谈土工格栅在软土地基处理中的应用

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一、工程概况

　　三凯高速公路全长88.22公里，双向四车道，设计行车速度为80公里/小时。由于沿线地理环境及选线条件的限制，路线途经多处不良地质路段。本文所涉及的软土地基路段位于K102+700～K104+300地段，其路基横断面为半填半挖路基，填土高度为20米左右。

　　二、沿线工程地质环境

　　该段软土路基位于麻栗小河一级冲沟中，冲沟流向与路线走向相反，呈U字形，底宽40-180m，较平坦，两岸谷地呈30-40倾斜。冲沟上覆回填土、冲洪积及残积土。填土由板岩碎块石、杂色粘土混杂堆积，结构松散，层厚0.5-0.7m冲积层软土。残坡积层由软至可塑状粘土、砂土组成，含板岩碎石，呈稍密至中密状。分布连续，强度低，层厚2.08-8.68m，为下层软土。下伏强风化粉砂质板岩，受区域地质构造的影响岩层节理发育，岩体破碎。根据地勘测报告K103+035-K103+460段软土厚度为2.40-11.90米，其状态为软塑状。物理力学指标：天然含水量≥35%，亦大于液限；天然孔隙比为0.952-1.272，压缩系数a1~2=0.51-0.66MP??a-1，属于高压缩性软塑土层。残坡积软土层[σ。]=103Kpa，冲洪积软土层[σ。]=68 Kpa.特别是在路线K103+700-K103+915及K103+035-K103+460段，为保证施工及运营阶段的安全性稳定性，并减小砼沉降，必须采取措施对路基底进行处理。

　　三、路基中的土工格栅垫层

　　（1）方案的确定。该段经设计单位、业主、监理三方共同研究决定采用换填，土工格栅垫层等措施进行软基处理，并同时布设纵、横向排水渗沟。（2）土工格栅垫屋综合处理地基的原理。土工格栅层处理地基（软土地基）的机理表现在下面几个方面：①土工格栅有一定的刚度，从而使上面的负荷得到扩散，提高了地基的承载能力。②由于土工格栅的抗拉强度大，它的存在可增加路堤的稳定性。③土工格栅与砂垫层或填土层（0.5m厚）共同作为一层，这一层具有同路基及地基或软土地基不同的刚度，它既是路堤的柔性筏基，又是地基及软土的排水通道。所以在地基变形显得均匀，差异沉降较小。④由于格栅网眼的存在制约了颗粒材料的横向移动，形成了良好的嵌锁作用。通过这种机械咬合作用使土体具有较好的整体抗剪能力。（3）材料的性能及要求。砂垫层要求用洁净的中粗砂，含泥量应小于5%，以利形成排水通道。土工格栅是一种新型的聚合物材料，经双向定向拉伸后，它的纵、横向抗拉强度均匀，且具有良好延性、高抗疲劳性和耐腐蚀性。其重量较轻，方便施工。本次地基处理所用的土工格栅是QLGSG50-50型，延伸率为5%，其纵、横向抗拉强度均为50kN/m双向土工格栅，网孔尺寸为15mm×15mm，幅宽为4m，幅长为50m.（4）土工格栅垫层处理地基的施工程序及要点。①先平整场地，清表土并排干地表水。②在地基上铺一层10cm的砂垫层，然后铺上一层SS-20型土工格栅（采用横铺），土工格栅沿横断面铺设，格栅的强度高的方向（纵向）应垂直于路基的中线，应尽量避免沿这个方向的接缝，各层土工格栅的两端需进行回包，回包长度分别不小于1.5m、2m，平台错台处的回包长度增长至3.5m.回包段应折覆盖在压实的填料面上，平整顺适，外侧用土覆盖，格栅的铺设应平顺，保持一定的松紧度，表面严禁有碎、块石等坚硬凸出物，局部起伏差不得大于5cm，格栅的纵向搭接重叠宽度不小于30 cm，搭接缝采用塑料带绑扎，间距为50cm，对铺设好的格栅每隔1.5m用勾头钉固定于地面，以保证格栅以下承面密贴，铺设好的格栅应及时回填，防止日晒老化，筋材暴露时间不宜超过24 h，上下层土工格栅的搭接缝错开设置，错开长度不应小于50cm，并用下层土工格栅回包，与上层格栅形成一整体，两层格栅间的填土厚度为50cm.③路基土应分层填筑并满足相应规范要求，另外应避免运料车在已摊铺好并张紧定位的格栅上直接碾压。④施工中应控制路堤的填土速率并加强沉降和侧向位移的观测，防止路堤失稳。

　　四、土工格栅的使用效果

　　1.增加了路堤的稳定性，有效防止滑移、塌方、沉陷等现象的发生。另一方面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。也就是说，当软土地基在上覆荷载作用下可能产生剪砌破坏时，土工格栅将阻止破坏面的出现，从而提高地基的承载力。当土工格栅受到集中应力作用时，高弹性模量的土工格栅受力后将产生垂直分力，分散和抵消部分荷载，有效提高地基承载力，这一效果能有效提高路基加载速率，缩短工期。

　　2.有效提高地基承载力，由于重型机械在软基路段容易沉陷，路基填土压实难于开展，但砂垫层结合土工格栅处理后，压路机等机械便可在其上开展作业。通常在未经处理的软土路基上填筑路堤，在一定的填筑高度内，都会出现不同程度的“弹簧”状态，填土难于压实，平整度差。经铺设土工格栅后，由于其约束作用，填料易于压实，表面平整。

　　3.土工格栅在提高地基承载力和增加地基稳定的同时，对不均匀的沉降有调节作用，能较快的减少路基的沉降差异。土工格栅和砂砾层共同构成比软土刚度大得多的复合垫层，对上部施加的荷载起到重新分布的作用，其渗透排水作用又使地基受力趋于均衡，使软基加快排水固结，促成路堤均匀沉降，使路堤平顺。

　　4.在一边软一边硬的地基上填筑路堤，使用土工格栅能更有效地保证路堤填筑时的安全，并能加快此类路堤的沉降均衡稳定。在此种地基上填上，由于沉降的差异，会造成路基断裂，甚至失稳。由于土工格栅具有均布力特性，可使整个断面平衡。

　　五、几点体会

　　（1）原设计对h>20m的软基采用清淤换填并加土工格栅加筋，我认为是可行的。（2）路堤填土的厚度及密实度要求，在土工格栅上的第一层甚至两层适当放松。实际施工中经过各方面技术研究，密实度要求达到85%，可略低于90%.该部分可作为沉降后低于地面线的原状土处理。（3）路堤横断面方向的弧形沉降对土工格栅的抗拉强度有较高要求，特别是沉降差异较大时，对土工格栅的横向搭接长度及搭接方式应给予关注，土工格栅的纵向搭接也有类似问题。