浅谈土工合成材料在新旧路基工程中的应用

摘 要：本文着重介绍了土工格栅及土工格室的特性及其在公路路基应用中的作用机理，提出了土工格室在路基应用中的优越性。

关键词：土工格栅、土工格室、新旧路基、应用

1 工程概况

改扩建前的贵州都新公路于2000年5月建成通车，属于二级公路，是《国家高速公路网规划》中兰州至海口高速公路的组成部分。随着车流量日益猛增，路幅只有12米宽、设计时速仅为60公里／小时的都新公路已越来越不堪重负。2007年5月，按照山岭区高等级公路设置对都新公路进行全线改扩建，打造全封闭、全立交，双向四车道，设计速度采用80公里／小时，整体式路基宽度24.5米的高速公路，丰富路基宽度12.5米。

在改扩建设计时，原公路的路基利用率近90%，充分发挥了少占耕地、保护环境、节约投资的筑路理念，但同时带来了新旧路基结合路段如何处治的问题。大量工程实践表明加宽路基在施工过程中和完工后的车辆营运阶段，通常会出现由新旧路基之间不均匀沉降而引起的工程病害。本文结合贵州都新公路改扩建工程，介绍土工合成材料在新旧路基结合部不均匀沉降控制的作用机理、现场试验要点及施工控制措施。

2 土工合成材料的作用机理

目前在路基工程中应用较广的土工合成材料主要有土工格栅及土工格室两种材料，土工格栅的作用机理有：①土工格栅有较大的刚度，可使作用在其上的荷载得以扩散，从而提高路基的承载能力，使路基变形均匀，减小不均匀沉降；②土工格栅的抗拉强度较大，加强了土基的纵横向连接，减少了土基的纵横向开裂，增强了路基的全稳定性；③由于土工格栅网眼的存在，制约了路基中颗粒材料的横向移动，形成良好的嵌锁作用，使土体具有较好的整体抗剪能力。

土工格室的作用机理为当有载荷施加到土工格室上面时，土工格室中无数个独立的网格结构能够限制填充材料的侧向位移并使物料结构更趋紧密，由于物料的无规则形状，大部分垂直力被转化为向四周分散的侧向力，每个网眼的独立性使这些侧向力因受力方向相反而相互抵消，从而大大降低了路基的实际负荷，增强了路基的承载能力。另外，由于土工格室自身的立体结构，使路基的整体刚性大幅度提高，避免了路基的不均匀沉降，而这是土工网、土工格栅等平面结构材料所无法比拟的。

3 现场试验要点

3.1 试验路段选择

在都新公路第三合同段K164+625～K164+790、第四合同段K171+360～K171+580以及第十一合同段K249+420～K249+600三个具有代表性的路段作为新旧路基不均匀沉降监测实施路段。上述路段为典型的高填方路堤，填筑高度均在20m以上，新旧路基采用土工格栅加筋处理、土工格室加筋处理以及不加筋处理三种设计方案。

3.2 试验监测项目：为了有效监测新旧路基及其下卧软土层的稳定性和不均匀沉降，根据工程的实际情况，对选取的三个合同段路基进行了如下四部分的监测项目。分别为：①、深层侧向位移，路堤边坡上埋设测斜管,观测坡体的深层侧向位移；②、地表沉降，利用沉降板，观测随路堤的填筑，路基表面不同位置处的沉降；③、水平位移，利用边桩观测新旧路基表面的水平位移；④、土压力，埋设土压力盒，观测土压力随填筑高度增加的变化规律。路堤填料主要采用的砾类土、砂类土等填料，压实机械用YZ20-JC型振动式压路机，碾压速度2.5-3km/h，碾压填土厚度约50cm。

3.3 试验结果分析

（1）在施工期初始阶段，随着填筑高度的增加，沉降增长较快，填筑完成后，沉降增加趋势大为减缓，趋于收敛。高填方路堤沉降总体表现为加宽路堤中上部沉降大于下部沉降，高填方自身压缩压缩变形不可忽视。实测沉降曲线可拟合为负指数函数形式，从而求得最终沉降。

（2）现场试验实测表明，深层侧向位移、地表沉降和水平位移均在允许范围之内，埋设土压力数值与理论值较为接近，内部土体未发生错位滑移，路堤稳定。现场试验结果为新老路基差异沉降的评价和路面铺筑提供了依据。

（3）现场试验实测数据表明，现场采用的机械组合与实际施工工艺满足都新公路高填方土石混填特点的要求，可总结推广之其他路段。

（4）现场深层侧向位移结果显示，在高填方路堤各级平台坡脚位置附近侧向位移较大，是施工重点注意部位之一，需要加强填料的压实与加筋处治，减少侧向位移，以利于路堤的稳定。土工合成材料有利于改善路堤的受力状态，铺设层位以在路堤放坡平台底部与中部较佳。

（5）土工格室与土工格栅处治高填方路堤现场试验的对比分析表明，土工格室加筋结构比土工格栅更明显地有利于荷载的扩散与传递，减小路基侧向变形与不均匀沉降，从而有效地改善路堤的受力状态，提高高填方路堤的稳定性。

4 施工注意事项

4.1 土工格栅

（1）土工合成材料不宜直接设置于原地基表面上，在铺设土工格栅之前，场地应压实平整，宜在原地表设置30～50cm砂垫层或其它透水性较好的均质土后，再铺设土工格栅；需设置多层土工格栅加筋的路堤，各层之间的间距，不宜小于一层填土最小压实厚度，且不宜大于60cm，土工格栅的最小铺设长度不宜小于2m，铺设时应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向。

（2）土工格栅铺好后应及时填土覆盖， 一般不超过两天，如果紫外线照射较弱，可适当延长覆盖时间，以防日晒而使其老化。土工格栅的填土应尽量使其一次性成型，在回填前对填土的含水量进行检测，避免含水量过大而返工处理时造成土工格栅的破坏。

（3）应利用推土机或平地机严格按照试验段确定的铺土厚度进行铺土,并整平其表面, 局部高差不大于5cm。使表面不得有坚硬凸出物,以利于土工格栅与土面密贴。路基压实厚度不得超过30cm,并保证土工格栅不外露。机械的施工方向与土工格栅搭接顺茬方向一致,以保证土工格栅不被机械迎茬卷起。

（4）碾压时，必须由两侧向路堤中心碾压，严格反向碾压；碾压时压轮不能直接与土工格栅接触，压实的加筋体一般不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位，压路机应顺路堤纵向行驶碾压，行与行之间应重叠0.3～0.5 m，碾压区段纵向也应重叠1.0 m。

4.2 土工格室

（1）土工格室铺设由人工摊铺，铺设时，不得褶皱和损坏，土工隔室应放平整，强度高方向与其受力方向一致，受力方向的连接必须牢固，连接强度不低于材料容许抗拉强度，另一方向密贴排放。铺设土工格室时，先将格室摆于路基一侧，用钢钎固定一端，沿路基横向进行拉伸，展开其内格，然后用钢钎固定另一端。

（2）土工格室铺设后应在一天内填充材料，土工格室填充料应采用级配良好、质地坚硬的碎石或砂；都新公路土工格室高度为5cm，要求填石粒径最大不超过3cm。

（3）土工格室填充材料后应在两天内覆盖填土, 以避免强光紫外线照射导致格室材料老化和脆裂。

（4）压实松铺厚度，一般控制在35cm；格室为填料之前，严禁压路机或其它施工机械直接碾压土工格室表面。用推土机初平,然后用平地机按照层厚摊铺平整,每一层终平后顶面平整度高差不超过+5cm,以保证土工格室与填土面保持密贴。压实做到无漏压、无死角，确保碾压均匀，达到规定的压实度。

4 结论

（1）土工格栅及土工格室用于路基加固防护，可有效地分配荷载，防止路基变形，提高路基的稳定性。

（2）软土地基上土工格室加筋处理路堤不仅可以降低路基的不均匀沉降，而且可以减小软基的总沉降量大小，效果优于土工格栅。