土工格柵是一種新型的土工合成材料， 經(jīng)定向拉伸后， 形成具有開孔的網(wǎng)格， 常用作加筋土或復(fù)合材料的筋材。該材料不僅抗拉強度大， 而且柔性、延展性良好， 在道路工程中應(yīng)用廣泛。以下結(jié)合實踐和案例， 探討了土工格柵的具體應(yīng)用。
1 土工格柵的作用原理和應(yīng)用優(yōu)勢
1.1 作用原理
( 1 ) 加筋作用。土工格柵的抗拉強度大、張拉模量大， 可以實現(xiàn)大面積范圍內(nèi)荷載、應(yīng)力的均勻分布。在軟弱地基或土層中， 應(yīng)用土工格柵能降低并分散上部荷載對軟基的集中應(yīng)力; 在瀝青結(jié)構(gòu)層中， 可以減弱瀝青的徐變作用， 避免瀝青層開裂。( 2 ) 壓實作用。土工格柵的網(wǎng)孔形狀相同， 上層顆粒、下層顆粒的剪切阻力不會受到影響。在剛度、抗拉強度、網(wǎng)孔嵌鎖作用下， 能避免荷載壓實引起的變形位移，
提高顆粒壓實效果。( 3 ) 抗變形作用。外力不均勻作用在格柵上， 網(wǎng)孔由于收到橫向拉應(yīng)力會發(fā)生變形， 從而顯現(xiàn)出約束作用， 對非均勻分布的荷載具有較強的適應(yīng)性。( 4 ) 抗剪切作用。土工格柵的抗摩阻力較高， 作為筋材使用時， 可以增強結(jié)構(gòu)層的抗剪切強度， 提高整體穩(wěn)定性。
1.2 應(yīng)用優(yōu)勢
在道路工程中應(yīng)用土工格柵， 優(yōu)勢如下: ( 1 ) 增加路基整體性， 提高路基承載力， 延長其使用壽命。( 2 ) 防止路面結(jié)構(gòu)開裂、塌陷， 確保行車安全。( 3 ) 施工作業(yè)簡單， 不僅省事省力， 而且工期短。( 4 ) 作為路基邊坡植草網(wǎng)墊使用， 可以美化環(huán)境。( 5 ) 代替金屬網(wǎng)使用， 可用于煤礦井下假頂網(wǎng)。
2 土工格柵在道路改擴建工程中的應(yīng)用
2.1 在軟土地基的應(yīng)用
在軟土高填方工程中， 在3 0 - 5 0 c m 碎石層中間鋪設(shè)土工格柵， 能形成土工格柵- 碎石墊層， 能充分發(fā)揮出土工格柵的加筋作用。一方面， 土工格柵的抗剪能力強， 能有效阻止碎石陷入軟基中， 促使格柵與碎石嵌固緊密， 形成一個穩(wěn)定的整體。另一方面， 土工格柵在排水方面會形成水平面， 可作為排水通道使用， 路基成型后能有效降低土體含水量。其三， 土工格柵鋪設(shè)在軟基上方， 會產(chǎn)生隔離效果，
既方便施工， 又能抑制地基側(cè)向變形， 減少不均勻沉降。其四， 增加土體的抗剪力， 改變軟基的物理力學(xué)性能。
2.2 在填方路段的應(yīng)用
路基填方施工中， 如果使用松散的填料， 會影響路基放坡施工， 造成土地浪費， 增加施工成本， 也不利于后期碾壓作業(yè)。在邊坡上鋪設(shè)土工格柵， 可以提高邊坡穩(wěn)定性， 實現(xiàn)壓實度指標(biāo); 在道路改擴建工程中， 應(yīng)用土工格柵， 能促使老路基、新路基緊密結(jié)合， 提高路基的整體性， 保證荷載均勻分布， 避免應(yīng)力集中引起的變形。
2.3 在路面施工的應(yīng)用
路面施工過程中， 在基層與瀝青層之間鋪設(shè)土工格柵， 促使瀝青碎石與格柵有機結(jié)合， 可以充分發(fā)揮其嵌固優(yōu)勢， 增強面層的抗疲勞能力， 降低出現(xiàn)反射裂縫的機會。此外， 格柵具有良好的延伸性， 能抑制荷載變化對路面造成的破壞， 從而延長路面的使用壽命。
2.4 在臺背填土的應(yīng)用
剛性橋臺和半剛性填土路基在剛度方面存在較大差異， 導(dǎo)致橋梁、路基沉降不均勻， 從而出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。臺背填土施工中， 鋪設(shè)土工格柵， 可以形成錨固力、嵌鎖力、摩阻力， 促使結(jié)構(gòu)物、回填土形成一個整體， 有效降低沉降差， 提高行車舒適性。
3 土工格柵的施工技術(shù)要點
3.1 平整場地
施工準(zhǔn)備階段， 對施工原地面或填土路基進行平整、壓實。然后測量放出路基邊坡線， 每側(cè)加寬0 . 5 m ; 整平基底土后， 使用振動壓路機、輪胎壓路機進行壓實， 并對不平整區(qū)域進行人工整平。
3.2 格柵鋪設(shè)
土工格柵鋪設(shè)作業(yè)時， 要求受力方向垂直于路基的軸線方向， 保證平整、拉緊、無隆起、按設(shè)計寬度搭接。首先使用U 型鉚釘固定， 格柵的主要受力方向， 盡量保證通長無接頭， 將搭接寬度控制在2 0 c m以上; 幅與幅之間的連接， 一般采用人工綁扎搭接法， 將搭接寬度控制在1 0 c m 以上; 如果使用兩層或多層格柵， 上層和下層之間要錯縫連接。大面積鋪設(shè)完成后， 對平直度進行調(diào)整; 盡量縮短格柵裸露時
間， 填蓋一層土后， 在沒有碾壓前， 應(yīng)該再次張緊格柵， 確保格柵處于繃直受力狀態(tài)。
3.3 填料選擇
填料的選擇是否合適， 直接影響施工質(zhì)量。結(jié)合以往實踐， 凍結(jié)土、沼澤土、白堊土、硅藻土、生活垃圾， 不宜作為填料使用。礫類土、砂類土具有穩(wěn)定的力學(xué)性能， 而且受地下水位的影響小， 推薦優(yōu)先選用。在粒徑大小上， 一般控制在1 5 c m 以內(nèi)， 并采用良好級配， 為壓實作業(yè)打下堅實基礎(chǔ)。
3.4 填料攤鋪
路基整平壓實經(jīng)檢測合格后， 及時鋪設(shè)土工格柵并按設(shè)計要求定位， 錨固后及時填土覆蓋， 盡量縮短其裸露時間。如有必要， 可以在鋪設(shè)格柵的同時進行回填， 以提高攤鋪效率。具體操作上， 首先在兩端攤鋪填料， 固定格柵后，逐漸向中部推進。碾壓作業(yè)時， 遵循先兩側(cè)、后中間的碾壓順序， 壓輪不能和格柵直接接觸， 不能在未壓實的加筋體上行駛。分層壓實期間， 每層厚度控制在2 0 - 3 0 c m ， 并且及時檢測壓實度、平整度等指標(biāo)， 以滿足設(shè)計要求。
3.5 防排水處理
路基填筑完成后， 要及時修整邊坡， 完善防護結(jié)構(gòu)。另一方面要對填方邊坡護腳墻等墻體內(nèi)外進行排水處理; 主要是設(shè)置濾水、排水措施; 必要時設(shè)置土工布、透水管、盲溝等方案。值得注意的是， 疏導(dǎo)排水施工后， 還應(yīng)加強監(jiān)測， 避免因疏水通道堵塞而引起工程隱患。
4 工程案例分析
4.1 防治反射裂縫
反射裂縫指的是水泥混凝土板上的接縫或裂縫， 影響原因是車輛荷載、溫度、濕度等， 會導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移， 繼而產(chǎn)生拉應(yīng)力。對此， 可以對鋪層結(jié)構(gòu)進行加厚處理， 但缺點是會提高工程造價， 且夏季高溫時會出現(xiàn)車轍。相比之下， 鋪設(shè)土工格柵， 可以產(chǎn)生加筋、嵌鎖、增韌作用，從而防治反射裂縫。以某公路工程為例，線路總長度為2.8km，其中K1+130至K 1 + 2 3 7 區(qū)段， 因路面破壞導(dǎo)致嚴(yán)重開裂現(xiàn)象。現(xiàn)場調(diào)查顯示， 水泥板塊的整體性較好， 為了預(yù)防反射裂縫出現(xiàn)， 決定在水泥混凝土面板、瀝青混凝土層之間， 鋪設(shè)土工格柵，兼具環(huán)保性和經(jīng)濟性。具體施工中， 首先對裂縫進行擴大、清理、充填， 對破壞區(qū)域進行切割和更換， 清除混凝土板上的雜質(zhì); 然后灑上一層粘層油， 鋪設(shè)土工格柵， 寬度控制在4 m 以內(nèi)， 既保證交疊寬度達標(biāo)， 又有足夠的消散應(yīng)力。該工程中， 土工格柵材料的技術(shù)指標(biāo)見表1 。
4.2 不均勻沉降處理
城市化進程加快， 原有道路的交通條件不滿新的需求，或者到達設(shè)計年限， 必須進行改建和擴建。在改擴建工程中，老舊道路的路基沉降、變形已趨于完成， 因此整體性能參數(shù)比較穩(wěn)定; 而新改擴建道路沉降、變形較明顯， 從而導(dǎo)致新舊道路的交界處出現(xiàn)不均勻沉降。隨著拉應(yīng)力的增加， 路基、路面出現(xiàn)縱向裂縫的概率加大， 會極大影響行車的安全性。對此， 使用土工格柵的作用如下: ( 1 )格柵剛度強， 有利于荷載擴散， 增強路基的承載力， 促使新舊道路的變形趨于一致。( 2 )格柵的抗拉強度大， 可以增強土基的橫向抗拉力， 減少形變， 從而提高路基整體穩(wěn)定性， 避免出現(xiàn)縱向裂縫。( 3 ) 格柵網(wǎng)眼可以抑制土顆粒水平移動， 從而增強路基的抗剪能力。以某公路工程為例， 原有道路的路基寬度為3 5 . 5 m ， 路面寬度為2 8 . 5 m ， 為了滿足不斷增加的交通需求， 決定左右側(cè)各加寬1 個車道， 寬度設(shè)計為3 . 7 5 m。施工期間， 為了保證新舊道路交接處的沉降量一致， 減小后期新建路基沉降， 進行挖臺階處理， 臺階寬為2 m ， 并鋪設(shè)土工格柵。土工格柵寬度為5 . 5 m 。該工程中， 土工格柵材料的技術(shù)指標(biāo)見表2 。
4.3 路基軟基加固
山區(qū)公路多屬于高填方路段， 如果路肩、填方邊坡的壓實不到位， 在雨水侵蝕下就會降低土體的抗剪強度， 繼而出現(xiàn)滑動、失穩(wěn)、崩塌等現(xiàn)象。施工期間利用土工格柵，將其鋪設(shè)在路基邊坡內(nèi)， 可以產(chǎn)生較高的應(yīng)力， 促使網(wǎng)格和路基土顆粒產(chǎn)生互鎖、嚙合作用， 增強對土體變形的約束力， 避免滑坡、坍塌。此外， 在海濱地區(qū)建設(shè)公路， 常會遇到軟土地基現(xiàn)象， 一般采用強夯法、換填土層法等。但是，如此處理不僅造價高， 而且工期長， 路基強度的增長有限。使用土工格柵， 既能保證路基穩(wěn)定性， 又能減少不均勻沉降， 增強公路基層的抗拉強度。以某公路工程為例，線路全長約10 .6 km，其中K2+ 35 0至K2 + 5 7 0區(qū)段，處于山體坡面上，右側(cè)是山谷泄洪溝。為了滿足泄洪要求， 線路設(shè)計標(biāo)高比較高， 填方高度在8 - 2 0 m之間。為了減小填方后的沉降量， 保證路基陡坡的穩(wěn)定性，避免發(fā)生滑坡、坍塌事故， 采用土工格柵擋墻和砌石路堤擋墻加固邊坡。該工程中， 使用的H D P E 土工格柵材料技術(shù)指標(biāo)見表3 。
4.4 新老結(jié)合部位補強
新老道路的結(jié)合部位， 常見問題有兩個: 一是設(shè)計不全面， 存在較多施工技術(shù)難點; 二是老路強度不足， 補強層厚度薄。使用土工格柵， 可以彌補設(shè)計和施工的不足之處，提高新老結(jié)合部位的緊密性。以某公路工程為例， 路面原寬度為9 m ， 現(xiàn)擴建為1 5 m ，路面結(jié)構(gòu)層自上而下是: A C - 1 3 瀝青混凝土層、A C - 2 0 瀝青混凝土層、水泥穩(wěn)定碎石層、級配碎石層。使用玻璃纖維土工格柵材料， 斷裂強力≥5 0 k N / m， 斷裂伸長率≥3 %， 網(wǎng)格大小為25.4mm×25.4mm，幅寬為5m。施工完成后，線路順暢通行， 外觀、質(zhì)量均優(yōu)于老路面結(jié)構(gòu); 相比于換填級配碎石法， 使用土工格柵不僅造價降低， 而且能節(jié)約養(yǎng)護費用， 可見社會效益、經(jīng)濟效益良好。
5 結(jié)語
綜上所述， 土工格柵是一種新型合成材料， 具有諸多技術(shù)優(yōu)勢。文中介紹了土工格柵在軟土地基、填方路段、路面施工、臺背填土中的應(yīng)用， 指出施工技術(shù)要點， 并結(jié)合工程案例進行分析。希望為類似工程提供經(jīng)驗借鑒， 提高公路工程的施工質(zhì)量， 獲得經(jīng)濟效益和社會效益。
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