土工格栅在改扩建工程中的应用

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土工格栅在改扩建工程中的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2023-02-01 1597


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。

1、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。

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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。

2、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30-50cm 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。

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3、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U 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10cm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15cm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20-30cm,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。

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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+130至K 1 + 237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4m以内,既保证交叠宽度达标,又有足够的消散应力。

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35.5 m ,路面宽度为28.5m,为了满足不断增加的交通需求,决定左右侧各加宽1个车道,宽度设计为3.75 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2m ,并铺设土工格栅。土工格栅宽度为5.5 m 。

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+ 350至K2 +570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- 20m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。

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9m,现扩建为15m,路面结构层自上而下是: AC-13 沥青混凝土层、AC-20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≥50kN/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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5 结语

综上所述,土工格栅是一种新型合成材料,具有诸多技术优势。文中介绍了土工格栅在软土地基、填方路段、路面施工、台背填土中的应用,指出施工技术要点, 并结合工程案例进行分析。希望为类似工程提供经验借鉴,提高公路工程的施工质量,获得经济效益和社会效益。



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