土工格室在高等級公路建設中的應用

徐巖

(齊齊哈爾農墾交通局)

土工合成材料在公路中的應用日趨廣泛，在處理軟弱地基、排水、路基護坡、加筋擋土墻，特別是在治理橋頭跳車方面都有很成功的應用。其最大特點是可以完成巖土工程中常規方法難以處理的多種疑難問題，如橋頭跳車、軟基沉陷、翻漿、塌方等。實踐證明，土工格室與其他土工合成材料相比是一種新型的、具有更多的優越性、實用性強、價格適宜、應用效果很好的公路建設新材料。

1 基本原理

土工格室之所以具有卓越功效而受到工程界的關注，還應從其基本原理說起。國外文獻中在描述其原理時稱其為“一種蜂窩狀三維限制系統(three—dimensionalcellularconfinementsystem)，可以在很大范圍內顯著提高普通填充材料在承載和沖蝕控制應用中的性能”，它的關鍵原理就是三維限制。大家都知道，當人在沙漠中行走時最大的感受就是—步一陷，舉步維艱。當你站著不動時也會感覺到腳下的沙子在逐漸流走，腳會進一步下陷，當汽車行駛在沙漠上時，就會壓出兩道深深的轍印，被壓部分深深下陷，車轍兩側會高高隆起。后面的車輛如果繼續沿著車轍前進，沉陷部分會進—步下沉、隆起部分會進—步隆起，直到隆起部分蹭到了車底盤、沉陷的車轍埋沒了大半個車輪子，進而無法前進。之所以如此，就是因為沙子在載荷的作用下移動了、流走了，因為沙子沒有或僅有很小的視粘聚力。

在集中荷載的作用下，主動區受壓下沉，并將力向兩側分解傳遞給過渡區，過渡區又傳給被動區，被動區就會毫無限制地發生形變而隆起。也就是說，載荷一旦作用于路基，在載荷的下方就會形成楔狀的主動區域，它又通過過渡區域對被動區域進行擠壓，從而使被動區域發生隆起。也就是說，通過沿滑移線的剪切力和移動主動、過渡、被動三個區域的力決定了地基的承載能力。不僅在沙基地上可以十分明顯的體會到以上原理的真實過程，在軟基公路上也會找到這種過程的樣板，只不過其形成的速率較之在砂上的變化慢些罷了。即使較好的路基材料也仍然無法避免其橫向移動。如今高速公路網遍布全國，一般的高速公路路基都高出地面好幾米，吸水翻漿不太容易，但長期沉降依然存在。究其原因，雨水滲透、材料流失、基底下沉是其中部分原因，路基墊層在車輪荷載長期碾壓、振動力的作用下，墊層材料向路基斷面兩側橫向位移，不可否認是另外一個十分重要的原因。

2 土工格室的工程應用

2.1 處理半填半挖路基

在地面自然坡度徒于1∶5的斜坡上修筑路堤時，路堤基底應挖臺階，臺階寬度不得小于1m時，分期修建或改建公路加寬時，新舊路基填方邊坡的銜接處，應開挖臺階，高等級公路臺階寬度一般為2m，在每層臺階水平面上鋪設土工格室，利用土工格室自身的立面側限加筋效應，更好的解決不均勻沉陷的難題。

2.2 風沙地區路基

風沙地區路基應以低路堤為主，填土高度一般不小于0.3m。由于風沙地區路基修筑的低路基及重承載的專業要求，采用土工格室可以對松散填料起到側限作用，在有限的高度內保障路基具有高的剛度和強度，以承受大型車輛的荷載應力。

2.3 臺背路基填土加筋

采用土工格室可以更好的實現臺背加筋的目的，土工格室與填料間可以產生足夠的摩擦力，有效減少路基與構造物間的不均勻的沉降，最終才能有效緩解“橋臺跳車”病害對橋面的早期沖擊破壞。

2.4 多年凍土地區路基

在多年凍土地區修筑填方路基，應達到最小填土高度，以防止發生翻漿或引起凍層上限下降，致使路堤發生過量沉降。土工格室特有的立面加筋效應和有效的落實整體側限性，可以在最大程度上確保在某些特殊地段的最小填土高度，并使填土具有高品質的強度和剛度。

2.5 黃土濕陷路基處理

對于高速公路和一級公路通過濕陷性黃土和壓縮性較好的黃土地段時，或高路堤的地基允許承載力低于車輛協力荷載和路堤自重的壓力時，還應按承載力要求對路基進行處理，這時土工格室的優越性就彰現無疑了。

2.6 鹽漬土、膨脹土

采用鹽漬土、膨脹土修筑的高速公路，一級公路，路肩及邊坡均采用加固措施，格室的立面加固效果是所有加固材料中最優異的一種，而它具有優良的耐腐蝕性，完全可以滿足在鹽漬土、膨脹土修筑高等級公路的要求。

3 土工格室在公路建設中的應用前景

3.1 控制沖蝕的應用——護坡、堤壩

其實，土工格室的另一個重要作用是控制沖蝕，而且在國外使用土工格室控制沖蝕的應用量絲毫不亞于承載應用。應用最多的有護坡、堤壩、擋土墻、防波堤岸等等。它的原理就是增加流動能力，減少毛溝侵蝕，防止水壓積聚，消除集中沖蝕。蜂窩限制結構可以固定物填充材料，限制作用于其上的水壓，從而改善了流動能力。蜂窩壁使正常的排水可以進行，但卻控制了窩內的流動速度。如向千百個微型堤壩，將集中水流分散成均勻、舒緩的薄層水流。

3.2 處理橋頭跳車、填挖連接段

與其他領域相比，似乎公路方面應用此項新材料、新工藝相對落后。由于全線粉性土、砂性土層多，使用了10cm (高)×40cm土工格室，每個橋頭處理面積需600～800m2不等(橋的高低、土質、坡的長短不同)，每平方米造價為26～30元(使用土工格室規格不同)。使用土工格室可以省去大量灰土，工程綜合造價與常規方法處理橋頭跳車的造價相當，但效果和使用壽命成倍提高。

今天，全國高速公路建設仍在高峰期，所經過地區的地質條件千差萬別，需要進行大量的挖填段銜接，還有許多的道橋連接處。這些都是高速公路建設中比較難以處理的難題，雖然以前也有許多處理方法，但效果并不理想。尤其是道橋連接處的“橋頭跳車”問題和路基材料在荷載作用下側移、擠出的問題，嚴重影響著高速公路的使用壽命和安全。還有防護護坡，無論是用傳統的漿砌、干砌或水泥混凝土網格都無法阻擋雨水對其下面土層的破壞性侵蝕，致使高速公路的維護費用增加。如果使用土工格室護坡，配植根系發達的草種，既可固土護坡，又可綠化、保護生態環境，完全符合國家注重環保、建設綠色通道的要求。即使初期工程造價比傳統方式略高一些，但其延長公路使用壽命、減少維護成本以及環保、生態等方面的綜合經濟效益和社會效益卻是功在當代、利在千秋。

［1］ 李力，傅艦鋒.土工格室作用機理與應用研究現狀［J］.山西交通科技，2003，(1).

［2］ 朱萬紅，黃曉明，韓明.土工格室加筋效果的室內試驗［J］.河南科技大學學報(自然科學版)，2005，(4).