客运专线双向土工格栅加固路堤边坡施工技术研究

客运专线双向土工格栅加固路堤边坡施工技术研究

赵家明,李书强

(中铁十六局,北京100018)

摘　要:以秦沈客运专线D K121+350～D K121+750段双向土工格栅加固路堤边坡施工为例,具体介绍了路堤边坡土工格栅防护加固机理、施工工艺和质量控制等措施。

关键词:客运专线;双向土工格栅;加固技术

中图分类号:TU434　文献标识码:B　文章编号:1004—5716(2007)04—0131—04

1　概述

铁道部《中长期铁路网规划》中,到2020年,全国铁路营业里程达到10×104km,主要繁忙干线实现客货分线,复线率和电气率均达到50%。我国铁路将修建“四纵四横”客运专线、城际快速客运通道等1.2×104km以上客运专线、速度目标值200km/h及以上。随即展开的客运专线铁路大干局面,石太、温福、甬台温、武广、郑西、福厦等客运专线相继开工。客运专线路基边坡是保证路基结构稳定的重要组成部件,引起众人广泛的关注。

客运专线路基边坡分为填方地段的路堤边坡和挖方地段的路堑边坡。路堤与路堑边坡在施工完成后,所有边坡的坡面全部暴露在大气中,经受着雨、雪、冰雹、冷暖温差、刮风等各种自然因素的反复干湿、冻融、冲刷和吹蚀等作用。在上述因素的作用下,路基坡面可能发生各种路基病害,若任其发展,将会影响路基的稳定性,导致坍塌等严重病害的产生。一般对路基边坡防护均因地制宜采用防护加固措施,路基边坡防护,而在客运专线路基中采用土工合成材料作为路堤边坡防护材料成为广泛应用的形式。

双向土工格栅为黑色网状结构,网眼形状随纵、横向抗拉强度的相同或不同分别呈正方形或矩形,双向土工格栅是在单向土工格栅基础上研究、开发的新型土木工程合成材料;双向土工格栅的开发、应用技术与单向土工格栅相比,其成型原理、加工过程更为复杂,技术含量更高。影响双向土工格栅质量指标的因素较多,指标参数直接影响工程应用,其中每延米屈服拉力、屈服伸长率是两项关键指标。双向土工格栅与单向土工格栅相比较,双向土工格栅克服了单向土工格栅仅纵向强度高而横向强度低、伸长率大的缺陷。就其应用范围而言,由于双向土工格栅纵向、横向屈服拉力值均匀,具有强度高,耐蠕变,与填土啮合作用好,整体性强,施工简便等特点。

2　路堤边坡双向土工格栅防护加固机理

路堤的主要荷载是路堤土的自重,其次是填土的水平应力引起的外推力p fill,见图1所示。图1给出了外推力对于地基承载力的影响,图中所示地基土的不排水抗剪强度为s u,当存在一个水平荷载τ=αs u时,地基土所能承受的最大竖向荷载为:

q=s u{1+

π

2

+cos-1α+(1-α2)}

地基土的承载力系数(N c=

σ

s u

)在外推剪力的作用下(α从0到1),从5.14降低到了2.57,几乎减少了一半。因此,水平荷载的存在对于地基土的竖向承载力的发挥是十分不利的。

　　在加铺双向土工格栅路堤中,通过一层或几层土工格栅加筋体来承担水平荷载,增大与土体之间的摩擦力和剪切阻力,通过受拉来平衡路基对地基的侧向外推力,如果加筋路堤相对于地基表面没有侧向位移,即双向土工格栅全部承受地基的外推力,这样路基只承受路堤的自重,就能显著提高地基承载力,达到路堤边坡加固的目的。

3　双向土工格栅应用原理

(1)扩散荷载,减少不均匀沉降和最大沉降。由于双向土工格栅具有较高的抗拉强度和张拉模量,不易发生网眼破坏和变形,能使荷载均匀扩散在大面积的范围内,从而使基底的竖向应力趋于均匀,即中心轴处的竖向应力降低,而两侧竖向应力有所增大,使中心轴处的最大沉降量减小,不均匀沉降则减少更多。

(2)格栅的网眼作用。通过网眼与土体之间的咬合作用相互传力,土质夹挤在网格内形成机械咬合作用,从而填料在压实过程中滑移,有利于填料的压实,降低了不均匀沉降。

图1

　地基作用力及其承载示意图

　　(3)约束地基侧向位移。在荷载作用下,地基产生压缩沉降和侧向位移,网面的摩阻力产生对土体的拉力,使土体抗剪强度提高,土体内部不能形成贯通的剪切滑动面,增强了结构的抗剪切能力,有效减少土体的侧向位移。

(4)隔离土体拉力破坏区和地基剪切破坏区的贯通。在土体和地基间以抗拉强度较高的土工格栅分隔,一方面约束土体向外侧变形,使土体内由于受拉力而破坏的可能性减小;另一方面,缩小地基塑性区范围,从而提高其整体性和稳定性。

(5)双向土工格栅具有高摩擦系数和抗拉强度的特性,可在短时间内承受较大荷载的作用,增快填土速度及减少工期。

(6)路基水分通过网格渗透消散,增加路基稳定性。4　秦沈客运专线路堤边坡土工格栅防护施工实例

4.1　设计标准及施工要求

4.1.1　设计标准

在秦沈客运专线建设中我局担负秦沈客运专线A6标段D K121+350～D K121+750段路堤施工,中心最大填高9.17m,地表为砂粘土,下伏混合花岗岩。由于各种材料填筑的路基稳定性、工后沉降量差异较大,因而解决路基的沉降均匀和路基稳定性等是最为重要的技术难题。为保证路基稳定性,减少沉降和控制不均匀沉降,增强路基边坡的稳定性,保证工后沉降满足设计要求,设计中在路堤边坡两侧2m范围内采用平铺双向土工格栅的技术来加固边坡,并制定相应的技术措施,保证土工格栅布设的层位及土层的压实度。

路堤两侧边坡平铺土工格栅,铺设宽度为2.0m,竖向间距为0.6m,从地面0.3m起每填筑高0.6m路堤两侧边坡铺一层2m宽的土工格栅,直至基床表层下。格栅每幅纵向搭接长大于0.3m,上下层接缝错开大于3m。加固图示如图2。

　　土工格栅有以下技术要求:单位体积质量200g/m2,纵向最大拉力≥20kn/m;横向最大拉力≥20kN/m;抗拉力为20kN/m时伸长率≤10%;2%伸长率时,纵、横向抗拉力≥7.0kN/m;5%伸长率时,纵、横向抗拉力≥14.0kN/m;幅度2.0m或4.0m。

4.1.2　施工要求

(1)层面平整,局部凹凸不大于15mm。

(2)填压密实度满足设计要求(K30,K,n)

(3)为防止土工格栅外露,格栅外缘距边坡要保持0.1m距离。

(4)纵向搭接长度不小于0.3m,上下层接缝错开不小于3.0m。

4.2　工艺流程(见图3)

4.3　施工要点

4.3.1　施工准备

(1)测量放样:定出路基设计边线,并按设计预留格栅保护宽度,定出铺设边界,用灰线标示。

　　(2)材料准备:土工格栅进场时按设计要求和规范标准进行检验,逐批检查出厂检验单、产品合格证及材料性能报告单,其主要物理力学性能指标应抽样检验,包括单位面积质量、厚度、孔隙尺寸、成卷特征、拉伸强度、拉伸模量、延伸率、撕破强度、蠕变性、垂直和水平向的渗透系数以及耐久性和老化性等。

图2

　双向土工格栅加固路堤边坡

图3　双向土工格栅施工工艺流程

　　(3)材料存放:将合格的双向土工格栅运至工地后分批整齐堆放在料棚(库)内,防止日晒雨淋,并保持料棚通风干燥。

(4)工艺试验:按路基断面图,根据路肩标高与原地面标高,计算出每层土工格栅的铺设标高及边坡横向铺设宽度,填写在土工格栅铺设一览表中。按每60cm铺设一层土工格栅制作一个有刻度的标尺,用以大致控制填土厚度。根据运土车的承载量及每层虚铺体积估算出每层虚铺的用车数。确定填铺厚度和最佳含水率,根据运土车的承载量及每层虚铺体积估算出每层虚铺的用车数。

(5)填料选择:选择级配较好的砂砾土做填料。

(6)平整场地:施工前应将地表层植物根及杂物清理净,用推土机将原地面大致整平,用压路机静压2遍。4.3.2　测量放样

首先放出中心线,然后根据上述表格查出当层土工格栅外缘距中心线的距离,在格栅外侧打桩拉线,此线即为铺设土工格栅的外边线。

4.3.3　土工格栅铺设

选择合格的土工格栅,在测定的范围内进行铺设。将工格栅平铺于基层面上,铺设宽度和其它尺寸按设计要求设置。土工格栅连接牢固,受力方向连接强度不低于设计抗拉强度。沿线路纵向拉紧铺设。需要搭接的按设计要求施做,并检查搭接长度,接头处搭接不小于30cm,结点间隔40cm,呈梅花形布置,并用乙烯绳绑扎,联接牢固。

土工格栅铺设时,土工格栅按设计位置展平后,用自制U型扒钉从一端向另一端依次固定。扒钉间距5m,土工格栅接缝处用4根扒钉固定。铺设时与路基面密贴不容许有褶皱。

4.3.4　填土

按每60cm铺设一层土工格栅制作一个有刻度的标尺,用以控制填铺厚度。铺设时每60cm厚铺设一层,用人工铲土沿土工格栅内侧边缘纵向压边。按事先计算好的填料车数,沿土工格栅内侧边缘纵向均匀倾倒至一半数量,后轮距离土工格栅边缘保持0.3m左右,车尾朝向土工格栅,使填料直接卸到土工格栅上。用推土机沿与土工格栅内缘大约成45度方向边前进边铲土,使土方缓慢流动滚填至土工格栅上,直至全部覆盖后,推土机才可以完全正压土工格栅纵向平整压实,推土机参照标尺刻度初平后,压路机压实。填筑另一半数量时,用平地机终平,并用水准仪控制每层虚铺厚度,不平处人工找平。

连续箱梁悬臂浇筑改为支架现浇施工控制

周勇于,翟桂林,黄大寨

(江苏省交通工程集团有限公司苏州分公司,江苏苏州235001)

摘要:介绍204国道上跨海虞北路立交主桥由挂篮悬浇改为支架现浇的方案比较、施工原理。关键词:挂篮悬浇;支架浇筑;方案比较;施工原理

中图分类号:U415.6　文献标识码:B　文章编号:1004—5716(2007)04—0134—03

1　工程概述

204国道上跨海虞北路互通立交位于江苏省常熟市境内204国道上,主线桥跨布置沿原204国道,为方便海虞北路(沿江高速公路连接线)南北方向车辆通行和城市景观,设计为一跨越过海虞北路,主桥为33m+ 55m+33m三跨预应力混凝土变截面单箱单室斜腹板连续箱梁,采用纵、横、竖三向预应力体系,箱梁高度从跨中高1.8m按二次抛物线变化至距主墩中心1.25m 处为3.4m,顶板宽为13.5m,设2%横坡,通过左右斜腹板不同高度调整(其中低侧腹板斜率2.25∶1,高侧腹板斜率2.55∶1),底板宽度从0#块5.25m随着梁高减小而增大至跨中处6.5m宽,主桥除0#块节段长8m 外,其余分为6对梁段,3×3.5m+3×4m,采用对称平衡逐段悬臂浇筑法施工。

2　方案比较

204国道海虞北路互通立交地处常熟城市范围,又是高速公路入口,形象地称为“常熟北大门”。交通流量大,安全隐患多,施工质量要求高,工期紧(14个月),施工方案遵循安全、技术可行、美观、经济原则。

2.1　现场施工条件

(1)桥梁桥跨布置在原204国道上,现有路面为沥青混凝土路面,地基状况非常好,承载力高,节省支架基础处理费用,为支架基础施工提供良好地质条件;

(2)桥梁高度相对较低(8m),路面平整,支架形式简单,平均只有三—四层门架层高,相对支架投入较少,很经济。

2.2　工期比较

海虞北路互通立交工程合同工期紧,受到施工条件,实行原204国道不中断交通,必须先做好主线两侧四个匝道对204国道进行分流后,方可施工主桥,主桥实际施工期只有8个月,4个T构必须同时施工,下面就两种施工方案工序时间进行比较:

4.3.5　碾压

根据填料的不同和路堤的不同部位,采用大吨位、重型压路机(自重12～15t以上碾压)纵向碾压4～6遍,碾压后测量人员抄平(大约较设计标高高2～5cm)再用平地机刮去余量,压路机重新碾压1～2遍。为保证压实度,控制含水率不超过最佳含水率的2%。

4.3.6　检测

采用MC-3核子密度仪检测压实系数K,用K30承载板检测地基系数。

4.4　质量控制要点

(1)严格控制填料径粒,超过20cm填料禁止使用。

(2)严控层面标高及平整度,并进行检验。

(3)每层填土分2次填筑,防止填土层过厚。

(4)确保土工格栅平顺,严禁褶皱及波纹状,严控搭接长度。

(5)严禁自卸及碾压平整机具直接在土工格栅上碾压或行走作业。

(6)土工格栅施工按施工作业段一次完成,尽量避开雨天。

(7)对铺设的土工格栅按隐蔽工程做好检查记录。5　结束语

通过秦沈客运专线运用双向土工格栅加固路堤边坡施工实践,使用双向土工格栅加固路堤边坡具有施工方便快捷,操作简单,费用低等显著优点。从竣工通车后几年的情况看,路基质量稳定,无明显的路基沉降现象,说明在路堤边坡采用土工格栅加固,可有效增加路基稳定性,在当前客运专线铁路大上的时期具有广泛的推广应用价值。