土工格室在泥巖地質(zhì)條件下的試驗研究

張斌，劉傳，趙凱，李膺宇

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，成都610000）

1 引言

土工格室加筋是改善黃土地質(zhì)的常用手段之一[1~3]，土體與土工格室的三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成加筋層，土工格室的使用可限制結(jié)構(gòu)層的屈曲變形，且顯著提高基礎(chǔ)承載力，對于加固風(fēng)積沙具有良好的優(yōu)勢[4，5]，如成本低、運輸方便、力學(xué)性能優(yōu)越等，為實現(xiàn)沙漠公路就地取材、提高路基整體穩(wěn)定性、節(jié)省造價、實現(xiàn)快速施工的目的，土工格室加固風(fēng)積沙填筑上路床可代替原有礫類土填筑上路床，且具有非常好的效果。以往土工格室在泥巖地區(qū)應(yīng)用較少，為了解其在泥巖地區(qū)的適用性，在泥巖地區(qū)選取試驗段對泥巖填料填筑后土工格室的狀態(tài)及作用效果進行分析。試驗結(jié)果可供泥巖地區(qū)土工格室加筋路堤的研究提供參考。

2 工程概況

2.1 試驗段概況

本次土工格室鋪設(shè)聯(lián)合試驗段系指成金簡快速路（金堂段一期）項目K39+600處左側(cè)服務(wù)區(qū)，位于成都平原區(qū)，跨越江、河路段較多，路線平行于背斜西翼，多形成高含水量的飽和軟弱黏性土沉積物，構(gòu)成分布廣泛的軟土地基，巖性為泥巖，砂巖互層，是路基處置的主要對象。

鋪設(shè)工作面是已到標(biāo)高且碾壓施工后的工作面，填料主要為就近開挖的含一定比例大重塊泥巖料的路基填料，尺寸超過200 mm×300 mm×500 mm，個別塊料尺寸更大。

2.2 試驗材料

2.2.1 土工格室

本試驗段采用的是插焊型整體式土工格室，是一種主要由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、改性復(fù)合型塑料樹脂為原料制成，經(jīng)高強力焊接而形成的一種三維網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)，其通過條帶對土體施加側(cè)向約束來提升結(jié)構(gòu)承載力[6，7]。

土工格室條帶連接方式采用U形鋼釘焊接編織，U形鋼釘須做鍍鋅防腐蝕處理，格室張拉到位時每一個U形鋼釘均為一個剛性支撐點。土工格室網(wǎng)格尺寸為40 cm，高度為10 cm，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 插焊型土工格室技術(shù)指標(biāo)

2.2.2 格室填料

本試驗段所采用填料為成金簡快速路附近含有一定大重塊泥巖料的路基填料，其基本物理參數(shù)指標(biāo)見表2，顆粒級配分析結(jié)果如圖1所示。

表2 泥巖填料物理參數(shù)指標(biāo)

圖1 泥巖填料顆粒級配分析曲線

2.3 施工工藝

土工格室的施工工藝具體為：

1）清理、整平鋪設(shè)面；

2）鋪設(shè)區(qū)域畫線，起始端固定錨桿；

3）沿格室鋪設(shè)方向，鋪設(shè)、錨固兩側(cè)滑軌和張拉軌道；

4）用組間連接件預(yù)先連接多組土工格室；

5）土工格室掛網(wǎng)并張拉至張緊狀態(tài)，將其進行固定；

6）重復(fù)以上步驟，連續(xù)鋪設(shè)土工格室；

7）檢查鋪設(shè)區(qū)域格室節(jié)點、條帶及組間連接合格后，以泥巖作為填料進行攤鋪、平整；

8）壓實鋪設(shè)面填料。

2.4 格室組間連接方式

土工格室組間連接方式分為傳統(tǒng)組間連接與等強度組間連接。本次試驗段所采用的插焊性土工格室的連接方式由傳統(tǒng)的組間連接方式改進成等強度組間連接，即采用U形鋼釘焊接編織。

2.5 土工格室張拉程度

土工格室加固機理是通過格室條帶與格室單元內(nèi)填料之間的相互摩擦力和側(cè)向約束力來達到加固路基的效果[8]。由于本試驗段填料含有部分大重塊填料，須使土工格室網(wǎng)格完全張拉，達到最大網(wǎng)格面積。為達到使土工格室網(wǎng)格完全張拉的條件，通過軟件模擬計算得出格室條帶的伸長率與抗拉強度關(guān)系，如圖2所示。

圖2 土工格室條帶伸長率-抗拉強度曲線

由圖2可知，土工格室條帶在拉伸率為12%時，抗拉強度表現(xiàn)最佳，且滿足土工格室網(wǎng)格尺寸張拉需求。故界定土工格室張拉程度的標(biāo)準(zhǔn)為：

1）張拉尺寸：插焊型土工格室網(wǎng)格尺寸為40 cm×40 cm（長×寬），完全張拉后，對角線距離為（56±1）cm；

2）張拉力大?。翰搴感屯凉じ袷揖哂懈邚姸忍攸c，為達到張拉要求，則需滿足牽引力≥13 720 N。

本試驗段土工格室張拉程度均符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 填土后土工格室狀態(tài)

本試驗段位于成金簡快速路（金堂段一期）標(biāo)尾處路基上，將壓實后的試驗區(qū)路堤進行開挖，并對每個格室進行編號，共77個格室。

成都紅層地區(qū)路基填料，主要以泥巖為主，其單軸抗壓強度為3~30 MPa居多，少部分可達30~40 MPa，零星巖石（塊）大于40 MPa，對于大于30 MPa的巖石，施工單位大多數(shù)時候都會進行二次利用，不會直接用于填筑路基。

成都周邊地區(qū)邊坡開挖方式常采用機械破碎和爆破。機械破碎后的填料粒徑一般偏小，估計基本小于50 cm，粒徑小于30 cm的居多。由于邊坡開挖形成的填料粒徑較大，大于40 cm的塊狀巖石未經(jīng)破碎直接進行填筑。本實驗段泥巖填料經(jīng)碾壓后，開挖區(qū)可觀察到土工格室條帶出現(xiàn)壓倒、壓裂、擠壓變形和大塊徑壓倒等現(xiàn)象。

根據(jù)開挖區(qū)編號對泥巖填料碾壓后的土工格室條帶、節(jié)點的損傷情況進行統(tǒng)計，如圖3所示。其中，正常的格室編號區(qū)占76.59%；壓裂的格室編號區(qū)占9.74%；壓倒的格室編號區(qū)占3.25%；開挖斷的格室編號區(qū)占5.84%；開挖裂的格室編號區(qū)占0.97%；大塊徑壓倒的格室編號區(qū)占2.92%；小塊徑壓倒的格室編號區(qū)占0.32%。

圖3 土工格室損傷狀況

4 土工格室張拉問題分析

4.1 不同填料填充后尺寸對比

進行本試驗段施工前，已對黃土地區(qū)、風(fēng)積沙地區(qū)、砂礫石地區(qū)進行鋪設(shè)試驗，其效果對比明顯。

在黃土、砂礫石、風(fēng)積沙等均質(zhì)填料下填充的土工格室尺寸、條帶張拉狀態(tài)及條帶節(jié)點保持一致，無明顯變化，對土工格室的作用效果影響較??；而在泥巖地質(zhì)條件下，由于泥巖地區(qū)有一定比例的大重塊填料，在松鋪過程中會擠壓土工格室條帶，導(dǎo)致條帶破壞，無法對土體提供側(cè)向約束力，使土工格室增強路基強度的作用減小。

4.2 大重塊填料的填充影響

本試驗段填料中含有一定比例的最大尺寸超過500 mm，高度尺寸高出格室高度100 mm的大重塊料，在整個鋪設(shè)區(qū)域只占一定比例。導(dǎo)致有一定比例的區(qū)域或點（帶）的格室條帶被壓裂，還不足以達到將條帶受壓崩斷或拉斷的狀態(tài)條件。土工格室主體功能正常，節(jié)點未觀察到受壓破壞，可支撐大塊料，保持了整體功能性完整。土工格室必須在張拉峰值≥13 720 N，或界定在張拉力≥11 760 N的條件下填土，否則，大重塊料會壓倒格室條帶。

5 總結(jié)與展望

經(jīng)過本次試驗可發(fā)現(xiàn)，在泥巖地質(zhì)條件下，除部分大重塊填料會對土工格室條帶造成損傷，減小條帶對土體的側(cè)向約束力外，其他大部分填料均不會影響土工格室的作用效果。由于泥巖填料的松散性較大，在下路床使用具有加強泥巖土層強度的作用，減少攤鋪步驟，降低施工成本的特點，從而可有效實現(xiàn)快速施工的目的。

目前，土木格室施工還存在少許問題，比如，如何界定受力（預(yù)應(yīng)力）條件，使格室發(fā)揮最佳功能，或?qū)Υ笾貕K泥巖條件下填料狀況能提升多大的承載模量，尚需進行深入研究。