土工格柵(格網)在公路邊坡防護及路基中的應用

高 倩

1 路網概況

近年來,隨著改革開放的深入,我市的經濟有了巨大的發展,同時路網也日趨完善。臨汾市公路網主要以堯都區為中心,以鼓樓南北街為中軸線,東側G108過境公路,西北側已建成的屯里汾河大橋與G309過境公路,西側省道臨午線、臨夏線和正在建設的南環一級公路形成臨汾市的主干道路。

2 本地氣候及地形地質條件

本地區屬暖溫帶大陸氣候,全年比較溫和,四季分明,冬寒少雪,春風秋雨,夏熱伏旱,雨熱同季,旱澇交替。年平均氣溫為12℃;年平均降雨量為949.2 mm;年平均蒸發量為1829.4 mm;年平均風速為1.9 m/s;平均無霜期為193 d～227 d;最大凍土深度為55cm;年日照時數為2272.4 h。

本地區地處黃河高原,汾河下游。東有太岳,西有呂梁,兩山之間為臨汾盆地。設計中高填深挖的分布地段較多,倘若設計或施工不當,在適當的誘因下,常常會發生邊坡失穩和路基沉陷現象。山丘風化土層深厚地段經暴雨沖刷,坡面十分容易形成槽溝,因此必須進行邊坡防護,以利路基邊坡穩定;同時路線所經山丘間的地段填土高度如果較大,且有軟弱土層存在時,為保證施工及運營階段的安全性和穩定性,并減小工后沉降,必須采取措施對路基基底進行處理。

3 路基邊坡防護方案

3.1 方案的選定

一般來說,影響路基邊坡穩定的因素有工程地質、水文地質、地面排水條件、地貌和氣候等,路基邊坡安全系數隨路基高度增大而減小。我們選擇方案時必須綜合考慮這些因素。水是造成邊坡失穩的重要因素之一,邊坡的失穩一般與地下水、大氣降雨有關。如果開挖較深,地下水位埋深就與地形十分密切,坡頂很大,坡腳會有季節性泉流出露。降雨入滲導致邊坡土體含水量增加,容重增加使土體強度下降,從而引起邊坡失穩。而暴雨強度大、時間集中、覆蓋面積廣、破壞力更強。因此,我們在設計中就應選擇三維植被網掛網的方案對中等高度的邊坡進行防護,力求最大程度的減少地表水對邊坡的影響,提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力。

3.2 三維植被網簡介

三維植被網是采用聚乙烯材料經擠出、拉伸成型的一種聚合物格網,它的底層為一個高模量基礎層,強度高,可防止植被網變形和水土流失,它的表層為一個起泡層,可裹住土壤,種上草籽幫助固土。

3.3 邊坡掛網植草

邊坡高度較大及坡面較陡時,簡單的種草和鋪草皮很容易被季節性水流沖刷殆盡,采用掛網植草能較好地解決這一問題。

掛網植草的具體施工步驟如下:

1)在安裝防護掛網之前,應將坡面處理平整,清除場地中的雜石碎物,確保坡面平順;2)將三維植被網沿坡面由上至下鋪于坡面上,網與坡面之間保持平順結合,兩塊格網之間的搭接長度不得少于10cm,確保掛網整體穩定;3)三維植被網在坡頂及坡底均需固定,在搭接縫處每間隔100cm用固定釘固定;4)將松土填滿植被網,播撒草籽,植被最好在春秋兩季施工,且灑水養護,直至草開始均勻生長。

掛網植草有很多優點,三維植被網的網格式構造不但可以保護邊坡而且使植被育苗將少受風雨的沖蝕,且網格像天然托載物一樣將植物的根部吸附住,植物和網格的糾結作用可使邊坡得到有效保護。掛網植草作為邊坡表面的一種保護層,能增加地表糙度,延緩坡面徑流和溝槽徑流,減少雨水對坡面的直接沖刷和邊坡的崩塌;另外在邊坡上掛網植草后,草皮能凈化大氣,稀釋、分解、固定汽車排入大氣中的有毒、有害物質,并吸收噪聲,從而起到良好的環保作用。從景觀上來說,路基邊坡上綠茵茵的草皮可形成一個舒適的交通環境,使駕駛員心情舒暢,輕松駕駛,因而對減少和避免交通事故的發生有很大的幫助。

4 路基中的土工格柵墊層

4.1 方案的選定

對于路堤填土高度大于8 m時,應采用路基土工格柵墊層綜合處理的措施對路基基底進行處治。根據路堤的高度鋪1層～4層土工格柵并在基底設砂墊層。特殊情況時,還需設置縱、橫向排水盲溝。

4.2 土工格柵墊層綜合處理地基的原理

土工格柵的抗拉強度大、韌性好、重量輕、耐腐蝕、抗老化、與土顆粒之間的相互作用強,它的存在可增加路堤的穩定性;土工格柵有一定的剛度,從而使上面的負荷得到擴散,提高了地基的承載能力,延長路基的使用壽命;土工格柵與砂墊層或填土層共同作為一層,這一層具有同路堤及地基或軟土地基不同的剛度,它既是路堤的柔性筏基,又是地基及軟土的排水通道。因此地基變形顯得均勻,差異沉降較小;土工格柵網眼的存在制約了顆粒材料的橫向移動,其結構性能特殊,格柵縱橫相連,能防止填料局部下陷,最大程度地減少基礎的不均勻沉降,增強土體的整體性能,形成了良好的嵌鎖作用。

4.3 材料的性能及要求

砂墊層要求用潔凈的中粗砂,含泥量應小于3%,以利形成排水通道。土工格柵是一種新興的土工合成材料,屬于土工特種材料,它是在一定溫度下,在經擠壓成型的聚合物板材上打孔,然后在拉伸機上經過單向或雙向冷拉(使高分子聚合物的分子鏈定向排列,達到提高其抗拉強度的目的)和冷卻定型而形成的具有較大方形或矩形孔眼的片網狀結構物,且具有良好延性、高抗疲勞性和耐腐蝕性。

4.4 土工格柵墊層處理地基的施工程序

1)先平整場地,清除地表土、排干地表水并進行壓實。2)在地基上鋪一層50cm的砂墊層,然后鋪上一層土工格柵(采用橫鋪),每邊搭接長度不小于25cm,搭接邊用U形釘固定,另外格柵靠路堤邊緣處應回折2 m以利格柵錨固,施工時必須注意格柵的搭接和錨固質量。多層格柵鋪設的施工方法類似,兩層格柵間的填土厚度為50cm。3)路基土應分層填筑并滿足相應規范要求,另外應避免運料車在已攤鋪好并張緊定位的格柵上直接碾壓。4)施工中應控制路堤的填土速度并加強沉降和側向位移的觀測,防止路堤失穩。用格柵墊層來提高地基的承載力,并不是因為格柵的大變形使其表面張力產生向上的分力所致,而是通過格柵將其上部填料的垂直變形向水平方向擴散以致其上部填料的抗剪切變形能力得以充分發揮,從而使得地基表面的承載區增加,表面壓強減小,達到提高承載力的目的。

5 結語

近年來,我們已在設計中利用土工格柵(格網)對公路邊坡和地基進行處理。特別是實施JTJ/T 019-98公路土工合成材料應用技術規范以來,土工格柵作為土工合成材料的一種造價低、施工簡單、加固土體效果好等優點,引起大多數相關設計和施工人員的重視。現在,我們吸收了這些年土工材料在運用中所取得的成功經驗,不但有前面提到的格柵(格網)進行邊坡防護和地基處治,還運用了軟式排水管、土工膜、無紡土工布等材料對公路的防排水、隔滲和反濾進行綜合處理。相信在未來的公路建設中,土工合成材料應用前景將更加光明。

[1]JTG D30-2004,公路路基設計規范[S].

[2]交通部第二公路勘察設計院.路基/公路設計手冊[M].第2版.北京:人民交通出版社,2008.

[3]JTJ/T 019-98,公路土工合成材料應用技術規范[S].

[4]趙東歌.淺談土工格柵在公路工程中的應用[J].山西建筑,2008,34(25):283-284.