（中鐵十七局第六工程有限公司，福州 350014）

土工格柵在鐵路既有線電氣化改造路基沉降整治中的應(yīng)用

■陳仙華

（中鐵十七局第六工程有限公司，福州 350014）

結(jié)合浙贛鐵路既有線200km電氣化提速改造施工工藝要求，介紹基床病害的成因，提出鋪設(shè)土工格柵進(jìn)行整治，并對土工格柵的加固原理、可行性及最終整治效果進(jìn)行了說明。

土工格柵 基床病害 加固

1 前言

路基是軌道的基礎(chǔ)，也叫線路下部結(jié)構(gòu)。路基的穩(wěn)定性，直接影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于客觀和人為多種因素的影響，在實際工作中，從路基標(biāo)準(zhǔn)的制訂，到設(shè)計、施工、檢測、甚至養(yǎng)護(hù)維修等方面能真正把路基當(dāng)作基礎(chǔ)、當(dāng)作一種土工結(jié)構(gòu)物來對待是不容易[1]。

隨著我國既有鐵路的全面提速，對路基的要求也相應(yīng)提高，路基基床必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。路基基床是指路基上部直接承受列車動應(yīng)力作用的部分，基床表層是指基床上部直接和道床相接，承受列車荷載較大的部分。本文將結(jié)合工程實例，詳細(xì)介紹土工格柵墊層在減小地基沉降方面的作用。

2 病害及其原因分析

(1)病害情況

浙贛鐵路既有線200km電氣化提速改造DK720+ 000～720+250，線路堤高約4.7m，左側(cè)有農(nóng)業(yè)灌溉水塘。整治前基床變形嚴(yán)重，持續(xù)下沉，要經(jīng)常補(bǔ)碴抬道，軌道幾何狀態(tài)難以控制。經(jīng)勘探，道渣陷槽深度達(dá)1.20m(距枕底)，并伴有嚴(yán)重的翻漿冒泥現(xiàn)象，且基床已發(fā)生了剪切破壞；地基承載力為103～178kPa，在基床表面0.18m范圍內(nèi)基床承載力低于設(shè)計承載力。

(2)病害成因分析

基床在列車荷載的作用下，將產(chǎn)生變形，如荷載不大，變形也不大，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，也就是說基床只產(chǎn)生彈性變形，而當(dāng)荷載加大到一定程度或者頻繁作用下，基床中部分區(qū)域土的應(yīng)力已達(dá)到抗剪強(qiáng)度，從而產(chǎn)生剪切破壞，并產(chǎn)生塑性變形，隨著變形量的不斷增大，也就導(dǎo)致了基床下沉病害的發(fā)生。

3 土工格柵的應(yīng)用

3.1 加固機(jī)理

土工格柵是經(jīng)過拉伸形成的具有方形或矩形格柵的聚合板材，常用作加筋土結(jié)構(gòu)的筋材或土工復(fù)合材料的筋材等。它是近幾年來工程中應(yīng)用最廣泛的土工合成材料之一。土工格柵分層鋪設(shè)在路堤中，使土工格柵與土體共同承受內(nèi)、外荷載作用。利用格網(wǎng)與土接觸面的摩擦作用，使土中的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力經(jīng)土工格網(wǎng)面層水平擴(kuò)散，轉(zhuǎn)化為土工格網(wǎng)與土界面的剪應(yīng)力，從而降低土體受力，起到固結(jié)邊坡土體，加筋補(bǔ)強(qiáng)和防止路堤坍塌、沉陷的作用。

3.2 土工格柵柵類型及制造方法

土工格柵按其制造時拉伸方向分為單向拉伸和雙向拉伸兩種，圖1為本工點使用的單軸格柵構(gòu)造圖。土工格柵的制造過程是在經(jīng)擠壓制出的聚合物板材 (原料目前多為聚丙烯或高密度聚乙烯)上沖孔，孔的形狀大小及布置按最終制成的土工格柵產(chǎn)品確定，然后施行定向拉伸。單向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸制成，雙向拉伸格柵則是繼續(xù)將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成。格柵制造中聚合物的高分子隨加熱延伸過程而重新排列定向。

圖1 土工格柵構(gòu)造

3．3 一般特性[2]

⑴力學(xué)性能。格柵由于制造過程中經(jīng)過了定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加強(qiáng)了分子鏈間的聯(lián)結(jié)力，大大提高了其抗拉強(qiáng)度 (可較未拉伸前提高5～10倍)，而延伸率卻只為原板材的1%～15%。土石料在格柵網(wǎng)格內(nèi)互鎖力增高，它們之間的摩擦系數(shù)也顯著增大 (可達(dá)0.8～1.0)。

⑵溫度影響。通過對土工格柵強(qiáng)度、變形影響的試驗，結(jié)果表明，溫度越高，其強(qiáng)度越低，變形越大；溫度越低，其強(qiáng)度越高，變形越小。

⑶耐久性能。由于土工格柵中加入了炭墨等抗老化材料，使它具備了較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕、抗老化等耐久性能。

⑷施工性能。土工格柵是一種重量輕，具有一定柔性的塑料平面網(wǎng)材，易于現(xiàn)場裁剪和連接 (可用聚乙烯繩或連接棒連接)，也可重疊搭接，便于現(xiàn)場組裝成所需構(gòu)造形狀。土工格柵在施工過程中折曲影響小，施工簡單，不需要特殊的施工機(jī)械和專業(yè)技術(shù)工人。

3.4 施工工藝

⑴工藝流程

土工格柵施工工藝流程如圖2所示。

圖2 土工格柵施工工藝流程圖

⑵土工格柵的連接

土工格柵的連接一般采用綁扎，搭接寬度不應(yīng)小于l0cm。為使搭接處滿足受力要求，一般每隔10～15cm應(yīng)有一個綁扎點；受力方向在此距離內(nèi)應(yīng)有兩個綁扎點，多層鋪設(shè)時，上下層搭接應(yīng)錯縫布置。

⑶土工格柵的固定

土工格柵鋪設(shè)應(yīng)平整，不能有褶皺，盡量張緊，然后用U形插釘固定。

⑷土工格柵的填蓋時間

土工格柵鋪設(shè)好后，應(yīng)及時用土料填蓋，一般不超過兩天，如果紫外線照射較弱，可適當(dāng)延長覆蓋時間。

⑸土工格柵的填料

填料應(yīng)按設(shè)計要求選取。實踐證明除凍結(jié)土，沼澤土，生活垃圾，白堊土和硅藻土外均可用做填土。但礫類土和砂類土力學(xué)性能穩(wěn)定，受含水量影響很小，宜優(yōu)先選用，粒徑不得大于15cm，并注意填料級配，以保證壓實質(zhì)量。

⑹填料的攤鋪和壓實

當(dāng)土工格柵鋪設(shè)好后，在兩端攤鋪填料，將土工格柵固定，再向中部推進(jìn)。碾壓的順序是先兩側(cè)后中間。碾壓時壓輪不能直接與土工格柵接觸，壓實的加筋體一般不允許車輛在上面行駛，以免筋材錯位。分層壓實厚度為20～30cm，碾壓密實度應(yīng)達(dá)到工程要求，這也是加筋土工格柵工程成敗的關(guān)鍵。

4 整治效果

為了測試和分析加固的效果，在格柵墊層布設(shè)了沉降觀測點并埋設(shè)了土壓力盒。格柵墊層底面的沉降采用沉降板進(jìn)行量測；路堤基底壓力采用鋼弦式土壓力盒進(jìn)行量測，每個斷面對稱于路堤中心線布置5個測點，測點間距6.0m。圖3為路基格柵底面的沉降-時間曲線；圖4為路堤基底的壓力-時間曲線。

圖3 沉降-時間曲線

圖4 壓力-時間曲線

5 結(jié)論

將土工格柵用作拉筋鋪設(shè)于砂墊層中，形成加筋砂墊層，是一種近年來大量采用的地基補(bǔ)強(qiáng)措施。格柵墊層能有效提高地基的穩(wěn)定性，已得到了工程實踐的確認(rèn)。本文結(jié)合具體工程，以現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對格柵墊層減小路堤沉降的能力、均化基底壓力的能力問題進(jìn)行了分析，行出以下結(jié)論：一是土工格柵墊層能有效減小地基在上部路堤荷載作用下的沉降變形。二是土工格柵墊層具有一定程度的均化基底壓力的作用。

［1］高速鐵路土木工程.西南交通大學(xué)出版社，1999.11.

［2］土工合成材料及其在工程中的應(yīng)用.云南交通科技，2000.2.