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土工格栅在改扩建工程中的应用效果分

    

土工格栅是一种新型的土工合成材料, 经定向拉伸后, 形成具有开孔的网格, 常用作加筋土或复合材料的筋材。该材料不仅抗拉强度大, 而且柔性、延展性良好,
在道路工程中应用广泛。以下结合实践和案例, 探讨了土工格栅的具体应用。

土工格栅的作用原理和应用优势
1.1 
作用原理
( 1 ) 
加筋作用。土工格栅的抗拉强度大、张拉模量大, 可以实现大面积范围内荷载、应力的均匀分布。在软弱地基或土层中, 应用土工格栅能降低并分散上部荷载对软基的集中应力在沥青结构层中, 可以减弱沥青的徐变作用, 避免沥青层开裂。( 2 ) 压实作用。土工格栅的网孔形状相同,
上层颗粒、下层颗粒的剪切阻力不会受到影响。在刚度、抗拉强度、网孔嵌锁作用下, 能避免荷载压实引起的变形位移,

提高颗粒压实效果。( 3 ) 抗变形作用。外力不均匀作用在格栅上, 网孔由于收到横向拉应力会发生变形,
从而显现出约束作用, 对非均匀分布的荷载具有较强的适应性。
( 4 ) 抗剪切作用。土工格栅的抗摩阻力较高, 作为筋材使用时,
可以增强结构层的抗剪切强度, 提高整体稳定性。

1.2 
应用优势
在道路工程中应用土工格栅, 优势如下: ( 1 ) 增加路基整体性, 提高路基承载力, 延长其使用寿命。( 2 ) 防止路面结构开裂、塌陷, 确保行车安全。( 3 ) 施工作业简单,
不仅省事省力, 而且工期短。
( 4 ) 作为路基边坡植草网垫使用, 可以美化环境。( 5 ) 代替金属网使用, 可用于煤矿井下假顶网。
土工格栅在道路改扩建工程中的应用
2.1 
在软土地基的应用
在软土高填方工程中, 在3 0 - 5 0 c m 碎石层中间铺设土工格栅, 能形成土工格栅碎石垫层, 能充分发挥出土工格栅的加筋作用。一方面, 土工格栅的抗剪能力强, 能有效阻止碎石陷入软基中, 促使格栅与碎石嵌固紧密,
形成一个稳定的整体。另一方面, 土工格栅在排水方面会形成水平面, 可作为排水通道使用, 路基成型后能有效降低土体含水量。其三, 土工格栅铺设在软基上方, 会产生隔离效果,

既方便施工, 又能抑制地基侧向变形, 减少不均匀沉降。其四, 增加土体的抗剪力, 改变软基的物理力学性能。
2.2 
在填方路段的应用
路基填方施工中, 如果使用松散的填料, 会影响路基放坡施工, 造成土地浪费, 增加施工成本, 也不利于后期碾压作业。在边坡上铺设土工格栅, 可以提高边坡稳定性,
实现压实度指标
在道路改扩建工程中, 应用土工格栅, 能促使老路基、新路基紧密结合, 提高路基的整体性, 保证荷载均匀分布,
避免应力集中引起的变形。

2.3 
在路面施工的应用
路面施工过程中, 在基层与沥青层之间铺设土工格栅, 促使沥青碎石与格栅有机结合, 可以充分发挥其嵌固优势, 增强面层的抗疲劳能力, 降低出现反射裂缝的机会。此外,
格栅具有良好的延伸性, 能抑制荷载变化对路面造成的破坏, 从而延长路面的使用寿命。

2.4 
在台背填土的应用
刚性桥台和半刚性填土路基在刚度方面存在较大差异, 导致桥梁、路基沉降不均匀, 从而出现桥头跳车现象。台背填土施工中, 铺设土工格栅, 可以形成锚固力、嵌锁力、摩阻力,
促使结构物、回填土形成一个整体, 有效降低沉降差, 提高行车舒适性。

土工格栅的施工技术要点
3.1 
平整场地
施工准备阶段, 对施工原地面或填土路基进行平整、压实。然后测量放出路基边坡线, 每侧加宽0 . 5 m ; 整平基底土后,
使用振动压路机、轮胎压路机进行压实, 并对不平整区域进行人工整平。

3.2 
格栅铺设
土工格栅铺设作业时, 要求受力方向垂直于路基的轴线方向, 保证平整、拉紧、无隆起、按设计宽度搭接。首先使用型铆钉固定,
格栅的主要受力方向, 尽量保证通长无接头, 将搭接宽度控制在
2 0 c m以上幅与幅之间的连接, 一般采用人工绑扎搭接法, 将搭接宽度控制在1 0 c m 以上如果使用两层或多层格栅, 上层和下层之间要错缝连接。大面积铺设完成后, 对平直度进行调整尽量缩短格栅裸露时
间, 填盖一层土后, 在没有碾压前, 应该再次张紧格栅, 确保格栅处于绷直受力状态。
3.3 
填料选择
填料的选择是否合适, 直接影响施工质量。结合以往实践, 冻结土、沼泽土、白垩土、硅藻土、生活垃圾, 不宜作为填料使用。砾类土、砂类土具有稳定的力学性能,
而且受地下水位的影响小, 推荐优先选用。在粒径大小上, 一般控制在
1 5 c m 以内, 并采用良好级配, 为压实作业打下坚实基础。
3.4 
填料摊铺
路基整平压实经检测合格后, 及时铺设土工格栅并按设计要求定位, 锚固后及时填土覆盖, 尽量缩短其裸露时间。如有必要, 可以在铺设格栅的同时进行回填,
以提高摊铺效率。具体操作上, 首先在两端摊铺填料, 固定格栅后,逐渐向中部推进。碾压作业时, 遵循先两侧、后中间的碾压顺序, 压轮不能和格栅直接接触, 不能在未压实的加筋体上行驶。分层压实期间,
每层厚度控制在
2 0 - 3 0 c m , 并且及时检测压实度、平整度等指标, 以满足设计要求

3.5 防排水处理

路基填筑完成后, 要及时修整边坡, 完善防护结构。另一方面要对填方边坡护脚墙等墙体内外进行排水处理主要是设置滤水、排水措施必要时设置土工布、透水管、盲沟等方案。值得注意的是,
疏导排水施工后, 还应加强监测, 避免因疏水通道堵塞而引起工程隐患。

4 工程案例分析
4.1 
防治反射裂缝
反射裂缝指的是水泥混凝土板上的接缝或裂缝, 影响原因是车辆荷载、温度、湿度等, 会导致路基结构出现位移, 继而产生拉应力。对此, 可以对铺层结构进行加厚处理,
但缺点是会提高工程造价, 且夏季高温时会出现车辙。相比之下, 铺设土工格栅, 可以产生加筋、嵌锁、增韧作用,从而防治反射裂缝。以某公路工程为例,线路总长度为2.8km,其中K1+130K 1 +
2 3 7 
区段, 因路面破坏导致严重开裂现象。现场调查显示, 水泥板块的整体性较好, 为了预防反射裂缝出现, 决定在水泥混凝土面板、沥青混凝土层之间,
铺设土工格栅,兼具环保性和经济性。具体施工中, 首先对裂缝进行扩大、清理、充填, 对破坏区域进行切割和更换, 清除混凝土板上的杂质然后洒上一层粘层油, 铺设土工格栅, 宽度控制在4 m 以内, 既保证交叠宽度达标,
又有足够的消散应力。该工程中, 土工格栅材料的技术指标见表
4.2 
不均匀沉降处理
城市化进程加快, 原有道路的交通条件不满新的需求,或者到达设计年限, 必须进行改建和扩建。在改扩建工程中,老旧道路的路基沉降、变形已趋于完成, 因此整体性能参数比较稳定而新改扩建道路沉降、变形较明显, 从而导致新旧道路的交界处出现不均匀沉降。随着拉应力的增加, 路基、路面出现纵向裂缝的概率加大,
会极大影响行车的安全性。对此, 使用土工格栅的作用如下: ( 1 )格栅刚度强, 有利于荷载扩散, 增强路基的承载力,
促使新旧道路的变形趋于一致。( 2 )格栅的抗拉强度大, 可以增强土基的横向抗拉力, 减少形变, 从而提高路基整体稳定性,
避免出现纵向裂缝。( 3 ) 格栅网眼可以抑制土颗粒水平移动, 从而增强路基的抗剪能力。以某公路工程为例, 原有道路的路基宽度为3 5 . 5 m , 路面宽度为2 8 . 5 m , 为了满足不断增加的交通需求,
决定左右侧各加宽个车道, 宽度设计为3 . 7 5 m。施工期间,
为了保证新旧道路交接处的沉降量一致, 减小后期新建路基沉降, 进行挖台阶处理, 台阶宽为2 m , 并铺设土工格栅。土工格栅宽度为5 . 5 m 。该工程中, 土工格栅材料的技术指标见表
4.3 
路基软基加固
山区公路多属于高填方路段, 如果路肩、填方边坡的压实不到位, 在雨水侵蚀下就会降低土体的抗剪强度, 继而出现滑动、失稳、崩塌等现象。施工期间利用土工格栅,将其铺设在路基边坡内,
可以产生较高的应力, 促使网格和路基土颗粒产生互锁、啮合作用, 增强对土体变形的约束力, 避免滑坡、坍塌。此外, 在海滨地区建设公路, 常会遇到软土地基现象,
一般采用强夯法、换填土层法等。但是,如此处理不仅造价高, 而且工期长, 路基强度的增长有限。使用土工格栅, 既能保证路基稳定性, 又能减少不均匀沉降, 增强公路基层的抗拉强度。以某公路工程为例,线路全长约10 .6 km,其中K2+ 35 0K2
+ 5 7 0
区段,处于山体坡面上,右侧是山谷泄洪沟。为了满足泄洪要求, 线路设计标高比较高, 填方高度在8
- 2 0 m
之间。为了减小填方后的沉降量, 保证路基陡坡的稳定性,避免发生滑坡、坍塌事故, 采用土工格栅挡墙和砌石路堤挡墙加固边坡。该工程中,
使用的H D P E 土工格栅材料技术指标见表
4.4 
新老结合部位补强
新老道路的结合部位, 常见问题有两个一是设计不全面, 存在较多施工技术难点二是老路强度不足, 补强层厚度薄。使用土工格栅, 可以弥补设计和施工的不足之处,提高新老结合部位的紧密性。以某公路工程为例,
路面原宽度为9 m , 现扩建为1 5 m ,路面结构层自上而下是: A C - 1 3 沥青混凝土层、A C - 2 0 沥青混凝土层、水泥稳定碎石层、级配碎石层。使用玻璃纤维土工格栅材料,
断裂强力≥5 0 k N / m, 断裂伸长率≥3 %, 网格大小为25.4mm×25.4mm,幅宽为5m。施工完成后,线路顺畅通行,
外观、质量均优于老路面结构相比于换填级配碎石法, 使用土工格栅不仅造价降低, 而且能节约养护费用, 可见社会效益、经济效益良好。
   

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