土工格栅稳定软土路基土路肩承载力研究

摘 要：为研究软土路基土路肩受重复交通荷载作用，导致承载力不足、产生沉降出现车辙的问题，本文通过现场监测研究了黏土路基层上覆盖细粒土层时的路肩承载力，分析了重载交通下土工格栅在稳定软土地基的适用性。结果表明：土工格栅能够消除肩道车辙，并改善路肩截面的强度特性，验证了土工格栅作为一种相对简单的方法改善土路肩性能的可行性。同时，机械稳定是减少车辙和修补颗粒肩上软弱土层的有效方法。

关键词：土工格栅；土工合成材料；颗粒肩；车辙；稳定土

中图分类号：U 41" " 文献标志码：A

在软弱地基支撑的地区的颗粒状材料路肩中，车辙较为常见。在交通荷载反复作用下，路基发生承载力破坏，导致车辙不断出现。不仅会影响行车安全，严重车辙还会使公路维护费用很高。为减少路肩车辙影响，通常采用粗集料和优化填土粗粒颗粒含量进行优化[1]，但在实际工程中，将该方法作为临时解决方案，未能在公路工程长期使用中解决问题，经过一段时间的服役，土路肩仍会产生车辙破坏。因此韩永增[2]利用原位测试对25个粗粒路肩性能进行评估，大约40%的检查路段，路基层的加州承载比（CBR）为10或更少，导致路基承载力破坏以及颗粒和路基材料的横向位移，出现受力性能不同。胡潇[3]根据现场软基施工和颗粒肩试验段监测结果，试验段采用3种不同土工格栅的路基与颗粒层界面段，对试验段进行大约一年的监测，证明了土工格栅稳定在消除车辙方面是有效的。

为综合研究土工格栅对软土地基条件下，土路肩稳定性的变化过程。本文采用土工格栅加筋土路设计方法，考虑土工格栅受承载力系数的影响，分析土工格栅与孔径稳定模量，考虑了基层材料的质量、应力分布随荷载循环次数的变化以及车辙深度的影响。

1 工程概况

东营南一路快速路工程项目为南一路的重要组成部分，东西纵贯东营市中心城区。项目起点平交华山路，终点止于西一路以西，道路全长为7.29km，先后与广利河、东青高速、天目山路、规划庐山路、西一路等交叉。共设置高架桥两座，分别为G18高架桥（桥长978m）和西一路高架桥（桥长475m）。共设置出入口两处，天目山路设置出入口1处，西一路设置出入口1处。公路全程多处位于软土区，为了避免出现路基变形，影响公路使用寿命及交通安全，本文对路基加固进行研究。

2 现场观测

在粗颗粒土路肩检测中，经常遇到软弱地基情况，通过动态锥（DCP）测试，发现大约40%检查的土路肩的CBR为10或更少，并观察不同行车荷载下的车辙破坏。有软基层的路段可能在施工后立即出现车辙，当车辆荷载作用时，车辙沿着车轮路径发展。在距离路面边缘不同距离下进行DCP试验，得到碎石层上部200mm处CBR为6～12，下垫土肩料下垫层CBR为4～10，下垫土肩料下垫土路基CBR为2～29，该路段出现的车辙可能是由颗粒的横向变形引起，另外在下层路基材料对颗粒层造成损伤以及冲切和剪切破坏会导致路基变形，从而出现车辙[4-5]。

3 研究结果分析与讨论

3.1 车辙深度和冲击值（CIV）

由于软路基条件下，内部颗粒路肩出现严重的车辙（深度达200mm）现象，问题路段的长度约为9.6km。通过载重自卸车加载测试，测量了车轮路径上预先确定位置的车辙深度，并使用20kg的锤子进行冲击试验和DCP试验，识别并隔离需要修复的软土区。车辙深度和冲击值（CIV）随距离变化规律如图1所示。由图1可以看出：在软土条件下最高车胎深度和最低CIV的区域，延伸了约2000m。该区域的DCP试验表明，在200mm上部的加权平均CBR为6，在200mm至500mm深度处的加权平均CBR为5。

3.2 土工格栅稳定土路肩

采用3种双轴土工格栅，即BX1（拉伸强度：11.8 kN/m）、BX2（拉伸强度：8.5 kN/m）和BX3（拉伸强度：6.2 kN/m）来固定土路肩，将土工格栅放置在路基和碎石灰岩层200mm之间的界面上。试验段长约310m，宽约2.4m，将前60m作为控制段，不进行稳定处理，后续路段分别用BX1、BX2、BX3稳定100m。

在土工格栅稳定施工过程中，通过去除和丢弃破碎颗粒层来稳定路肩试验段，使用约450t新的破碎石灰石材料。将土工格栅从BX1、BX2、BX3开始滚压在软基上。采用电动平地机和气动压路机对骨料进行铺展和压实。当施工结束时，土工格栅边缘在距离路面边缘约2.4 m处露出。由于施工过程中颗粒层厚度逐渐变细（即颗粒层厚度随距路面横向距离的增加而减少），从物料挖掘、土工格栅铺设、骨料铺设到压实，整个过程耗时约5h。

3.3 现场监测

监测试验段性能用平板载荷试验（PLT）进行评价，PLT由300mm钢板、液压千斤顶和3个测量板挠度的线性传感器（LVDT）组成。分别在施工后、3个月和10个月后，在距离路面边缘约1.2m处进行PLT试验。不在颗粒层开始变细的路肩边缘附近进行试验，以避免颗粒材料过度变形，增加车辙的幅度。在施工后立即测量PLT加载和持续加载阶段的最高地基反应模量。图2为路肩承载力试验结果，由图2可以看出：BX2和BX3的孔径稳定模量差异较小（BX2和BX3的孔径稳定模量分别为3.2和2.8。控制段测得的土挠度最高，比第一加载阶段的BX1值小60%。在3个月后，由于在重复交通荷载作用下，骨料的侧向约束逐渐增加，因此所有土工格栅段测得的加载值比施工后的值增加了70%。也可能当截面被加载时，路基层变形将拉力施加到土工格栅上，提高了截面的稳定性[3-4]。10个月后获得的PLT结果显示，对照切片和BX2切片的加载值分别减少了约23%和8%。然而，随着时间的推移，BX1和BX3稳定的部分加载值继续增加，分别增加了5%和26%。

使用20kg锤子每隔15m进行一次冲击测试，试验结果如图3所示。由图3可以看出：稳定后测量的CIV比稳定前约高3倍，在3个月后，稳定段表面刚度额外增加，CIV平均增加了20%。在控制部分CIV没有明显增加，即使它们的孔径稳定模量有所变化，但土工格栅截面上测量CIV之间没有明显差异。当10个月时，所有稳定区的CIV平均减少了4%。

3.4 现成试验测试分析

为补充现场研究和评估土工格栅、土工织物和两种颗粒材料在减少车辙方面的性能，通过设计实验室测试程序，选取材料模拟软基上覆颗粒路肩的试验箱模型。用土工格栅和土工织物稳定箱形模型，并在记录循环加载下表面位移的情况。通过土工格栅和土工织物的累积位移和试验后土工性状的变化来评价土工格栅和土工织物的性能。共执行9个测试并进行比较，以确定所选材料的性能差异。在所有试验中，路基含水率在保持在25%左右，土壤累积位移。

可以看出，试验开始时的路基和颗粒层干重分别为19 kN/m³和13.4 kN/m³，CBR从3增至9。15000次循环后的最终位移量为284 mm。土工格栅尺寸比箱体尺寸短6 mm，以消除格栅与箱体之间的相互作用，路基和颗粒层干重分别为18.6 kN/m³和14 kN/m³。在试验结束后，CBR从5增至7，土体致密化程度较低。1.5万次循环时实测土体最大位移为125 mm，比对照试验减少55%左右，当每个加载阶段结束时，将实测的土位移与预测的土位移进行比较。这种方法不考虑分段加载，因此车辙发展阶段2和阶段3的车辙深度预测是基于加载和循环次数，导致测量和预测的车辙深度之间的差异；当第一个加载阶段（即5000个循环）结束时，预测的土位移和实测的土位移相似。

统计第二、三阶段加载结束时土体位移情况，结果表明土工格栅在重复循环荷载作用下发生变形并被拉向箱心。在每个荷载增量的前500次循环中，土体的位移量最多，与试验1相比，通过路基层的骨料孔隙有所减少，但未完全消除，骨料冲击孔深度约为25mm。

在3号试验中，土工格栅四角采用打入路基底层的钢筋进行锚固，路基和颗粒层干重分别为19.2kN/m³和14.2 kN/m³。由于土体位移的影响，因此CBR从5增至8，承载模量从8.0 MPa增至11.0 MPa。与试验2（土工格栅未锚固）相比，部分锚固土工格栅土体位移降低了约10%。在15000个循环中，测试2的测量和预测的土壤位移差为47mm，测试3的差为35mm。BX1土工格栅的整个周长是固定的，以消除任何土工格栅移动。

4 结论

本文研究了土工格栅在软土地基路肩稳定中的应用研究，分析了土工格栅对路肩车辙及承载力的影响。主要结论如下。1）在软土条件下可以延长最高车胎深度和最低CIV的区域，在200mm上部平均CBR为6，在200～500mm深度，平均CBR为5。2）土工格栅稳定后的路肩CIV平均增加20%，在稳定10个月后，所有稳定区的CIV平均减少了4%。土路基经过1.5万次循环，土体最大位移为125 mm，比对照试验减少55%。3）对土工格栅经路基底层的钢筋进行锚固后，路基和颗粒层干重分别为19.2kN/m³和14.2 kN/m³，CBR从5增至8，承载模量从8.0 MPa增至11.0 MPa。

参考文献

[1]李嘉.CFG桩复合地基在软土路基稳定中的应用[J].交通世界， 2023（20）：96-98..

[2]韩永增.公路软土路基稳定技术探析[J].交通世界， 2021（17）：2.

[3]胡潇.水泥搅拌桩在软土路基稳定工程中的应用研究[J].北方交通， 2021（6）：4.

[4]武瑞.高等级道路软土路基特性分析及稳定工艺研究[J].山西交通科技， 2022（1）：1-2.

[5]林惠娟.道路工程中的软土路基稳定技术探讨[J].工程技术研究， 2022， 7（13）：45-47.