是要求做好雜物清理和地基整平工作的目的,否則在施工的這一環節就易出現質量問題。如果發現土工格柵已經被凸起物刺穿則要立即修復或者更換施工材料。加筋的施工必須在48 h以內完成,否則施工材料受到太陽紫外光線的影響,其物理性質和化學性質會發生變化,人而施工中要提高效率,強化施工連貫性。

(4)填土

在填土以前同樣需要清理雜物及平整土工格柵表面,避免雜物或石塊等凸起物破壞土工格柵施工材料。檢查土工格柵是否已經固定,避免施工中出現材料位移現象。完成施工質量檢查以后,開始填土作業,該次設計的松鋪厚度不大于30 cm、平鋪以后使用前置式裝載機、輕型的推土機來輾壓土層。在這一環節,需要一邊控制松鋪的厚度,一邊控制碟壓的效果,以免在碾壓過程中加筋材料變形或被破壞。

(5)壓實控制

在這一環節需要對回填土的含水量及密度進行檢查,確保施工質量的要求。如果壓實控制沒有達到施工設計的要求,則需繼續壓實。

(6)加筋效果分析

應用MohrCoulomb模型分析彈性模量的效果,選擇0.1 GPa、0.5 GPa、1 GPa、2 GPa作為模型自變量,分析老路、新路、新老路交界處模型產生的變化了解模型加筋效果是否達到了施工的需求,該次加筋效果分析如表2。

表2 MohrCoulomb模型的彈性模量效果分析

從表2分析的結果來看,新老路基銜接處在承載1 GPa時出現了一個分界點,即如果小于1 GPa,則沉降變化的控制能夠滿足需求,而如果大于1 GPa,則沉降變化幅度控制不能滿足要求。這與當外界施加壓力以后,土工格柵的作用原理有關,它的作用原理為把壓力貝司上至下層層傳遞,而當土工格載的荷載不足時,就會將壓力作用到地基上,讓地基產生較大的變型。于是有時一層土工格柵加筋是不能滿足施工蛙泳的。應用應用軟件分析新、舊、新舊銜接之處模型的變化,軟件分析認為完成3層加筋可達到施工的需求。應用軟件分析,可以精確的了解施工對彈性模型產生的影響,繼而了解是否需要繼續進行土工格柵加筋施工,直至施工達到目標。

3.4 施工質量的驗收

每一次使用土工格柵加筋施工技術,都要檢查施工質量是否達到了要求,該次除了要求通過外觀檢查,了解施工成品外觀沒有老化、污染、破損現象以外,還要通過抽查了解施工結構是否達到標準,該次的驗收要求如表3,當施工達到這一標準時,土工格柵加筋施工技術應用效果就能得到保證。

表3 土工格柵加筋施工技術質量驗收標準

4 總 結

隨著社會向前發展,人們對公路交通建設提出了更高的要求,于是人們需要擴建舊公路,讓公路交通狀況滿足社會發展的需求。在開展建設的過程中,人們發現新舊公路銜接之處易發生縱向裂縫,而這是由于新舊路基銜接處沉降差異太大而存在的問題。使用土工格柵加筋技術可以有效的優化彈性模型數據,降低新舊路基銜接之處的銜接差異,從而讓擴建的公路平整度和整體強度達到路基使用的需求。這種施工技術的使用具有技術使用不復雜、施工效果好、施工工期不長、對成本要求不高的優勢,使用這種技術能夠在減少資源使用的情況下有效的延長公路使用壽命。