三向土工格栅在高填方风积沙路基中的应用实例研究

宇翔

摘 要：本文利用笔者工作实例，探讨了风积沙的机械物理性质，充分分析了风积沙作为筑路材料所具有的独特特点；同时，本着公路路基施工应当充分贯彻因地制宜就地取材的原则上，肯定了风积沙作为筑路材料的可行性。在此基础上，充分研究了三向格栅对高填方风沙路基的适用性和优缺点，最终提供一种适宜的高填方风积沙路基的设计及施工方法。

关键词：风积沙路基 高填方 三向格栅

中图分类号：TU73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0072-02

风积沙同时具有易振动压实、整体抗压强度高等特点。在风沙路段修筑公路时，本着公路路基施工应充分贯彻因地制宜、就地取材原则，应充分利用风积沙作为筑路填料。为此，本文从笔者经历的工程实例出发，探索研究高填方风积沙路基的适宜设计方案，以及三向格栅在路基施工中的应用，为沙漠路基设计、施工提供一定的技术指导。

1 项目概况

新建某运煤公路专线属于鄂尔多斯S公司煤炭集运站项目的配套工程，项目位于内蒙古鄂尔多斯高原东部，毛乌素沙漠北缘。工程区域地表多为风积砂覆盖，岩性以土黄色粉砂夹细砂、粉土薄层为主。

该新建运煤专线公路K4+800～K6+227.828段的设计填方高度约5～24m。为节省项目总投资、保护工程区域生态环境，该路段全部采用相邻在建铁路专用线工程的弃土填筑。由于弃土的主要构成为风积沙，所以该段高填方风积沙路基需要谨慎设计，以保证公路工程的可靠性和经济性。

2 风积沙的机械物理性质

2.1 风积沙颗粒组成

毛乌素沙漠地区地处于北方地区，自然环境恶劣，长期受风力吹扬，颗粒较细，且粒径大部分都集中在0.074～0.25mm之间，粉粒和粘粒含量较少。

2.2 风积沙的透水性

风积沙具有良好的透水性，即沙粒表面对水几乎没有物理吸附力，最大吸水率不足1%。水在沙层中直接往下渗透，使沙漠表层常处于干燥状态，因此风积沙的天然含水量很低。毛乌素沙漠风积沙距表面20cm以上天然含水量（质量分数）在1.2%～3.4%之间。

2.3 风积沙的非塑性

由于沙漠地区的风积沙大都以中沙和细沙为主，几乎不含粉粒和粘粒，具有松散无塑性的性质，因此成型比较困难而且成型后的抗剪切性能也较差。

3 土工布（格栅）的选择

由于本工程填方高度大，路基断面宽度最大可达130m，采用土工布满铺路基不仅工程施工难度大，而且造价较高。因此本次设计考虑采用三向土工格栅代替土工布，且仅在路基边坡特定水平宽度内铺设土工格栅，以节省造价。

3.1 三向格栅作用机理

三向格栅的生产工艺为整体冲孔拉伸型格栅，首先聚合物板材冲孔，然后整体拉伸成型，回填粒料有效嵌锁于三向格栅网孔中，与三向格栅形成一个具有一定刚度的柔性垫层。通过三向格栅对粒料的嵌锁作用，有效约束粒料的侧向位移与膨胀，并与下层土体形成隔离，保证垫层的有效厚度，起到提高地基承载力和控制不均匀沉降的作用，提高粒料层的稳定性。

3.2 三向格栅性能优势

三向土工格栅具有独特的三角形网孔结构，节点与网孔整体如一，使得格栅平面刚度大，并且各向同性，能与土体共同作用。三向土工格栅肋条厚度高，截面的矩形形状极大地增加了对粒料的约束作用和荷载扩散能力。

3.2.1 肋条的形状及厚度

肋条的形状及厚度，能有效保证约束粒料颗粒的效果，厚度越大約束效果越好，三向格栅肋条截面为内凹的长矩形，约束粒料效果最佳。

3.2.2 网孔大小和形状

三向格栅网孔形状为等边三角形，相对于传统的正方形和矩形网孔的双向格栅其结构稳定性更佳，网孔自身在受荷载作用下不易变形，提高了约束颗粒的效果。

3.2.3 节点有效性和平面刚度

因为三向格栅为整体冲孔拉伸型格栅，而且其网孔、肋条及节点的独特性能，使得其平面刚度远大于一般其他类型的双向格栅。

3.2.4 平面上近似各向同性

传统的双向格栅，在纵向及横向具有相同的强度和刚度值，而如果在45°方向进行拉伸测试，那么其模量就小得多。但对于三向格栅来说，通过试验测试其在-60°、-30°、0°、30°、60°、90°等方向的性能，证明了三向格栅在360°方向上具有近似相同的刚度。在汽车荷载作用下，土体颗粒是各向受力、各向变形的，三向格栅能够很好地与土体共同作用，约束土颗粒的变形，提高加筋层的承载力。

4 路基设计及施工要点

4.1 采用三向格栅对路基边坡进行加固

在高度不足20m的填方路段内，在边坡水平宽度3.8m内铺设三向格栅，上下两层格栅间距1m；在高度超过20m的填方路段内，在边坡水平宽度7.6m内铺设三向格栅，上下两侧格栅间距1m。

4.2 采用三向格栅对路基顶面进行加固

在风积沙路基顶部设置土工格栅加固层，加固层距离路面结构层底面0.8m，加固层需采用2层三向土工格栅满铺路基全宽，格栅层间距30cm。

三向格栅加固路基方法见图1。

4.3 路基边坡防护

由于风积沙路基水稳性极差，一般路基边坡需采用沙障防护，同时在高度超过12m的填方路段边坡采用方格型浆砌片石骨架内捶面护坡。其中捶面材料采用水泥：砂：炉渣（重量比=1∶3∶7）配合。骨架采用M5水泥砂浆砌片石，片石强度不低于30MPa。

4.4 路基洒水施工

由于本项目位于毛乌素沙漠边缘，地下水源较为充足，所以全段采用湿压法施工。尽管风积沙材料比较松散，但在洒水后经冲击振动复合压实设备进行碾压，路基的压实度均满足公路工程技术标准的规定要求。

5 结语

该运煤公路专线建成已3年，路况良好，未出现明显路基破坏现象，证明了三向格栅在高填方风积沙路基的适用性。

参考文献

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