浅谈土工格室在公路工程中的应用与探讨

江 虹

0 引言

土工格室在软弱地基路段作为垫层使用,能有效防止公路的不均匀沉降,提高公路地基的承载力,适当配合土工格栅的使用,不仅能有效防止路基断裂和反射裂缝,还能延长公路的使用寿命,在保证道路使用的质量方面起到了重要的作用。

1 工程概况

安徽铜陵省道227路面改善工程所经区域属长江冲洪积作用及湖积作用形成的平原,地层为二元结构,即上部为河漫滩相淤泥质土类,下部为河床相粉细砂类;基岩以上的疏松沉积物覆盖层厚度约为27.00 m～50.00 m,具有二元相特征。根据软土地质分布的特点,路基不稳定,原有道路路基变形较为严重,须提高路面结构层的整体性。本工程设计采用了大面积的土工格室对老路路基进行补强。路面结构层为土工格室+水泥稳定碎石+土工格栅+水泥稳定碎石+粗粒式沥青混凝土+玻纤格栅+细粒式沥青混凝土。路面上下面层之间设沥青粘层,面层与基层之间设乳化沥青透层和封层。

2 土工格室

土工格室(geocell)[2]是一种新型立体加筋材料,是由高强度的HDPE宽带,经过强力焊接而成的一片网状格室结构,它伸缩自如,运输时可以缩叠起来,使用时张开,并在格室中填充砂、石、土等填料,构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体,在荷载作用下具有一定的抗弯作用从而分散上部结构的竖向应力,而且是一种很有发展前途的基础工程构筑材料[2]。

3 土工格室施工质量控制

3.1 土工格室质量要求

目前市场上生产土工格室的厂家较多,性能指标和产品用途也不一样。为了防止公路的不均匀沉降,有效提高软土地基的承载力。高强土工格室的性能指标见表1。

表1 土工格室规格性能指标[3]

3.2 原材料

1)集料。各种集料均要求干燥、洁净、无风化,级配碎石混合料中,碎石最大粒径不超过31.5 mm(方孔筛),且压碎值不大于28%、针片状含量宜不大于13%,集料中小于0.6的颗粒必须做液限和塑性指数试验,要求液限小于28%,塑性指数小于9。

2)水。凡饮用水皆可使用,该工程拌和与养生用水均采用河水。

3.3 级配设计

1)取工地实际使用的集料,分别进行筛分,按颗粒组成进行计算,确定各种集料的组成比例。组成混合料的级配要符合表1的规定。2)经过试验,该工程最终确定的各种集料配比为:10 mm～30 mm碎石∶5 mm～15 mm碎石∶0 mm～5 mm石粉质量比为29∶33∶38,其中最大干密度为2.26 g/cm3;最佳含水量为4.9%。

4 开工前的准备工作

1)拌合场地布置。拌合场地选址要综合考虑运料距离的长短,材料进场方便,原有公路的交通流量等因素。整个场地应做到平整、排水通畅,并合理规划使用。场地内应设有拌合区、储料区、机械停放区,材料堆积区内应经过硬化处理,粗、细集料应隔离存放,并插有标牌标识。对于细集料要搭设雨棚或取彩条布覆盖措施,防止被雨水淋湿。

2)设备准备。根据施工任务、合同工期及质量要求,配备了稳定土拌合设备、振动压路机、胶轮压路机、装载机、洒水车、自卸汽车等机械设备,并于开工前对所有设备进行安装调试,确保机械设备处于良好的工作状态。

3)垫层验收。土工格室垫层各项质量指标要求必须按JTG F80/1-2004公路工程质量检验评定标准进行检查验收,对于不合格或达不到设计要求的应采取相应措施进行处理。

5 施工工艺

5.1 土工格室施工准备

1)中线放样,清理下承层。2)按施工规范要求,平整并碾压下承层至需要的压实度、平整度。3)制作钢筋桩(Φ8钢筋、长度25 cm)。

5.2 土工格室布设

1)将格室张拉,使格室处于张力状态,不允许有松弛感。根据说明书的规定,展开面积为500 cm×440 cm[4]。

2)在铺设土工格室的始端,按土工格室的铆距尺寸用铁锤将准备好的钢筋桩打入路基(一般起始点每件10个),钢筋桩露出部分不高于格室高度。

3)将土工格室按格挂在钢筋桩上。

4)铺设土工格室的宽度(展开面积500 cm×440 cm)按设计要求进行。

5)土工格室之间的连接:在土工格室未张拉开之前,用格室连接件将格室连接。

6)将连接好的土工格室统一张拉到规定的尺寸,并用钢筋桩固定,准备填级配碎石。

7)将张拉好的土工格室沿张拉方向从格室的始端进行填料,并填至剩三层土工格室为宜,连接其他土工格室再次填料,依次重复至需铺设的格室的长度为止。

8)每次张拉,土工格室纵向方向最多连接三张,否则会给张拉及正确的布置带来困难。

5.3 材料填筑

1)填筑前检查格室有无破损情况,如有,应立即处理。2)土工格室铺设后,应在48 h内将其填筑完毕。3)填筑材料:填筑厚度必须高出格室10 cm以上作为保护层,填筑级配碎石时应与保护层一起填筑,松铺系数根据试验结果进行确定(一般为1.3～1.5)。

5.4 平整碾压

压实流程:先稳压(遍数适中,压实度达到88%)→开始轻微振动碾压→再强振动碾压→最后胶轮稳压,一直压到无轮迹为止。要求稳压要充分、振动不起浪、不推移,碾压时要控制压路机的行驶速度。第 1遍稳压 1.5 km/h～1.7 km/h,以后各遍1.8 km/h～2.1 km/h。

5.5 施工注意事项

1)铺设施工过程中格室的张拉是关键,要确保格室处于张力状态,不可有松弛现象。2)确定填筑压实质量达到规范要求。3)如果是软基地质,确保有排水设置。4)土工格室应贮存在不被日光直接照射和雨水淋泡处。5)纵横向土工格室相邻连接要牢固。

5.6 养生及交通管制

级配碎石填筑后,应进行洒水养护,洒水过程中应保持集料表面湿润,不应过量洒水,防止出现路面局部积水情况。

由于是改建工程,需边通车、边施工,在级配碎石施工和整个养生期间应做好交通管制及安全工作。

6 施工质量控制标准

为了保证土工格室的施工质量,使土工格室材料发挥应有的作用。本项目在控制质量时提出了利用弯沉来作为质量控制的一项指标,通过土工格室试验段以及老路路基的数据测量进行比较,采用土工格室施工的路段较未施工土工格室的路段弯沉的幅度提高较大。

7 结语

本项目为路面改善工程,土工格室作为一种新型的立体材料,其经济成本较平面材料偏高。但与整条路线用石灰桩、碎石桩及预制水泥桩等桩基对路基基层进行深层处理相比,费用则大为降低,工程质量也得到了保证。本项目实际节约工程造价达6千多万元人民币。通过本工程的实践证明,使用土工格室进行软基处理,不仅达到了良好的效果,还有效节约工程成本,减少交工后的维护费用,提高了道路的使用寿命。

[1] 黄晓明,朱 湘.公路土工合成材料应用原理[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 土工合成材料工程应用手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2000.

[3] JTJ 017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[4] JTJ/T 019-98,土工合成材料试验规程[S].