王佳佳　胡　仲　李良吉*

(中建五局第三建設(shè)有限公司市政分公司，湖南 長(zhǎng)沙　410000)

土工格室作為一種新型的三維土工合成材料，具有質(zhì)輕、耐磨、運(yùn)輸方便等特點(diǎn)[1-3]，當(dāng)在土工格室中加入填充砂、黏土、礫石等材料時(shí)，就會(huì)形成具有超強(qiáng)的側(cè)向與大剛度的柔性結(jié)構(gòu)層，其廣泛應(yīng)用于巖土工程、市政道路工程、水利工程等[4,5]。在路基工程中鋪設(shè)土工格室，可將荷載擴(kuò)散、動(dòng)應(yīng)力水平降低、路基剛度提高。

新建瀟湘北路位于湘江河畔，道路規(guī)劃區(qū)多為農(nóng)田、沼澤等軟基地帶，為了改善與提高路基承載力，防止不均勻沉降，決定采用土工格室進(jìn)行處理。本文以長(zhǎng)沙市望城區(qū)一路一園項(xiàng)目為依托，通過(guò)對(duì)土工格室工程相關(guān)試驗(yàn)的總結(jié)，提出土工格室提高路基承載力的機(jī)理進(jìn)行研究，從力學(xué)角度分析土工格室加筋墊層與路基之間的加固作用，并在不同因素條件下對(duì)土工格室加筋路基進(jìn)行研究探討，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工起到一定的指導(dǎo)性作用。

1　試驗(yàn)概述

1.1　試驗(yàn)內(nèi)容

本次模型試驗(yàn)是以長(zhǎng)沙市望城區(qū)瀟湘北路修建中用土工格室進(jìn)行路塹軟弱路基加固而開(kāi)展的一項(xiàng)科學(xué)研究。研究?jī)?nèi)容包括：不同壓實(shí)度、格室高度對(duì)土工格室加固層路基承載力及變形特征的影響。

1.2　試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)采用的模型槽規(guī)格為長(zhǎng)2.0 m，寬1.25 m，高1.0 m，模型槽采用角鋼進(jìn)行焊接而成，為了便于觀察，在模型槽兩側(cè)安裝有機(jī)玻璃，而兩段分層安裝擋板，內(nèi)層并設(shè)有隔水層，防止含水率變化，并在模型槽上裝備加載裝置，加載設(shè)備為油壓千斤頂，模型簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　不同壓實(shí)度填料對(duì)土工格室加固層路基承載力的分析

通過(guò)模型槽，采用承載板靜載試驗(yàn)方法[6]，得到試驗(yàn)結(jié)果，如圖2，圖3所示，結(jié)果表明：當(dāng)填土壓實(shí)度從84%增加至93%時(shí)，路基承載力從90 kPa～100 kPa增強(qiáng)至270 kPa～280 kPa。這是因?yàn)椴煌瑝簩?shí)度情況下的填料顆粒之間排列緊密程度有所不同，壓實(shí)度越大，其顆粒間排列越緊密，顆粒分子間作用力就越大，其抵抗變形的能力就越強(qiáng)，從圖2，圖3中還可看出，隨著沉降的繼續(xù)，承載力就越大。曲線斜率越來(lái)越平緩，路基承載力趨近于某一值，但隨著壓實(shí)度的增大，這種曲線斜率趨于某一值越不明顯，這表明，隨著壓實(shí)度的逐漸增大，路基承載力增大，而路基承載力趨于某一值越不明顯。這是由于在土工格室與填料形成的加筋復(fù)合結(jié)構(gòu)層當(dāng)中，填料壓實(shí)度越高，將提高結(jié)構(gòu)層的抗剪強(qiáng)度，從而加強(qiáng)了土工格室側(cè)向約束力、格室側(cè)壁與填料之間的摩擦力，增大了路基土與填料間摩擦力、黏聚力，防止加筋復(fù)合結(jié)構(gòu)層中滑動(dòng)面的形成和發(fā)展，因此促進(jìn)了土工格室筏形基礎(chǔ)的作用，提高了其路基承載力。

2.2　不同格室高度對(duì)土工格室加固層路基承載力的分析

為了研究格室高度對(duì)土工格室加固層路基承載力的影響，試驗(yàn)控制在同一壓實(shí)度93%，同一填土情況下，依據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽邕x擇了土工格室尺寸2 m(長(zhǎng))×1.25 m(寬)，同一焊距，格室高度H分別為50 mm,100 mm,150 mm，200 mm,250 mm的土工格室進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可知，同一條件下，土工格室的格室高度越大，同一荷載下其路基發(fā)生沉降越小，即土工格室加固層路基承載力隨格室高度的增大而增大。這是因?yàn)橥凉じ袷腋叨仍礁?，同一格室?nèi)土體與格室接觸面積就越大，格室對(duì)軟弱層土體的側(cè)向約束力就越大，因而加固層路基承載效果越好。

但從圖4中，還可發(fā)現(xiàn)格室高度從100 mm增加至150 mm時(shí)，其路基承載力增加較大，而超過(guò)150 mm之后隨著格室高度的繼續(xù)增加其路基承載力依然增大，但增大幅度減小，說(shuō)明格室高度為150 mm加固層路基承載力的“性價(jià)比”最高。這是因?yàn)椋?dāng)格室高度增大到一定值時(shí)，雖然路基土體與接觸面積增大，承載效果也增強(qiáng)，但因壓實(shí)效果隨土層厚度的增加有所降低，所以導(dǎo)致其他格室高度的加固層路基承載力“性價(jià)比”反而不如格室高度150 mm的加固層路基。

2.3　不同格室焊距對(duì)土工格室加固層路基承載力的分析

本文2.2節(jié)得到的“高性價(jià)比”格室高度150 mm，而為了進(jìn)一步探討焊距對(duì)土工格室加固層路基承載力的影響，試驗(yàn)同樣控制在同一壓實(shí)度93%，同一填土情況下，依據(jù)試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽邕x擇了土工格室尺寸2 m(長(zhǎng))×1.25 m(寬)，格室高度150 mm，格室焊距L分別為300 mm,400 mm,450 mm,500 mm,550 mm,600 mm的土工格室進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，同一條件下，焊距在350 mm～600 mm之間時(shí)，土工格室加固層路基在同一荷載作用下，焊距越小，產(chǎn)生沉降變形越小，即焊距越大，土工格室加固層路基承載力越小。

圖5中隨著沉降的增大對(duì)應(yīng)的荷載值趨于平穩(wěn)，而為了更好的描述焊距影響土工格室路基承載力的情況，現(xiàn)取沉降S=35 mm所對(duì)應(yīng)的承載荷載值為分析對(duì)象，繪制出圖6，從圖6中可以看出，焊距與路基承載力呈非線性關(guān)系，即隨著焊距的增大，路基承載力先呈線性降低，而在焊距500 mm增大至550 mm時(shí)，路基承載力降低較快，說(shuō)明焊距500 mm為曲線的臨界值，其“性價(jià)比”與其他焊距相比更高。

綜上試驗(yàn)得到，同一壓實(shí)度、格室尺寸、填土材料條件下，格室高度150 mm，焊距500 mm加固后的路基承載力“性價(jià)比”最高，最能達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)效果。

3　土工格室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程應(yīng)用分析

通過(guò)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷玫阶罴选靶詢r(jià)比”的格室高度與焊距，而為了探討土工格室處理后的路基實(shí)際強(qiáng)度特性是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，將通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度、沉降檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

現(xiàn)以瀟湘北路K12+280處大面積軟弱路基為對(duì)象，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]及設(shè)計(jì)要求：壓實(shí)度需不小于93%、路基沉降不得超過(guò)30 cm。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)焊距×高度為500 mm×150 mm,550 mm×150 mm,500 mm×100 mm,450 mm×150 mm,500 mm×200 mm處理后的軟弱路基壓實(shí)度、沉降量進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表1，表2所示。

表1　不同焊距、高度處理后的路基壓實(shí)度檢測(cè)表

表2　不同焊距、高度處理后的路基沉降檢測(cè)表

通過(guò)表1，表2分析可知,不同焊距、高度處理后的軟弱路基壓實(shí)度、沉降值當(dāng)中焊距×高度為500 mm×150 mm檢測(cè)點(diǎn)數(shù)全部合格，且平均壓實(shí)度達(dá)到94.05%、平均沉降19.61 cm；而焊距×高度為550 mm×150 mm與500 mm×100 mm均存在壓實(shí)度不合格的點(diǎn)。焊距×高度為450 mm×150 mm與500 mm×200 mm壓實(shí)度、沉降值均合格，但與500 mm×150 mm相比，其壓實(shí)度與沉降值滿足要求的效果不明顯。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，綜上所述，得到本工程實(shí)際施工中最佳格室高度與焊距，并且對(duì)土工格室處理軟弱路基施工具有一定的推廣與指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)相似工程起到借鑒作用。

4　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)不同壓實(shí)度、格室高度、焊距對(duì)土工格室加固路基承載力進(jìn)行模型試驗(yàn)研究，得出相關(guān)結(jié)論，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，得到主要結(jié)果如下：

1)同一條件下，土工格室加固層中填土壓實(shí)度從84%增加至93%時(shí)，路基承載力從90 kPa～100 kPa增強(qiáng)至270 kPa～280 kPa，得到在土工格室加固層中壓實(shí)度對(duì)路基承載力影響較大。

2)研究格室高度、焊距對(duì)土工格室加固層影響時(shí)，得到格室高度越大、焊距越小，土工格室處理后的軟弱路基承載力越大，但格室高度為150 mm時(shí)、焊距為500 mm時(shí)，其“性價(jià)比”最高。

3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)不同格室高度、焊距處理后的路基實(shí)際壓實(shí)度、沉降值進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，焊距×高度為500 mm×150 mm時(shí)處理過(guò)的軟弱路基滿足壓實(shí)度不小于93%、沉降量小于30 cm的實(shí)際要求，且又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)約的效果。

參考文獻(xiàn):

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[7]JTG D30—2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].