土工格栅在沿海高速公路茅尾海扩建工程中的应用

【摘要】简要介绍土工格栅在广西沿海高速公路改扩建茅尾海出口工程中提高路基整体强度和稳定性的作用原理和施工方法，以及在减少新老路基不均匀沿降对工程质量的不利影响中发挥的作用。

【关键词】土工格栅 改扩建工程 路基整体强度 不均匀沉降

前言

土工格栅由于其优良的抗拉力学特性和现场施工方便的特点，已被广泛应用于土木工程的各个领域。随着公路工程施工工艺和措施的不断拓新，运用土工格栅处理软土路基、路基搭接在我国公路工程中正在越来越多地被采用。其良好的力学性能有力地保证了路基、路面的工程质量。

土工格栅加固地基的机理：土工格网为柔性材料，它只能承受较大的拉应力，将其布置在土体的拉伸变形区，土的拉应力传给土工格栅，使筋材成为抗拉构件。当加筋土受荷载作用时，土工格网与土体间咬合镶嵌的摩擦阻力制约了土体的侧向变形，土工格栅与土体之间具有较高的粘结作用，并与土体产生相互嵌固作用的效应，显示出更好的抗拉性能。高抗拉性使筋土强度远远高于无筋土，极大地提高了路基土承受剪应力的能力，一定程度上改善了正常路堤横断面上的沉降状况，使得横断面上的沉降趋于均匀，因此能减小新老路基结合部的差异沉降，防止新老路基结合部位路面出现纵向裂缝。

工程概况

广西沿海高速公路改扩建工程茅尾海出口工程位于广西壮族自治区钦州市主城区南部尖山镇龙坟村，由茅尾海出口互通式立交匝道、茅尾海出口互通式立交改扩建主线、匝道收费广场三部分构成。茅尾海出口互通式立交为单喇叭B型，互通式立交工程主线3.1km，路基宽42m，主线是在桂海高速公路的基础上进行改扩建。

茅尾海出口工程内容含路基、路面、桥梁、排水及涵洞、交通安全设施、防护、房建、绿化及环境保护等工程及沿线设施。工程施工期：12个月。主要工程量：互通式立交工程主线共3100m（为改扩建工程），匝道共4466m（新建），先简支后连续预应力砼箱梁跨线桥209.16m，路基土石方61.3717万立方米，路基、路面防护工程32170立方米，路基、路面排水工程6075立方米，沥青混凝土路面179.454千平方米，涵洞20道，通道3道，养护工区1处。

路基施工重点、难点分析及处理措施

3．1路基重点、难点分析

本合同段为旧高速公路新增出口的一个项目，有新建路基部分，也有改扩建部分，新旧路基之间由于路基固结程度不同，新建拓宽的路面在开放交通后一段时间内，新路基会产生自然固结沉降，沉降的差异性会导致新老路基拼接处极易形成纵向裂缝。如何防止新老路基不均匀沉降，减少路基沉降差异是确保工程质量的重点和关键。重点是特殊路基处理、路基拼接施工等。原桂海高速公路经过多年的运营，路基沉降基本稳定，而拓宽部分的填筑荷载作为附加荷载，对原有地基又会导到新的不稳定，并会对老路基和路面产生拉应力，甚至引起路面开裂或破坏。为减少新老路基的差导沉降，需对新建地基进行加强处理防止路基工后沉降过大。

3．2主要处理措施

Ⅰ、结合部的新建路基填方部分需严格按路基压实度标准执行，必须从最底部往上填筑（先按填筑层厚度挖台阶，台阶≥1米，内倾4%），与旧路基搭接分层压实。

Ⅱ、新建路基在原地面清表后回填30厘米厚的透水性较好的匀质土料后铺设两层单向土工格栅，以减少新建路基的工后沉降。

Ⅲ、在将原高速公路硬路肩部分超挖至原水泥路面板底部以下80厘米，回填时铺设两层双向土工格栅搭接新旧路基，使新建路面与旧路面结构层在新旧路基不均匀沉降时能协同受力避免或减缓产生纵向裂缝。

Ⅳ、两层格栅之间的填料采用级配较好的砾类土、砂类土等填筑。

示意图

3．3设置路基位移和沉降观测点

观测点布置原则

为及时、准确、全面的反映路基及构造物的沉降和水平位移情况，通过观测数据判定路基的稳定性，沉降观测点布设原则如下：

（1）软土路段每500 米左右布设一个观测断面。

（2）所有大、中、小桥桥头位置原则上设置一个观测断面。

（3）涵洞、通道路段原则上设置一个观测断面。

（4）填土高度>6 m，设计总沉降量大于50cm 的路段及桥头两侧，分别在路肩及拼接段设置沉降观测点。

（5）填土高度在2~6 m，设计总沉降量小于50cm 的路段，视情况在路肩及拼接段设置沉降观测点。

（6）填土高度

（7）地基处理方法过渡路段需设置一个观测断面。

（8）在地质情况或路基填料类型明显变化路段，应分别布置沉降观测点进行对比。

（9）根据业主要求，在其它一些路段布置观测断面。

（10）每个观测断面应包含至少2个沉降观测点和一组位移桩。在新旧路基拼接部位，每一侧为2个沉降观测点（设置2个沉降板），一个设置于原路基外侧行车道中心，另一个设置于新建路基的路肩处；在全新路基部位，两侧路肩及路中心处分别设置一个沉降板；位移桩位于边坡坡脚。

观测断面及观测点的确定

依据施工图设计，确定各观测断面及观测点如下表：

注：“√”代表一组位移边桩，“”代表一个沉降板。

沉降标的制作及埋设

沉降标的制作

按表1 位置逐一布设沉降标。沉降标请按图1 加工。沉降标由一根直杆（直径φ20 的钢管或自来水管）和600×600×9mm 的沉降钢板组成，直杆用三块钢板焊接在沉降板中心上，并随填土高度的增加而接长。

沉降标的埋设

沉降标埋设在路基的：①一般地段在原地面以上压实两层土时埋设；②有砂垫层地段在砂垫层上压实一层土时埋设（如图2 所示）。埋设在土上的底板，应先在钢板下铺5cm 左右厚的黄砂，安放沉降板时，注意底板水平，并在砂垫层上适当揉搓，使底板与砂垫层完全接触，避免局部虚空，再回填土夯实。沉降板埋设程序见图4。

旧路中心线的沉降板在旧路面尚未揭除时，用在旧路中心线的路面上钉一长4~5cm的铁钉替代；旧路面揭除后，在底基层底埋设沉降板。

为了使沉降杆不受破坏，杆长应随填土升高而逐段接高，并遵循先填土压实再开挖接管的原则。每段接管长度为20±0.5cm，两端有螺绞接头与空心管紧绞连接。每段接管的顶应有相邻两期的观测标高。也就是说：第一段接管埋好后，随即测量管顶标高，作为第一期观测值（初读数），待土填筑一层后，先在原管顶面上观测标高，作为第二期观测值，随即接上第二段接管，观测管顶标高。这样，按顺序逐节升高，计算出每期观测的沉降量。

位移桩的埋设

位移桩长度为100～200cm，断面为10×10cm的方桩打入地基内。桩的入土深度是随土基软硬程度不同而异，以不被踩动为原则。位移桩的布置根据地基及路堤场地条件确定，一般从路堤坡脚起，在垂直于路中心线方向每隔2～3m布设5个位移桩，并用经纬仪定线方法使5个桩在一条直线上，最后用小钉在木桩上标定桩位。

沉降观测阶段的划分

本项目路基监测分为三个阶段，即：

（1）路堤填筑期。路堤填筑期指经原地面处理或软基处理后，开始填土至填土完成的期间。

（2）结构层施工期。主要指路槽以下的路基处理工作全部结束，并达到设计要求，可进行路面底基层及路面施工。

（3）营运期。主要指路基路面全部施工完后的通车营运期间。

观测频率

在路基填筑期，安排施工单位每层进行观测控制，观测组每一个月观测两次。在施工过程中发现异常情况时应增加观测频率，并通知业主及相关人员。

在结构层施工期，安排施工单位每5天观测一次，观测组每一个月观测两次。在施工过程中发现异常情况时应增加观测频率，并通知业主及相关人员。

在营运期，由观测组每一个月观测一次，至通车后一年后结束全部观测工作。

土工格栅施工步骤及工艺要点

4．1土工格栅材料性能与要求

双向拉伸土工格栅采用交通部行标GSL50型，土工格栅每延米纵（垂直线路方向）、横（顺线路方向）极限抗拉强度均不小50KN/M，单向拉伸土工格栅采用交通部行标GDL50型，土工格栅每延米纵向（垂直线路方向）抗拉强度均不小50KN/M、横向（顺线路方向）极限抗拉强度均不小30KN/M，土工格栅的物理力学性能必须满足《交通工程土工合成材料 土工格栅》（JT/T480-2020中的技术要求。

4．2施工步骤

1．基底清理及夯实

对原地面进行清表并排除地表水，清表厚度30M，清表后用冲击式压路机碾压基底，要求压实度不低93%。

2．基底整平、铺设土工格栅

基底冲击碾压后，用平地机将冲击后起伏不平的基底整平，以符合土工格栅铺设所需的平整度要求。然后用铁三轮压路机对基底进行收光碾压，经检测符合要求后进行土工格栅的铺设施工作业。铺设作业过程及质量要求符合设计及规范的相关要求。

3．摊铺上层路基填料、碾压

经检测土工格栅的铺设质量合格后，及时摊铺上层路基填料，并及时展压。用振动压路机进行压实，静2遍（一个来回一遍），中低振幅振4遍，保证压实度符合设计要求。

4．3质量工艺要点

1、土工格栅的质量符合图纸或规范要求。

2、铺设土工格栅时应拦直平顺紧紧贴下承层，不应出现扭曲，折皱，重叠，应用人工拉紧，采用φ8的U型钢筋钉将其固定于原状路基土中，锚钉间距1米，锚固长度不少于45 CM。

3、土工格栅之间的联结应牢固，其叠合长度不小15CM。

4、土层表面应平整，距土工格栅8CM以内的路堤填料，其最大粒径不得大于6CM。

5、土工格栅铺好后及时在其上填土，以避免其受到阳光时间的暴晒，并不得因填土移动土工路栅。

6、填料分层摊铺，分层碾压。然后在其上采用倒卸法施工上层路基填料。

7、不同层面的土工格栅连接位置应相互错开。施工时应避免运料车及其他施工机械在已摊铺并张紧定位的土工格栅上直接碾压。

8、铺设土工格栅的关键是保证连续性，避免产生扭曲、褶皱、重叠、要特别注意避免过量拉伸，以防止超过其抗拉强度和变形极限而发生破坏和撕裂。

结束语

本合同段在路基加宽范围内满铺土工格网，处理后明显加强了新老路基的结合强度，减小了路基的不均匀沉降，与其他工程措施相比较，施工过程简单，施工质量容易得到良好控制，经济效益较好，为道路改扩建提供了一定的施工依据和经验。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。