試論土工織物加筋體在提高路堤穩(wěn)定性方面的應(yīng)用

張艷

（柳州市市政工程集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545005）

所謂路堤，是指用填料在地表面以上填筑起來的帶狀路基，也是路面的支撐結(jié)構(gòu)物，對(duì)路面的使用性能影響極大。現(xiàn)結(jié)合土工織物的筋材性狀，就土工加筋技術(shù)在路堤中的應(yīng)用進(jìn)行探討，以供參考。

1 加筋法用于路堤的現(xiàn)實(shí)意義

土工加筋技術(shù)是一種在土工構(gòu)筑物中或原位土體中埋設(shè)抗拉性能較好的材料而使整個(gè)土工系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性等力學(xué)性能得到明顯改善的土體加固方法。路堤作為公路工程的重要組成部分，其必須滿足兩個(gè)要求，即整體穩(wěn)定性及變形小。首先，在地表上開挖或填筑路堤勢必使得原地層的受力狀態(tài)發(fā)生改變，原先穩(wěn)定的地層可能因開挖或填筑而引發(fā)不平衡，造成路基失穩(wěn)，如在巖質(zhì)或土質(zhì)山坡開挖深路塹，在軟土地基或低洼山谷土層上填筑高路堤等，都可能因填土的附加應(yīng)力超出軟土地基的承載能力，或上側(cè)土體失去支撐而出現(xiàn)坡體坍塌或路堤沉落，造成路基失穩(wěn)。其次，路基及路基下的地基，在自重及車輛荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形。地基軟弱、填土松或過分潮濕所產(chǎn)生的沉陷或同結(jié)變形和不均勻變形，會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)過量的變形及應(yīng)力增大，促使路面過早損壞。但在高填方路堤施工時(shí)，因工序繁雜，所需填筑層數(shù)多，很難將累計(jì)變形控制在規(guī)范內(nèi)，而在半填半挖路基施工時(shí)，所填部分土體所受支撐薄弱，填挖結(jié)合部位壓路機(jī)難以壓到，難以在填挖結(jié)合處形成同一穩(wěn)定整體，一旦下雨雨水下滲，下部土體遇水下沉，往往造成土體結(jié)構(gòu)破壞，引發(fā)滑坡坍塌乃至破壞整個(gè)路基。因此，采用常規(guī)施工法難以保證高填方及半填半挖路基的要求，而利用土工織物加筋技術(shù)則能較好地解決這一問題，土工織物加筋技術(shù)主要是通過在人工填土的路堤內(nèi)鋪設(shè)筋狀材料 (即土工織物)作為加筋，使這種人工復(fù)合土體可承受抗拉、抗壓、抗剪或抗彎等作用，從而減小地基土的不均勻沉降，提高土坡的穩(wěn)定性。

2 土工織物的作用機(jī)理

2.1 土工織物加筋路堤的受力過程

當(dāng)?shù)躺硖钔林鸩缴仙龝r(shí)，此填土荷載(中間大兩側(cè)逐漸減小為O)在地基內(nèi)會(huì)產(chǎn)生垂直和側(cè)向應(yīng)力，因此在堤底地基的表層及一定深度內(nèi)均要發(fā)生不同程度、中心大兩側(cè)小的平鍋底狀彎曲沉降及側(cè)向位移。與此同時(shí)，鋪在地基表面上的土工織物也隨堤身填土一起下沉。土工織物彎曲伸長變形將會(huì)引起其上、下界面的土產(chǎn)生阻止它的抗摩剪力，并形成對(duì)織物的某種錨固作用，該作用對(duì)土工織物產(chǎn)生拉應(yīng)力及拉應(yīng)變極為有利。拉應(yīng)變的分布是因堤中心向兩側(cè)遞減分布的，顯然界面上的抗摩剪力大小的分布也會(huì)和它相似，只有當(dāng)錨固段土工織物被拉出破壞時(shí)，其抗摩剪力才趨于均勻。而在錨固段上，土與土工織物界面處也會(huì)有一定的相對(duì)應(yīng)變而不會(huì)是絕對(duì)固定的，上述土工織物的受力過程是隨填土荷載不斷增加而連續(xù)變化又協(xié)調(diào)進(jìn)行的。

表1 土工試驗(yàn)綜合成果

2.2 土工織物加筋路堤的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理與作用

隨著堤身填土上升，界面能提供的抗摩剪力加大，其所發(fā)揮的補(bǔ)強(qiáng)作用所需的錨固作用也相應(yīng)增大，此時(shí)為保證在界面上的抗摩剪力繼續(xù)增加而不剪壞，以不斷滿足錨固作用增長的需要，界面上土與土工織物的應(yīng)變必須協(xié)調(diào)相容，可見，土工織物發(fā)揮補(bǔ)強(qiáng)作用的出發(fā)點(diǎn)及歸宿是界面上土與土工織物的應(yīng)變協(xié)調(diào)相容，這也是其補(bǔ)強(qiáng)軟基作用的基本機(jī)理。土工織物比地基土層的抗拉強(qiáng)度及變形模量相對(duì)大許多，又有界面上相應(yīng)的抗摩剪力的錨固作用，就會(huì)在堤底形成平底鍋狀布兜后，對(duì)其上堤身填土下沉不斷起上托作用，同時(shí)還會(huì)對(duì)其下地基土側(cè)向擠出起阻礙作用。因土工織物鋪滿堤底地基表面，就能借助于界面上的抗摩剪力來傳遞拉力，對(duì)堤身填土下沉就會(huì)起均衡作用。上述的上托、阻礙及均衡作用會(huì)隨填土高度的上升及錨固的加強(qiáng)而增大，地基從表到內(nèi)的垂直沉降及側(cè)向位移也會(huì)相應(yīng)減小。

3 土工織物加筋體在實(shí)際工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

某標(biāo)段公路工程全長12.367km，沿線地質(zhì)狀況復(fù)雜多變，地質(zhì)條件較差，如，K74+600～K74+900段，多數(shù)為上部為黑色、灰褐色、黃褐色的黏性土，厚度在5～8m間；天然含水量接近液限，孔隙比常常大于1；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)大多數(shù)在5左右，為強(qiáng)度較低、壓縮性較高的黏性土。為避免新舊路堤的不均勻沉降及新路堤的側(cè)向滑移，在路堤填筑的過程中，經(jīng)處理方案比較，擬定采用土工織物加筋墊層進(jìn)行處理。為更好地分析加鋪土工織物路基穩(wěn)定的處理效果，我們對(duì)該路段進(jìn)行了詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察，詳細(xì)勘察結(jié)果見表1。

3.2 設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

將老路堤分級(jí)挖成臺(tái)階，在填土面與臺(tái)階齊平后，在新填土表面與臺(tái)階面上鋪設(shè)土工織物，使新填土與臺(tái)階聯(lián)為一體，這樣填土標(biāo)高達(dá)到每一臺(tái)階面都鋪設(shè)一層織物（如圖1所示），以使新舊路堤通過土與織物的摩擦阻力來增大新舊路堤的整體穩(wěn)定性，減少新舊路堤的過大差異沉降及邊坡的側(cè)向滑移。現(xiàn)場對(duì)比及變形觀測資料表明，鋪設(shè)土工織物后，大大減少了新路堤的沉降量和邊坡的側(cè)向位移（如圖2所示）。此工程實(shí)例充分表明，土工織物加筋體能有效提高新舊路堤的整體穩(wěn)定性，其具有占地面積較少、壓實(shí)效果好、路堤穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且能有效避免塌方沉降、滑移等現(xiàn)象，同時(shí)施工簡便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，值得推廣應(yīng)用。

圖1 試驗(yàn)段路堤擴(kuò)寬斷面

[1] 余潔，劉云賀，秦浩，黃亮，范曉翠，孫萌.土工織物加筋軟土路堤的位移影響分析 [J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2009（6）：22-25.

[2] 于天，馮衛(wèi)江，鄧永鋒.加筋路堤穩(wěn)定性分析[J].路基工程，2008（4）：159-160.

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