土工格室在高等级公路建设中的应用

徐岩

(齐齐哈尔农垦交通局)

土工合成材料在公路中的应用日趋广泛，在处理软弱地基、排水、路基护坡、加筋挡土墙，特别是在治理桥头跳车方面都有很成功的应用。其最大特点是可以完成岩土工程中常规方法难以处理的多种疑难问题，如桥头跳车、软基沉陷、翻浆、塌方等。实践证明，土工格室与其他土工合成材料相比是一种新型的、具有更多的优越性、实用性强、价格适宜、应用效果很好的公路建设新材料。

1 基本原理

土工格室之所以具有卓越功效而受到工程界的关注，还应从其基本原理说起。国外文献中在描述其原理时称其为“一种蜂窝状三维限制系统(three—dimensionalcellularconfinementsystem)，可以在很大范围内显著提高普通填充材料在承载和冲蚀控制应用中的性能”，它的关键原理就是三维限制。大家都知道，当人在沙漠中行走时最大的感受就是—步一陷，举步维艰。当你站着不动时也会感觉到脚下的沙子在逐渐流走，脚会进一步下陷，当汽车行驶在沙漠上时，就会压出两道深深的辙印，被压部分深深下陷，车辙两侧会高高隆起。后面的车辆如果继续沿着车辙前进，沉陷部分会进—步下沉、隆起部分会进—步隆起，直到隆起部分蹭到了车底盘、沉陷的车辙埋没了大半个车轮子，进而无法前进。之所以如此，就是因为沙子在载荷的作用下移动了、流走了，因为沙子没有或仅有很小的视粘聚力。

在集中荷载的作用下，主动区受压下沉，并将力向两侧分解传递给过渡区，过渡区又传给被动区，被动区就会毫无限制地发生形变而隆起。也就是说，载荷一旦作用于路基，在载荷的下方就会形成楔状的主动区域，它又通过过渡区域对被动区域进行挤压，从而使被动区域发生隆起。也就是说，通过沿滑移线的剪切力和移动主动、过渡、被动三个区域的力决定了地基的承载能力。不仅在沙基地上可以十分明显的体会到以上原理的真实过程，在软基公路上也会找到这种过程的样板，只不过其形成的速率较之在砂上的变化慢些罢了。即使较好的路基材料也仍然无法避免其横向移动。如今高速公路网遍布全国，一般的高速公路路基都高出地面好几米，吸水翻浆不太容易，但长期沉降依然存在。究其原因，雨水渗透、材料流失、基底下沉是其中部分原因，路基垫层在车轮荷载长期碾压、振动力的作用下，垫层材料向路基断面两侧横向位移，不可否认是另外一个十分重要的原因。

2 土工格室的工程应用

2.1 处理半填半挖路基

在地面自然坡度徒于1∶5的斜坡上修筑路堤时，路堤基底应挖台阶，台阶宽度不得小于1m时，分期修建或改建公路加宽时，新旧路基填方边坡的衔接处，应开挖台阶，高等级公路台阶宽度一般为2m，在每层台阶水平面上铺设土工格室，利用土工格室自身的立面侧限加筋效应，更好的解决不均匀沉陷的难题。

2.2 风沙地区路基

风沙地区路基应以低路堤为主，填土高度一般不小于0.3m。由于风沙地区路基修筑的低路基及重承载的专业要求，采用土工格室可以对松散填料起到侧限作用，在有限的高度内保障路基具有高的刚度和强度，以承受大型车辆的荷载应力。

2.3 台背路基填土加筋

采用土工格室可以更好的实现台背加筋的目的，土工格室与填料间可以产生足够的摩擦力，有效减少路基与构造物间的不均匀的沉降，最终才能有效缓解“桥台跳车”病害对桥面的早期冲击破坏。

2.4 多年冻土地区路基

在多年冻土地区修筑填方路基，应达到最小填土高度，以防止发生翻浆或引起冻层上限下降，致使路堤发生过量沉降。土工格室特有的立面加筋效应和有效的落实整体侧限性，可以在最大程度上确保在某些特殊地段的最小填土高度，并使填土具有高品质的强度和刚度。

2.5 黄土湿陷路基处理

对于高速公路和一级公路通过湿陷性黄土和压缩性较好的黄土地段时，或高路堤的地基允许承载力低于车辆协力荷载和路堤自重的压力时，还应按承载力要求对路基进行处理，这时土工格室的优越性就彰现无疑了。

2.6 盐渍土、膨胀土

采用盐渍土、膨胀土修筑的高速公路，一级公路，路肩及边坡均采用加固措施，格室的立面加固效果是所有加固材料中最优异的一种，而它具有优良的耐腐蚀性，完全可以满足在盐渍土、膨胀土修筑高等级公路的要求。

3 土工格室在公路建设中的应用前景

3.1 控制冲蚀的应用——护坡、堤坝

其实，土工格室的另一个重要作用是控制冲蚀，而且在国外使用土工格室控制冲蚀的应用量丝毫不亚于承载应用。应用最多的有护坡、堤坝、挡土墙、防波堤岸等等。它的原理就是增加流动能力，减少毛沟侵蚀，防止水压积聚，消除集中冲蚀。蜂窝限制结构可以固定物填充材料，限制作用于其上的水压，从而改善了流动能力。蜂窝壁使正常的排水可以进行，但却控制了窝内的流动速度。如向千百个微型堤坝，将集中水流分散成均匀、舒缓的薄层水流。

3.2 处理桥头跳车、填挖连接段

与其他领域相比，似乎公路方面应用此项新材料、新工艺相对落后。由于全线粉性土、砂性土层多，使用了10cm (高)×40cm土工格室，每个桥头处理面积需600～800m2不等(桥的高低、土质、坡的长短不同)，每平方米造价为26～30元(使用土工格室规格不同)。使用土工格室可以省去大量灰土，工程综合造价与常规方法处理桥头跳车的造价相当，但效果和使用寿命成倍提高。

今天，全国高速公路建设仍在高峰期，所经过地区的地质条件千差万别，需要进行大量的挖填段衔接，还有许多的道桥连接处。这些都是高速公路建设中比较难以处理的难题，虽然以前也有许多处理方法，但效果并不理想。尤其是道桥连接处的“桥头跳车”问题和路基材料在荷载作用下侧移、挤出的问题，严重影响着高速公路的使用寿命和安全。还有防护护坡，无论是用传统的浆砌、干砌或水泥混凝土网格都无法阻挡雨水对其下面土层的破坏性侵蚀，致使高速公路的维护费用增加。如果使用土工格室护坡，配植根系发达的草种，既可固土护坡，又可绿化、保护生态环境，完全符合国家注重环保、建设绿色通道的要求。即使初期工程造价比传统方式略高一些，但其延长公路使用寿命、减少维护成本以及环保、生态等方面的综合经济效益和社会效益却是功在当代、利在千秋。

［1］ 李力，傅舰锋.土工格室作用机理与应用研究现状［J］.山西交通科技，2003，(1).

［2］ 朱万红，黄晓明，韩明.土工格室加筋效果的室内试验［J］.河南科技大学学报(自然科学版)，2005，(4).