淺析鋼塑格柵與級配碎石砂墊層在高填方路堤上的應用

■王賢珠

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350003）

淺析鋼塑格柵與級配碎石砂墊層在高填方路堤上的應用

■王賢珠

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350003）

本文以海西高速公路網廈門至沙縣高速公路德化段為工程依托，采取鋼塑格柵與級配碎石砂墊層相結合方法對該路段進行加固，并總結和歸納了施工要點和施工效果，為類似工程提供借鑒。

鋼塑格柵 級配碎石 高填方路堤 應用

0 引言

由于地形地貌的復雜多樣，高速公路建設中常遇到路基高填深挖的問題，對此如果處理不好，將直接影響其使用品質。高填效果自然與填料、施工工藝等息息相關，如何有效的處理高填方路堤的路基沉降，是我們控制高填效果的關鍵。一般根據填料的不同，以砂礫土為填料高度超過12m或其他填料高度超過20m的均稱為高填方路堤，那么高填方路堤和普通路堤相比，存在明顯的特點：一是無論路堤地基還是路堤本身都應有足夠的強度和穩定性，二是高路堤難免帶來較大的工后沉降，所以施工時需要嚴格控制好填筑壓實度。在現有施工工藝水平下，對高填方路堤有多種處理方法：換土復填、粉噴樁、灌注漿、加筋土等，但都有一定的局限性。特別對路基基地承載力低、填方高且邊坡存在滑動風險情況下，需要有更好的工藝、材料來滿足技術要求，使得路堤承載力提高且整體性和穩定性得以增強。

1 工程概況

本項目為廈門至沙縣高速公路德化段，路線所處區域屬泉州德化縣山丘地段，山體剝蝕嚴重，地形起伏劇烈，山體陡峭，發育沖溝洼地，山間切割很深，呈典型V字型谷地，植被發育茂密。路線所經地區大部分在山脊，較多路段路基屬于高填方，提高填方路基的承載力和減少其工后沉降的穩定問題成為這條高速公路成敗的關鍵。

由于本標段填方區的河流階地表層為軟塑狀粉質粘土層，路堤填方較高，邊坡位置存在滑動面，且位置處于山坳中，易于地表水的匯集。為了提高路基的承載力和減少其工后沉降，在個別高填方路段位置采用雙向鋼塑格柵結合級配碎石砂墊層進行加固，共設計兩層雙向鋼塑格柵。

2 鋼塑格柵的定義及特點

鋼塑格柵以高強鋼絲經特殊處理，以聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）為原材料，添加其他輔助劑，通過擠壓技術使之成為復合型高強抗拉條帶，且表面有粗糙壓紋。得到單帶，經縱、橫按一定間距編制或夾合排列，采用特殊強化粘接的熔焊技術焊接其交接點而成型，則為加筋土工格柵。

鋼塑格柵的主要特點如下：

（1）鋼塑格柵的拉力由高強鋼絲在低應變能力下產生極高的抗拉模量，縱橫向肋條協同作用，充分發揮格柵對土體的嵌鎖作用。

（2）鋼塑格柵的縱橫向肋條中的鋼絲經縱橫編織成網，外包裹層一次成型，鋼絲與外包裹層能協調作用，伸長率很低，小于3%。

（3）鋼塑鋼塑土工格柵的主要受力單元為鋼絲，蠕變量極低。

（4）鋼塑格柵鋪設、搭接、定位容易，可有效縮短工程周期。

（5）整體結構性強，節點強度高。

（6）鋼塑復合格柵經添加各種助劑使其具有抗老化、抗氧化性能。

3 鋼塑格柵與級配碎石墊層的作用機理

土體具有一定的抗壓和抗剪強度，而其抗拉強度很低。當土體受壓時，其破壞與否將和土體側向變形大小有關，允許的側向變形越小，它能承受的壓力就越高。所以提高土體的承載能力，設法減小其側向變形是一種有效的途徑。

鋼塑格柵作為一個高模量的整體可以大大減少在荷載作用下 ,由于土體的離散性而產生的側向水平位移 ,同時由于它的高模量和結構效應 ,改善了路基受力狀況,從而改善基礎底面受力狀況 ,減少沉降 ,保持了路基的整體性。

由于格柵約束層網孔具有同一形狀，使土顆粒夾緊在其網格內，并且通過行車機械咬合作用產生相互有效應力傳遞，可阻止荷載壓實引起局部位移變形，且依靠格柵的剛度、抗拉強度及網孔嵌鎖三者相互作用，可使路基具有整體性，并使上下層之間土顆粒抗剪強度增強。

級配碎石墊層本身具有良好的透水性性能，結合鋼塑格柵的高摩擦阻力產生高抗拉強度，從而增大路基土剪切強度和整體性，減少側向擠壓和變形。當非均勻局部荷載作用與格柵時，網格發生相應變形，格柵將會約束作用就會顯示出來，使非均勻荷載均勻傳遞，防止不均勻沉降。

4 鋼塑格柵與級配碎石墊層施工工藝及要點

4.1 施工工藝

（1）當基床開挖平整壓實完成，經過檢測確保合格之后即可進行砂礫墊層的鋪設。結構圖如圖1所示。

圖1 鋼塑格柵和級配碎石構造圖

（2）按設計文件要求先鋪墊10cm厚級配碎石砂墊層，人工配合平地機整平后，振動壓路機靜壓兩遍。

（3）在平整好的碎石砂墊層上按設計寬度鋪設鋼塑格柵，攤鋪時應拉直平順，將強度高的方向垂直路堤軸線方向，格柵不得重疊、卷曲、扭結，相鄰兩幅需搭接長度大于0.2m，并沿路基橫向對搭接部分每隔1m用8號鐵絲進行穿插連接。并用U形釘固定，間距1.0m；橫向搭接長度40～50cm，搭接位置用U形釘固定，每一處搭接位置U形釘用2～3個。

（4）土工格柵鋪設完成后首先進行自檢，自檢合格后報監理檢查，簽證，合格后，再行鋪筑第二層30cm級配碎石砂墊層，采用18T單輪壓路機進行碾壓，經合格后再原有墊層上鋪第二層鋼塑格柵，最后用10cm級配碎石墊層進行覆蓋。回填過程中，所有施工機動車輛的不得直接在已鋪設好的鋼塑格柵上行走。

4.2 施工要點

（1）在施工過程中，重點應對填料的壓實度和平整度進行控制，同時對于填料中的尖刺突起物應及時進行清理，以避免對土工格柵造成損壞。

（2）鋼塑格柵材料攤鋪到位后應及時填筑填料，以免其受到陽光過長時間的直接暴曬。一般情況下，間隔時間不超過48h。

（3）為了保證邊坡的穩定，保證路基與山體緊密結合，施工時必須挖大于1m的臺階，壓路機必須碾壓到邊。

（4）基床開挖平整壓實后鋪設10cm級配碎石砂墊層，級配碎石砂墊層表面鋪設后應及時找平，表面局部允許高度差不大于10cm。

（5）鋼塑格柵在鋪設時，應將強度高的方向置于垂直于路堤軸線方向，材料之間的連接應牢固，在受力方向連接處的強度不得低于材料設計抗拉強度，且其疊合長度不應小于20cm，層與層之間回折搭接不應小于2m。

（6）格柵邊緣與外側邊坡應預留20～30cm的距離，便于刷坡。

（7）填料分層攤鋪，分層碾壓，所選路基填料及壓實度等必須滿足 《公路路基設計規范》JTG D30-2015規定的標準要求。

5 鋼塑格柵與級配碎石墊層在路基中的應用

5.1 鋼塑格柵與級配碎石墊層材料要求

鋼塑格柵應符合 《公路工程土工合成材料 土工格柵 第1部分：鋼塑格柵》（JT/T 925.1-2014）的規定，如表表1所示。經檢測，鋼塑格柵所有指標均滿要求。

表1 鋼塑格柵材料要求

級配碎石砂墊層含碎石70%，粒徑20～40mm，含砂30%，材料要求如表2所示。經檢測，碎石、砂各項指標均滿足要求。

表2 級配碎石材料要求

通過對現場碎石墊層和格柵的施工質量進行抽查驗收的結果如表3所示。根據結果可知，各項指標均滿足要求。

表3 碎石墊層和格柵的施工質量及檢驗要求

5.2 四種工況工后觀測對比分析

取地基條件基本相同，路基填筑方式、填筑高度與施工時間基本相近的路段進行比較，選取K76+735～K76+ 885為第一個段落（工況1），填筑高度為22m，采用雙向鋼塑格柵結合級配碎石砂墊層，共設計兩層雙向鋼塑格柵+兩層級配碎石砂墊層，觀測點為A1、A2、A3；第二個段落為K74+720～K74+870（工況2），填筑高度16m，采用雙向塑料格柵+兩層級碎石砂墊層處理，觀測點為B1、B2、B3；第三個段落為K73+050～K73+200（工況3），填筑高度18m，僅用級配碎石砂墊層處理，觀測點C1、C2、C3；第四個段落為K75+050～K75+120（工況4），填筑高度17m，未進行任何處理，觀測點D1、D2、D3；前期每10d觀測1次，并做好記錄，待沉降趨勢穩定后每1個月觀測1次，詳細觀測結果如表4所示。

表4 高填方路基沉降觀測結果表

觀測天數為開始觀測至觀測完成的總天數。由于受工期的限制，就沒有做進一步的觀測，僅以短期內的數據作為分析。根據沉降觀測天數和路基累計沉降量的分析，對其進行加權平均后可以得出：

工況1的路基施工工期間的累計沉降量為：[125d×（25+24）mm+137d×28mm]/（125×2+137）d=25.7mm

工況2的路基施工工期間的累計沉降量為：[125d×（52+54）mm+137d×52mm]/（125×2+137）d=52.6mm

工況3的路基施工工期間的累計沉降量為：[125d×（69+68）mm+137d×69mm]/（125×2+137）d=68.7mm

工況4的路基施工工期間的累計沉降量為：[125d×（83+82）mm+137d×82mm]/（125×2+137）d=82.3mm

從上述中可以看出第一個路段施工期間累計沉降量比第二個路段的施工期間的累計沉降減少50%左右，比第三個路段累計沉降減少60%左右，比第四個路段累計沉降減少70%左右。

5.3 承載能力進行比較

上述三段路基歷經170天完工，測試標準車輛為BZZ-100、后軸重100kN，輪胎壓力0.7MPa，單輪當量圓直徑21.3cm標準車輛。采用5.4m貝克曼梁進行彎沉測試，如表5所示。

對于特異值進行了局部處理，通過四段彎沉值的比較，可以有效的得出，經過鋼塑格柵+級配碎石砂墊層處理路基的彎沉比雙拉塑料格柵+級配碎石砂墊層處理的路基減約40%，比僅用級配碎石砂墊層加固的路基減少大約60%，比未進行任何處理的路基減少大約80%。

表5 彎沉測試結果

5.4 施工效果

由于采用了上述施工方法，施工效果很好，經過挖開檢驗，鋼塑格柵平整，與下承層緊密貼良好，未出現扭曲、褶皺重疊現象。經沉降觀測，鋪設鋼塑格柵的路段平均沉降量25.7mm，且沉降均勻，趨于穩定；而未進行任何處理的路段平均沉降量82.3mm，且沉降仍在繼續。結合彎沉測試，經過（鋼塑格柵+級配碎石砂墊層）處理路基的彎沉大大提高了地基承載能力。同時能解決高填方路堤過大的沉降或不均勻沉降變形問題以及路堤穩定性問題。

6 結語

采用鋼塑格柵+砂墊層相結合的結構形式提高了填方路基承載能力，克服高填方路基后期沉降量偏大的通病。通過結合級配碎石砂墊層施工，在提高承載力的同時，還解決了沖溝洼土體內部的排水問題，減少路面開裂，增強了路面結構層的整體強度。

[1]中華人民共和國交通部.JTG F10-2006，公路路基施工技術規范[S].北京:人民交通出版社，2006.

[2]福建省高速公路建設總指揮部.福建省高速公路施工標準化管理指南,第二分冊,路基工程（第二版）[C].福州：福建省高速公路建設總指揮部，2011.