公路改擴(kuò)建中新舊路基搭接中土工格柵的應(yīng)用

張琴 張庭

摘要 高速公路改擴(kuò)建工程中新舊公路搭接處的不均勻沉降導(dǎo)致路面開(kāi)裂、下沉的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。土工格柵技術(shù)的應(yīng)用有效地改善了不均勻沉降的發(fā)生。文章通過(guò)實(shí)際改擴(kuò)建工程項(xiàng)目新舊搭接中路基土工格柵的應(yīng)用，介紹了不均勻沉降產(chǎn)生的機(jī)理，土工格柵的作用以及土工格柵在工程中的施工設(shè)計(jì)與應(yīng)用，并通過(guò)工程沉降觀測(cè)結(jié)果分析了土工格柵的作用，希望對(duì)同類型施工建設(shè)發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞 土工格柵；改擴(kuò)建；不均勻沉降；沉降觀測(cè)

中圖分類號(hào) U41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B文章編號(hào) 2096-8949（2024）08-0122-03

0 引言

隨著國(guó)家各地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，原有的部分交通道路寬度已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的車輛通行要求，公路的擁擠顯現(xiàn)在節(jié)假日等通行高峰時(shí)段比比皆是，擁堵的交通不僅制約了地區(qū)發(fā)展，還嚴(yán)重影響民眾的日常生產(chǎn)生活。針對(duì)交通擁擠、道路狹窄的問(wèn)題，部分地區(qū)已經(jīng)有序地開(kāi)展了公路改擴(kuò)建工程。公路改擴(kuò)建工程中，新舊公路的沉降不均問(wèn)題尤為重要。新舊公路搭接處因沉降不均導(dǎo)致路面不平順，車輛行駛在公路上顛簸不舒適，甚至路面會(huì)因沉降不均產(chǎn)生開(kāi)裂甚至是垮塌現(xiàn)象的發(fā)生，為抑制在公路改擴(kuò)建工程中的新舊公路沉降不均現(xiàn)象，土工格柵被廣泛應(yīng)用[1]。

土工格柵是一種用在工程建設(shè)中的土工合成材料，與其他的土工合成材料相比具有抗拉強(qiáng)度大、應(yīng)力蠕變小、施工中適應(yīng)各種土壤環(huán)境等特點(diǎn)，能夠滿足各種條件下的公路改擴(kuò)建工程，在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效地提高新舊公路路基搭接處加筋承載面的咬合、嵌鎖作用，最大限度地約束搭接處路基側(cè)向位移，增加搭接處路基的抗剪能力，抑制搭接處不均勻沉降的產(chǎn)生。

1 工程概況

該文以某改擴(kuò)建高速公路為樣本，選取改擴(kuò)建工程中的一段作為施工案例，對(duì)土工格柵在公路改擴(kuò)建工程中新舊路基搭接處的應(yīng)用進(jìn)行研究。該條高速公路建成通車運(yùn)營(yíng)至今已長(zhǎng)達(dá)30年之久，近些年隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車運(yùn)輸以及家用汽車數(shù)量的激增，該高速通過(guò)數(shù)量不斷增長(zhǎng)，已在近幾年處于飽和狀態(tài)，因此對(duì)其進(jìn)行改擴(kuò)建施工是非常有必要的。該改擴(kuò)建工程項(xiàng)目位于2K+055～47K+300路段，全長(zhǎng)45.245 km。項(xiàng)目工程采用原有路基兩側(cè)搭接的施工工藝進(jìn)行施工，將原有的24 m寬的四車道擴(kuò)建成寬40 m的雙向八車道，改造擴(kuò)建的道路邊坡模式采用1∶1.5的現(xiàn)代化高速公路標(biāo)準(zhǔn)，改造后高速公路擴(kuò)容達(dá)一倍之多。改擴(kuò)建施工作業(yè)地區(qū)為沖積平原，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地質(zhì)勘探結(jié)果為地面以下土層分別是6 m厚的粉質(zhì)黏土層、4.8 m厚的淤泥質(zhì)粉土、12 m厚的粉土層，如圖1所示。由于此高速公路長(zhǎng)期處于超負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)營(yíng)，道路路基缺乏適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，路基在荷載的長(zhǎng)期作用下部分區(qū)域失去了承載的能力，因此，此次改擴(kuò)建工程在制定施工設(shè)計(jì)方案時(shí)針對(duì)路基搭接處作了針對(duì)性設(shè)計(jì)，并對(duì)搭接處的施工質(zhì)量作出了嚴(yán)格要求，以此保證此次改擴(kuò)建施工的質(zhì)量安全。

2 公路改擴(kuò)建新舊搭接處不均勻沉降的產(chǎn)生

公路路基在受到公路路面向下的荷載作用下，原有的路基穩(wěn)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了豎向應(yīng)變，改變了原有路基的土體結(jié)構(gòu)，土體結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致沉降的發(fā)生。路基基礎(chǔ)的自重壓縮沉降變形和基礎(chǔ)上部的外力荷載碾壓壓縮沉降都是導(dǎo)致路基沉降發(fā)生的常見(jiàn)原因，其中后者產(chǎn)生的沉降路基發(fā)生形變的影響更大，對(duì)路基的影響更嚴(yán)重[2]。原有的舊公路路基經(jīng)過(guò)多年自身沉降和車輛長(zhǎng)期的荷載碾壓[3]，路基的固結(jié)沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定，在正常的使用中不會(huì)發(fā)生大的形變。舊公路改擴(kuò)建鋪設(shè)擴(kuò)建新路時(shí)[4]，雖然也會(huì)對(duì)新鋪設(shè)的道路路基進(jìn)行碾壓預(yù)壓處理，加速路基沉淀的過(guò)程，但還是會(huì)與舊公路路基在沉降上存在差異，特別是在通車營(yíng)業(yè)的情況下車輛對(duì)路基的碾壓會(huì)導(dǎo)致新舊路基的沉降不同，產(chǎn)生沉降差異[5]。根據(jù)以往實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知[6]，公路改擴(kuò)建新舊公路出現(xiàn)不均勻沉降的原因有以下幾點(diǎn)：①改擴(kuò)建工程施工作業(yè)質(zhì)量存在問(wèn)題，導(dǎo)致路基強(qiáng)度不符合工程設(shè)計(jì)以及國(guó)家相關(guān)規(guī)定要求，路基在投入使用后受車輛行駛荷載發(fā)生不均勻沉降。②路基的回填材料不同，不同的回填材料的配比不同導(dǎo)致新舊路基的土質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，新擴(kuò)建的路基基礎(chǔ)回填土一般都是舊路基的開(kāi)挖土，粒徑較大土質(zhì)的力學(xué)性能分散不好控制。新舊路基因土質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同會(huì)導(dǎo)致新舊公路搭接處的沉降不同，造成新舊路基搭接處沉降不均。③施工材料不符合規(guī)定、質(zhì)量不合格或施工工藝不規(guī)范。在施工作業(yè)時(shí)選用的土工格柵質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)規(guī)定，或是施工作業(yè)過(guò)程中未按規(guī)定操作流程進(jìn)行鋪設(shè)，都會(huì)導(dǎo)致在新舊路基搭接處質(zhì)量不合格，出現(xiàn)不均沉降的現(xiàn)象。④路基排水不良，路基排水設(shè)計(jì)不合理，長(zhǎng)期在水的浸蝕下，路基強(qiáng)度下降也會(huì)導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降。

3 土工格柵在新舊公路搭接處的應(yīng)用

土工格柵在新舊公路搭接處的具體應(yīng)用如下：土工格柵能夠?qū)⑸喜考泻奢d有效地?cái)U(kuò)散，避免路基受到集中荷載，減少路基單位面積內(nèi)承受的剪切荷載，減少了路面荷載對(duì)路基的破壞，進(jìn)而緩解了搭接處的受力，分散荷載提升了路基的整體性，減少了不均勻沉降的可能；土工格柵具有較強(qiáng)的抗拉性能，使用在搭接處連接新舊公路，增強(qiáng)了新舊公路的橫向連接能力，使新舊公路路基趨于成為一個(gè)整體，減少了路基搭接處的縱向開(kāi)裂的問(wèn)題；土工格柵的結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀或是網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)能夠有效地組織路基回填料的水平位移，路基土質(zhì)在土工格柵網(wǎng)眼的作用形成嵌鎖形式，不僅將土質(zhì)固定，還有效提高了土質(zhì)的承載力，就像將土裝進(jìn)罐子里變得更加堅(jiān)硬，從而減少了不均勻沉降的可能。

4 新舊公路基礎(chǔ)搭接施工

4.1 新舊路基搭接處土工格柵鋪設(shè)方案

為提升改擴(kuò)建工程項(xiàng)目整體施工質(zhì)量，抑制新舊公路搭接處路面沉降不均現(xiàn)象，需對(duì)舊路基邊坡開(kāi)挖部分進(jìn)行人工處理作業(yè)，翻松舊路基邊坡、處理路基邊坡內(nèi)植物根系、清理雜物、對(duì)路基回填土進(jìn)行攪拌。為保證路基土質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的良好，在路基清理干凈后需對(duì)換填后的路基回填土進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，壓實(shí)度不得低于95%。路基回填壓實(shí)作業(yè)要根據(jù)路基高度合理分配回填壓實(shí)層數(shù)，不可一次完成。具體的分配方案要結(jié)合邊坡臺(tái)階開(kāi)挖的設(shè)計(jì)方案逐層進(jìn)行。開(kāi)挖完成下一級(jí)臺(tái)階后才可對(duì)上一級(jí)臺(tái)階進(jìn)行清理作業(yè)。舊公路路基邊坡有積水存在處所時(shí)，往往伴隨較厚的淤泥土層，此時(shí)需要對(duì)淤泥進(jìn)行清理作業(yè)，將淤泥全部清理后還需繼續(xù)挖深50～80 cm的深度，以保證完全將受進(jìn)水影響可能導(dǎo)致土質(zhì)改變的區(qū)域全部挖出。此區(qū)域的回填可以使用舊路基挖除的路基結(jié)構(gòu)，將舊路棄土合理地利用，減少施工建設(shè)作業(yè)中的建筑垃圾，同時(shí)對(duì)回填處所進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，增大路基邊坡處基坑的穩(wěn)定性。

原有舊路基邊坡清理完畢后，進(jìn)行開(kāi)挖臺(tái)階施工作業(yè)。臺(tái)階的施工順序?yàn)樽韵露希钕旅嬉粚优_(tái)階按設(shè)計(jì)要求采用1.5 m×1 m的形式，其余層次的臺(tái)階按設(shè)計(jì)要求采用1.2 m×0.8 m的形式。臺(tái)階不可一次開(kāi)挖完成，需要采用挖一級(jí)填一級(jí)壓一級(jí)的方式，處理完這一級(jí)的臺(tái)階才可以對(duì)下一級(jí)臺(tái)階進(jìn)行施工作業(yè)。積水或是低洼回填處所宜采用1.2 m×0.8 m高的模式一挖到底，在臺(tái)階內(nèi)設(shè)置內(nèi)傾角度為4%的斜坡。土工格柵在回填路基時(shí)進(jìn)行鋪設(shè)，自下而上每回填一層基礎(chǔ)鋪設(shè)一層，路床的上、下兩面各鋪設(shè)一層土工格柵，以此增加新舊公路搭接處的整體性、連續(xù)性，從而減少搭接處發(fā)生不均勻沉降的可能性。

選擇的土工格柵性能標(biāo)準(zhǔn)可以見(jiàn)表1，表中未標(biāo)注的參數(shù)參考國(guó)家高速公路施工《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32—2012）相關(guān)規(guī)定。

4.2 土工格柵施工

對(duì)路改擴(kuò)建項(xiàng)目工程而言，新舊公路搭接處的不均勻沉降是控制工程質(zhì)量的最大難題。經(jīng)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)對(duì)搭接處路基結(jié)構(gòu)的綜合性能的分析得出結(jié)論：土工格柵的應(yīng)用是目前公路改擴(kuò)建新舊搭接處提升路基性能最好的方式。土工格柵在鋪設(shè)施工前要將鋪設(shè)場(chǎng)地整平、清理，避免有碎石等尖銳雜物破壞土工格柵的完整性。土工格柵在新舊公路搭接處鋪設(shè)作業(yè)時(shí)，必須保證其能夠深入舊路基1.5 m深的位置，所以在舊路基開(kāi)挖時(shí)，舊路基最下一層臺(tái)階不得小于1 m×1.5 m。按施工設(shè)計(jì)要求在每層路基頂面下0.2 m的位置鋪設(shè)土工格柵，并將鋪設(shè)的土工格柵相互連接，使整個(gè)工程的土工格柵網(wǎng)形成一個(gè)整體，不能有斷裂。土工格柵因其功能作用，在鋪設(shè)時(shí)按設(shè)計(jì)要保證搭接處的連接部分的抗拉強(qiáng)度，一般要求搭接處的抗拉強(qiáng)度不得低于土工格柵設(shè)計(jì)的抗拉強(qiáng)度，并且按設(shè)計(jì)要求土工格柵搭接的寬度不得小于200 mm，連接牢固如圖2所示。在土工格柵鋪設(shè)作業(yè)以及鋪設(shè)作業(yè)后土方回填前發(fā)現(xiàn)其存在凸鼓、褶皺、翹邊等問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)組織作業(yè)人員對(duì)土工格柵進(jìn)行拉平處理，并用固定鉚釘將土工格柵錨固固定，防止問(wèn)題的再發(fā)生。土工格柵鋪設(shè)作業(yè)結(jié)束后，要及時(shí)進(jìn)行填筑施工作業(yè)，以先兩邊后中間的施工順序，采用小型推土機(jī)和前置裝載機(jī)等機(jī)械設(shè)備沿著施工作業(yè)方向有序推進(jìn)施工，確保施工效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如圖3所示。

進(jìn)行土工格柵的施工作業(yè)中，應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：①土工格柵在鋪設(shè)施工作業(yè)中需要進(jìn)行搭接才能使整個(gè)改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的土工格柵組成一個(gè)整體，在土工格柵搭接處要選用合適的施工工藝，比如選用U形釘、尼龍繩、扎絲和滌綸線等多種方式對(duì)其進(jìn)行縫接。搭接處的搭接寬度不得小于0.2 m，并保證土工格柵搭接受力處的抗拉強(qiáng)度大于土工格柵材料本身的抗拉強(qiáng)度。②土工格柵在鋪設(shè)時(shí)需要作業(yè)人員用力均勻地將土工格柵拉直鋪平，不能在鋪設(shè)時(shí)出現(xiàn)褶皺、重疊、凸起、扭歪、重格等現(xiàn)象。鋪好的土工格柵應(yīng)每隔1～1.5 m用冒釘固定牢固，冒釘要均勻布設(shè)。③土工格柵鋪設(shè)所在層面的上、下范圍200 mm內(nèi)所用回填料不得使用大粒徑的回填料，其最大顆粒粒徑不得大于土工格柵網(wǎng)口邊長(zhǎng)的1/3，用于土工格柵上下范圍80 mm內(nèi)的最大顆粒粒徑不得大于土工格柵網(wǎng)口邊長(zhǎng)的1/6。④土工格柵鋪設(shè)作業(yè)完工后，石灰土回填應(yīng)遵循“先兩邊，后中間”的原則，沿施工方向推進(jìn)回填。回填土不能直接卸到土工格柵上，要在已經(jīng)攤鋪完成的路基面上卸回填料，并且卸料時(shí)要控制卸料高度，卸料高度不宜超過(guò)1 m。

4.3 石灰土回填

根據(jù)改擴(kuò)建項(xiàng)目工程施工設(shè)計(jì)要求，需要在土工格柵表面回填一層石灰土。回填的石灰土的摻拌量要依照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，一般以40%以上為佳。石灰土在鋪設(shè)前要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攪拌作業(yè)，保證回填材料的均勻性，使其結(jié)構(gòu)性能能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。石灰土的整平作業(yè)前，要確保表面的壓實(shí)度不低于80%，壓實(shí)后的表面不平整處采用鋪撒的方式，將石灰土撒布在低洼處所，達(dá)到整平的效果，以滿足改擴(kuò)建施工設(shè)計(jì)要求。整平作業(yè)后檢測(cè)路基回填材料的含水量，確保含水量的檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)后，方可進(jìn)行下一步施工，以保證路基結(jié)構(gòu)不受影響。

5 交通管制

為保證改擴(kuò)建工程項(xiàng)目在新舊公路搭接處的施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，避免因不均勻沉降而引發(fā)公路各種病害的發(fā)生，改擴(kuò)建工程施工完畢后應(yīng)對(duì)公路進(jìn)行一段時(shí)間的交通管制，使其自然沉降，同時(shí)在交通管制期間持續(xù)檢測(cè)工程沉降量的變化情況，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

6 沉降觀測(cè)

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60—2008）規(guī)范要求，對(duì)該改擴(kuò)建新舊公路搭接處進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)選取5個(gè)路段，分別觀測(cè)路基交工后第3、6、12、18個(gè)月的沉降情況，觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2的結(jié)果可知，應(yīng)用了土工格柵技術(shù)的新舊公路搭接處在施工完畢一年后的沉降基本保持在135 mm左右，并且運(yùn)營(yíng)18個(gè)月后未出現(xiàn)新舊公路搭接處沉降不均或是開(kāi)裂的現(xiàn)象，說(shuō)明土工格柵技術(shù)的應(yīng)用提高了搭接處路基的整體施工質(zhì)量，保證了新舊搭接處公路的行車安全。

7 結(jié)論

土工格柵以其抗拉強(qiáng)度大、應(yīng)力蠕變小、施工中適應(yīng)各種土壤環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，在高速公路改擴(kuò)建工程中被廣泛應(yīng)用。在新舊公路搭接處路基處理施工中，土工格柵的應(yīng)用有效提高了路基的銜接性，使新舊公路路基趨于成為一個(gè)整體，減少了搭接處不均勻沉降的問(wèn)題，同時(shí)，減少了高速路面開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。該文通過(guò)江蘇省某市高速公路改擴(kuò)建工程中土工格柵的應(yīng)用，闡述了不均勻沉降產(chǎn)生機(jī)理、土工格柵功能效果以及土工格柵在工程中的方案設(shè)計(jì)、施工以及工程沉降觀測(cè)，證明了土工格柵在搭接處應(yīng)用的效果，希望對(duì)日后類似的工程施工設(shè)計(jì)有所幫助。

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