土工格室在泥岩地质条件下的试验研究

张斌，刘传，赵凯，李膺宇

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都610000）

1 引言

土工格室加筋是改善黄土地质的常用手段之一[1~3]，土体与土工格室的三维蜂窝状结构相结合形成加筋层，土工格室的使用可限制结构层的屈曲变形，且显著提高基础承载力，对于加固风积沙具有良好的优势[4，5]，如成本低、运输方便、力学性能优越等，为实现沙漠公路就地取材、提高路基整体稳定性、节省造价、实现快速施工的目的，土工格室加固风积沙填筑上路床可代替原有砾类土填筑上路床，且具有非常好的效果。以往土工格室在泥岩地区应用较少，为了解其在泥岩地区的适用性，在泥岩地区选取试验段对泥岩填料填筑后土工格室的状态及作用效果进行分析。试验结果可供泥岩地区土工格室加筋路堤的研究提供参考。

2 工程概况

2.1 试验段概况

本次土工格室铺设联合试验段系指成金简快速路（金堂段一期）项目K39+600处左侧服务区，位于成都平原区，跨越江、河路段较多，路线平行于背斜西翼，多形成高含水量的饱和软弱黏性土沉积物，构成分布广泛的软土地基，岩性为泥岩，砂岩互层，是路基处置的主要对象。

铺设工作面是已到标高且碾压施工后的工作面，填料主要为就近开挖的含一定比例大重块泥岩料的路基填料，尺寸超过200 mm×300 mm×500 mm，个别块料尺寸更大。

2.2 试验材料

2.2.1 土工格室

本试验段采用的是插焊型整体式土工格室，是一种主要由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、改性复合型塑料树脂为原料制成，经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构，其通过条带对土体施加侧向约束来提升结构承载力[6，7]。

土工格室条带连接方式采用U形钢钉焊接编织，U形钢钉须做镀锌防腐蚀处理，格室张拉到位时每一个U形钢钉均为一个刚性支撑点。土工格室网格尺寸为40 cm，高度为10 cm，其技术指标见表1。

表1 插焊型土工格室技术指标

2.2.2 格室填料

本试验段所采用填料为成金简快速路附近含有一定大重块泥岩料的路基填料，其基本物理参数指标见表2，颗粒级配分析结果如图1所示。

表2 泥岩填料物理参数指标

图1 泥岩填料颗粒级配分析曲线

2.3 施工工艺

土工格室的施工工艺具体为：

1）清理、整平铺设面；

2）铺设区域画线，起始端固定锚杆；

3）沿格室铺设方向，铺设、锚固两侧滑轨和张拉轨道；

4）用组间连接件预先连接多组土工格室；

5）土工格室挂网并张拉至张紧状态，将其进行固定；

6）重复以上步骤，连续铺设土工格室；

7）检查铺设区域格室节点、条带及组间连接合格后，以泥岩作为填料进行摊铺、平整；

8）压实铺设面填料。

2.4 格室组间连接方式

土工格室组间连接方式分为传统组间连接与等强度组间连接。本次试验段所采用的插焊性土工格室的连接方式由传统的组间连接方式改进成等强度组间连接，即采用U形钢钉焊接编织。

2.5 土工格室张拉程度

土工格室加固机理是通过格室条带与格室单元内填料之间的相互摩擦力和侧向约束力来达到加固路基的效果[8]。由于本试验段填料含有部分大重块填料，须使土工格室网格完全张拉，达到最大网格面积。为达到使土工格室网格完全张拉的条件，通过软件模拟计算得出格室条带的伸长率与抗拉强度关系，如图2所示。

图2 土工格室条带伸长率-抗拉强度曲线

由图2可知，土工格室条带在拉伸率为12%时，抗拉强度表现最佳，且满足土工格室网格尺寸张拉需求。故界定土工格室张拉程度的标准为：

1）张拉尺寸：插焊型土工格室网格尺寸为40 cm×40 cm（长×宽），完全张拉后，对角线距离为（56±1）cm；

2）张拉力大小：插焊型土工格室具有高强度特点，为达到张拉要求，则需满足牵引力≥13 720 N。

本试验段土工格室张拉程度均符合标准。

3 填土后土工格室状态

本试验段位于成金简快速路（金堂段一期）标尾处路基上，将压实后的试验区路堤进行开挖，并对每个格室进行编号，共77个格室。

成都红层地区路基填料，主要以泥岩为主，其单轴抗压强度为3~30 MPa居多，少部分可达30~40 MPa，零星岩石（块）大于40 MPa，对于大于30 MPa的岩石，施工单位大多数时候都会进行二次利用，不会直接用于填筑路基。

成都周边地区边坡开挖方式常采用机械破碎和爆破。机械破碎后的填料粒径一般偏小，估计基本小于50 cm，粒径小于30 cm的居多。由于边坡开挖形成的填料粒径较大，大于40 cm的块状岩石未经破碎直接进行填筑。本实验段泥岩填料经碾压后，开挖区可观察到土工格室条带出现压倒、压裂、挤压变形和大块径压倒等现象。

根据开挖区编号对泥岩填料碾压后的土工格室条带、节点的损伤情况进行统计，如图3所示。其中，正常的格室编号区占76.59%；压裂的格室编号区占9.74%；压倒的格室编号区占3.25%；开挖断的格室编号区占5.84%；开挖裂的格室编号区占0.97%；大块径压倒的格室编号区占2.92%；小块径压倒的格室编号区占0.32%。

图3 土工格室损伤状况

4 土工格室张拉问题分析

4.1 不同填料填充后尺寸对比

进行本试验段施工前，已对黄土地区、风积沙地区、砂砾石地区进行铺设试验，其效果对比明显。

在黄土、砂砾石、风积沙等均质填料下填充的土工格室尺寸、条带张拉状态及条带节点保持一致，无明显变化，对土工格室的作用效果影响较小；而在泥岩地质条件下，由于泥岩地区有一定比例的大重块填料，在松铺过程中会挤压土工格室条带，导致条带破坏，无法对土体提供侧向约束力，使土工格室增强路基强度的作用减小。

4.2 大重块填料的填充影响

本试验段填料中含有一定比例的最大尺寸超过500 mm，高度尺寸高出格室高度100 mm的大重块料，在整个铺设区域只占一定比例。导致有一定比例的区域或点（带）的格室条带被压裂，还不足以达到将条带受压崩断或拉断的状态条件。土工格室主体功能正常，节点未观察到受压破坏，可支撑大块料，保持了整体功能性完整。土工格室必须在张拉峰值≥13 720 N，或界定在张拉力≥11 760 N的条件下填土，否则，大重块料会压倒格室条带。

5 总结与展望

经过本次试验可发现，在泥岩地质条件下，除部分大重块填料会对土工格室条带造成损伤，减小条带对土体的侧向约束力外，其他大部分填料均不会影响土工格室的作用效果。由于泥岩填料的松散性较大，在下路床使用具有加强泥岩土层强度的作用，减少摊铺步骤，降低施工成本的特点，从而可有效实现快速施工的目的。

目前，土木格室施工还存在少许问题，比如，如何界定受力（预应力）条件，使格室发挥最佳功能，或对大重块泥岩条件下填料状况能提升多大的承载模量，尚需进行深入研究。