土工格柵復合碎石墊層在高速公路軟基處理中的應用

堯強

（江西贛東路橋建設集團有限公司，江西 撫州344000）

1 引言

高速公路一般里程長、跨度大，橫跨的地區范圍較廣，因此，沿線的地形地質復雜多樣，且外界氣候條件也變化不一，進而給高速公路施工帶來不小的困難和挑戰。 在高速公路路基工程中，常會遇到軟土路基，容易產生不均勻沉降與變形[1]，進而引發整個路基的沉陷， 長時間下來會導致路面病害的產生，嚴重影響公路的行車舒適性和安全性，因此，需針對軟土路基采取有效的措施進行處理。 本文主要研究采用土工格柵復合碎石墊層技術進行軟基處理， 重點對土工格柵復合碎石墊層技術的加固原理和施工工藝進行分析， 并在具體工程中進行應用。

2 工程概況

某高速公路建設項目全線長約為104.888 km，雙向4 車道設計標準，路基寬度為28 m，設計行車速度為100 km/h，瀝青混凝土路面，項目全線橋隧比為61.7%。 前期對該高速公路進行地質勘探， 得出該高速公路第二合同段K13+456～K14+186段路基為軟土路基， 該段軟土路基表層為可塑狀含礫石亞黏土，呈褐紅色，厚度在2～12 m，下層主要為含有機質軟塑性黏土，呈深灰色，厚度在0～13 m。 為改善軟土路基不均勻沉降問題，起到路基加固的效果，建設單位擬決定采用土工格柵復合碎石墊層技術，碎石墊層分上下兩層進行施工，厚度在50 cm左右，同時碎石的粒徑不得大于50 mm，對應的含泥量需低于5%，總體碎石用量在12 944.3 m2（攤鋪面積）左右。 另外，土工格柵抗拉強度應大于100 kN/m，其中，單向土工格柵總用量為57 456.7 m2，雙向土工格柵總用量為5 143.7 m2。 現場土工格柵鋪設如圖1 所示。

圖1 土工格柵鋪設作業

3 土工格柵復合碎石墊層軟基加固工程特性

3.1 原理分析

土工格柵復合碎石墊層加固軟土路基主要是基于土工合成材料與土的協同作用， 形成的復合結構能共同承載各方面的荷載作用[2]，主要包括：（1）土工合成材料、土以及墊層之間的共同作用。 土工合成材料的上部分為土，下部分為墊層，上部荷載會先傳遞至土工合成材料之上， 土工合成材料再將荷載均勻傳遞至下部，并與下部的墊層一起承受荷載作用，以此增強地基的整體承載能力。 土工合成材料具備擴散應力的作用， 可有效抑制路基不均勻沉降問題， 抵御路基發生側向變形，起到提升路基穩定性的效果。（2）墊層與樁的共同作用。將樁插入墊層中引發其產生變形， 此時樁與墊層可共同承受荷載作用，并構成完整的復合墊層，具備加快地基固結、排水的作用。（3）樁與樁間土、土工合成材料之間的共同作用。在特長樁長范圍之內，樁側土體會產生正摩阻力和負摩阻力，以此共同抵御路基上部的荷載作用。 土工格柵將碎石樁進行包裹，在土工格柵的張拉作用下碎石會形成完整個體， 以此來約束樁體，防止碎石樁破碎的同時抵制其產生側向變形。

3.2 特點分析

將土工格柵復合碎石墊層應用于軟土路基加固中， 主要的特點如下：

1）將素墊層厚度控制在合理范圍之內，以此降低路基的基礎沉降變形；

2）墊層加筋后可抵制其產生壓縮變形，同時可有效提升墊層整體剛度；

3）隨著土工格柵層數的增加，土工格柵復合碎石墊層穩定性也隨著增大；

4）在土工格柵的作用下，松散狀態下的碎石墊層會形成一個完整個體，提升其抗彎能力，另外，由于土工格柵兩側具備較大的摩擦力和剪應力，可有效約束土體的側向變形，進而提高路基的承載能力，防止產生不均勻沉降變形。

4 土工格柵復合碎石墊層施工技術要點研究

4.1 施工準備

土工格柵復合碎石墊層正式施工之前， 現場技術人員應提前準備好各項施工機械設備和原材料，做好設備的安裝、調試工作，并配備具有相關資質的施工隊伍，提前做好技術交底工作[3]。 各項施工原材料使用前需進行必要的試驗檢測，確保可滿足規范及設計要求， 結合現場環境和天氣氣候做好原材料的防塵防潮措施。 結合施工圖設計提前準備好施工臨時便道，非必要情況下不得新增臨時用地，以免影響后期驗收，也避免對周邊環境造成污染。 準備工作就緒后，即可進行下承層準備，及時施作水泥攪拌樁，并進行嚴格的檢測驗收，為土工格柵復合墊層施工奠定基礎。

4.2 測量放樣

提前對下承層進行檢查，確保其表面無任何雜物，且平整度需滿足規范要求， 選用12 t 鋼輪壓路機進行2 遍以上的碾壓處理。 碾壓完畢后及時進行現場測量放樣，恢復道路中線，采用白灰規劃出中樁和邊樁，以此確定出道路寬度。

4.3 首層碎石墊層攤鋪

本項目的碎石墊層施工主要分兩層進行攤鋪施作， 直接在下承層表面進行首層碎石墊層攤鋪施工， 完畢后及時鋪設土工格柵，經驗收合格后再開展第二層碎石墊層攤鋪作業。 首層碎石墊層采用靜力碾壓的方式進行壓實， 選用2 臺以上壓路機，遵循先兩邊后中間、先慢后快的原則，按照規范要求進行施工操作[4]。

4.4 土工格柵鋪設

首層碎石墊層施工完畢且驗收合格后， 開展土工格柵鋪設作業，首先人為拉緊土工格柵，順著垂直于道路的方向進行鋪設施工，并選用U 形釘進行固定，遵循梅花樁形結構，各間距低于1.0 m，搭接寬度不得低于30 cm，確保與首層碎石墊層貼合緊密，嚴禁存在任何空隙。

4.5 第二層碎石墊層攤鋪

第二層碎石墊層攤鋪施工需及時開展， 以免土工格柵長時間暴露在外界， 因此需在48 h 之內開展施工。 結合實際情況，可進行碎石墊層和土工格柵的同時施工，土工格柵鋪設完30 m 后經檢測合格再進行碎石墊層攤鋪作業。 提前將路基兩側進行卸料處理，碎石的堆放高度應低于1 m，確保土工格柵可足夠拉緊[5]。

4.6 土工格柵包邊

第二層碎石墊層攤鋪施工完畢后，現場及時對壓實度、厚度以及寬度進行檢測，并對土工格柵上卷進行包邊處理，按照梅花形布置方式采用U 形釘進行固定， 對應的固定間距應不低于1 m。

4.7 施工質量檢測

4.7.1 物理力學指標檢測

采用土工格柵復合碎石墊層進行軟基處理后， 相應的物理力學指標變化情況如表1 所示。 結合檢測結果可得，采用土工格柵復合碎石墊層加固完畢后軟基土體的孔隙比、 壓縮模量、天然含水率等指標均降低，且干密度相對增大，表明采用土工格柵復合碎石墊層技術可有效提升地基土體的承載能力，改善其力學性能。

表1 地基加固前后物理力學指標對比

4.7.2 沉降檢測

土工格柵復合碎石墊層施工完畢后， 對預先埋設的原地面沉降板具體高程進行觀測分析， 以此來評價軟土路基加固效果和軟基沉降情況。該段軟土路基觀測情況如表2 所示。檢測結果表明， 采用土工格柵復合碎石墊層進行軟基加固處理后，軟基整體無明顯失穩現象，且各個周期的沉降差異不大，穩定性較高，另外沉降速率趨于平穩。

表2 沉降觀測結果

5 結語

本文就土工格柵復合碎石墊層在高速公路軟基處理中的應用進行研究，結合實際高速公路路基工程，圍繞土工格柵復合碎石墊層軟基加固工程特性、施工技術要點展開研究，并結合試驗路段對土工格柵復合碎石墊層施工質量進行檢測。 研究結果表明， 采用土工格柵復合碎石墊層技術可有效提升地基土體的承載能力，改善其力學性能，防止路基不均勻沉降產生，延長公路使用壽命。