土工格栅在公路软土地基加筋路堤处理中的应用研究

熊承罗 龚振邦

摘 要：结合某试验段的软土为例，对土工格栅在公路软土地基加筋路堤处理中的应用进行了分析，为类似工程的土工格栅设计提供参考。

关键词：软土地基；试验路堤；土工格栅

中图分类号：TU471文献标识码： A

土工合成材料作为一种新型土木工程材料，在高速公路工程建设中得到了广泛应用，加筋砂垫层是众多应用中的一种，加筋砂垫层是指地基表面铺设一层一定厚度的砂垫层，而砂垫层中夹铺一层或几层土工格栅，它主要应用在高速公路软土路堤的加固处理。

1 试验路段概况

1.1试验段工程地质条件

试验段地层自上而下为：（1）填土；（2）种植土；（3-1）淤泥：浅灰色，流塑，厚 3.2～5.2m，夹有海相贝壳、螺壳及云母碎片，局部存在 0.1m 左右的贝壳富集层；（3-2）淤泥：灰绿色，流塑，厚 1.3～6.2m，夹有海相贝壳、螺壳及云母碎片，局部夹有细砂和卵石；（4）细砂；（5）粘土。

1.2 试验段划分

试验场地的软土地层主要为（3-1）及（3-2）的淤泥层，厚度 6~10m，软土下部为棕黄色硬塑粘土夹卵石、砾石，为相对持力层。高速公路为双向八车道一级高速公路，路基横断面宽 23m，路堤中心填土高度约 1.8m，属于低矮填方路堤。按试验内容将试验段划分四段。各段试验内容如下：

表 1 填筑试验分区设计一览表

分区 里程范围 长度 软土地基处治方案 监测项目

A K6+190～K6+255

测试断面 K6+235 65 1、塑料排水板（间距 1.5m，深度约 10m；2、砂垫层 0.5m 二层土工格栅 工格栅受力；地面沉降板；侧向变形（边桩）

B K6+255～K6+320

测试断面 K6+287.5 65 1、塑料排水板（间距 1.5m，深度约 9.5m；砂垫层 0.3m 一层土工格栅 地面沉降板

侧向变形（边桩）

C K6+320～K6+385

测试断面 K6+359 65 1、无排水板处理地基；2、砂垫层 0.3m 一层土工格栅；使用荷载超预压 土工格栅受力；地面沉降板；侧向变形（测斜、边桩）

D1 K6+385 ~K6+450

测试断面K6+401~

K6+434 65 天然填筑 地面沉降板；侧向变形（边桩）

D2 65 1、塑料排水板（间距 1.5m，深度约 5m；2、砂垫层 0.6m 二层土工格栅

2土工格栅在公路软土地基加筋路堤处理中的应用

2.1一层土工格栅（K6+359）测试数据

K6+320～+385段地基不作排水板处理，软土厚度5.1～7.6m，路堤中心填高1.845m，考虑到沉降土方，最终填土高度 3.259m。砂垫层厚度 0.3m，砂垫层中间夹一层土工格栅。本试验段与天然地基填筑试验相比，本试验段地基处理方式只增加一层 0.3m 厚铺设一层土工格栅的加筋砂垫层。

根据 K6+359 断面不同填土高度土工格栅受力曲线可知：随着填土高度的增加，土工格栅的拉力总体趋势是增大，但不同的测试点也有忽大忽小的情况，但最大拉力点还是位于路堤左右两侧可能产生圆弧滑动的位置。且可能发生滑动的滑面位置拉力最大。

2.2两层土工格栅（K6+235）测试数据

K6+190～+255 采用塑料排水板处理，软土厚度 8.3～10.2m，路堤中心填高 1.8m，考虑沉降土方影响，实际填土高度 2.934。砂垫层厚度 0.5m，砂垫层中铺设两层土工格栅。测试断面 K6+235。

在填土初期上层土工格栅受力曲线变化比较凌乱，但总体趋势也是填土越高，土工格栅应力越大，不同位置土工格栅受力不同，边缘的土工格栅受力较大，中心受力较少，与复合地基顶部的土工格栅受力特性有所区别。填土高度不断增加的过程中，横断面不同监测点的土工格栅合力总体不断增加，土工格栅合力曲线的最大点位于左右两侧，与路堤可能的失稳滑动面位置基本一致。

根据分析，2.934m 是路堤最终填土高度，自 2010 年 10 月至 2011 年月累计半年的时间，地基软土的固结度应该有所提高，其地基强度也应该有所提高，但土工格栅的作用力基本不变，表明土工格栅老化不明显，已发挥的应力基本不衰减。即使在地基固结强度提高的情况下，提供保持路堤稳定的力矩仍然不变。

2.3土工格栅受力特性分析

（1）危险圆弧滑动面位置与土工格栅最大应力位置的关系特性

图1 一层土工格栅设计方案危险滑面示意图

根据路基横断面不同位置土工格栅受力来看，土工格栅的最大受力点不是路堤中心，而是路基左右两侧的半幅的中间位置，该位置与理论计算的最危险滑动圆弧面位置基本吻合。这表明危险滑动面位置决定土工格栅最大受力点位置。

（2）填土过程土工格栅应力变化特性

（a）土工格栅的拉伸模量与土体变形模量相比更大，路堤填土过程中，当变形发生时土工格栅受力更大，所以压实过程土工格栅立即发生作用。

（b）填筑初期，铺设在横断面不同位置的土工格栅受力存在显著差异，主要原因是施工影响了土工格栅的铺设松紧状态，所以从施工角度考虑铺设时对土工格栅施加一定的预张力能确保土工格栅更好地发挥自己的材料性能，避免浪费。

（c）同一层土工格栅在横断面不同位置其应力大小不同，随着填土高度的增加，这种不同的趋势基本保留，特点是路堤两侧土工格栅受力较大，这与路堤的危险滑动面位置有关。

(3)一层土工格栅与二层土工格栅应力特性

（a）填土高度在 1.2m 以内时，一层土工格栅和两层土工格栅受力最大值相差不大，而填土高度超过 1.2m 以后，两层土工格栅受力相对于一层土工格栅越来越大，这从另一个侧面说明了塑料排水板对促进地基软土固结有显著作用。

（b）在双层土工格栅铺设中，上层和下层土工格栅的应力变化并不相同，填土初期，上层土工格栅应力水平较高，后期下层土工格栅应力水平较高，两者交替互补，表明双层土工格栅的整体协同作用。但填土高度后期，下层的土工格栅应力发挥出更大的应力作用。

（c）自路堤填筑施工以来， K6＋235 监测断面上层土工格栅受力达到最大值为设计抗拉强度的 91.4％，此时，上、下两层土工格栅的合力达到最大值为设计抗拉强度的49.8％，填土达到设计标高以后，上层土工格栅抗拉强度有逐渐减小的趋势，但下层土工格栅的抗拉强度却持续提高，综合来看两层土工格栅的合力的大小基本维持不变。单层土工格栅受力达到最大值 35.726KN/m 基本为设计抗拉强度的 44.7％。

4结束语

通过测试一层土工格栅及两层土工格栅的受力特点，分析土工格栅的受力特性及加固机理。对比无加筋路堤的圆弧滑动破坏形式及圆弧滑面位置，对比土工格栅的受力特性，揭示土工格栅最大受力的位置，为类似工程的土工格栅设计提供参考。

参考文献

[1]周志刚,郑健龙.公路土工合成材料设计原理及工程应用[M]人民交通出版社 2001

[2] 王钊.土工合成材料[M].北京：机械工业出版社，2005.4.98～107

[3]张晓亮.软土地基处理土工合成材料施工技术探讨[J].科技信息．2010(3)