土工格栅复合碎石垫层在高速公路软基处理中的应用

尧强

（江西赣东路桥建设集团有限公司，江西 抚州344000）

1 引言

高速公路一般里程长、跨度大，横跨的地区范围较广，因此，沿线的地形地质复杂多样，且外界气候条件也变化不一，进而给高速公路施工带来不小的困难和挑战。 在高速公路路基工程中，常会遇到软土路基，容易产生不均匀沉降与变形[1]，进而引发整个路基的沉陷， 长时间下来会导致路面病害的产生，严重影响公路的行车舒适性和安全性，因此，需针对软土路基采取有效的措施进行处理。 本文主要研究采用土工格栅复合碎石垫层技术进行软基处理， 重点对土工格栅复合碎石垫层技术的加固原理和施工工艺进行分析， 并在具体工程中进行应用。

2 工程概况

某高速公路建设项目全线长约为104.888 km，双向4 车道设计标准，路基宽度为28 m，设计行车速度为100 km/h，沥青混凝土路面，项目全线桥隧比为61.7%。 前期对该高速公路进行地质勘探， 得出该高速公路第二合同段K13+456～K14+186段路基为软土路基， 该段软土路基表层为可塑状含砾石亚黏土，呈褐红色，厚度在2～12 m，下层主要为含有机质软塑性黏土，呈深灰色，厚度在0～13 m。 为改善软土路基不均匀沉降问题，起到路基加固的效果，建设单位拟决定采用土工格栅复合碎石垫层技术，碎石垫层分上下两层进行施工，厚度在50 cm左右，同时碎石的粒径不得大于50 mm，对应的含泥量需低于5%，总体碎石用量在12 944.3 m2（摊铺面积）左右。 另外，土工格栅抗拉强度应大于100 kN/m，其中，单向土工格栅总用量为57 456.7 m2，双向土工格栅总用量为5 143.7 m2。 现场土工格栅铺设如图1 所示。

图1 土工格栅铺设作业

3 土工格栅复合碎石垫层软基加固工程特性

3.1 原理分析

土工格栅复合碎石垫层加固软土路基主要是基于土工合成材料与土的协同作用， 形成的复合结构能共同承载各方面的荷载作用[2]，主要包括：（1）土工合成材料、土以及垫层之间的共同作用。 土工合成材料的上部分为土，下部分为垫层，上部荷载会先传递至土工合成材料之上， 土工合成材料再将荷载均匀传递至下部，并与下部的垫层一起承受荷载作用，以此增强地基的整体承载能力。 土工合成材料具备扩散应力的作用， 可有效抑制路基不均匀沉降问题， 抵御路基发生侧向变形，起到提升路基稳定性的效果。（2）垫层与桩的共同作用。将桩插入垫层中引发其产生变形， 此时桩与垫层可共同承受荷载作用，并构成完整的复合垫层，具备加快地基固结、排水的作用。（3）桩与桩间土、土工合成材料之间的共同作用。在特长桩长范围之内，桩侧土体会产生正摩阻力和负摩阻力，以此共同抵御路基上部的荷载作用。 土工格栅将碎石桩进行包裹，在土工格栅的张拉作用下碎石会形成完整个体， 以此来约束桩体，防止碎石桩破碎的同时抵制其产生侧向变形。

3.2 特点分析

将土工格栅复合碎石垫层应用于软土路基加固中， 主要的特点如下：

1）将素垫层厚度控制在合理范围之内，以此降低路基的基础沉降变形；

2）垫层加筋后可抵制其产生压缩变形，同时可有效提升垫层整体刚度；

3）随着土工格栅层数的增加，土工格栅复合碎石垫层稳定性也随着增大；

4）在土工格栅的作用下，松散状态下的碎石垫层会形成一个完整个体，提升其抗弯能力，另外，由于土工格栅两侧具备较大的摩擦力和剪应力，可有效约束土体的侧向变形，进而提高路基的承载能力，防止产生不均匀沉降变形。

4 土工格栅复合碎石垫层施工技术要点研究

4.1 施工准备

土工格栅复合碎石垫层正式施工之前， 现场技术人员应提前准备好各项施工机械设备和原材料，做好设备的安装、调试工作，并配备具有相关资质的施工队伍，提前做好技术交底工作[3]。 各项施工原材料使用前需进行必要的试验检测，确保可满足规范及设计要求， 结合现场环境和天气气候做好原材料的防尘防潮措施。 结合施工图设计提前准备好施工临时便道，非必要情况下不得新增临时用地，以免影响后期验收，也避免对周边环境造成污染。 准备工作就绪后，即可进行下承层准备，及时施作水泥搅拌桩，并进行严格的检测验收，为土工格栅复合垫层施工奠定基础。

4.2 测量放样

提前对下承层进行检查，确保其表面无任何杂物，且平整度需满足规范要求， 选用12 t 钢轮压路机进行2 遍以上的碾压处理。 碾压完毕后及时进行现场测量放样，恢复道路中线，采用白灰规划出中桩和边桩，以此确定出道路宽度。

4.3 首层碎石垫层摊铺

本项目的碎石垫层施工主要分两层进行摊铺施作， 直接在下承层表面进行首层碎石垫层摊铺施工， 完毕后及时铺设土工格栅，经验收合格后再开展第二层碎石垫层摊铺作业。 首层碎石垫层采用静力碾压的方式进行压实， 选用2 台以上压路机，遵循先两边后中间、先慢后快的原则，按照规范要求进行施工操作[4]。

4.4 土工格栅铺设

首层碎石垫层施工完毕且验收合格后， 开展土工格栅铺设作业，首先人为拉紧土工格栅，顺着垂直于道路的方向进行铺设施工，并选用U 形钉进行固定，遵循梅花桩形结构，各间距低于1.0 m，搭接宽度不得低于30 cm，确保与首层碎石垫层贴合紧密，严禁存在任何空隙。

4.5 第二层碎石垫层摊铺

第二层碎石垫层摊铺施工需及时开展， 以免土工格栅长时间暴露在外界， 因此需在48 h 之内开展施工。 结合实际情况，可进行碎石垫层和土工格栅的同时施工，土工格栅铺设完30 m 后经检测合格再进行碎石垫层摊铺作业。 提前将路基两侧进行卸料处理，碎石的堆放高度应低于1 m，确保土工格栅可足够拉紧[5]。

4.6 土工格栅包边

第二层碎石垫层摊铺施工完毕后，现场及时对压实度、厚度以及宽度进行检测，并对土工格栅上卷进行包边处理，按照梅花形布置方式采用U 形钉进行固定， 对应的固定间距应不低于1 m。

4.7 施工质量检测

4.7.1 物理力学指标检测

采用土工格栅复合碎石垫层进行软基处理后， 相应的物理力学指标变化情况如表1 所示。 结合检测结果可得，采用土工格栅复合碎石垫层加固完毕后软基土体的孔隙比、 压缩模量、天然含水率等指标均降低，且干密度相对增大，表明采用土工格栅复合碎石垫层技术可有效提升地基土体的承载能力，改善其力学性能。

表1 地基加固前后物理力学指标对比

4.7.2 沉降检测

土工格栅复合碎石垫层施工完毕后， 对预先埋设的原地面沉降板具体高程进行观测分析， 以此来评价软土路基加固效果和软基沉降情况。该段软土路基观测情况如表2 所示。检测结果表明， 采用土工格栅复合碎石垫层进行软基加固处理后，软基整体无明显失稳现象，且各个周期的沉降差异不大，稳定性较高，另外沉降速率趋于平稳。

表2 沉降观测结果

5 结语

本文就土工格栅复合碎石垫层在高速公路软基处理中的应用进行研究，结合实际高速公路路基工程，围绕土工格栅复合碎石垫层软基加固工程特性、施工技术要点展开研究，并结合试验路段对土工格栅复合碎石垫层施工质量进行检测。 研究结果表明， 采用土工格栅复合碎石垫层技术可有效提升地基土体的承载能力，改善其力学性能，防止路基不均匀沉降产生，延长公路使用寿命。