土工格柵在軟基道路工程中的應用

劉寶 董偉

一、材料介紹

土工格柵作為重要的土工合成材料之一，憑借其優越的工程性能，已在水利、鐵路、公路、港口和建筑工程中得到了廣泛的應用。土工格柵是采用聚乙烯、聚丙烯等高分子聚合物經模壓、熱塑等工藝制成的二維甚至三維立體的網格屏柵，使雜亂長鏈分子變得有序，從而提高了聚合物的抗拉強度和剛度，因而具有抗拉強度高、耐久性好、延伸率低、適應性強等特點。土工格柵按構造不同主要分為單向土工格柵和雙向土工格柵。雙向土工格柵能與土顆粒形成非常有效的咬合作用，約束土顆粒的側向位移，一般在路基工程中應用較多，將土工格柵作為加固補強材料埋至土體內，能夠較好地均化軟土地基的應力，約束地基側向變形，減少不均勻沉降，提高路基的整體強度，抑制路堤的拉裂和土基的剪切破壞。

二、作用機理

國內公路規范對軟土地基的定義較少，一般說的軟土是指天然含水量大（含水量35%～75%）、空隙比高（空隙比1.0～1.9）、壓縮性高（壓縮系數0.005～0.02）、強度低（粘聚力在10kPa左右，快剪內摩擦角0°～5°）、承載力低（地基承載力為20～100 kPa）和具有靈敏性結構的一種軟塑狀態的粘性土。軟土可分為粘土、淤泥質土及泥炭土等類型。

在軟土地基中加入土工格柵可使路堤整體剛度得到提高，內部穩定性增強，使地基均勻性和抗變形能力得到提高。土工格柵有一定的剛度及較好的延性，從而使路面傳來的荷載得到擴散，提高了地基的承載力，防止地基不均勻沉降。土工格柵的抗拉強度大，可增加路基的穩定性。由于土工格柵能很好地適應地基變形，因而土工格柵與土組成的復合體在荷載作用下共同產生變形，使得土工格柵與地基土一起承受外部荷載。土工格柵的網孔與上下層土體的摩擦咬合產生的摩阻力限制土體的側向變形使土體抗剪強度增加。

三、工程概況

淮河流域蓄洪區眾多，其中的防汛道路承擔著轉移群眾及服務生產生活的交通要求。蓄洪區內防汛道路的地質特點是道路兩側池塘、填坑分布較多，沿線局部有沖溝，坑塘底部大多存在軟弱土層。地基土的含水量較大、空隙比高，且局部有弱膨脹性，容易形成橡皮土。以某蓄洪區內加固防汛道路的一段為例，勘探資料顯示道路的持力層為粉質粘土，但施工時對路基進行碾壓后不久出現較為嚴重的橡皮土現象，且沿車輛行駛方向出現0.3m左右的沉降差。經進一步地質勘探發現，原道路地基為經過處理的淤泥質土，厚度約3.0m。經分析，由于該層土含水量大，地基承載力低，在車輛荷載和振動的作用下，出現了較大沉降變形。而地基中軟弱土層的較大沉降變形往往是產生過大沉降和不均勻沉降差的重要原因。

為保證路面結構的安全，需對該段軟弱地基進行加固處理。但徹底清除該路段的軟弱土層較為困難，因為淤泥層較厚，施工工期較長，施工難度較大。經反復分析比較，設計采用土工格柵對該路段軟土路基進行加固處理，以提高承載力，減小不均勻沉降。

四、設計指標

設計采用土工格柵和碎石墊層的雙層布置，每層土工格柵的高度均為0.1m，上、下層碎石墊層的厚度均為0.3m。施工中先鋪筑碎石墊層以形成一個施工平臺，使得土工格柵發揮作用。先在軟基頂面鋪設這樣具有一定厚度的碎石墊層，用推土機向前推平。如果不設置這樣的墊層，直接將土工格柵鋪墊在軟基頂面，則在填料壓實的過程中，格柵會被壓入軟基中，不僅影響填料的壓實，且會導致土工格柵不能發揮相應的作用。由于格柵中的填料為碎石，可以使土工格柵層形成一個水平排水通道，加快路基中孔隙水的消散，使路基加速固結，減小不均勻沉降。

土工格柵性能指標要求：選用SWG50-4型土工格柵，該材料是高密度聚乙烯加抗老化劑經擠壓壓模成型，具有重量輕、強度高、耐腐蝕性強和使用壽命長等特點。設計格柵高度0.1m，焊接間距不小于0.5m，其縱、橫向抗拉強度大于5.8 kN/m，屈服伸長率小于10%；拉伸模量大于650MPa，填筑的碎石最大顆粒不大于4.0cm，顆粒粒徑大小應均勻，含泥量不大于3%。

五、施工及注意事項

施工順序為：清理路基→人工鋪設土工格柵→搭接、綁扎、固定→鋪設其上路基土→壓實。先在地基上鋪設第一層格柵，鋪設從一端開始，沿路線走向一幅接一幅向前推進。橫向鋪設與路堤兩邊縱向排水溝相接，土工格柵間應可靠連接，搭接邊用錨釘固定，鋪設要平整，無皺折，盡量張緊。當格柵鋪設定位后，應及時填土覆蓋，采取邊鋪設邊回填壓實的施工順序。接著在碎石層上鋪土工布，最后開始分層填土碾壓，填料應分層壓實，用輕型壓路機振碾，控制壓實度不小于0.92。填料時嚴禁高舉傾倒，且不能直接將土石料卸至格柵上，要邊卸邊填料、整平。碎石墊層未鋪土工格柵前，不得當施工臨時便道使用，以免車輛荷載將墊層壓壞，不利于上部格柵的施工，且應避免車輛在已攤鋪好并張緊定位的格柵上直接碾壓。施工中應控制路堤的填筑速度并加強沉降和側向位移的觀測，防止路堤失穩。

六、檢測及效果

施工結束后，通過現場檢測，土工格柵的寬度、厚度和壓實度均滿足了設計要求，加固后路基的整體性和剛度均有大幅度提高。在上部級配碎石底基層鋪筑后，施工車輛能夠順利通過且未引起該段路基的變形破壞，保證了該標段的順利實施。工程完工后，路面情況良好，未出現由不均勻沉降引起的表面裂縫等現象，處理效果明顯。

七、結語

從土工格柵在本次防汛道路軟土地基處理中的成功應用看，土工格柵處理軟土路基施工簡便，可操作性強，有效提高了路基的承載力，減小不均勻沉降，增強了路基的穩定性，并大大節省了工程造價。工程實踐證明，這項新工藝新技術在公路工程中作用顯著。但土工格柵的應用還需進一步研究和發展，在實踐中不斷地總結經驗，完善分析計算方法，使其理論更加完善，與實際結合更加緊密