土工格栅加筋碎石垫层在公路软土地基中的应用

摘要：在路堤填筑过程中，路基可能会发生不均匀沉降，从而导致路基结构的破坏，降低路面的服务质量。对加筋砂砾石垫层地基的加固机理进行分析，并对其施工工艺进行总结。基于工程案例对其进行承载力测试，通过对沉降观测资料分析，发现在预压施工过程中，沉降都能满足设计要求，表明处理后的地基承载能力得到了显著改善，达到了预期加固效果。

关键词：软基施工；土工格栅；加筋碎石垫层；地基承载力；沉降观测

0" "引言

软土地基承载力较差，为避免软土地基的沉降变形，需要对其进行加固。对于软土地基的处理，目前已有多种处理方法，但其多数处理方法施工过程繁琐、成本较高。土工格栅加筋碎石垫作为一种新型的结构形式，它既能通过碎石间的嵌挤作用，能增强其内部摩擦，又能与加筋土挡墙形成一种稳定的组合结构，进一步提升软弱土的承载能力。

本文在结合软基处理工程项目基础上，设计一种双层块石结构，并在其中部布置了一个加筋的土工格栅。通过在桩基础上设置测点，对其进行地基承载力测试，对其沉降进行监测，通过分析试验结果，验证了土工格栅加筋碎石垫层加固软土地基有效性。

1" "土工格栅加筋碎石垫层加固地基机理

土工格栅加筋碎石垫层因其“加筋-土”的协同效应，使其在软基处理中表现出良好的力学性能，从而使其与土体组成一个复合结构，共同承受各种荷载[1]，具体加固机理如下。

1.1" "土工格栅加筋材料与土体及垫层相互作用

土工格栅加筋碎石垫层由两个部分构成，上层是土工格栅加筋材料，下层是垫层。两者之间的摩擦是相互影响的，上层荷载通过土工格栅合成材料传递给下层垫层，与下层垫层共同承受荷载，从而提升了整个基础的承载力。加筋材料具有弥散的特性，因此它的使用能有效地防止路基的不均匀沉降，并能起到缓冲、限制路基横向变形的作用，从而保证路基的稳定。

1.2" "垫层和桩相互作用

在地基工程中，垫层和桩的相互作用是至关重要的。当桩施工完成后，铺设垫层包裹桩体。桩体沉降变形后，这种物理接触会引起垫层变形，从而增加二者共同承受负荷的能力。在这个相互影响过程中，土工格栅加筋材料与垫层紧密结合起来，形成了一个具有独特性能的复合垫层结构。

这个复合垫层不仅可以增强排水效果，还能显著提升地基固结的速度。通过这种方式，垫层和桩之间的协同工作，能够有效地提高整个基础结构的稳定性和承载能力。为此在进行任何地基处理或建筑施工时，考虑到垫层和桩的共同效应，以及它们对地基质量的直接影响，是非常必要的[2-3]。

1.3" "桩与桩间土、土工格栅加筋材料共同作用

桩基在上部受压情况下，桩间土产生负摩阻力。在土工格栅加筋垫层的连接作用下，其与桩基共同承担荷载，使其成为一个紧密的整体，既能约束桩，防止其产生侧移，又能防止其鼓胀损伤，从而有效提升其承载力。采用碎石桩进行基础处理，可以在一定程度上抑制桩-土的初始静水压力，从而改善路基的整体稳定。

2" "工程概况

某公路工程全长2.13km，采用四幅横断面的断面形式。本工程沿线地形较为平缓，地下水埋深在2.0～5.0m范围内。在路基填筑区域，软弱地基主要为淤泥质黏土，淤泥质黏土深度约为3.1～8.5m，长度范围约为530m左右。

针对软土地区的实际情况，为了提高地基承载力，决定采取以水泥搅拌桩+土工格栅加筋碎石垫层为基础的复合地基处理方案。水泥搅拌桩桩长根据软土厚度决定，一般在4～8m，桩径为0.5m，桩间距为1.0m，土工格栅加筋碎石垫层厚度为50cm，选择碎石粒径为4cm左右。

3" "土工格栅加筋碎石垫层加固施工工艺

3.1" "施工准备

施工前，根据设计图纸进行设计技术交底，组织人员、设备机械进场。经检测、检验、验收合格后，方能开展加筋土石垫层的施工。施工前应对土工格栅、碎石、混凝土等材料进行检测控制。

选用尺寸为150mm×150mm的钢塑网作为土工格栅。要求格栅的纵向和横向抗拉强度均不低于40kN/m，而节点的拉伸强度不低于100kN/m。对下层的压实要求为采取18t或更高的静力进行压实，不得出现物料松散现象。

3.2" "测量放样

根据图纸要求，选择测量基点与控制点，对水泥土搅拌桩点进行放样，算出回填土的厚度，并用灰线作出记号。

3.3" "摊铺第一次碎石

经检验确定碎石质量合格后，才能开始铺设第一层碎石。碎石的摊铺采取由自卸车运送、推土机平整并做路拱的方法。砂砾层采用平整机精整，以保证路面的平整度，不得出现凸凹不平现象，且坡度要与路基保持一致。

为了保证压实后30cm的厚度，工程中将碎石垫层的松铺系数设为1.2。第一层碎石层压实厚度不小于35cm[4]。采用2台压路机实施静压实，这一段的碾压保留5～8m的距离不实施碾压，然后和后面的碾压共同进行。压路机按照从慢到快、直线段由边到中、曲线段由低至高的碾压原则进行碾压，以2km/h为宜，碾压重叠部分不得小于1/3轮迹宽度。

3.4" "土工格栅铺设

对进场的土工布进行抽样检验，确保其各项性能符合规定，才能开始铺设土工布。检查并清除垫层表面突出的硬物，以防损伤。土工格栅的铺设方向与路面中心线相垂直，并以U型钉在1m的距离内进行梅花型锚固。加筋板搭接长度应在30cm以上，单面锚固应在1.5m以上。土工网铺设要做到平整，不能出现交叠、弯曲等现象，且要与砂砾层的表面紧密贴合。

3.5" "第二层碎石摊铺

当土工格栅铺设完毕后，为防止长期暴露在太阳下，必须在48h内及时进行二次铺筑。土工格栅按30～50m间距布置，通过检测后即可铺筑碎石层[5]。在施工时，采用自卸车从路堤两边卸出物料。

为了避免引起基础的局部变形，不得将块石填料直接卸载于已铺设好的路堤上，填筑高度不得超过1m。先用推土机进行整平，然后从两边到路的中间进行均匀的铺筑，使填筑表面形成一个“U”字型。

3.6" "土工格栅反包裹

当第二道砂砾层通过检验后，为避免两边加筋垫层的渗漏和风化，将其翻转铺设到已碾压好的砂砾层上，拉紧土工格栅。以1m间距用U形内钉对其进行固定。采用反包加固技术，以有效地改善边坡的边坡稳定性。

4" "土工格栅加筋碎石垫层加固质量管控

4.1" "质量控制措施

在铺设土工格栅前，要先对下层进行整平。要仔细检查，确保下层光滑，无尖锐物，以防砂石对土工布造成破坏。

若在土工格栅与填料之间采用砂砾垫层，则应尽可能选用粒度在20～50mm以内的未风化的洁净砂砾石，检验其含泥量，保证含泥量在10%以内。在路基工程中采用土工格栅碎石桩，格栅抗拉强度应在120kN以上。要拉紧铺设土工格栅，以避免产生皱纹，并确保网格与下部支撑紧密结合。

在特殊条件下，为了防止土工格栅在碾压过程中受到损伤，可在土工布与砾石之间加一层5cm厚的中粗砂保护层。当土工材料配制完成后，不能长期搁置，必须马上进行填筑。在碾压过程中，必须采用低速推进的方法，不能使用高频率的振动，以免引起土工格栅的损坏[6]。

4.2" "施工质量验收

为确保软基加固效果，避免因工程质量问题而导致工程整体质量下降，土工格栅铺设完毕后，需对土工格栅进行质量检验，并按表1的质量验收标准进行验收。

5" "土工格栅加筋碎石垫层加固效果

5.1" "地基承载力检测

本项目拟采用浅层承压板加载法进行地基承载力测试。选取天然地基、水泥搅拌桩（方案一）、水泥搅拌桩+土工格栅加筋碎石垫层（方案二）为研究对象。基础处治范围按3m×15m进行计算，每个案例选取3个点位。选择一块面积1.0m2的正方形钢板作为承重板，采用千斤顶缓慢加载，得到的地基承载力检测结果如表2所示。

通过对表1中数据分析可知，原地基的承载力很小，只有94kPa。选择水泥土搅拌桩加固，大幅度提高了承载力，承载力达到126kPa，但是仍然没有达到规范规定的130kPa的承载力要求。而采取水泥搅拌桩+土工格栅加筋碎石垫层方案加固后，承载力达到144kPa，远高于规范规定要求值。由此可见，土工格栅加筋碎石垫层加固后的地基承载能力得到了显著提升。

5.2" "地基沉降分析

5.2.1" "监测点设置

地基加固施工过程中，在地基内部设置沉降观察点，用以观测地基处理后的地基变形量。每种地基加固方案设置多组监测断面，每个断面设置不少于3个监测点，分别位于路堤中心线、边线，监测断面之间的间距为50m位置。

5.2.2" "监测结果分析

在路堤填筑及预压过程中，利用精密水准仪对路堤的沉降进行监测。在进行路基填筑时，必须对各层进行一次监测，确保软弱地基的沉降速率不超过10mm/d。

为验证土工格栅加筋碎石垫层软弱地基的处理效果，采用预压堆载法对地基进行预压处理。在预压期间对其沉降进行监测，若当月沉降不超过3mm，则可继续进行下一道工序。选择一段典型路堤沉陷的实测资料，并将其记录在表3中，绘制路基沉降变化曲线如图1所示。

通过对表3中的资料及图1中的曲线分析可知，在施工期内，路基日沉降量在10mm以内，满足规范的规定。路堤在预压过程中，初始阶段的沉降发生了很大的波动，而随着时间的推移，沉降逐渐趋于平稳，72d以后，沉降量达到了一个较为平稳的水平，且每月的沉降均不超过3mm，可以继续进行下一道工序。

6" "结束语

土工格栅加筋碎石垫层具有较高的强度和较好的稳定性，采取其进行软土地基加固，可以有效提高软土地基承载力与抗变形能力，增强地基加固效果。本文分析土工格栅加筋碎石垫层加固机理，阐述关键施工工艺要点，提出了质量验收标准，通过承载力检测与地基沉降变形监测试验数据，得到以下结论：

通过对天然地基、水泥搅拌桩、水泥搅拌桩+土工格栅加筋碎石垫层3种工况下，地基的承载力检测结果进行比较发现，土工格栅加筋碎石垫层加固后的地基承载能力得到了显著的改善，达到了设计规定的要求。

沉降观测显示，在填筑过程中，路堤的每日沉降均在10mm以下，72d后路堤的沉降量趋于平稳，由此表明采取加筋碎石垫层处理后，地基的承载能力得到了显著的改善，工程的质量达到规定要求。

参考文献

[1] 刘小丽.土工格栅加筋优化技术在公路路基加宽施工中的应用[J].交通世界，2018，25（17）：100-101．

[2] 王亚涛，何杰，汤磊华，等.土工格栅加筋垫层工作特性分析[J].湖南工业大学学报，2015，29（4）：15-19.

[3] 刘磊.土工格栅加筋碎石垫层工作性状研究[J].中外建筑，2013，19（5）：118-120.

[4] 王亚涛，何杰，汤磊华，等.土工格栅加筋垫层工作特性分析[J].湖南工业大学学报，2015，29（4）：15-19.

[5] 贾晓敏，关罡.双向土工格栅加筋碎石在过湿路基加固中的应用[J].施工技术，2008，38（10）：79-80，102．

[6] 李广伟.加宽土工格栅加筋施工技术在公路路基中的应用[J].工程建设与设计，2020，68（3）：208-209+221．

（新疆维吾尔自治区交通建设管理局项目执行二处， 新疆乌鲁木齐" "830000）