土工格栅(格网)在公路边坡防护及路基中的应用

高 倩

1 路网概况

近年来,随着改革开放的深入,我市的经济有了巨大的发展,同时路网也日趋完善。临汾市公路网主要以尧都区为中心,以鼓楼南北街为中轴线,东侧G108过境公路,西北侧已建成的屯里汾河大桥与G309过境公路,西侧省道临午线、临夏线和正在建设的南环一级公路形成临汾市的主干道路。

2 本地气候及地形地质条件

本地区属暖温带大陆气候,全年比较温和,四季分明,冬寒少雪,春风秋雨,夏热伏旱,雨热同季,旱涝交替。年平均气温为12℃;年平均降雨量为949.2 mm;年平均蒸发量为1829.4 mm;年平均风速为1.9 m/s;平均无霜期为193 d～227 d;最大冻土深度为55cm;年日照时数为2272.4 h。

本地区地处黄河高原,汾河下游。东有太岳,西有吕梁,两山之间为临汾盆地。设计中高填深挖的分布地段较多,倘若设计或施工不当,在适当的诱因下,常常会发生边坡失稳和路基沉陷现象。山丘风化土层深厚地段经暴雨冲刷,坡面十分容易形成槽沟,因此必须进行边坡防护,以利路基边坡稳定;同时路线所经山丘间的地段填土高度如果较大,且有软弱土层存在时,为保证施工及运营阶段的安全性和稳定性,并减小工后沉降,必须采取措施对路基基底进行处理。

3 路基边坡防护方案

3.1 方案的选定

一般来说,影响路基边坡稳定的因素有工程地质、水文地质、地面排水条件、地貌和气候等,路基边坡安全系数随路基高度增大而减小。我们选择方案时必须综合考虑这些因素。水是造成边坡失稳的重要因素之一,边坡的失稳一般与地下水、大气降雨有关。如果开挖较深,地下水位埋深就与地形十分密切,坡顶很大,坡脚会有季节性泉流出露。降雨入渗导致边坡土体含水量增加,容重增加使土体强度下降,从而引起边坡失稳。而暴雨强度大、时间集中、覆盖面积广、破坏力更强。因此,我们在设计中就应选择三维植被网挂网的方案对中等高度的边坡进行防护,力求最大程度的减少地表水对边坡的影响,提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

3.2 三维植被网简介

三维植被网是采用聚乙烯材料经挤出、拉伸成型的一种聚合物格网,它的底层为一个高模量基础层,强度高,可防止植被网变形和水土流失,它的表层为一个起泡层,可裹住土壤,种上草籽帮助固土。

3.3 边坡挂网植草

边坡高度较大及坡面较陡时,简单的种草和铺草皮很容易被季节性水流冲刷殆尽,采用挂网植草能较好地解决这一问题。

挂网植草的具体施工步骤如下:

1)在安装防护挂网之前,应将坡面处理平整,清除场地中的杂石碎物,确保坡面平顺;2)将三维植被网沿坡面由上至下铺于坡面上,网与坡面之间保持平顺结合,两块格网之间的搭接长度不得少于10cm,确保挂网整体稳定;3)三维植被网在坡顶及坡底均需固定,在搭接缝处每间隔100cm用固定钉固定;4)将松土填满植被网,播撒草籽,植被最好在春秋两季施工,且洒水养护,直至草开始均匀生长。

挂网植草有很多优点,三维植被网的网格式构造不但可以保护边坡而且使植被育苗将少受风雨的冲蚀,且网格像天然托载物一样将植物的根部吸附住,植物和网格的纠结作用可使边坡得到有效保护。挂网植草作为边坡表面的一种保护层,能增加地表糙度,延缓坡面径流和沟槽径流,减少雨水对坡面的直接冲刷和边坡的崩塌;另外在边坡上挂网植草后,草皮能净化大气,稀释、分解、固定汽车排入大气中的有毒、有害物质,并吸收噪声,从而起到良好的环保作用。从景观上来说,路基边坡上绿茵茵的草皮可形成一个舒适的交通环境,使驾驶员心情舒畅,轻松驾驶,因而对减少和避免交通事故的发生有很大的帮助。

4 路基中的土工格栅垫层

4.1 方案的选定

对于路堤填土高度大于8 m时,应采用路基土工格栅垫层综合处理的措施对路基基底进行处治。根据路堤的高度铺1层～4层土工格栅并在基底设砂垫层。特殊情况时,还需设置纵、横向排水盲沟。

4.2 土工格栅垫层综合处理地基的原理

土工格栅的抗拉强度大、韧性好、重量轻、耐腐蚀、抗老化、与土颗粒之间的相互作用强,它的存在可增加路堤的稳定性;土工格栅有一定的刚度,从而使上面的负荷得到扩散,提高了地基的承载能力,延长路基的使用寿命;土工格栅与砂垫层或填土层共同作为一层,这一层具有同路堤及地基或软土地基不同的刚度,它既是路堤的柔性筏基,又是地基及软土的排水通道。因此地基变形显得均匀,差异沉降较小;土工格栅网眼的存在制约了颗粒材料的横向移动,其结构性能特殊,格栅纵横相连,能防止填料局部下陷,最大程度地减少基础的不均匀沉降,增强土体的整体性能,形成了良好的嵌锁作用。

4.3 材料的性能及要求

砂垫层要求用洁净的中粗砂,含泥量应小于3%,以利形成排水通道。土工格栅是一种新兴的土工合成材料,属于土工特种材料,它是在一定温度下,在经挤压成型的聚合物板材上打孔,然后在拉伸机上经过单向或双向冷拉(使高分子聚合物的分子链定向排列,达到提高其抗拉强度的目的)和冷却定型而形成的具有较大方形或矩形孔眼的片网状结构物,且具有良好延性、高抗疲劳性和耐腐蚀性。

4.4 土工格栅垫层处理地基的施工程序

1)先平整场地,清除地表土、排干地表水并进行压实。2)在地基上铺一层50cm的砂垫层,然后铺上一层土工格栅(采用横铺),每边搭接长度不小于25cm,搭接边用U形钉固定,另外格栅靠路堤边缘处应回折2 m以利格栅锚固,施工时必须注意格栅的搭接和锚固质量。多层格栅铺设的施工方法类似,两层格栅间的填土厚度为50cm。3)路基土应分层填筑并满足相应规范要求,另外应避免运料车在已摊铺好并张紧定位的格栅上直接碾压。4)施工中应控制路堤的填土速度并加强沉降和侧向位移的观测,防止路堤失稳。用格栅垫层来提高地基的承载力,并不是因为格栅的大变形使其表面张力产生向上的分力所致,而是通过格栅将其上部填料的垂直变形向水平方向扩散以致其上部填料的抗剪切变形能力得以充分发挥,从而使得地基表面的承载区增加,表面压强减小,达到提高承载力的目的。

5 结语

近年来,我们已在设计中利用土工格栅(格网)对公路边坡和地基进行处理。特别是实施JTJ/T 019-98公路土工合成材料应用技术规范以来,土工格栅作为土工合成材料的一种造价低、施工简单、加固土体效果好等优点,引起大多数相关设计和施工人员的重视。现在,我们吸收了这些年土工材料在运用中所取得的成功经验,不但有前面提到的格栅(格网)进行边坡防护和地基处治,还运用了软式排水管、土工膜、无纺土工布等材料对公路的防排水、隔渗和反滤进行综合处理。相信在未来的公路建设中,土工合成材料应用前景将更加光明。

[1]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].

[2]交通部第二公路勘察设计院.路基/公路设计手册[M].第2版.北京:人民交通出版社,2008.

[3]JTJ/T 019-98,公路土工合成材料应用技术规范[S].

[4]赵东歌.浅谈土工格栅在公路工程中的应用[J].山西建筑,2008,34(25):283-284.