淺談城市道路新舊路面搭接處土工格柵防治沉降的應(yīng)用

吳禮亮 付麗麗

北京市市政六建設(shè)工程有限公司 北京 100122

引言

由于老路在長期行車荷載下導(dǎo)致路基沉降基本完成，而新路施工中由于填料種類、施工工藝等等因素?zé)o法保證與老路路基保持一致，易導(dǎo)致新老路產(chǎn)生不均勻沉降，影響行車舒適性，嚴(yán)重時甚至將導(dǎo)致路面開裂等病害。

土工材料是一種由高聚物如塑料、合成橡膠為原材料制備的應(yīng)用于土體內(nèi)部增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度、擴(kuò)散土體應(yīng)力、增加土體模量的新型工程材料。目前，國內(nèi)外針對新舊路搭接工程中常應(yīng)用土工格柵材料防治差異性沉降，利用該法對路基進(jìn)行處理可以有效提高路基土的抗剪、抗拉能力，為針對城市道路工程中新舊道路搭接施工中沉降病害防治進(jìn)行研究，本文主要從沉降機(jī)理、材料特性、工程實(shí)踐方面入手，通過工程檢測施工后沉降指標(biāo)評價處治工程質(zhì)量，對新舊路搭接施工沉降防治具有很好的效果。

1 不均勻沉降產(chǎn)生機(jī)理

地基產(chǎn)生沉降是由于土體在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下產(chǎn)生的豎向應(yīng)變，土一般是由土顆粒、水、空隙空氣三部分組成的三相體，沉降發(fā)生過程是將土顆粒壓縮將空隙與水從土空隙排水的過程[1]。

路基沉降主要是由兩部分組成，一方面是地基在路基自重作用下的固結(jié)壓縮變形；另一方面，外部環(huán)境變化導(dǎo)致的沉降，后者沉降變形更大、危害更高。城市已通車道路部分挖除修復(fù)搭接時，由于舊路運(yùn)營時間一般為幾年甚至更久，在多年的溫度荷載與行車荷載作用下路基已基本完成固結(jié)沉降處于穩(wěn)定狀態(tài)，而在舊路上進(jìn)行新路搭接時，雖然會對路基進(jìn)行預(yù)壓荷載處理以達(dá)到加快其沉降過程，但后期長時間在車輛荷載作用下發(fā)生的固結(jié)沉降將導(dǎo)致新舊路直接產(chǎn)生差異沉降，據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可知，新舊路產(chǎn)生不均勻沉降其主要產(chǎn)生原因如下：

由于舊路搭接工程施工過程通常難以控制施工質(zhì)量，例如密實(shí)度不能滿足規(guī)范要求、開挖臺階沒達(dá)到設(shè)計(jì)要求、舊路邊坡處理不完全等。

新舊路搭接施工后由于新舊路基結(jié)合部的路基材料、路面結(jié)構(gòu)厚度不一致，另一方面新舊路基的施工質(zhì)量不同，同時新建路基填料大多是由挖方斷面處直接獲取，材料本身物理力學(xué)品質(zhì)、礦料粒徑等方面控制不嚴(yán)，新舊路基結(jié)合處容易出現(xiàn)差異沉降。

新舊路基結(jié)合處沒有設(shè)置土工格柵，或者所設(shè)置土工格柵質(zhì)量較差，不能夠充分發(fā)揮土工格柵的加筋性能，從而導(dǎo)致路基新舊結(jié)合部出現(xiàn)沉降。

路基排水設(shè)施不夠完善，設(shè)置布局不夠合理，從而導(dǎo)致地表水下滲，使得路基土受水浸泡變形，強(qiáng)度下降明顯，若道路路面發(fā)生開裂，雨水從裂縫進(jìn)入路基，導(dǎo)致路面裂縫擴(kuò)張，從而引起路基強(qiáng)度的下降。

據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)新舊路產(chǎn)生不均勻沉降時將導(dǎo)致路面平整度降低，影響行車舒適性，當(dāng)病害嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致整個路面結(jié)構(gòu)開裂，引發(fā)滲水以及后續(xù)更大的問題。因此在施工過程中采用措施進(jìn)行防治是極其必要的。

2 土工材料工程特性

土工材料是一種由高聚物如塑料、合成橡膠為原材料制備的應(yīng)用于土體內(nèi)部增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度、擴(kuò)散土體應(yīng)力、增加土體模量的新型工程材料。在新舊路擴(kuò)建工程中鋪設(shè)土工材料進(jìn)行加筋處理可以有效減少差異沉降產(chǎn)生以增加新舊路協(xié)同性。土工材料強(qiáng)度大變形小、壽命較長且造價便宜、施工便捷，其在加筋土中的強(qiáng)度機(jī)理主要分為：①鋪設(shè)土工格柵材料后其表面與土體之間顆粒產(chǎn)生摩擦力；②應(yīng)用土體之間顆粒對格柵肋條產(chǎn)生被動的阻抗能力；③土工格柵孔眼對土體之間的嵌擠和咬合作用。由于土工格柵與土體之間這三種力學(xué)作用能有效約束土體的側(cè)向位移，提高土體整體性并增加其穩(wěn)定性。添加抗老化材料新型土工合成材料耐久性也較原先有了很大提高，應(yīng)用廣泛。當(dāng)前使用的單、雙向土工格柵材料通常需要加入碳黑這類抗老化材料[2]。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程背景

長安街西延（門頭溝段）熱力隧道工程，位于北京市長安街西延南側(cè)主路下。隧道初期支護(hù)尺寸為5600mm×4350mm。沿線土質(zhì)不良，注漿質(zhì)量效果不佳導(dǎo)致長安街西延道路工程一側(cè)車行道路面嚴(yán)重沉陷及開裂，多達(dá)到5cm以上。處理方案為開挖沉降的道路結(jié)構(gòu)層后重新施工結(jié)構(gòu)層，由此產(chǎn)生新舊路面搭接處理的問題。

新、舊基層接縫處加鋪土工格柵，新、舊路面處加鋪玻纖網(wǎng)土工格柵，以接縫為中心，兩邊各75cm，搭接寬度15cm。如圖所示。土工格柵采用雙向土工格柵，格柵網(wǎng)孔尺寸為20mm×20mm，形狀為正方形玻纖格柵。要求格柵玻璃纖維網(wǎng)抗拉強(qiáng)度≥50kN/m（雙向），最大負(fù)荷延伸率<4%。卷幅寬度≥1.5m。單位面積質(zhì)量≥160g/m2。原材料選用聚丙烯、原生料，最小碳含量2%。新路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（路面下沉5cm以上處理結(jié)構(gòu)圖）

3.2 施工工藝流程

3.2.1 原路基處理。為提高土工格柵鋪設(shè)效果控制路面不均勻沉降，挖到原路基后人工對舊路基進(jìn)行翻松、摻灰，并針對表面樹根、碎石等雜物進(jìn)行清理，換填后根據(jù)《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求主干路路基壓實(shí)度達(dá)到95%。

3.2.2 基層處理。新舊路面基層采用臺階式搭接，臺階需延伸到舊路結(jié)構(gòu)處1m，在新老路結(jié)合處進(jìn)行土工格柵材料鋪設(shè)。

3.2.3 鋪設(shè)土工格柵。為防止路面開裂并防治路基不均勻沉降產(chǎn)生，在基層中部與上中面層分別設(shè)置一層土工格柵，對道路基層進(jìn)行壓實(shí)時保證平整度小于15mm，表面嚴(yán)禁含有碎石等凸出硬物。面層鋪設(shè)土工格柵時，中面層實(shí)度滿足施工要求，且不低于96%。對中面層涂刷乳化瀝青粘層油時，土工格柵要涂膜到位均勻。

為防止基層材料刺穿土工格柵應(yīng)確保距離土工格柵層18cm的水泥穩(wěn)定碎石基層料粒徑小于6cm，填料攤鋪在土工格柵材料上的松鋪厚度控制為20cm之內(nèi)，對破損土工格柵進(jìn)行及時修補(bǔ)。土工格柵應(yīng)防陽光直接照射，做好保護(hù)。基層填料壓實(shí)應(yīng)在最佳含水量時碾壓，壓實(shí)方式、機(jī)具、流程符合道路施工規(guī)范要求。

3.2.4 交通管制。為保證新舊道路接縫處道路施工質(zhì)量，防止路面施工完成后因路基不均勻沉降所引起的各種病害，在對新舊道路路基改擴(kuò)建施工完成后，需要對該路段進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕煌ü苤?，在路基自然沉降的過程中，要時刻密切觀測路基沉降，且觀測周期應(yīng)不少于1個月[3]。

3.3 施工檢測

3.3.1 沉降觀測。本修復(fù)處理參考《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2004)，對道路搭接處沉降量進(jìn)行持續(xù)觀測，觀測結(jié)果如表1所示。

表1 道路搭接處沉降量觀測結(jié)果

由表1可知，施工完成之后，其沉降量明顯能夠滿足規(guī)范要求，路基（基層）沉降量小，施工質(zhì)量良好。

3.3.2 路面平整度。路面平整度是道路施工過程中需要嚴(yán)格控制的重要指標(biāo)之一，根據(jù)《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJI-2008），采用3m直尺法對施工完成后路面平整度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 路面平整度檢測結(jié)果

由表2可知，路面平整度標(biāo)準(zhǔn)差值檢測為1.02mm，規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)差值主干道小于1.5mm，明顯滿足規(guī)范要求，路面施工完成后平整度良好。

4 結(jié)束語

本文首先介紹差異沉降機(jī)理，并對土工材料特性進(jìn)行簡介，闡述土工格柵處治機(jī)理，并基于實(shí)際城市道路新舊路搭接工程，通過嚴(yán)格控制施工流程，并監(jiān)測其施工后路基沉降值用以評價改擴(kuò)建工程質(zhì)量，結(jié)果表明：土工格柵材料能有效防治道路搭接中不均勻沉降病害，土工格柵材料的質(zhì)量和施工質(zhì)量是控制的關(guān)鍵，采用該法進(jìn)行施工后路基沉降與路面平整度均符合規(guī)范要求，對新舊路搭接施工沉降防治具有很好的效果。