土工格柵在公路軟土地基加筋路堤處理中的應用研究

熊承羅 龔振邦

摘 要：結合某試驗段的軟土為例，對土工格柵在公路軟土地基加筋路堤處理中的應用進行了分析，為類似工程的土工格柵設計提供參考。

關鍵詞：軟土地基；試驗路堤；土工格柵

中圖分類號：TU471文獻標識碼： A

土工合成材料作為一種新型土木工程材料，在高速公路工程建設中得到了廣泛應用，加筋砂墊層是眾多應用中的一種，加筋砂墊層是指地基表面鋪設一層一定厚度的砂墊層，而砂墊層中夾鋪一層或幾層土工格柵，它主要應用在高速公路軟土路堤的加固處理。

1 試驗路段概況

1.1試驗段工程地質條件

試驗段地層自上而下為：（1）填土；（2）種植土；（3-1）淤泥：淺灰色，流塑，厚 3.2～5.2m，夾有海相貝殼、螺殼及云母碎片，局部存在 0.1m 左右的貝殼富集層；（3-2）淤泥：灰綠色，流塑，厚 1.3～6.2m，夾有海相貝殼、螺殼及云母碎片，局部夾有細砂和卵石；（4）細砂；（5）粘土。

1.2 試驗段劃分

試驗場地的軟土地層主要為（3-1）及（3-2）的淤泥層，厚度 6~10m，軟土下部為棕黃色硬塑粘土夾卵石、礫石，為相對持力層。高速公路為雙向八車道一級高速公路，路基橫斷面寬 23m，路堤中心填土高度約 1.8m，屬于低矮填方路堤。按試驗內容將試驗段劃分四段。各段試驗內容如下：

表 1 填筑試驗分區設計一覽表

分區 里程范圍 長度 軟土地基處治方案 監測項目

A K6+190～K6+255

測試斷面 K6+235 65 1、塑料排水板（間距 1.5m，深度約 10m；2、砂墊層 0.5m 二層土工格柵 工格柵受力；地面沉降板；側向變形（邊樁）

B K6+255～K6+320

測試斷面 K6+287.5 65 1、塑料排水板（間距 1.5m，深度約 9.5m；砂墊層 0.3m 一層土工格柵 地面沉降板

側向變形（邊樁）

C K6+320～K6+385

測試斷面 K6+359 65 1、無排水板處理地基；2、砂墊層 0.3m 一層土工格柵；使用荷載超預壓 土工格柵受力；地面沉降板；側向變形（測斜、邊樁）

D1 K6+385 ~K6+450

測試斷面K6+401~

K6+434 65 天然填筑 地面沉降板；側向變形（邊樁）

D2 65 1、塑料排水板（間距 1.5m，深度約 5m；2、砂墊層 0.6m 二層土工格柵

2土工格柵在公路軟土地基加筋路堤處理中的應用

2.1一層土工格柵（K6+359）測試數據

K6+320～+385段地基不作排水板處理，軟土厚度5.1～7.6m，路堤中心填高1.845m，考慮到沉降土方，最終填土高度 3.259m。砂墊層厚度 0.3m，砂墊層中間夾一層土工格柵。本試驗段與天然地基填筑試驗相比，本試驗段地基處理方式只增加一層 0.3m 厚鋪設一層土工格柵的加筋砂墊層。

根據 K6+359 斷面不同填土高度土工格柵受力曲線可知：隨著填土高度的增加，土工格柵的拉力總體趨勢是增大，但不同的測試點也有忽大忽小的情況，但最大拉力點還是位于路堤左右兩側可能產生圓弧滑動的位置。且可能發生滑動的滑面位置拉力最大。

2.2兩層土工格柵（K6+235）測試數據

K6+190～+255 采用塑料排水板處理，軟土厚度 8.3～10.2m，路堤中心填高 1.8m，考慮沉降土方影響，實際填土高度 2.934。砂墊層厚度 0.5m，砂墊層中鋪設兩層土工格柵。測試斷面 K6+235。

在填土初期上層土工格柵受力曲線變化比較凌亂，但總體趨勢也是填土越高，土工格柵應力越大，不同位置土工格柵受力不同，邊緣的土工格柵受力較大，中心受力較少，與復合地基頂部的土工格柵受力特性有所區別。填土高度不斷增加的過程中，橫斷面不同監測點的土工格柵合力總體不斷增加，土工格柵合力曲線的最大點位于左右兩側，與路堤可能的失穩滑動面位置基本一致。

根據分析，2.934m 是路堤最終填土高度，自 2010 年 10 月至 2011 年月累計半年的時間，地基軟土的固結度應該有所提高，其地基強度也應該有所提高，但土工格柵的作用力基本不變，表明土工格柵老化不明顯，已發揮的應力基本不衰減。即使在地基固結強度提高的情況下，提供保持路堤穩定的力矩仍然不變。

2.3土工格柵受力特性分析

（1）危險圓弧滑動面位置與土工格柵最大應力位置的關系特性

圖1 一層土工格柵設計方案危險滑面示意圖

根據路基橫斷面不同位置土工格柵受力來看，土工格柵的最大受力點不是路堤中心，而是路基左右兩側的半幅的中間位置，該位置與理論計算的最危險滑動圓弧面位置基本吻合。這表明危險滑動面位置決定土工格柵最大受力點位置。

（2）填土過程土工格柵應力變化特性

（a）土工格柵的拉伸模量與土體變形模量相比更大，路堤填土過程中，當變形發生時土工格柵受力更大，所以壓實過程土工格柵立即發生作用。

（b）填筑初期，鋪設在橫斷面不同位置的土工格柵受力存在顯著差異，主要原因是施工影響了土工格柵的鋪設松緊狀態，所以從施工角度考慮鋪設時對土工格柵施加一定的預張力能確保土工格柵更好地發揮自己的材料性能，避免浪費。

（c）同一層土工格柵在橫斷面不同位置其應力大小不同，隨著填土高度的增加，這種不同的趨勢基本保留，特點是路堤兩側土工格柵受力較大，這與路堤的危險滑動面位置有關。

(3)一層土工格柵與二層土工格柵應力特性

（a）填土高度在 1.2m 以內時，一層土工格柵和兩層土工格柵受力最大值相差不大，而填土高度超過 1.2m 以后，兩層土工格柵受力相對于一層土工格柵越來越大，這從另一個側面說明了塑料排水板對促進地基軟土固結有顯著作用。

（b）在雙層土工格柵鋪設中，上層和下層土工格柵的應力變化并不相同，填土初期，上層土工格柵應力水平較高，后期下層土工格柵應力水平較高，兩者交替互補，表明雙層土工格柵的整體協同作用。但填土高度后期，下層的土工格柵應力發揮出更大的應力作用。

（c）自路堤填筑施工以來， K6＋235 監測斷面上層土工格柵受力達到最大值為設計抗拉強度的 91.4％，此時，上、下兩層土工格柵的合力達到最大值為設計抗拉強度的49.8％，填土達到設計標高以后，上層土工格柵抗拉強度有逐漸減小的趨勢，但下層土工格柵的抗拉強度卻持續提高，綜合來看兩層土工格柵的合力的大小基本維持不變。單層土工格柵受力達到最大值 35.726KN/m 基本為設計抗拉強度的 44.7％。

4結束語

通過測試一層土工格柵及兩層土工格柵的受力特點，分析土工格柵的受力特性及加固機理。對比無加筋路堤的圓弧滑動破壞形式及圓弧滑面位置，對比土工格柵的受力特性，揭示土工格柵最大受力的位置，為類似工程的土工格柵設計提供參考。

參考文獻

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