上覆荷载对高填方路基土工格栅加筋效果影响

赵 瑜

（山西路桥第七工程有限公司，山西 晋城 048000）

引言

由于受到设计、施工、降雨等环境因素的影响，高填方路基的稳定性会产生不同程度的下降[1]。土工格栅可起到加筋作用，提高路基的稳定性，但其加筋效果的发挥受到上覆荷载等因素的影响。

1 高填方路基土工格栅加固方案

1.1 依托项目简介

太长高速公路全长200 km，按双向四车道高速公路标准建设，规模较大。沿线分布有大量高边坡，高填方路段地表植被发育，起伏高度大，很大一部分位于缓坡地带。其中K815+850—K815+940 段高填方路基最大填筑高度21 m，每级边坡高度为8 m，边坡坡度有1 ∶1.5 和1 ∶1.75 两种。两级边坡之间设置平台2 m 宽平台，采用M7.5 浆砌片石砌筑，设置平台排水沟和急流槽。高填方路基边坡采用拱形骨架护面墙进行防护，骨架内部采用植草防护。为了保证边坡稳定，在坡脚设重力式挡土墙，采用C20 片石混凝土。为了提高高填方路基的稳定性，防止出现滑坡等破坏，采用铺设土工格栅的方式进行加固。

1.2 土工格栅的铺设方案

项目选用双向钢塑土工格栅，施工前对土工格栅进行质量检测，检测项目包括网格尺寸、断裂伸长率、抗拉强度等[2]。为了保证施工长度，下料长度要比设计长度多300～500 mm，土工格栅纵向搭接宽度不得少于25 cm，同一断面接头错开不小于2 m[3]。本项目高填方路基土工格栅竖向铺设间距为2 m，铺设长度为8 m。土工格栅铺设前检查路基顶面的平整度，尤其要彻底处理硬质棱角填料，防止破坏土工格栅。土工格栅铺设应拉直，避免重叠、弯折，采用U 型钉固定，固定间距为1 m，采用梅花形布置[4]。路基填筑过程中应注意保护土工格栅，防止损坏。

2 上覆荷载影响机理

土工格栅黏结面摩擦力PR 与其上部覆盖的路基填土所产生的荷载σv有关，可通过接触面黏聚力SAI、内摩擦角δ和界面参数SAF 计算确定[5]，计算公式为：PR=（SAI+σv×tanδ）×SAF。为了分析上覆荷载对土工格栅加筋效果的影响，采用GeoStudio软件分别在两种工况下对路基浅层滑动面抗滑力进行计算，并在不同降雨情况下，分析路基稳定性，确定土工格栅的加筋效果。工况1 为不考虑上覆荷载的影响，假定不同深度的土工格栅所承受下滑力是相同的；工况2 充分考虑上覆荷载的影响，认为不同深度土工格栅所承受的抗滑力是不同的。选择中部浅层滑动面作为研究对象，自下而上对各层土工格栅进行编号，以最大路堤填筑高度21 m 计算，竖向布置土工格栅10 层。

3 上覆荷载对土工格栅加筋效果影响分析

3.1 坡脚浅层滑动面

坡脚浅层滑动面所对应的土工格栅编号为1-4，其中1 号土工格栅位于路基基底上部。通过计算不同位置土工格栅单位长度上的抗滑力值，计算结果见表1。

表1 下部浅层滑动面单位长度上的抗滑力

分析表1 计算结果，在工况1 下，2-4 号土工格栅加筋层抗滑力计算结果为30.81 kN/m，工况2 下各加筋层抗滑力不断变化，其中2 号土工格栅加筋层抗滑力最大。工况2 下各土工格栅加筋层抗滑力小于工况1，这是由于一级边坡平台的存在，降低了加筋层上部的上覆荷载，使单位长度的抗滑力计算值变小，可通过增加有效长度的方式增加抗滑力。

在不同降雨持续时间的情况下，分析坡脚浅层滑动面稳定性变化情况，绘制稳定性分布见图1。两种工况下坡脚浅层滑动面稳定性系数分布情况，可以看出工况2 下稳定性系数略低。这是由于坡脚浅层土工格栅加固效果不明显，路基土工格栅黏结面的摩擦力较小。因此，在坡脚位置土工格栅对路基的加固效果有限。

图1 坡脚浅层滑动面稳定性系数分布

3.2 中部浅层滑动面

中部浅层滑动面所对应的土工格栅加筋层编号为5、6、7、8。在两种工况下，各层土工格栅浅层滑动面单位长度上的抗滑力计算结果见表2。

表2 中部浅层滑动面单位长度上的抗滑力

根据表2 计算结果，在工况下5、6、7、8 土工格栅加筋层的抗滑力均为23.32 kN/m，工况2 情况下各土工格栅加筋层抗滑力计算值随高度增加不断下降，这是由于该高度通过二级平台，平台上部上覆荷载减小造成的，但总体抗滑力计算值略高于工况1。

结合计算结果，绘制在不同降雨情况下中部浅层滑动面稳定性分布图，见图2。通过对比分析可知，在工况2 下滑动面稳定性明显高于工况1，这是由于在考虑上覆荷载影响时，路基土工格栅黏结面上部的正压力提高，内摩擦力变大，有效提高了土工格栅的加筋作用，进而提高了路基的稳定性。

图2 中部浅层滑动面稳定性分布

3.3 上部浅层滑动面

上部浅层滑动面对应9-11 号土工格栅加筋层，分析计算各加筋层抗滑力见表3，绘制不同降雨情况下上部浅层滑动面稳定性系数分布情况见图3。

表3 上部浅层滑动面土工格栅抗滑力

分析表3 计算结果，随着上覆荷载的降低，抗滑力明显下降，说明上覆荷载对土工格栅的加筋效果明显。分析图3 稳定性系数分布情况，在工况2下路基稳定性系数略低于工况1，说明上部浅层滑动面由于上部填土厚度较薄，上覆荷载也相对较小，加筋效果也随之下降，因此，土工格栅对路基稳定性的加固效果没有得到有效发挥。

图3 上部浅层滑动面稳定性分布

4 结语

（1）在坡脚浅层滑动面，随着上覆荷载的增加，各土工格栅加筋层抗滑力计算结果不断递增，影响效果明显，但对路基坡脚的加固效果不明显；（2）上覆荷载对中部浅层滑动面各土工格栅加筋效果影响明显，且对路基的加固效果明显；（3）随着上部浅层滑动面上覆荷载的降低，土工格栅的加筋效果下降，影响了土工格栅加固效果的发挥。