李林蔚

(山西省交通建設(shè)中心,山西 太原 030006)

1 新老公路之間的沉降差異及控制

新路基在使用時(shí)會(huì)存在沉降,而沉降出現(xiàn)的類別分為三種:地基本身會(huì)產(chǎn)生沉降、路基自身荷載會(huì)產(chǎn)生沉降、行車荷載帶來(lái)的沉降。新路基與舊路基的區(qū)別在于由于它沒(méi)有受過(guò)長(zhǎng)期的車輛荷載,地基團(tuán)結(jié)程度不足,穩(wěn)定性差,從而路面在使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。雖然人們也曾經(jīng)使用過(guò)換填土法、排水固結(jié)法來(lái)處理新路基的地基沉降問(wèn)題,但是出于種種原因,人們還是認(rèn)為應(yīng)用土工格柵加筋技術(shù)在公路路基加寬施工中最能滿足人們的需求。這是由于在公路路基加寬施工時(shí),最常出現(xiàn)縱向裂縫的位置是新老路基結(jié)合的部分位,而新路基的參數(shù)設(shè)計(jì)本身是能夠滿足公路交通使用需求的。而正是因?yàn)樾侣坊屠下坊g因?yàn)榇嬖谑褂眠^(guò)和沒(méi)有使用過(guò),所以出現(xiàn)了差異沉降,才易出現(xiàn)縱向裂縫的問(wèn)題。應(yīng)用了土工格柵加筋技術(shù)能帶來(lái)以下的技術(shù)使用優(yōu)勢(shì):在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)時(shí),需要應(yīng)用開(kāi)挖臺(tái)階施工増加新路基與舊路基之間的接觸面積,從而可以優(yōu)化新路基與舊路基之間的銜接;應(yīng)用土工格柵鋪設(shè)技術(shù),在出現(xiàn)沉降時(shí),能讓路基受力均衡,從而不易出現(xiàn)裂縫;土木格柵施工本身就能夠提供良好的錨固空間,從而能夠多提升路基抗剪的性能。與應(yīng)用基它的施工技術(shù)相比,使用土工格柵施工花費(fèi)的施工成本少,施工針對(duì)性強(qiáng),技術(shù)不復(fù)雜,使用的效果良好。這種技術(shù)能夠多有效的控制新老公路之間的沉降差異。

2 土工格柵加筋技術(shù)在公路路基加寬的應(yīng)用原理

當(dāng)前在開(kāi)展公路路基加寬施工時(shí),人們有多種施工技術(shù)可以選擇,然而土工格柵加筋技術(shù)有它獨(dú)有的施工優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前我國(guó)的土工格柵材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化的生產(chǎn),它的使用成本并不高、其質(zhì)量輕、耐腐蝕性強(qiáng)、不易老化,并且抗拉強(qiáng)度可以滿足公路路基施工的需求。從理論上,土工格柵材料可以應(yīng)用120年。將土工格柵加筋技術(shù)應(yīng)用于路基施工,提升路基的彈性模量的機(jī)理為使用這種施工技術(shù)可以加磊土工格柵和土體之間的摩擦力;讓土工格機(jī)柵和地基地體一起形成整體來(lái)提高土地的荷載;利用土工格柵網(wǎng)孔鎖定土體,約束土地變形。應(yīng)用這一技術(shù),將壓力作用于新老路基接觸之處時(shí),土工格柵應(yīng)用幾何形狀約束土體,不讓它發(fā)生側(cè)向變型,從而提高土體的抗彎剛度和抗剪強(qiáng)度,土工格柵本身就能承受一定的強(qiáng)度荷載,它能分擔(dān)土體的水平應(yīng)用力和豎直應(yīng)用;利用土工格珊的結(jié)構(gòu)讓產(chǎn)生的應(yīng)用均勻擴(kuò)散分布,而避免應(yīng)用集中在路基的某一處,讓路基某一處應(yīng)用荷載過(guò)大,從而形成裂縫。在實(shí)踐中,人們認(rèn)為土工格柵加筋技術(shù)是一種有效的減少新老路基銜接之處產(chǎn)生裂縫的施工技術(shù)。

3 土工格柵加筋技術(shù)在公路路基加寬的工程案例

3.1 工程概況

工程總長(zhǎng)度為165.1 km,現(xiàn)結(jié)合交通發(fā)展的需求加寬公路路面,將原來(lái)的雙向四車道變成雙向八車道,該次工程的橫截面及參數(shù)如圖1。

圖1 工程的橫截面及參數(shù)

3.2 數(shù)值模擬

應(yīng)用信息技術(shù)來(lái)完成數(shù)據(jù)的模擬。結(jié)合施工需求,路基的長(zhǎng)度對(duì)新老路基的沉降沒(méi)有太多的影響,為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,現(xiàn)將三維問(wèn)題轉(zhuǎn)換成為二維平面問(wèn)題,分析橫截面的參數(shù)對(duì)新老路基沉降產(chǎn)生的影響。

(1)模型建立的理論

應(yīng)用MohrCoulomb模型作為路基沉降分析的依據(jù),分析加寬路基之后,新的地基土與原路基土之間產(chǎn)生的初始應(yīng)用,應(yīng)用公式來(lái)分析各項(xiàng)因子產(chǎn)生的荷載影響,分析地基的均布荷載數(shù)據(jù),應(yīng)用了均布荷載=路面荷載+車輛荷載這條公式來(lái)分析路基沉降與荷載之間的關(guān)系,為沉降的控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

(2)模型建立和分析

現(xiàn)基于施工的目標(biāo)來(lái)分析模型的建立。運(yùn)用均布荷載公式來(lái)分析新路基產(chǎn)生的影響,現(xiàn)假設(shè)路面荷載和車輛荷載都會(huì)對(duì)均布荷載產(chǎn)生影響,那么會(huì)發(fā)現(xiàn)新老路基的沉降參數(shù)存在差異。舊的路基已經(jīng)適應(yīng)了長(zhǎng)期行走的振動(dòng)頻率,并且路基在使用的過(guò)程中出現(xiàn)了物理固化的現(xiàn)象,它的強(qiáng)度已經(jīng)基本穩(wěn)定。而新路基現(xiàn)在還沒(méi)有適應(yīng)新的路況,即使設(shè)計(jì)人員已經(jīng)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中增加了公路路基基土基本性質(zhì)的檢驗(yàn),也依然有可能不能完全計(jì)算出路基基土與車載荷載之間的動(dòng)態(tài)變化,于是新老路基的強(qiáng)度、沉降速度本身是存在差異的。當(dāng)車輛在路基上行駛時(shí),由于老路基的核心偏載已經(jīng)較為穩(wěn)定,即老路基的重新不太容易出現(xiàn)偏移,這種核心偏載就會(huì)核心偏載逐漸向新路基轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,而新路基與老路基的銜接處就是承載核心偏載荷載最大的位置,如果這一處的沉降不能夠滿足荷載要求,即會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫。特別是車流量較多、車量的荷載較大時(shí),縱向裂縫更易出現(xiàn)。應(yīng)用模型來(lái)分析新老路基沉降的差異,將表1的數(shù)值代入到MohrCoulomb模型,可以發(fā)現(xiàn)在均布荷載滿足要求的背景下,新路基可能會(huì)出現(xiàn)“反彈”現(xiàn)象,即新舊路基之間最多可以達(dá)到3 cm的沉降差異,而這種差異又與該地區(qū)的土質(zhì)有關(guān),現(xiàn)要求應(yīng)用土工格柵加筋技術(shù)優(yōu)化參數(shù),減少沉降差異。

表1 土層計(jì)算參數(shù)

3.3 施工的過(guò)程

(1)施工前的準(zhǔn)備

清理地基表面的雜物,采用壓路機(jī)壓實(shí)的方法,整平地基的同時(shí)將基底壓實(shí),為開(kāi)展施工做好準(zhǔn)備。在開(kāi)展施工以前,有時(shí)施工單位因?yàn)闆](méi)有把握好細(xì)節(jié),導(dǎo)致地基依然存在雜物,從而影響后續(xù)的施工:①清除雜草,有地施工的位置存在雜草,特別是存在邊坡,并且陽(yáng)光比較充足的地段,這些位置易出現(xiàn)雜草,在施工以前必須全面清理。②控制表層鋪設(shè)上復(fù)合墊層的參數(shù),在開(kāi)展這項(xiàng)施工時(shí)需要通過(guò)施工控制臺(tái)階的參數(shù),該次設(shè)計(jì)的路基邊坡臺(tái)階為1 m,最下級(jí)的臺(tái)階為2.5 m。③控制墊層的含泥量,這是讓強(qiáng)度得到保證的重要施工環(huán)節(jié)。

(2)鋪設(shè)土工格柵

把施工單位需要的所有施工材料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),施工材料在運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)需要做好質(zhì)量審核,不得讓沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢驗(yàn),沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)。做好施工圖紙的核對(duì),了解施工的要求。在施工時(shí),需要把土工格柵與橫向、縱向的路基緊密相連,這是做好新舊路基銜接的關(guān)鍵部分。平整鋪設(shè)土工格柵,把土工格柵緊靠在下承層的整平層上,土工格柵的強(qiáng)度方向需要與公路的線路方向垂直,按要求鋪設(shè)足夠長(zhǎng)度和寬度的土工格柵,施工時(shí)將施工材料拉直,不能讓它出現(xiàn)褶皺、扭曲、重疊等不規(guī)整的幾何圖形。橫向的土工格柵不應(yīng)使用搭接或縫接施工,而要讓施工材料在度上滿足需求,而縱向可以使用人工作業(yè)的方法完成搭接或縫接的施工,使用搭接或縫接的工具為“U”型釘,依設(shè)計(jì)的要求控制搭接及縫接的寬度,絡(luò)接的料通常為滌綸線或民龍線。設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要超過(guò)國(guó)家設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn),以確保施工質(zhì)量。

(3)加筋的質(zhì)量控制

通過(guò)技術(shù)控制,讓土工格柵的每個(gè)單元大小都達(dá)到預(yù)設(shè)的要求,在施工中城池能讓土工格柵被地基上的凸起物刺穿,這就是要求做好雜物清理和地基整平工作的目的,否則在施工的這一環(huán)節(jié)就易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。如果發(fā)現(xiàn)土工格柵已經(jīng)被凸起物刺穿則要立即修復(fù)或者更換施工材料。加筋的施工必須在48 h以內(nèi)完成,否則施工材料受到太陽(yáng)紫外光線的影響,其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化,人而施工中要提高效率,強(qiáng)化施工連貫性。

(4)填土

在填土以前同樣需要清理雜物及平整土工格柵表面,避免雜物或石塊等凸起物破壞土工格柵施工材料。檢查土工格柵是否已經(jīng)固定,避免施工中出現(xiàn)材料位移現(xiàn)象。完成施工質(zhì)量檢查以后,開(kāi)始填土作業(yè),該次設(shè)計(jì)的松鋪厚度不大于30 cm、平鋪以后使用前置式裝載機(jī)、輕型的推土機(jī)來(lái)輾壓土層。在這一環(huán)節(jié),需要一邊控制松鋪的厚度,一邊控制碟壓的效果,以免在碾壓過(guò)程中加筋材料變形或被破壞。

(5)壓實(shí)控制

在這一環(huán)節(jié)需要對(duì)回填土的含水量及密度進(jìn)行檢查,確保施工質(zhì)量的要求。如果壓實(shí)控制沒(méi)有達(dá)到施工設(shè)計(jì)的要求,則需繼續(xù)壓實(shí)。

(6)加筋效果分析

應(yīng)用MohrCoulomb模型分析彈性模量的效果,選擇0.1 GPa、0.5 GPa、1 GPa、2 GPa作為模型自變量,分析老路、新路、新老路交界處模型產(chǎn)生的變化了解模型加筋效果是否達(dá)到了施工的需求,該次加筋效果分析如表2。

表2 MohrCoulomb模型的彈性模量效果分析

從表2分析的結(jié)果來(lái)看,新老路基銜接處在承載1 GPa時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)分界點(diǎn),即如果小于1 GPa,則沉降變化的控制能夠滿足需求,而如果大于1 GPa,則沉降變化幅度控制不能滿足要求。這與當(dāng)外界施加壓力以后,土工格柵的作用原理有關(guān),它的作用原理為把壓力貝司上至下層層傳遞,而當(dāng)土工格載的荷載不足時(shí),就會(huì)將壓力作用到地基上,讓地基產(chǎn)生較大的變型。于是有時(shí)一層土工格柵加筋是不能滿足施工蛙泳的。應(yīng)用應(yīng)用軟件分析新、舊、新舊銜接之處模型的變化,軟件分析認(rèn)為完成3層加筋可達(dá)到施工的需求。應(yīng)用軟件分析,可以精確的了解施工對(duì)彈性模型產(chǎn)生的影響,繼而了解是否需要繼續(xù)進(jìn)行土工格柵加筋施工,直至施工達(dá)到目標(biāo)。

3.4 施工質(zhì)量的驗(yàn)收

每一次使用土工格柵加筋施工技術(shù),都要檢查施工質(zhì)量是否達(dá)到了要求,該次除了要求通過(guò)外觀檢查,了解施工成品外觀沒(méi)有老化、污染、破損現(xiàn)象以外,還要通過(guò)抽查了解施工結(jié)構(gòu)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),該次的驗(yàn)收要求如表3,當(dāng)施工達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí),土工格柵加筋施工技術(shù)應(yīng)用效果就能得到保證。

表3 土工格柵加筋施工技術(shù)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4 總 結(jié)

隨著社會(huì)向前發(fā)展,人們對(duì)公路交通建設(shè)提出了更高的要求,于是人們需要擴(kuò)建舊公路,讓公路交通狀況滿足社會(huì)發(fā)展的需求。在開(kāi)展建設(shè)的過(guò)程中,人們發(fā)現(xiàn)新舊公路銜接之處易發(fā)生縱向裂縫,而這是由于新舊路基銜接處沉降差異太大而存在的問(wèn)題。使用土工格柵加筋技術(shù)可以有效的優(yōu)化彈性模型數(shù)據(jù),降低新舊路基銜接之處的銜接差異,從而讓擴(kuò)建的公路平整度和整體強(qiáng)度達(dá)到路基使用的需求。這種施工技術(shù)的使用具有技術(shù)使用不復(fù)雜、施工效果好、施工工期不長(zhǎng)、對(duì)成本要求不高的優(yōu)勢(shì),使用這種技術(shù)能夠在減少資源使用的情況下有效的延長(zhǎng)公路使用壽命。