路基工程中土工格栅应用

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路基工程中土工格栅应用

土工格栅由于其优良的抗拉力学特性, 工厂化批量生产, 稳定的质量和现场简易的施工特点,在公(铁)路路基中使用能有效改善土的物理力学性质, 特别是对特殊路基的处理具有增大土体内摩擦角, 形成承重板体,阻止毛细水上升等功能。已被广泛应用于土木工程的各个领域。

一、土工格栅的基本概念

(一)土工格栅的形成

土工格栅(WARP-KNITTED GEOGRIDS)是将聚乙(丙) 烯或聚脂等高分子化合物挤压成薄片,形成有规则图案的网眼,在加热控制下拉伸成薄片,使杂乱长链分子变为有序,从而提高聚合物的抗拉强度和刚度。根据需要可形成单向格栅、双向格栅及多功能格栅等形式。

(二)土工格栅的分类

土工格栅是聚合物材料经过定向拉伸形成的具有开孔的网格、较高强度的平面网状材料,按其工作时的受力分为:单向土工格栅和双向土工格栅两种类型。单向土工格栅是只经过纵向拉伸而形成的格栅,单向具有较高的抗拉强度;双向土工格栅是经过纵、横两个方向拉伸而形成的格栅,两个方向都具有较高的抗拉强度。土工格栅按照其材质主要分为两种:玻璃纤维土工格栅和聚乙烯土工格栅两大类,一般根据具体情况选用。

(三)土工格栅的性能特点

由于土工格栅的抗拉强度大, 它的存在可增加路堤的稳定性。由于土工格栅是通过独特的工艺过程,使聚合物的长链碳氢分子沿拉伸方向重新排列成一直线,因而在拉伸方向具有较高的抗拉强度(较拉伸前提高5-10倍)和较低的延伸率(只有拉伸前的0.11-0.15倍)。再加上土与格栅之间相互作用,使得土工格栅在道路工程中得到广泛应用。

从国内外的许多工程试验研究表明,在路基一定深度下布设一定数量的土工格栅,可以提高地基承载力,增加路基稳定性,并且能形成"结构效应",实现减少沉降,控制不均匀沉降的目的。且土工格栅具有质量轻,整体连续性好,抗拉强度高,耐腐蚀,抗微生物侵蚀好,施工方便且成本低等优点。 (1)应用范围广

(2)抗拉强度高、弹性模量及低延伸率

(3)与土体的结合能力好

(4)物理化学性稳定好,耐久性、抗腐蚀、抗老化能力高

(5)抗脆裂、可预防,利于路基排水

(6)可使路基具有良好的整体抗剪能力

(7)减少工程用地面积

(8)美观

二、土工格栅的基本作用机理

(一)土工格栅的应用原理

土工格栅夹于土层之中,形成复合土体结构,在土体重量和活载的作用下,土工格栅与土体之间相互联结摩擦,提高了土体强度及稳定性。

土工格栅对土的加固机理存在于格栅与土之间的相互作用,主要表现在:格栅表面与土之间的磨擦作用。土工格栅有一定的刚度,从而使上面的负荷得到扩散,提高了地基的承载力。土对格栅波动的阻抗作用及格栅网眼对土的锁定作用,由于格栅能适应地基变形,土颗粒又能与格栅网孔互相锁合在一起,形成稳固的平面,防止土体下陷,增加地基的抗剪强度,从而防止软弱地基产生过大或不均匀沉降以至侧向变形。

(二)土工格栅的作用机理

(1) 土工格栅具有较高的抗拉强度和张拉模量,能使荷载均匀扩散在大面积的范围内,减少载荷应力。

(2) 由于格栅的网眼作用,使土质夹挤在网格内形成机械咬合作用,从而在土体与格栅之间产生有效的应力传递,降低了不均匀沉降。

(3) 路基水分可通过网格渗透消散,增加路基稳定性。

(4) 格栅网面的摩阻力产生对土体的拉力,增强了结构的抗剪切能力,有效减少土体的侧向位移。 (5) 格栅具有摩擦系数高,抗拉强度高的特性,可在短时间内承受较大荷载的作用,增快填土速度及减少工期。

三、土工格柵应用的实证研究

(一)工程概况

本文以笔者多年工作经验与实证进行的分析。

某工程由于地处冲积平原,因此地势较低,原状土以冲积性黄土和沙土为主,在整个路基填土中,最高的填土高度达到7米以上。且大部分区段都属于高填方路基,因此该段设计为土工格栅加筋土路堤。

(二)施工前的试验检测

土工格栅的试验检测及检测项目按规范要求进行检验合格。

(三)路基填筑施工

(1)清理平整场地

土工格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关,因此首先对下承层进行整平,碾压。要求平整度不大于15MM,压实度达到规范要求,表面严禁有碎石,块石等坚硬凸出物,否则原地面上的石块等硬物会在压路机的作用下把土工格栅刺破,使土工格栅能承受的拉应力减小,使用效果降低。

(2)铺设土工格栅

双向拉伸塑料土工格栅的外观是近似正方形的网格状结构,它是以聚丙烯及高密度聚乙烯为主要原材料,通过热融挤压成板,冲孔,加热,纵横向定位拉伸而成,如图。

土工格栅原材图

在平整好的下承层上按设计宽度铺设土工格栅,铺设时将强度高的方向垂直路堤轴线方向布置。纵向拼接采用搭接法,搭接宽度不小于30cm。铺好土工格栅后,人工铺设上层填料、碾压,避免长期暴晒。然后采用机械运料、整平、碾压。从两边向中间推进进行,其压实度保持达到规范要求。

(5)铺设质量检查: 土工格栅铺设完成后首先应进行自检,自检合格后报监理检查,签证,合格后方可进行填土、摊铺、碾压。

土工格栅的摊铺应拉直平顺,紧贴下承层,不得出现扭曲,褶皱,扭曲,并用U形钉固定。对铺设前有皱折的土工格栅,要求手工拉直整平,并使之紧贴地面。铺设过程中,不允许出现土工格栅鼓包,断裂等现象。

综上所述:土工格栅施工工艺流程一般为:检测、清理下承层→人工铺设土工格栅→搭接、绑扎、固定→摊铺上层路基土→碾压→检测。

(四)施工注意事项

(1)土工格栅必须严格拉平钉在路基土上,不得松垮倾斜,失去受力条件。在铺设过程中,若发现原路面有较小的坑塘没有预先填平,可在铺好的格栅上将对应坑塘的部分剪去,以便在填筑上层时能完全填平坑塘。

(2)土工格栅铺设时,要求温度在5℃~60℃之间,低温对土工格栅力学影响较大。土工格栅材料摊铺到位后应及时填筑填料,以免其受到阳光过长时间的直接暴晒。一般情况下,间隔时间不超过48H。

(3)土工格栅第一层填土应采用轻型推土机或前置式装载机进行摊铺,轻型压路机进行压实。只有当已填筑压实厚度大于60CM后,才能使用重型压路机压实。

(4)严格控制各种施工车辆出入,禁止重车轮胎和其他施工机械直接碾过土工格栅表面,禁止车辆在格栅层上急转向、刹车、及行进中卸土,以防止对土工格栅的损坏。

四、结论与建议

工程通过采用土工格栅的施工工艺,施工效果较好,施工过程中联合应用K30和落锤式弯沉仪(Evd)对试验路段进行承载性能测试,表明加铺土工格栅对路基整体强度和刚度均有提高作用。施工完后多次人工挖开检验,土工格栅平整,与下承层紧密贴良好,未出现扭曲、褶皱重叠现象。经沉降观测,铺设土工格栅的路段平均沉降量3.1CM,且沉降均匀,趋于稳定;而未铺设土工格栅的路段平均沉降量4.7CM,且沉降仍在继续。通过铺设土工格栅加固高填方路堤,不但保证了路基整体结构的稳定,也克服了高填方路堤后期沉降量偏大的通病,达到了设计要求。 参考文献

[1]乔百合 董刚 ,《浅谈土工格栅在公路工程中的应用》,《山西建筑》,2007年第11期。

[2]施有志 ,《土工格栅的界面特性试验》,《岩土力学》,2003年第02期