摘 要：為研究軟土路基土路肩受重復(fù)交通荷載作用，導(dǎo)致承載力不足、產(chǎn)生沉降出現(xiàn)車轍的問題，本文通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究了黏土路基層上覆蓋細(xì)粒土層時(shí)的路肩承載力，分析了重載交通下土工格柵在穩(wěn)定軟土地基的適用性。結(jié)果表明：土工格柵能夠消除肩道車轍，并改善路肩截面的強(qiáng)度特性，驗(yàn)證了土工格柵作為一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法改善土路肩性能的可行性。同時(shí)，機(jī)械穩(wěn)定是減少車轍和修補(bǔ)顆粒肩上軟弱土層的有效方法。

關(guān)鍵詞：土工格柵；土工合成材料；顆粒肩；車轍；穩(wěn)定土

中圖分類號(hào)：U 41" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在軟弱地基支撐的地區(qū)的顆粒狀材料路肩中，車轍較為常見。在交通荷載反復(fù)作用下，路基發(fā)生承載力破壞，導(dǎo)致車轍不斷出現(xiàn)。不僅會(huì)影響行車安全，嚴(yán)重車轍還會(huì)使公路維護(hù)費(fèi)用很高。為減少路肩車轍影響，通常采用粗集料和優(yōu)化填土粗粒顆粒含量進(jìn)行優(yōu)化[1]，但在實(shí)際工程中，將該方法作為臨時(shí)解決方案，未能在公路工程長(zhǎng)期使用中解決問題，經(jīng)過一段時(shí)間的服役，土路肩仍會(huì)產(chǎn)生車轍破壞。因此韓永增[2]利用原位測(cè)試對(duì)25個(gè)粗粒路肩性能進(jìn)行評(píng)估，大約40%的檢查路段，路基層的加州承載比（CBR）為10或更少，導(dǎo)致路基承載力破壞以及顆粒和路基材料的橫向位移，出現(xiàn)受力性能不同。胡瀟[3]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軟基施工和顆粒肩試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)段采用3種不同土工格柵的路基與顆粒層界面段，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行大約一年的監(jiān)測(cè)，證明了土工格柵穩(wěn)定在消除車轍方面是有效的。

為綜合研究土工格柵對(duì)軟土地基條件下，土路肩穩(wěn)定性的變化過程。本文采用土工格柵加筋土路設(shè)計(jì)方法，考慮土工格柵受承載力系數(shù)的影響，分析土工格柵與孔徑穩(wěn)定模量，考慮了基層材料的質(zhì)量、應(yīng)力分布隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化以及車轍深度的影響。

1 工程概況

東營(yíng)南一路快速路工程項(xiàng)目為南一路的重要組成部分，東西縱貫東營(yíng)市中心城區(qū)。項(xiàng)目起點(diǎn)平交華山路，終點(diǎn)止于西一路以西，道路全長(zhǎng)為7.29km，先后與廣利河、東青高速、天目山路、規(guī)劃廬山路、西一路等交叉。共設(shè)置高架橋兩座，分別為G18高架橋（橋長(zhǎng)978m）和西一路高架橋（橋長(zhǎng)475m）。共設(shè)置出入口兩處，天目山路設(shè)置出入口1處，西一路設(shè)置出入口1處。公路全程多處位于軟土區(qū)，為了避免出現(xiàn)路基變形，影響公路使用壽命及交通安全，本文對(duì)路基加固進(jìn)行研究。

2 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

在粗顆粒土路肩檢測(cè)中，經(jīng)常遇到軟弱地基情況，通過動(dòng)態(tài)錐（DCP）測(cè)試，發(fā)現(xiàn)大約40%檢查的土路肩的CBR為10或更少，并觀察不同行車荷載下的車轍破壞。有軟基層的路段可能在施工后立即出現(xiàn)車轍，當(dāng)車輛荷載作用時(shí)，車轍沿著車輪路徑發(fā)展。在距離路面邊緣不同距離下進(jìn)行DCP試驗(yàn)，得到碎石層上部200mm處CBR為6～12，下墊土肩料下墊層CBR為4～10，下墊土肩料下墊土路基CBR為2～29，該路段出現(xiàn)的車轍可能是由顆粒的橫向變形引起，另外在下層路基材料對(duì)顆粒層造成損傷以及沖切和剪切破壞會(huì)導(dǎo)致路基變形，從而出現(xiàn)車轍[4-5]。

3 研究結(jié)果分析與討論

3.1 車轍深度和沖擊值（CIV）

由于軟路基條件下，內(nèi)部顆粒路肩出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍（深度達(dá)200mm）現(xiàn)象，問題路段的長(zhǎng)度約為9.6km。通過載重自卸車加載測(cè)試，測(cè)量了車輪路徑上預(yù)先確定位置的車轍深度，并使用20kg的錘子進(jìn)行沖擊試驗(yàn)和DCP試驗(yàn)，識(shí)別并隔離需要修復(fù)的軟土區(qū)。車轍深度和沖擊值（CIV）隨距離變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可以看出：在軟土條件下最高車胎深度和最低CIV的區(qū)域，延伸了約2000m。該區(qū)域的DCP試驗(yàn)表明，在200mm上部的加權(quán)平均CBR為6，在200mm至500mm深度處的加權(quán)平均CBR為5。

3.2 土工格柵穩(wěn)定土路肩

采用3種雙軸土工格柵，即BX1（拉伸強(qiáng)度：11.8 kN/m）、BX2（拉伸強(qiáng)度：8.5 kN/m）和BX3（拉伸強(qiáng)度：6.2 kN/m）來(lái)固定土路肩，將土工格柵放置在路基和碎石灰?guī)r層200mm之間的界面上。試驗(yàn)段長(zhǎng)約310m，寬約2.4m，將前60m作為控制段，不進(jìn)行穩(wěn)定處理，后續(xù)路段分別用BX1、BX2、BX3穩(wěn)定100m。

在土工格柵穩(wěn)定施工過程中，通過去除和丟棄破碎顆粒層來(lái)穩(wěn)定路肩試驗(yàn)段，使用約450t新的破碎石灰石材料。將土工格柵從BX1、BX2、BX3開始滾壓在軟基上。采用電動(dòng)平地機(jī)和氣動(dòng)壓路機(jī)對(duì)骨料進(jìn)行鋪展和壓實(shí)。當(dāng)施工結(jié)束時(shí)，土工格柵邊緣在距離路面邊緣約2.4 m處露出。由于施工過程中顆粒層厚度逐漸變細(xì)（即顆粒層厚度隨距路面橫向距離的增加而減少），從物料挖掘、土工格柵鋪設(shè)、骨料鋪設(shè)到壓實(shí)，整個(gè)過程耗時(shí)約5h。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)試驗(yàn)段性能用平板載荷試驗(yàn)（PLT）進(jìn)行評(píng)價(jià)，PLT由300mm鋼板、液壓千斤頂和3個(gè)測(cè)量板撓度的線性傳感器（LVDT）組成。分別在施工后、3個(gè)月和10個(gè)月后，在距離路面邊緣約1.2m處進(jìn)行PLT試驗(yàn)。不在顆粒層開始變細(xì)的路肩邊緣附近進(jìn)行試驗(yàn)，以避免顆粒材料過度變形，增加車轍的幅度。在施工后立即測(cè)量PLT加載和持續(xù)加載階段的最高地基反應(yīng)模量。圖2為路肩承載力試驗(yàn)結(jié)果，由圖2可以看出：BX2和BX3的孔徑穩(wěn)定模量差異較?。˙X2和BX3的孔徑穩(wěn)定模量分別為3.2和2.8?？刂贫螠y(cè)得的土撓度最高，比第一加載階段的BX1值小60%。在3個(gè)月后，由于在重復(fù)交通荷載作用下，骨料的側(cè)向約束逐漸增加，因此所有土工格柵段測(cè)得的加載值比施工后的值增加了70%。也可能當(dāng)截面被加載時(shí)，路基層變形將拉力施加到土工格柵上，提高了截面的穩(wěn)定性[3-4]。10個(gè)月后獲得的PLT結(jié)果顯示，對(duì)照切片和BX2切片的加載值分別減少了約23%和8%。然而，隨著時(shí)間的推移，BX1和BX3穩(wěn)定的部分加載值繼續(xù)增加，分別增加了5%和26%。

使用20kg錘子每隔15m進(jìn)行一次沖擊測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出：穩(wěn)定后測(cè)量的CIV比穩(wěn)定前約高3倍，在3個(gè)月后，穩(wěn)定段表面剛度額外增加，CIV平均增加了20%。在控制部分CIV沒有明顯增加，即使它們的孔徑穩(wěn)定模量有所變化，但土工格柵截面上測(cè)量CIV之間沒有明顯差異。當(dāng)10個(gè)月時(shí)，所有穩(wěn)定區(qū)的CIV平均減少了4%。

3.4 現(xiàn)成試驗(yàn)測(cè)試分析

為補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)研究和評(píng)估土工格柵、土工織物和兩種顆粒材料在減少車轍方面的性能，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試程序，選取材料模擬軟基上覆顆粒路肩的試驗(yàn)箱模型。用土工格柵和土工織物穩(wěn)定箱形模型，并在記錄循環(huán)加載下表面位移的情況。通過土工格柵和土工織物的累積位移和試驗(yàn)后土工性狀的變化來(lái)評(píng)價(jià)土工格柵和土工織物的性能。共執(zhí)行9個(gè)測(cè)試并進(jìn)行比較，以確定所選材料的性能差異。在所有試驗(yàn)中，路基含水率在保持在25%左右，土壤累積位移。

可以看出，試驗(yàn)開始時(shí)的路基和顆粒層干重分別為19 kN/m3和13.4 kN/m3，CBR從3增至9。15000次循環(huán)后的最終位移量為284 mm。土工格柵尺寸比箱體尺寸短6 mm，以消除格柵與箱體之間的相互作用，路基和顆粒層干重分別為18.6 kN/m3和14 kN/m3。在試驗(yàn)結(jié)束后，CBR從5增至7，土體致密化程度較低。1.5萬(wàn)次循環(huán)時(shí)實(shí)測(cè)土體最大位移為125 mm，比對(duì)照試驗(yàn)減少55%左右，當(dāng)每個(gè)加載階段結(jié)束時(shí)，將實(shí)測(cè)的土位移與預(yù)測(cè)的土位移進(jìn)行比較。這種方法不考慮分段加載，因此車轍發(fā)展階段2和階段3的車轍深度預(yù)測(cè)是基于加載和循環(huán)次數(shù)，導(dǎo)致測(cè)量和預(yù)測(cè)的車轍深度之間的差異；當(dāng)?shù)谝粋€(gè)加載階段（即5000個(gè)循環(huán)）結(jié)束時(shí)，預(yù)測(cè)的土位移和實(shí)測(cè)的土位移相似。

統(tǒng)計(jì)第二、三階段加載結(jié)束時(shí)土體位移情況，結(jié)果表明土工格柵在重復(fù)循環(huán)荷載作用下發(fā)生變形并被拉向箱心。在每個(gè)荷載增量的前500次循環(huán)中，土體的位移量最多，與試驗(yàn)1相比，通過路基層的骨料孔隙有所減少，但未完全消除，骨料沖擊孔深度約為25mm。

在3號(hào)試驗(yàn)中，土工格柵四角采用打入路基底層的鋼筋進(jìn)行錨固，路基和顆粒層干重分別為19.2kN/m3和14.2 kN/m3。由于土體位移的影響，因此CBR從5增至8，承載模量從8.0 MPa增至11.0 MPa。與試驗(yàn)2（土工格柵未錨固）相比，部分錨固土工格柵土體位移降低了約10%。在15000個(gè)循環(huán)中，測(cè)試2的測(cè)量和預(yù)測(cè)的土壤位移差為47mm，測(cè)試3的差為35mm。BX1土工格柵的整個(gè)周長(zhǎng)是固定的，以消除任何土工格柵移動(dòng)。

4 結(jié)論

本文研究了土工格柵在軟土地基路肩穩(wěn)定中的應(yīng)用研究，分析了土工格柵對(duì)路肩車轍及承載力的影響。主要結(jié)論如下。1）在軟土條件下可以延長(zhǎng)最高車胎深度和最低CIV的區(qū)域，在200mm上部平均CBR為6，在200～500mm深度，平均CBR為5。2）土工格柵穩(wěn)定后的路肩CIV平均增加20%，在穩(wěn)定10個(gè)月后，所有穩(wěn)定區(qū)的CIV平均減少了4%。土路基經(jīng)過1.5萬(wàn)次循環(huán)，土體最大位移為125 mm，比對(duì)照試驗(yàn)減少55%。3）對(duì)土工格柵經(jīng)路基底層的鋼筋進(jìn)行錨固后，路基和顆粒層干重分別為19.2kN/m3和14.2 kN/m3，CBR從5增至8，承載模量從8.0 MPa增至11.0 MPa。

參考文獻(xiàn)

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