土工格室在高等級公路建設(shè)中的應(yīng)用

徐巖

(齊齊哈爾農(nóng)墾交通局)

土工合成材料在公路中的應(yīng)用日趨廣泛，在處理軟弱地基、排水、路基護(hù)坡、加筋擋土墻，特別是在治理橋頭跳車方面都有很成功的應(yīng)用。其最大特點是可以完成巖土工程中常規(guī)方法難以處理的多種疑難問題，如橋頭跳車、軟基沉陷、翻漿、塌方等。實踐證明，土工格室與其他土工合成材料相比是一種新型的、具有更多的優(yōu)越性、實用性強(qiáng)、價格適宜、應(yīng)用效果很好的公路建設(shè)新材料。

1 基本原理

土工格室之所以具有卓越功效而受到工程界的關(guān)注，還應(yīng)從其基本原理說起。國外文獻(xiàn)中在描述其原理時稱其為“一種蜂窩狀三維限制系統(tǒng)(three—dimensionalcellularconfinementsystem)，可以在很大范圍內(nèi)顯著提高普通填充材料在承載和沖蝕控制應(yīng)用中的性能”，它的關(guān)鍵原理就是三維限制。大家都知道，當(dāng)人在沙漠中行走時最大的感受就是—步一陷，舉步維艱。當(dāng)你站著不動時也會感覺到腳下的沙子在逐漸流走，腳會進(jìn)一步下陷，當(dāng)汽車行駛在沙漠上時，就會壓出兩道深深的轍印，被壓部分深深下陷，車轍兩側(cè)會高高隆起。后面的車輛如果繼續(xù)沿著車轍前進(jìn)，沉陷部分會進(jìn)—步下沉、隆起部分會進(jìn)—步隆起，直到隆起部分蹭到了車底盤、沉陷的車轍埋沒了大半個車輪子，進(jìn)而無法前進(jìn)。之所以如此，就是因為沙子在載荷的作用下移動了、流走了，因為沙子沒有或僅有很小的視粘聚力。

在集中荷載的作用下，主動區(qū)受壓下沉，并將力向兩側(cè)分解傳遞給過渡區(qū)，過渡區(qū)又傳給被動區(qū)，被動區(qū)就會毫無限制地發(fā)生形變而隆起。也就是說，載荷一旦作用于路基，在載荷的下方就會形成楔狀的主動區(qū)域，它又通過過渡區(qū)域?qū)Ρ粍訁^(qū)域進(jìn)行擠壓，從而使被動區(qū)域發(fā)生隆起。也就是說，通過沿滑移線的剪切力和移動主動、過渡、被動三個區(qū)域的力決定了地基的承載能力。不僅在沙基地上可以十分明顯的體會到以上原理的真實過程，在軟基公路上也會找到這種過程的樣板，只不過其形成的速率較之在砂上的變化慢些罷了。即使較好的路基材料也仍然無法避免其橫向移動。如今高速公路網(wǎng)遍布全國，一般的高速公路路基都高出地面好幾米，吸水翻漿不太容易，但長期沉降依然存在。究其原因，雨水滲透、材料流失、基底下沉是其中部分原因，路基墊層在車輪荷載長期碾壓、振動力的作用下，墊層材料向路基斷面兩側(cè)橫向位移，不可否認(rèn)是另外一個十分重要的原因。

2 土工格室的工程應(yīng)用

2.1 處理半填半挖路基

在地面自然坡度徒于1∶5的斜坡上修筑路堤時，路堤基底應(yīng)挖臺階，臺階寬度不得小于1m時，分期修建或改建公路加寬時，新舊路基填方邊坡的銜接處，應(yīng)開挖臺階，高等級公路臺階寬度一般為2m，在每層臺階水平面上鋪設(shè)土工格室，利用土工格室自身的立面?zhèn)认藜咏钚?yīng)，更好的解決不均勻沉陷的難題。

2.2 風(fēng)沙地區(qū)路基

風(fēng)沙地區(qū)路基應(yīng)以低路堤為主，填土高度一般不小于0.3m。由于風(fēng)沙地區(qū)路基修筑的低路基及重承載的專業(yè)要求，采用土工格室可以對松散填料起到側(cè)限作用，在有限的高度內(nèi)保障路基具有高的剛度和強(qiáng)度，以承受大型車輛的荷載應(yīng)力。

2.3 臺背路基填土加筋

采用土工格室可以更好的實現(xiàn)臺背加筋的目的，土工格室與填料間可以產(chǎn)生足夠的摩擦力，有效減少路基與構(gòu)造物間的不均勻的沉降，最終才能有效緩解“橋臺跳車”病害對橋面的早期沖擊破壞。

2.4 多年凍土地區(qū)路基

在多年凍土地區(qū)修筑填方路基，應(yīng)達(dá)到最小填土高度，以防止發(fā)生翻漿或引起凍層上限下降，致使路堤發(fā)生過量沉降。土工格室特有的立面加筋效應(yīng)和有效的落實整體側(cè)限性，可以在最大程度上確保在某些特殊地段的最小填土高度，并使填土具有高品質(zhì)的強(qiáng)度和剛度。

2.5 黃土濕陷路基處理

對于高速公路和一級公路通過濕陷性黃土和壓縮性較好的黃土地段時，或高路堤的地基允許承載力低于車輛協(xié)力荷載和路堤自重的壓力時，還應(yīng)按承載力要求對路基進(jìn)行處理，這時土工格室的優(yōu)越性就彰現(xiàn)無疑了。

2.6 鹽漬土、膨脹土

采用鹽漬土、膨脹土修筑的高速公路，一級公路，路肩及邊坡均采用加固措施，格室的立面加固效果是所有加固材料中最優(yōu)異的一種，而它具有優(yōu)良的耐腐蝕性，完全可以滿足在鹽漬土、膨脹土修筑高等級公路的要求。

3 土工格室在公路建設(shè)中的應(yīng)用前景

3.1 控制沖蝕的應(yīng)用——護(hù)坡、堤壩

其實，土工格室的另一個重要作用是控制沖蝕，而且在國外使用土工格室控制沖蝕的應(yīng)用量絲毫不亞于承載應(yīng)用。應(yīng)用最多的有護(hù)坡、堤壩、擋土墻、防波堤岸等等。它的原理就是增加流動能力，減少毛溝侵蝕，防止水壓積聚，消除集中沖蝕。蜂窩限制結(jié)構(gòu)可以固定物填充材料，限制作用于其上的水壓，從而改善了流動能力。蜂窩壁使正常的排水可以進(jìn)行，但卻控制了窩內(nèi)的流動速度。如向千百個微型堤壩，將集中水流分散成均勻、舒緩的薄層水流。

3.2 處理橋頭跳車、填挖連接段

與其他領(lǐng)域相比，似乎公路方面應(yīng)用此項新材料、新工藝相對落后。由于全線粉性土、砂性土層多，使用了10cm (高)×40cm土工格室，每個橋頭處理面積需600～800m2不等(橋的高低、土質(zhì)、坡的長短不同)，每平方米造價為26～30元(使用土工格室規(guī)格不同)。使用土工格室可以省去大量灰土，工程綜合造價與常規(guī)方法處理橋頭跳車的造價相當(dāng)，但效果和使用壽命成倍提高。

今天，全國高速公路建設(shè)仍在高峰期，所經(jīng)過地區(qū)的地質(zhì)條件千差萬別，需要進(jìn)行大量的挖填段銜接，還有許多的道橋連接處。這些都是高速公路建設(shè)中比較難以處理的難題，雖然以前也有許多處理方法，但效果并不理想。尤其是道橋連接處的“橋頭跳車”問題和路基材料在荷載作用下側(cè)移、擠出的問題，嚴(yán)重影響著高速公路的使用壽命和安全。還有防護(hù)護(hù)坡，無論是用傳統(tǒng)的漿砌、干砌或水泥混凝土網(wǎng)格都無法阻擋雨水對其下面土層的破壞性侵蝕，致使高速公路的維護(hù)費用增加。如果使用土工格室護(hù)坡，配植根系發(fā)達(dá)的草種，既可固土護(hù)坡，又可綠化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，完全符合國家注重環(huán)保、建設(shè)綠色通道的要求。即使初期工程造價比傳統(tǒng)方式略高一些，但其延長公路使用壽命、減少維護(hù)成本以及環(huán)保、生態(tài)等方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益卻是功在當(dāng)代、利在千秋。

［1］ 李力，傅艦鋒.土工格室作用機(jī)理與應(yīng)用研究現(xiàn)狀［J］.山西交通科技，2003，(1).

［2］ 朱萬紅，黃曉明，韓明.土工格室加筋效果的室內(nèi)試驗［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，(4).