土工格栅在道路病害防治中的作用

土工格栅在道路病害防治中的作用【摘要】道路的建设属线性工程，所经地区的地形、地质、水文等条件差异大，且高等级公路建设标准高、工程量大，所以在修建或营运的过程中会不可避免地遇到诸如路堤滑坡、塌陷、沉降等地质病害，为解决这一系列问题，各种新材料、新工艺应运而生，其中用土工格栅处理高等级公路工程病害就是比较典型和广泛的方式。【关键词】土工格栅抗剪铺设应用1.前言土工格栅自60年代末出现后，在土木工程中得到了广泛应用，目前国内已在铁路、公路、机场、水利、港口等方面开始应用。土工格栅具有抗拉强度高，延伸率低，与土石结合效果好，耐久性强，施工简便等特点，主要用途是改善土体的工程性能，起到加固和稳定土体的作用。特别是对于软土、软弱土路基，土工格栅的应用能有效提高地基的承载力，增加扩散角，控制不均匀沉降。2.土工格栅在道路病害防治中的应用土工格栅(geogrid)是聚合物材料经过定向拉伸形成的具有开孔网格、较高强度的平面网状材土工格栅可分为拉伸和挤塑两大系列。拉伸系列是以聚乙烯或聚丙烯为原料，先挤压成薄片，再打出有规则的孔洞，然后在加热控制下进行定向拉伸而成。由于在制造过程中经过了加热定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，增强了分子链之间的联结力，因而此类土工格栅具有抗拉强度高、不易变形等特点。拉伸系列的土工格栅按其制造时拉伸方式的不同又可分为单向土工格栅和双向土工格栅两类(见图1，图2)。图1单向土工格栅图2双向土工格栅挤塑系列是将聚乙烯或聚丙烯原料装入容器并在高温下熔化，送入模具，挤压成型后冷却而成。此类土工格栅制造工艺简单、成本较低，但抗拉强度较低，易变形。由于道路工程路基填料一般为粘土或细粒填料，路基体的抗拉、抗剪能力较差，所以，在道路工程病害的防治和处理中，具有较强抗拉能力的拉伸系列土工格栅就得到了较为广泛的应用。3.土工格栅在软土地基处理中的应用当公路穿越山区与河谷相间地带时，山冲、坳沟常因地势相对较低，沟谷内逐年堆积冲积土、残坡积土，一般深达几米甚至十几米，加之沟谷内地势平缓，常年积水，使得土体常年饱水，天然含水量较高，地基承载力较低，形成典型的软弱地基。当公路路基建干此类软弱地基上时，由于地基土含水量高、承载力差，在路基填筑加载或通车后车载作用下，常常会产生大范围的沉降而导致路面开裂、破坏，直接影响道路通行能力，有些地基在荷载作用下，连同路基一起产生弧形剪切破坏，直接导致路基的整体性破坏，最终导致道路破坏、交通中断。为解决上述因软土地基导致的路基破坏，除加强排水或采取塑料排水板、砂桩、强夯等直接增强地基承载力的处理方式之外，常用的方法就是铺设土工格栅进行软土地基处理。首先在经过排水疏干、清除淤泥后的软土地基上铺设一层20cm厚的碎石并压实，这样既有利干提高地基与土工格栅间的摩擦力，又能迅速排除地基在加载后挤压出的水，然后在碎石层上铺设土工格栅，铺设时应使格栅处干平顺均匀状态，然后即时填筑填料，填料卸土高度一般不得大于1m，填筑时应严格按照“先两边、后中间”的原则对称填筑，严禁先填路堤中部，后填两边的方法，在第一层填土达到预定厚度并经碾压达到设计压实度后，将土工格栅反卷包回一定长度并绑扎(或缝合)在上一层土工格栅上，再进行上一层的填筑。土工格栅的铺设层数一般取决干软土地基承载力、路基填土高度，具体层数通过计算得出。通过在软土地基上铺设土工格栅后，使得铺设土工格栅部分的路堤形成一个具有较强抗拉、抗剪能力的整体。由于土工格栅与填料颗粒的摩擦和嵌锁作用，能有效地控制路堤土体颗粒在荷载作用下的侧向位移和部分挤入软土地基的现象。同时，由于加铺土工格栅后形成的整体性和板块性，能够最大限度地将荷载向周围扩散，有效防止因应力集中而产生的地基不均匀沉陷和剪切破坏。当然，由于加铺土工格栅后并不能使路基体形成完整的固体特性，所以加铺土工格栅处理软土地基也是有限度的、有条件的。一般情况下，当软土地基含水量高，承载力较差时，一般采取加铺土工格栅与插设塑料排水板等其他方式共同处理，效果更好。4.土工格栅在斜坡路堤处理中的应用公路穿越傍山坡时，因路线走向与山坡走向一致，路堤常修筑于斜坡之上，由于坡面上常覆盖一层腐植土或风化层，加之坡面较陡，使腐植土(或风化层)与下部基岩之间形成一个易滑面，路堤在填筑过程中或填筑后易整体或部分沿此易滑面滑动，造成路堤破坏。对于填土较高，路堤坡脚又落入沟谷等软土地基的情况，通常所采用的支挡或挖错台等措施就显得非常困难或效果不明显，对这种情况，除在斜坡上开挖错台外，在路堤底部加铺土工格栅最为有效。①在路基施工之前，应先平整场地，水田地段需进行地基处理，然后铺设砂砾石并压实。②在斜坡上开挖台阶，并铺设土工格栅直至路堤边坡；土工格栅在台阶部分用钢筋锚固于台阶上。③分层填筑路堤填料并压实。④上一层土工格栅铺设及填料填筑。通过在斜坡路堤底部铺设土工格栅，使得路堤整体性大大增加，并且由于土工格栅与台阶之间的摩擦力与锚固力，使得这部分路堤具有了较强的抗拉能力和抗剪切能力，可有效地防止路堤整体沿斜坡面的滑动或部分路堤的剪切破坏。5.土工格栅在路基不均匀沉降处理中的应用5.1路基填挖交界处的不均匀沉降处理在路基填挖交界处，由于天然土基与路基填料的特性差异，或由于路基填料含水量过高、压实度不够，在路基填筑后常发生沉降或路基填料的侧向位移，并集中地反应在填挖分界处，最终导致路面开裂甚至断裂破坏。在填挖交界处的路堤中铺设土工格栅利用土工格栅与填土颗粒的摩擦作用和嵌锁作用，有效地限制了土体颗粒的侧向位移，同时由于加铺土工格栅后使路基具有了较好的整体性和刚度，能有效地均化路基沉降，防止因不均匀沉降引起的路面开裂。5.2构造物台背回填土不均匀沉降的处理构造物台背回填土常因夯压不便或压实不够而存在压实度不足的情况，加之填料与构造物刚度悬殊，回填土在填土自重及车载作用下发生较大沉降，在回填土与构造物台背处形成较大的差异沉降，从而导致在构造物与路基接头处发生跳车、路面开裂等现象。同样，在构造物台背回填土中铺设土工格栅亦能有效地防止不均匀沉降的产生。其要点是在铺设土工格栅时将土工格栅固定在构造物台背上，通过土工格栅较强的抗拉能力，利用土工格栅与构造物之间的锚固力以及与回填土之间的嵌锁力和表面摩擦力，将结构物与回填土联为一体，以增强其整体性，使构造物与回填土之间的不均匀沉降在一定范围内得到很大的均化和缓解，而不是集中的反映在构造物与回填土交界处，有效地防止了在桥台、涵背等构造物处的跳车、路面开裂等现象。6.结束语土工格栅的铺设使土工格栅与填料组成了一个复合体，土工格栅的作用主要体现在水平加筋上。使土体能承受较大拉力，增加了地基土的抗剪强度，提高了路堤的稳定性，同时复合体具有一定的刚度，上部荷载得到有效的调整，使不均匀沉降减少，均匀度好。由于复合体能承受较大拉力，地基受力变小，路堤中心沉降明显减小。由于土工格栅与填料的整体作用，不仅减少了不均匀沉降，而且还可减少地基的总沉降，适应路堤的快速填筑，而荷载的迅速增加，加快了软土的固结作用，从而使沉降加快，减少后期沉降，形成一种良性循环。土工格栅良好的物理力学特性、简便的施工方式、良好的经济效益正被广大的公路建设者所认识，并被广泛地运用到解决软土地基问题、斜坡路堤、路堤加固等方面；实践证明，这种方式有着良好的实际效果和明显的经济效益。但是，由于采用土工格栅处理路基问题并不能提高地基的承载力，也不能有效地阻止地基沉降，因此，只有在地基具有较好的承载力(或经处理后具有较好的承载力)，在填土自重与交通荷载作用下，不致破坏而产生大的沉降时，土工格栅加固路堤才会产生明显的效果。参考文献[1]JTJT019—98，公路土工合成材料应用技术规范[S][2]谢永利，俞永华，杨晓华.土工格室在处治路基不均匀沉降中的应用研究[J].中国公路学报，2004,17(4):7-10[3]谢永利.公路建设中的岩土工程问题[A].中国岩石力学与工程学会.岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题[C].北京:中国科学技术出版社，2002.59-62.[4]颜春.填方路基不均匀沉降原因分析及处治措施[J].重庆交通学院学报，2003,22(l):63-68.[5]曾锡庭，于志强.土工格室及其应用〔J].中国港湾建设，2001,4(2):33-37.