基于山區(qū)公路軟基處理的加筋法聯(lián)合排水板應(yīng)用研究

周鳳生

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明　365001)

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基于山區(qū)公路軟基處理的加筋法聯(lián)合排水板應(yīng)用研究

周鳳生

(福建省海盛交通投資有限公司，福建 三明365001)

摘要：土工格柵和塑料1965排水板的工作效率。結(jié)果表明，排水板在提高路基承載能力更具效用，加快土基固結(jié)排水作用，孔壓減小約25%，沉降穩(wěn)定性提高11%；加筋土對(duì)軟基的整體穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用，土體的側(cè)向位移約60 mm，而結(jié)合排水板作用后格柵拉伸引起的剪應(yīng)力下降了28%，固結(jié)沉降速率上升加快路基承載能力的提高，土工格柵的工作強(qiáng)度減小，有利于路基的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

關(guān)鍵詞：土工格柵；塑料排水板；沉降變形；孔隙水壓力

1工程概況

本試驗(yàn)段位于福建省明溪縣境內(nèi)，該路段地勢(shì)復(fù)雜，部分分布深、淺層的軟土路基多以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，多分布于河流及洼地附近，平均厚度在7～10 m范圍內(nèi)，表1為某標(biāo)段軟基路段的土質(zhì)物理性質(zhì)指標(biāo)。

表1　軟土的物理性質(zhì)指標(biāo)

2試驗(yàn)方案

道路工程中已有許多關(guān)于塑料排水板和土工格柵加筋法的實(shí)例應(yīng)用，土工格柵具有良好的耐久性，強(qiáng)度高和延性低對(duì)限制路基沉降位移具有較好的發(fā)揮，本文擬通過(guò)監(jiān)測(cè)比較加筋路基和加筋格柵聯(lián)合塑料排水板的軟基路段，分析這種加筋-固結(jié)組合方法對(duì)軟基問(wèn)題的效果改善狀況。

在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制塑料排水板的質(zhì)量，材料的性質(zhì)好壞在排水固結(jié)法中至關(guān)重要，同時(shí)，應(yīng)遵循施工過(guò)程的各項(xiàng)指標(biāo)，參照規(guī)范要求進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，控制好排水板的間距，減少數(shù)據(jù)誤差；在鋪設(shè)土工格柵時(shí)，可利用U型釘約束格柵位移，注意鋪設(shè)地面的平整性。圖1為路段施工流程圖。

圖1　施工流程圖

3效果評(píng)價(jià)

3.1孔隙水壓力測(cè)試結(jié)果與分析

排水固結(jié)法通過(guò)對(duì)加快軟土路基的固結(jié)排水來(lái)提高路基的承載力，將塑料排水板埋置粘土層中，在堆載預(yù)壓作用下使水沿排水板流出，加快了路基的沉降穩(wěn)定速率。本試驗(yàn)通過(guò)埋設(shè)空隙水壓力傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)土中水壓力增長(zhǎng)-消散過(guò)程，了解排水板的組合對(duì)加筋路基的承載能力的提高。在埋設(shè)傳感器時(shí)，應(yīng)控制儀器間距>2 m，保證儀器垂直安放，提高數(shù)據(jù)精度。圖2為監(jiān)測(cè)斷面的空隙水壓力變化曲線(xiàn)。

圖2　空隙水壓力變化曲線(xiàn)

布置土工格柵時(shí)加鋪30 cm的砂墊層，有利于周間土的排水速率，由圖3可知，在格柵墊層作用下，軟基的空隙水壓力維持在160 kPa，相比于塑料排水板作用效果，仍處于加高的孔水壓力狀態(tài)。排水板通過(guò)垂直埋設(shè)在粘土當(dāng)中，相比于粘土間自發(fā)消散排水速率得到了明顯提高，對(duì)擴(kuò)散土間應(yīng)力，加快路基排水固結(jié)，提高路基的沉降速率和穩(wěn)定性均有較好的幫助。排水板對(duì)土間孔隙水的消散影響比格柵砂墊層提高了25%，當(dāng)格柵聯(lián)合排水板組合作用時(shí)，空隙水的排水程度提高3%，效果微小。土工格柵在軟基處理中主要在軟基的沉降變形和側(cè)向位移方面發(fā)揮著重要作用，塑料排水板則在加快軟基的固結(jié)排水方面作用效果顯著，在空隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，孔壓主要受粘土孔隙水影響，排水板在其中發(fā)揮重要影響。

3.2路基沉降和側(cè)向位移結(jié)果分析

軟土路基由于天然孔隙比大，含水量高，強(qiáng)度較低，易引起路基沉降過(guò)大無(wú)法滿(mǎn)足路基規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，本方案通過(guò)在埋設(shè)沉降板和斜側(cè)管對(duì)軟基的豎向位移和側(cè)向變形進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)，圖3、4分別為路基變形的關(guān)系曲線(xiàn)。

圖3　路基填土荷載與沉降位移關(guān)系曲線(xiàn)

圖4　路基填土荷載與側(cè)向位移關(guān)系曲線(xiàn)

在外荷載作用下，軟基排水速率提高，故在沉降位移上有較大的變化，由圖4可知，隨填土分層平鋪壓實(shí)過(guò)程，豎向沉降呈線(xiàn)性變化，在土工格柵作用下，施工過(guò)程軟土路基的沉降位移達(dá)到1.4 m，而排水板加快土間排水，固結(jié)速率的提高在沉降速率和下降深度上均比格柵墊層提高近0.3 m，使軟基承載能力能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，對(duì)工后運(yùn)營(yíng)階段路基的安全服役有較大幫助。而在二者組合作用下，軟基的沉降速率和沉降深度還有少量提高，結(jié)果表明排水板和格柵墊層的組合對(duì)軟基的沉降穩(wěn)定性更具工程意義。

利用斜側(cè)管和位移邊樁得到的圖5數(shù)據(jù)可知，隨路基填筑高度的提高，土工格柵在限制路基側(cè)向位移上發(fā)揮主要作用，聯(lián)合塑料排水板的作用對(duì)路基側(cè)向變形的幫助效果甚微，竣工后格柵墊層和組合作用下的位移值約60 mm。土工格柵在豎向沉降上并未充分發(fā)揮效用，但其耐久性、低延性，與砂墊層聯(lián)合作用提高了填土路基的整體剛度，有利于路基的應(yīng)力擴(kuò)散，減少路基的較大差異變形，在約束側(cè)向位移方面土工格柵墊層靠自身材料特性發(fā)揮著重要幫助。

3.3加筋土間剪切應(yīng)力影響分析

土工格柵通過(guò)摩擦和咬合作用對(duì)周間填土具有約束作用，通過(guò)分析土工格柵工作下的剪切應(yīng)力能夠間接比較格柵墊層和塑料排水板的作用效益，圖5為軟基加筋下的土間剪應(yīng)力關(guān)系曲線(xiàn)。

提高土體的整體性、連續(xù)性是土工格柵墊層在軟基處理中發(fā)揮的重要作用之一，軟土路基由于土間含水量高于液限，粘土間的連結(jié)穩(wěn)定較差，土工格柵墊層在增加土體的模量、擴(kuò)散土間拉應(yīng)力的同時(shí)，還發(fā)揮著隔離和過(guò)濾的作用。

圖5　土間剪應(yīng)力變化曲線(xiàn)

圖6中格柵墊層監(jiān)測(cè)到的剪應(yīng)力數(shù)據(jù)較大，表明格柵在約束填土側(cè)向位移效果顯著，約70 kPa；當(dāng)塑料排水板一起加入工作后，土工格柵的剪應(yīng)力值下降了28%，并非土工格柵的影響在減小，而是由于排水板加快了土基的固結(jié)排水作用，通過(guò)砂墊層的橫向排水作用，試驗(yàn)段軟基的整體承載能力得到了較大提高，故減小了土工格柵的工作強(qiáng)度，但在約束路基側(cè)向變形上仍表現(xiàn)出較大幫助，剪應(yīng)力約50 kPa。

4結(jié)語(yǔ)

(1)土間空隙水壓力影響軟基的承載能力，塑料排水板比土工格柵墊層具備更好的排水固結(jié)影響，在孔壓監(jiān)測(cè)中，排水板作用下孔壓消散提高了25%；

(2)格柵墊層在限制軟基側(cè)向位移上發(fā)揮主要作用，與排水板的聯(lián)合工作影響較小，格柵與周間土的咬合連結(jié)作用有效控制了土體的變形；

(3)土工格柵與排水板的組合發(fā)揮著自身的材料性能，排水板加快排水固結(jié)的同時(shí)路基的承載能力提升，加筋格柵改變了路基的整體剛度，使應(yīng)力荷載均勻擴(kuò)散，有效限制變形。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2016-04-08

作者簡(jiǎn)介：周鳳生(1965-)，男，工程師，研究方向：公路橋梁建設(shè)管理和施工。

中圖分類(lèi)號(hào)：U417.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)05-0062-02