土工格柵在鐵路既有線電氣化改造路基沉降整治中的應用

（中鐵十七局第六工程有限公司，福州 350014）

土工格柵在鐵路既有線電氣化改造路基沉降整治中的應用

■陳仙華

（中鐵十七局第六工程有限公司，福州 350014）

結合浙贛鐵路既有線200km電氣化提速改造施工工藝要求，介紹基床病害的成因，提出鋪設土工格柵進行整治，并對土工格柵的加固原理、可行性及最終整治效果進行了說明。

土工格柵 基床病害 加固

1 前言

路基是軌道的基礎，也叫線路下部結構。路基的穩定性，直接影響上部結構的穩定。由于客觀和人為多種因素的影響，在實際工作中，從路基標準的制訂，到設計、施工、檢測、甚至養護維修等方面能真正把路基當作基礎、當作一種土工結構物來對待是不容易[1]。

隨著我國既有鐵路的全面提速，對路基的要求也相應提高，路基基床必須具有足夠的強度和穩定性。路基基床是指路基上部直接承受列車動應力作用的部分，基床表層是指基床上部直接和道床相接，承受列車荷載較大的部分。本文將結合工程實例，詳細介紹土工格柵墊層在減小地基沉降方面的作用。

2 病害及其原因分析

(1)病害情況

浙贛鐵路既有線200km電氣化提速改造DK720+ 000～720+250，線路堤高約4.7m，左側有農業灌溉水塘。整治前基床變形嚴重，持續下沉，要經常補碴抬道，軌道幾何狀態難以控制。經勘探，道渣陷槽深度達1.20m(距枕底)，并伴有嚴重的翻漿冒泥現象，且基床已發生了剪切破壞；地基承載力為103～178kPa，在基床表面0.18m范圍內基床承載力低于設計承載力。

(2)病害成因分析

基床在列車荷載的作用下，將產生變形，如荷載不大，變形也不大，應力與應變成線性關系，也就是說基床只產生彈性變形，而當荷載加大到一定程度或者頻繁作用下，基床中部分區域土的應力已達到抗剪強度，從而產生剪切破壞，并產生塑性變形，隨著變形量的不斷增大，也就導致了基床下沉病害的發生。

3 土工格柵的應用

3.1 加固機理

土工格柵是經過拉伸形成的具有方形或矩形格柵的聚合板材，常用作加筋土結構的筋材或土工復合材料的筋材等。它是近幾年來工程中應用最廣泛的土工合成材料之一。土工格柵分層鋪設在路堤中，使土工格柵與土體共同承受內、外荷載作用。利用格網與土接觸面的摩擦作用，使土中的垂直應力和水平應力經土工格網面層水平擴散，轉化為土工格網與土界面的剪應力，從而降低土體受力，起到固結邊坡土體，加筋補強和防止路堤坍塌、沉陷的作用。

3.2 土工格柵柵類型及制造方法

土工格柵按其制造時拉伸方向分為單向拉伸和雙向拉伸兩種，圖1為本工點使用的單軸格柵構造圖。土工格柵的制造過程是在經擠壓制出的聚合物板材 (原料目前多為聚丙烯或高密度聚乙烯)上沖孔，孔的形狀大小及布置按最終制成的土工格柵產品確定，然后施行定向拉伸。單向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸制成，雙向拉伸格柵則是繼續將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成。格柵制造中聚合物的高分子隨加熱延伸過程而重新排列定向。

圖1 土工格柵構造

3．3 一般特性[2]

⑴力學性能。格柵由于制造過程中經過了定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加強了分子鏈間的聯結力，大大提高了其抗拉強度 (可較未拉伸前提高5～10倍)，而延伸率卻只為原板材的1%～15%。土石料在格柵網格內互鎖力增高，它們之間的摩擦系數也顯著增大 (可達0.8～1.0)。

⑵溫度影響。通過對土工格柵強度、變形影響的試驗，結果表明，溫度越高，其強度越低，變形越大；溫度越低，其強度越高，變形越小。

⑶耐久性能。由于土工格柵中加入了炭墨等抗老化材料，使它具備了較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕、抗老化等耐久性能。

⑷施工性能。土工格柵是一種重量輕，具有一定柔性的塑料平面網材，易于現場裁剪和連接 (可用聚乙烯繩或連接棒連接)，也可重疊搭接，便于現場組裝成所需構造形狀。土工格柵在施工過程中折曲影響小，施工簡單，不需要特殊的施工機械和專業技術工人。

3.4 施工工藝

⑴工藝流程

土工格柵施工工藝流程如圖2所示。

圖2 土工格柵施工工藝流程圖

⑵土工格柵的連接

土工格柵的連接一般采用綁扎，搭接寬度不應小于l0cm。為使搭接處滿足受力要求，一般每隔10～15cm應有一個綁扎點；受力方向在此距離內應有兩個綁扎點，多層鋪設時，上下層搭接應錯縫布置。

⑶土工格柵的固定

土工格柵鋪設應平整，不能有褶皺，盡量張緊，然后用U形插釘固定。

⑷土工格柵的填蓋時間

土工格柵鋪設好后，應及時用土料填蓋，一般不超過兩天，如果紫外線照射較弱，可適當延長覆蓋時間。

⑸土工格柵的填料

填料應按設計要求選取。實踐證明除凍結土，沼澤土，生活垃圾，白堊土和硅藻土外均可用做填土。但礫類土和砂類土力學性能穩定，受含水量影響很小，宜優先選用，粒徑不得大于15cm，并注意填料級配，以保證壓實質量。

⑹填料的攤鋪和壓實

當土工格柵鋪設好后，在兩端攤鋪填料，將土工格柵固定，再向中部推進。碾壓的順序是先兩側后中間。碾壓時壓輪不能直接與土工格柵接觸，壓實的加筋體一般不允許車輛在上面行駛，以免筋材錯位。分層壓實厚度為20～30cm，碾壓密實度應達到工程要求，這也是加筋土工格柵工程成敗的關鍵。

4 整治效果

為了測試和分析加固的效果，在格柵墊層布設了沉降觀測點并埋設了土壓力盒。格柵墊層底面的沉降采用沉降板進行量測；路堤基底壓力采用鋼弦式土壓力盒進行量測，每個斷面對稱于路堤中心線布置5個測點，測點間距6.0m。圖3為路基格柵底面的沉降-時間曲線；圖4為路堤基底的壓力-時間曲線。

圖3 沉降-時間曲線

圖4 壓力-時間曲線

5 結論

將土工格柵用作拉筋鋪設于砂墊層中，形成加筋砂墊層，是一種近年來大量采用的地基補強措施。格柵墊層能有效提高地基的穩定性，已得到了工程實踐的確認。本文結合具體工程，以現場測試數據為基礎，對格柵墊層減小路堤沉降的能力、均化基底壓力的能力問題進行了分析，行出以下結論：一是土工格柵墊層能有效減小地基在上部路堤荷載作用下的沉降變形。二是土工格柵墊層具有一定程度的均化基底壓力的作用。

［1］高速鐵路土木工程.西南交通大學出版社，1999.11.

［2］土工合成材料及其在工程中的應用.云南交通科技，2000.2.