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土工格栅在改扩建工程中的应用效果分析

    

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。
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3 0 - 5 0 c m 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。
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1 0 c m 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1 5 c m 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2 0 - 3 0 c m , 并且及时检测压实度、平整度等指标, 以满足设计要求。
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土工格栅


土工格栅


3.5 防排水处理
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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。
   

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 + 2 3 7 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4 m 以内, 既保证交叠宽度达标, 又有足够的消散应力。该工程中, 土工格栅材料的技术指标见表1 。
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3 5 . 5 m , 路面宽度为2 8 . 5 m , 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 . 7 5 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2 m , 并铺设土工格栅。土工格栅宽度为5 . 5 m 。该工程中, 土工格栅材料的技术指标见表2 。
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, 在海滨地区快三彩票公路, 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+ 35 0至K2 + 5 7 0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 - 2 0 m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。该工程中, 使用的H D P E 土工格栅材料技术指标见表3 。
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9 m , 现扩建为1 5 m ,路面结构层自上而下是: A C - 1 3 沥青混凝土层、A C - 2 0 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≥5 0 k N / 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。
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。
参考文献
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