土工格柵在樁網復合地基中的檢驗研究

王長江

0 引言

在鐵路軟土地基加固處理時,樁+碎石墊層復合地基和土工格柵加筋墊層都是最常用的方法[1-4]。某高速鐵路客運專線中鐵九局施工管段DK369+340樁號處,為橋頭與路堤連接處,且地基為軟粘土。最初的設計采用CFG樁+樁帽的處理方式,為了滿足工期的要求,本工程首次采用了300 kN/m的雙向高強雙層土木格柵替代樁帽的地基處理方式,由于涉及到設計變更,同時又是首次采用300 kN/m的雙向高強土木格柵,對其處理效果及可靠性存在疑問,為此在試驗段共選擇了5個斷面進行了路基沉降觀測、土壓力觀測及土工格柵拉應力觀測的原位測試,并結合測試數據開展了土工格柵受力狀況及其作用效果的研究,土工格柵對土基的強度影響及變形控制研究,檢驗土工格柵加筋墊層的處理效果,分析土工格柵的使用對于路基土承載力的影響和土工格柵對差異沉降的調節作用。

1 工程概況

該高速鐵路中鐵九局施工管段穿過平原耕地,地勢平緩。具體的地質情況為:表層為粘土:褐黃色,硬塑,含鐵錳質結核,厚1.0m～1.5 m;下面是厚7.0m～8.0m粉質粘土:褐黃色,軟塑～硬塑,含鐵錳質結核;下伏中砂1.0m～4.0m,褐黃色,飽和,密實,成分以石英和長石為主,含約40%的細圓礫,厚大于20.0m;地下水具有硫酸鹽侵蝕性,作用等級H1。

樁號為DK369+335位置是橋梁與路堤的交界處,選取DK369+335～DK369+725的過渡段作為試驗段進行原位測試。試驗段內路基中心最大填筑高度8.16m,邊坡最大高度8.23m,邊坡坡度為1∶1.5,路堤頂寬為13.6m。為了避免過渡段出現不均勻沉降,增強軟粘土地基的承載能力,采用了復合地基處理方式。地基采用CFG樁加固處理,樁徑為0.5 m,樁間距為1.5 m,正方形布置,樁長9.0m～14 m。樁頂部鋪設0.7 m厚的水泥級配碎石(含5%水泥)墊層,墊層內鋪兩層雙向高強土工格柵(300 kN/m)。土工格柵碎石墊層自下而上分別為0.2 m水泥級配碎石+土工格柵+0.3 m水泥級配碎石+土工格柵+0.2 m水泥級配碎石。土工格柵的幅寬為4 m,沿線路橫斷面方向鋪設,幅與幅之間的搭接重疊寬度不小于0.1 m,并用鐵絲釘入地基,以保持土工格柵的整體性。

2 現場測試方案

2.1 監測方案

按土壓力測試目的不同,分別在墊層底面的樁頂、樁間地基土和墊層表面對應位置布置了土壓力盒,上層和下層的土壓力盒坐標位置相同,用相同標號表示,見圖1。其中,1,3號位置處土壓力盒埋設于樁頂上方;2,4號位置處土壓力盒埋設于樁間土上方。采用鋼弦式土壓力盒,埋設前均經過標定。每個斷面的2層土工格柵上分別布置了4個土工格柵應力計。

2.2 觀測頻率

路基填筑施工期間,一般每天觀測一次;路基填筑完成后,前一個月,頻率為1次/周;第二,三個月,頻率為1次/10 d;三個月以后,頻率為1次/2周;半年后,頻率為 1次/月。當環境條件發生變化或數據異常時應及時觀測。

3 測試結果分析

3.1 土壓力與樁土應力比

路堤填筑施工期為30 d,每層填壓高度30cm左右。根據實測數據,繪制出時間—土壓力大小曲線,此處只列舉一個斷面土壓力監測結果,其他斷面的土壓力特征類似。將此斷面同一位置的上、下層土壓力繪制在一起進行分析比較,結果如圖2所示。

分析圖2中的實測數據結果,可以得到如下結論:1)在路堤填筑期間,地基表面的土壓力隨著填土高度呈正比增加,路堤填筑結束后,地基表面的土壓力趨于穩定。2)土工格柵上方的土壓力大小依次為0.12MPa,0.13MPa,0.10mPa,0.11MPa,說明雙層土工格柵上方的土壓力幾乎是均勻分布;下層土壓力大小依次為0.14MPa,0.02MPa,0.14MPa,0.03MPa,說明下層土壓力主要由樁來承擔,樁間土承受較小的土壓力,從上面數據可以得知該地基處理方式的樁土應力比大于4.5。3)樁間位置處土壓力特點是下層土壓力較上層土壓力小;樁頂位置處土壓力特點是下層土壓力均較上層土壓力大。說明土工格柵的加筋作用可有效地將荷載傳遞到樁頂,而墊層表面附加應力分布比較均勻。

3.2 土工格柵受力分析

在路堤填土高度h不大時,土工格柵的拉力 T最大,主要是受施工過程中壓路機壓力的影響,填土達到一定高度后,土工格柵承受的拉力 T隨時間波動變化。在路堤填筑及填筑結束后,斷面中間位置土工格柵承受的拉力 T較兩側大。線路中心處在路基填筑初期的土工格柵的拉力T的最大值為170 kN/m,為土工格柵抗拉強度的56.7%,由此可見,該土工格柵的安全系數較高。

4 結語

1)土工格柵加筋墊層有利于荷載在CFG樁樁網復合地基的擴散,能充分發揮CFG的剛度和強度。2)土工格柵加筋墊層能夠提高樁土應力比,CFG樁網復合地基的樁土應力比大于4.5。3)雙層土工格柵+褥墊層較好的改善了CFG樁處理后表層受力不均勻現象,雙層土工格柵+褥墊層起到了很好的分布應力的作用。4)鋪設土工格柵完全可以替代樁帽的作用,從而縮短工期,具有良好的經濟效益。

[1]曹文芳,孫世清.CFG樁復合地基在高速鐵路軟基處理中的應用[J].西部交通科技,2007(10):79-81.

[2]馬時冬.土工格柵加筋墊層的效果檢驗[J].巖石力學與工程學報,2005,24(3):490-495.

[3]周寶良.土工合成材料在鐵路路基工程中的應用[J].路基工程,2006,124(1):226-228.

[4]鐵道科學研究院,鐵道部工程管理中心.高速鐵路技術[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

[5]趙 永.武廣客運專線CFG樁施工技術[J].山西建筑,2009,35(12):106-107.