碎石垫层依靠碎石间的嵌挤作用,形成稳定的嵌锁结构。而土工格栅可以对碎石垫层起到加筋作用,形成稳定的复合结构,提高网孔内碎石的内摩擦力,起到补强作用,使其嵌锁结构更加稳定。土工格栅复合碎石垫层具有优质的路用性能,且其施工工艺简单,在公路软基处理中应用效果好,具有较好的经济效益和社会效益。

以往软基处理常采用埋设排水板、换填等方式进行处理,施工工艺复杂,造价高。文章采用双层碎石垫层,中间加铺土工格栅的方式对软土地基进行加固处理,并在土层内埋设沉降板,进行沉降观测,试验结果表明采用土工格栅复合碎石垫层可以达到软基加固的目的,达到了预期的效果。

1 工程概况

某高速公路路基K305+500～K305+915段为软土路基,全长415m。软土路基表层为可塑状含砾石亚粘土,呈褐红色,厚2～12m,下层为软塑状含有机质粘土,呈深灰色,厚0～11m。该段软土路基处治采用水泥搅拌桩进行深层加固处理,在水泥搅拌桩顶部铺设碎石垫层,并加设土工格栅,构成复合结构。

碎石垫层设计厚度为50cm,分上下两层施工,碎石粒径20～50mm,含泥量不大于5%,总用量12443.4m2。单向土工格栅抗拉强度不低于100kN/m,总用量57855.2m2；双向土工格栅抗拉强度不低于100kN/m,总用量5170.4m2。

2 土工格栅复合碎石垫层加固原理

碎石垫层的强度主要由碎石间相互嵌挤产生的内摩擦力构成,而土工格栅可以起到加筋补强作用。在土工格栅对碎石阻力作用下,可以提高碎石垫层的联锁、咬合摩擦力。土工格栅可以使碎石垫层形成复合加固带,对加筋碎石垫层产生制约,并最终提高复合结构的强度。

通过土工格栅对碎石垫层的加强补强作用,增强了碎石间的联锁作用和内摩擦力,提高了复合结构的强度,进一步提高了路基的承载力。土工格栅复合碎石垫层的复合加固带作用,可以有效限制路基产生隆起和侧向位移,防止软基出现沉降和水平位移。另外,土工格栅复合碎石结构具有较好的透水性,有助于将软基内的水分通过碎石垫层的孔隙排出,加快软土地基的固结。

3 土工格栅复合碎石垫层软基处理施工要点

3.1 施工准备

(1)机械准备

根据施工需要,选用施工机械的种类、数量及其组合方式,并对工程机械的基本情况进行检验,以保证正常的施工需要。

(2)人员准备

根据施工现场需要,配置技术员、测量人员、安全员、试验员等施工技术人员,并对施工工人进行技术交底,维护现场的施工秩序。

(3)施工便道

施工便道尽量利用原有道路,并对其进行修整,有困难时应按要求修建临时施工便道。对施工便道周边环境进行排查,重点对建筑物、高压线、电缆线等进行调查,对影响施工的障碍物进行处理。

(4)原材料质量检测

施工中使用的碎石粒径、针片状含量和含泥量必须符合要求,土工格栅抗拉强度、孔净距等指标必须符合要求。

(5)下承层准备

本项目施工下承层为水泥搅拌桩,在碎石垫层摊铺前,必须对水泥搅拌桩进行检查验收,合格后方可摊铺碎石垫层。

3.2 测量放样

为保证下承层表面平整,无松散土,施工前采用不小于12t静力式钢轮压路机进行碾压,碾压遍数不少于2遍。碾压后测量人员进行测量放样,恢复道路中线,打中桩和边桩,并撒白灰线确定道路宽度。

3.3 首层碎石垫层摊铺

本项目碎石垫层摊铺分两层,首层摊铺在下承层上,然后铺设土工格栅,验收合格后进行上层碎石垫层的摊铺。碎石垫层填筑前应对原材料进行检查,碎石粒径控制在20～50mm,形状规则,针片状含量不得超过15%,摊铺厚度为25cm。填筑时采用自卸汽车,现场采用两台推土机配合施工,由两侧向路中心摊铺。

碎石垫层采用推土机进行粗平,保证表面平整,并确保路拱横坡度。本项目碎石垫层松铺系数采用1.13,控制松铺厚度不小于28cm,基本可以满足25cm的厚度要求。

本项目碎石垫层采用静力碾压,选用两台徐工220型压路机进行现场施工。施工中严格按照试验段确定的碾压遍数、碾压重叠、碾压速度进行碾压,严格按照先边后中,先慢后快等碾压原则进行。碎石垫层接缝处预留5～8m不碾压,待下段施工时一起碾压。碾压至碎石垫层表面平整、无轮迹后即可停止碾压。

3.4 土工格栅铺设

第一层碎石垫层施工完成并检验合格后,即可进行土工格栅的铺设。土工格栅铺设时用人工将格栅拉紧,并垂直于道路方向铺设,采用U型钉进行固定,采用梅花形布置,间距为1.0m。土工格栅的搭接宽度不小于30cm,接头错开2m以上。铺设好的土工格栅应固定牢固,且与碎石垫层表面紧贴。

3.5 第二层碎石垫层摊铺

土工格栅不能长时间在阳光下暴晒,应及时进行碎石垫层摊铺。土工格栅铺设后,应尽快进行第二层碎石垫层的摊铺,在48h内完成施工。可采用土工格栅与碎石垫层同步施工的方式,土工格栅铺设30～50m检验合格后即可碎石垫层的摊铺。首先在路基两侧卸料,以保证土工格栅张紧,碎石填料堆放高度不得超过1m,防止造成局部路基承载力不足。卸料后采用推土机进行摊铺整平,碾压作业同首层碎石垫层施工。

3.6 土工格栅包边

第二层碎石垫层碾压完成后,对其宽度、厚度和压实质量进场检测。为防止将路基两侧的土工格栅外露风化,验收合格后安排人工进行上卷包边,并用U型钉按梅花形布置进行固定,固定间距为1m。

4 软基处治效果检测

4.1 沉降板布设

在土工格栅复合碎石垫层施工时布设沉降观测装置,进行沉降观测,以判断处治效果。本项目采用的沉降装置为沉降观测板,尺寸为50×50cm,厚度为1cm,将其布置在路基中线和边线上,布设间隔为50m。施工中应注意保护沉降板,防止碰撞和损坏。

4.2 沉降观测

沉降观测采用精密水准仪,按照二等水准测量要求进行。主要包括施工过程中的观测和预压期观测两个方面,观测中应做好记录,实时观察路基沉降变化情况。

(1)施工过程中的沉降观测。每填筑一层,进行一次观测,软基沉降速度应不大于10mm/d。

(2)预压期观测。为了检测土工格栅复合碎石垫层的处治效果,采用预压堆载,持续时间为6个月。在预压期进行沉降观测,当月沉降量连续3个月不大于3mm,则可进行下道工序施工。表1为K305+650断面沉降观测结果,图1为对应的P-S曲线。

由表1、图1数据分析可知,施工阶段每天的路基沉降均在10mm以下,符合要求。施工完成后预压期观测数据分析可知,在66d后路基沉降基本维持在3mm以下,后期基本趋于稳定,167d观测与136d观测结果相差较小,路基稳定,说明采用土工格栅复合碎石垫层处治软基达到了预期效果。

表1 K305+650断面沉降观测结果

测点累计时间/d0715243036(填筑完成)6696136167备注K306+650左0.04.48.814.917.418.432.537.538.239.0K306+650中0.03.98.112.913.916.031.437.438.939.7K306+650右0.04.18.613.716.416.729.335.635.936.7累计沉降单位:mm

图1 K305+650断面P-S曲线

5 结论

实践证明,采用土工格栅复合碎石垫层对软弱地基进行处理,可以达到预期的效果,但这也依赖于施工中的质量控制。文章基于某高速公路软基处理实践,通过对施工过程和处治效果检测,得出以下结论：

(1)采用水泥搅拌桩处治后的路基,采用土工格栅复合碎石垫层可有效提高路基承载力,达到加固效果；

(2)在碎石垫层的原材料检验、施工摊铺、整平、碾压等环节进行过程质量控制,可有效提高施工质量；

(3)在土工格栅铺设过程中,对其布设宽度、搭接宽度、接缝处理、固定间距等进行有效控制,是保证施工质量的关键；

(4)采用沉降观测可有效检测土工格栅复合碎石垫层的处理效果,并为后续工序施工提供参考。