淺談土工格室在公路工程中的應用與探討

江 虹

0 引言

土工格室在軟弱地基路段作為墊層使用,能有效防止公路的不均勻沉降,提高公路地基的承載力,適當配合土工格柵的使用,不僅能有效防止路基斷裂和反射裂縫,還能延長公路的使用壽命,在保證道路使用的質量方面起到了重要的作用。

1 工程概況

安徽銅陵省道227路面改善工程所經區域屬長江沖洪積作用及湖積作用形成的平原,地層為二元結構,即上部為河漫灘相淤泥質土類,下部為河床相粉細砂類;基巖以上的疏松沉積物覆蓋層厚度約為27.00 m～50.00 m,具有二元相特征。根據軟土地質分布的特點,路基不穩定,原有道路路基變形較為嚴重,須提高路面結構層的整體性。本工程設計采用了大面積的土工格室對老路路基進行補強。路面結構層為土工格室+水泥穩定碎石+土工格柵+水泥穩定碎石+粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+細粒式瀝青混凝土。路面上下面層之間設瀝青粘層,面層與基層之間設乳化瀝青透層和封層。

2 土工格室

土工格室(geocell)[2]是一種新型立體加筋材料,是由高強度的HDPE寬帶,經過強力焊接而成的一片網狀格室結構,它伸縮自如,運輸時可以縮疊起來,使用時張開,并在格室中填充砂、石、土等填料,構成具有強大側向限制和大剛度的結構體,在荷載作用下具有一定的抗彎作用從而分散上部結構的豎向應力,而且是一種很有發展前途的基礎工程構筑材料[2]。

3 土工格室施工質量控制

3.1 土工格室質量要求

目前市場上生產土工格室的廠家較多,性能指標和產品用途也不一樣。為了防止公路的不均勻沉降,有效提高軟土地基的承載力。高強土工格室的性能指標見表1。

表1 土工格室規格性能指標[3]

3.2 原材料

1)集料。各種集料均要求干燥、潔凈、無風化,級配碎石混合料中,碎石最大粒徑不超過31.5 mm(方孔篩),且壓碎值不大于28%、針片狀含量宜不大于13%,集料中小于0.6的顆粒必須做液限和塑性指數試驗,要求液限小于28%,塑性指數小于9。

2)水。凡飲用水皆可使用,該工程拌和與養生用水均采用河水。

3.3 級配設計

1)取工地實際使用的集料,分別進行篩分,按顆粒組成進行計算,確定各種集料的組成比例。組成混合料的級配要符合表1的規定。2)經過試驗,該工程最終確定的各種集料配比為:10 mm～30 mm碎石∶5 mm～15 mm碎石∶0 mm～5 mm石粉質量比為29∶33∶38,其中最大干密度為2.26 g/cm3;最佳含水量為4.9%。

4 開工前的準備工作

1)拌合場地布置。拌合場地選址要綜合考慮運料距離的長短,材料進場方便,原有公路的交通流量等因素。整個場地應做到平整、排水通暢,并合理規劃使用。場地內應設有拌合區、儲料區、機械停放區,材料堆積區內應經過硬化處理,粗、細集料應隔離存放,并插有標牌標識。對于細集料要搭設雨棚或取彩條布覆蓋措施,防止被雨水淋濕。

2)設備準備。根據施工任務、合同工期及質量要求,配備了穩定土拌合設備、振動壓路機、膠輪壓路機、裝載機、灑水車、自卸汽車等機械設備,并于開工前對所有設備進行安裝調試,確保機械設備處于良好的工作狀態。

3)墊層驗收。土工格室墊層各項質量指標要求必須按JTG F80/1-2004公路工程質量檢驗評定標準進行檢查驗收,對于不合格或達不到設計要求的應采取相應措施進行處理。

5 施工工藝

5.1 土工格室施工準備

1)中線放樣,清理下承層。2)按施工規范要求,平整并碾壓下承層至需要的壓實度、平整度。3)制作鋼筋樁(Φ8鋼筋、長度25 cm)。

5.2 土工格室布設

1)將格室張拉,使格室處于張力狀態,不允許有松弛感。根據說明書的規定,展開面積為500 cm×440 cm[4]。

2)在鋪設土工格室的始端,按土工格室的鉚距尺寸用鐵錘將準備好的鋼筋樁打入路基(一般起始點每件10個),鋼筋樁露出部分不高于格室高度。

3)將土工格室按格掛在鋼筋樁上。

4)鋪設土工格室的寬度(展開面積500 cm×440 cm)按設計要求進行。

5)土工格室之間的連接:在土工格室未張拉開之前,用格室連接件將格室連接。

6)將連接好的土工格室統一張拉到規定的尺寸,并用鋼筋樁固定,準備填級配碎石。

7)將張拉好的土工格室沿張拉方向從格室的始端進行填料,并填至剩三層土工格室為宜,連接其他土工格室再次填料,依次重復至需鋪設的格室的長度為止。

8)每次張拉,土工格室縱向方向最多連接三張,否則會給張拉及正確的布置帶來困難。

5.3 材料填筑

1)填筑前檢查格室有無破損情況,如有,應立即處理。2)土工格室鋪設后,應在48 h內將其填筑完畢。3)填筑材料:填筑厚度必須高出格室10 cm以上作為保護層,填筑級配碎石時應與保護層一起填筑,松鋪系數根據試驗結果進行確定(一般為1.3～1.5)。

5.4 平整碾壓

壓實流程:先穩壓(遍數適中,壓實度達到88%)→開始輕微振動碾壓→再強振動碾壓→最后膠輪穩壓,一直壓到無輪跡為止。要求穩壓要充分、振動不起浪、不推移,碾壓時要控制壓路機的行駛速度。第 1遍穩壓 1.5 km/h～1.7 km/h,以后各遍1.8 km/h～2.1 km/h。

5.5 施工注意事項

1)鋪設施工過程中格室的張拉是關鍵,要確保格室處于張力狀態,不可有松弛現象。2)確定填筑壓實質量達到規范要求。3)如果是軟基地質,確保有排水設置。4)土工格室應貯存在不被日光直接照射和雨水淋泡處。5)縱橫向土工格室相鄰連接要牢固。

5.6 養生及交通管制

級配碎石填筑后,應進行灑水養護,灑水過程中應保持集料表面濕潤,不應過量灑水,防止出現路面局部積水情況。

由于是改建工程,需邊通車、邊施工,在級配碎石施工和整個養生期間應做好交通管制及安全工作。

6 施工質量控制標準

為了保證土工格室的施工質量,使土工格室材料發揮應有的作用。本項目在控制質量時提出了利用彎沉來作為質量控制的一項指標,通過土工格室試驗段以及老路路基的數據測量進行比較,采用土工格室施工的路段較未施工土工格室的路段彎沉的幅度提高較大。

7 結語

本項目為路面改善工程,土工格室作為一種新型的立體材料,其經濟成本較平面材料偏高。但與整條路線用石灰樁、碎石樁及預制水泥樁等樁基對路基基層進行深層處理相比,費用則大為降低,工程質量也得到了保證。本項目實際節約工程造價達6千多萬元人民幣。通過本工程的實踐證明,使用土工格室進行軟基處理,不僅達到了良好的效果,還有效節約工程成本,減少交工后的維護費用,提高了道路的使用壽命。

[1] 黃曉明,朱 湘.公路土工合成材料應用原理[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 土工合成材料工程應用手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社,2000.

[3] JTJ 017-96,公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].

[4] JTJ/T 019-98,土工合成材料試驗規程[S].