李金奎，吳 凱

(大連大學 遼寧省復雜結構體系災害預測與防治重點實驗室， 遼寧 大連 116622)

土工格柵處理填挖交界地基的現(xiàn)場檢測研究

李金奎，吳 凱

(大連大學 遼寧省復雜結構體系災害預測與防治重點實驗室， 遼寧 大連 116622)

以延安新區(qū)綜合管廊項目中土工格柵處理地基為背景，為了研究土工格柵對地基非均勻沉降的效果，現(xiàn)場試驗段進行了沉降觀測、FWD彎沉檢測、鋪設與未鋪設土工格柵的彎沉盆對比等試驗,探討了回填土高度對彎沉盆的影響以及地基回填模量的影響因素。證明分層鋪土工格柵不僅可以有效地提高填土抵抗變形能力，而且具有使土體連成整體水平傳遞張力的能力。因此，分層鋪設土工格柵可以有效的解決填挖交界地基非均勻沉降的問題，它可以為以后工程提供參考和借鑒。

填挖交界；非均勻沉降；土工格柵；FWD

隨著國家大力發(fā)展西部，西部的基礎建設也得到了快速的發(fā)展，但在建設中會遇到許多高填深挖的復雜地形，這種地形的非均勻沉降是我們需要解決的一個難題[1-3]。在國內(nèi)外處理地基非均勻沉降問題有許多種方法，包括臺階法、強夯法、鋪設土工格柵法等，但實踐證明，在許多方法中鋪設土工格柵起到的效果最為突出[4-10]。隨著城市化進程的加快，出現(xiàn)了越來越多的綜合管廊工程[11]。延安新區(qū)北區(qū)的綜合管廊建設處于削山填溝的區(qū)域，綜合管廊位于高填方和挖方相互摻雜的段落[12]，這種復雜地段，若處置不當，會使填挖交界處出現(xiàn)斷裂，在高填方段落綜合管廊出現(xiàn)下沉，因此對填挖交界處的地基處理至關重要?，F(xiàn)場試驗段通過現(xiàn)場的沉降觀測、FWD彎沉檢測、彎沉盆對照等對土工格柵處理黃土填挖交界處地基非均勻沉降機理進行了探討。

1 土工格柵的作用機理

土工格柵的作用機理主要表現(xiàn)在土工格柵與土的相互作用，總體上作用機理可以分為以下兩類。

1.1 土工格柵可以分散土體應力

土工格柵所具備的高強度韌性，能夠使土工格柵與土基形成一個整體。與此同時，土工格柵可以有效控制土基的側向變形，并進行荷載的分散，具備產(chǎn)生板體效應的能力，能夠大大減少路基填料的不均勻沉降[13]。

1.2 土工格柵可以使土體加筋達到補強

土工格柵所具備的較大抗拉強度的性質(zhì)，以及土工格柵的網(wǎng)眼對土橫向移動的制約作用相結合，產(chǎn)生很好的嵌鎖效應，再加之土工格柵表面和土體之間的摩擦和對土工格柵以及相關節(jié)點的被動抗阻作用，從而促使土工格柵和土體能夠形成結實的復合基地，促使土體抗剪能力的大大增強，起到防止疲勞破壞以及過大永久變形的作用[14]。

2 填挖交界地基加固實驗

土工格柵加固填挖交界地基試驗工程選在延安新區(qū)綜合管廊K2+272—K2+598段，填挖交界處的填方地段高度約為7 m，場地為濕陷性黃土。取1 m～7 m深度的地基土，各地層參數(shù)見表1。

試驗段采用頂部與底部密、中間疏分層滿鋪的鋪設方案。頂部第一層土工格網(wǎng)延伸入挖方路基4.5 m、挖方區(qū)7.5 m。施工時，兩層土工格柵間接縫交錯錯開，錯開長度不小于50 cm，土工格柵采用搭接時，搭接長度大于30 cm。選用TGDG50單向土工格柵土工格網(wǎng)作為加筋材料,每層土工格網(wǎng)均用φ8U型釘固定。

表1 各地層性能參數(shù)

3 試驗段的沉降觀測

為了更好的觀測結果，在試驗段的左右兩側布置了觀測點，左側觀測點樁號為奇數(shù)，右側觀測點樁號為偶數(shù)，每隔5 m布置一個觀測點。

3.1 試驗段的沉降觀測布置

填挖交界段地基處理完畢后,為測試鋼塑土工格網(wǎng)處治地基的效果,在試驗段埋設沉降觀測點。共布設5個斷面，每個斷面兩邊各設1個點,測點布置如圖1所示。

圖1 填挖交界試驗工程沉降觀測點布置圖

3.2 沉降觀測結果

對觀測結果進行了分析整理，分別對奇偶側樁號隨時間變化的沉降進行了比較，見圖2所示，由于在第58 d時奇偶側沉降趨于穩(wěn)定，因此選第58 d奇偶側樁進行了沉降隨里程的變化的比較，見圖3所示。

(1) 從圖2可以看出，奇偶側樁號沉降大致相同，前50 d沉降較快，50 d以后曲線變化較慢，80 d后大致呈現(xiàn)水平趨勢；奇偶側樁號最大沉降均不超過7 cm；從奇數(shù)側S-T曲線可知，接近交接處的5號樁沉降最大，接近6.2 mm，偶數(shù)側S-T曲線也有類似規(guī)律，接近交接處的6號樁沉降最大，接近6.4 mm，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》[15](GB50007—2012)，累計沉降不超過10 cm，因此可以滿足規(guī)范要求。

(2) 由圖2可知，58 d下降叫平緩，因此觀測第58 d的奇偶側累計沉降量。從圖3可以看出，在5個斷面中，奇偶側均表現(xiàn)為接近填挖交界處的K2+282處斷面的累計沉降最大，奇數(shù)側累計沉降達到5.8 cm，偶數(shù)側累計沉降達到5.9 cm。

3.3 非均勻沉降的原因分析

由圖3可知，奇偶側都隨著里程產(chǎn)生非均勻沉降，產(chǎn)生的原因主要有以下兩點：一是在交接處由于填方側和挖方側土之間的約束不足而導致一側由于重力作用產(chǎn)生滑動，從而使得交界處累計沉降較大；二是由于在填挖交接處有斜坡，在填土高度上有差異，原土與回填土的約束不同，導致沉降上的差異。

圖2 交界處隨時間的縱向沉降變化曲線

圖3 填挖交界處縱向沉降隨里程變化的曲線

4 落錘式彎沉儀(FWD)彎沉檢測

地基上面建筑綜合管廊，綜合管廊為地埋式全現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構、筏板基礎，在管廊回填后有車輛等動態(tài)荷載，綜合管廊對地基變形十分敏感，因此對土工格柵填挖交界處處理效果要求比較嚴格，對于土工格柵的效果監(jiān)測也就至關重要。近年來我國引進了一種動態(tài)檢測設備——落錘式彎沉儀(FWD),并成功地用于舊路評估檢測,但在地基處理應用很少。由于FWD檢測具有快速、準確的特點,適用于大范圍的檢測[16],為了通過對比研究鋪設土工格網(wǎng)對地基土體的加筋效果,更進一步地拓寬FWD的應用領域,試驗段運用FWD監(jiān)測技術對填挖交界處的試驗段進行了彎沉測試試驗。

4.1 FWD沉降監(jiān)測

4.1.1 監(jiān)測方法

為了進一步對比土工格柵的處理效果，進行了鋪設和未鋪設的對比試驗，因此落錘式彎沉儀檢測點布置范圍為K2+272—K2+292，此段為布網(wǎng)區(qū)，如圖1所示，K2+578—K2+589，此段為未布網(wǎng)區(qū)，如圖4所示。檢測點布置時應考慮:覆蓋挖方區(qū)、填方區(qū)及其交界;鋪設土工格網(wǎng)與未鋪設土工格網(wǎng)區(qū);中線及右側?？v向檢測點間距為5.0 m。在K2+272—K2+292段中線和右線各布置5個檢測點，同樣在K2+578—K2+589段中線和右線也各布置5個檢測點，一共20個檢測點，每個檢測點施加兩級荷載：30 kN和40 kN。

圖4 未鋪土工格柵區(qū)檢測點布置

4.1.2 監(jiān)測結果

對布置點分別進行了30 kN和40 kN荷載下沉降觀測，得出如圖5、圖6所示的結果。

由圖5可以看出，曲線整體沉降成先增大后減小的趨勢，在交接處沉降最大。右側曲線在40 kN荷載下在K2+282處呈現(xiàn)最大沉降為1.8 cm，在30 kN荷載下在K2+282處呈現(xiàn)最大沉降為1.7 cm；中側曲線在40 kN荷載下在K2+277處呈現(xiàn)最大沉降為1.5 cm，在30 kN荷載下在K2+282最大沉降為1.4 cm。圖6曲線表現(xiàn)出與圖5有類似的情況，總體也表現(xiàn)為沉降先增大后減小的趨勢，右側曲線在40 kN荷載下在K2+588處呈現(xiàn)最大沉降為6.3 cm，在30 kN荷載下在K2+588處呈現(xiàn)最大沉降為5.8 cm；中側曲線在40 kN荷載下在K2+588處呈現(xiàn)最大沉降為6.2 cm，在30 kN荷載下在K2+588最大沉降為5.7 cm。

圖5 K2+272—K2+292中心彎沉分布

圖6 K2+578—K2+598中心彎沉分布

4.1.3 監(jiān)測結果分析

從圖5和圖6的中心彎沉的分布明顯反映出，鋪設土工格網(wǎng)的區(qū)域,其彎沉明顯低于未鋪設土工格網(wǎng)區(qū)域。且隨著地基由填方路段進入挖方路段,中心彎沉呈現(xiàn)出減小的趨勢,變化段集中在填挖交界部位。在地基中分層鋪設土工格柵，可以降低地基沉降量，通過鋪設土工格柵與未鋪設土工格柵對照，鋪設土工格柵可以使沉降量降低7.1%～21.3%，而且沉降量的減少程度與所加荷載大小有關。結果表明在地基中分層鋪設土工格網(wǎng)的確可以改善地基的支承剛度,提高地基支撐效果。

4.2 鋪設區(qū)與未鋪設區(qū)彎沉盆的對照

選取K2+272—K2+292段的鋪設區(qū)與K2+578—K2+598段未鋪設區(qū)段高度基本相同的地段，分別檢測各自的彎沉盆進行對比，如圖7所示。

圖7 地基鋪設土工格網(wǎng)與未鋪設土工格網(wǎng)的彎盆對比

4.2.1 對照結果

從圖7中可知，右側和中側的趨勢相同，圖7(a)和圖7(b)都表明未鋪設區(qū)從檢測點到加載中心普遍比鋪設區(qū)彎沉值大。

4.2.2 對照結果分析

鋪設土工格柵比未鋪土工格柵彎沉盆趨勢較小，主要是由于地基未鋪設土工格網(wǎng)時，地基土比較散，整體性較差，橫向傳遞荷載的能力比較差，下沉量主要集中在荷載板下部。當鋪設土工格網(wǎng)后，地基在一定范圍內(nèi)連成一個整體，當給地基一定的外力時，土工格網(wǎng)與土體形成一個整體承擔外力，并且格柵可以橫向傳遞外荷載，通過土工格柵的張拉能力，使地基的擴散能力大幅度提高，使得荷載板下的沉降量降低，整體上比未鋪設土工格網(wǎng)區(qū)的彎盆值平緩。

4.3 回填土高度對彎沉盆檢測結果的影響

管廊地基處于填挖交界處，在彎沉盆的檢測過程中，檢測地段的填土高度相差很大，為了觀測填土高度對彎沉盆的檢測是否有填土效應，選取在試驗段布置土工格網(wǎng)區(qū)域K2+272—K2+292的右側，其中在K2+276、K2+281、K2+286、K2+291四點進行檢測，它們的填土高度分別為1.1 m,6.2 m,8.3 m,11.9 m，其彎沉盆檢測結果如圖8所示。由圖8可知，鋪設土工格柵的區(qū)域，彎盆值隨著回填土的高度的減少而逐漸變得平緩，但這種變化并不是線性的。這種回填土效應回填土高度越小，表現(xiàn)的越明顯，平滑的趨勢越強，而且還與外加荷載有一定的關系，荷載小的表現(xiàn)的比較平緩。因此，土工格柵對地基土體的改善作用與回填土的高度有一定的聯(lián)系。

圖8 回填土高度對彎盆值的影響

4.4 地基彈性模量的影響因素

(1) 土工格柵對彈性模量的影響。用彎沉盆的檢測結果進行反算可知，鋪設土工格柵的地基比未鋪設土工格柵地基彈性模量明顯偏大，大約偏大11%～32%。

(2) 填土高度和荷載對彈性模量的影響。為了研究方便，選取與回填高度對彎盆值影響時的點位，比較填土高度和荷載對地基彈性模量關系，如圖9所示，填土高度在7.0 m左右時，地基彈性模量急劇下降，在7.0 m以后彈性模量曲線變得比較平緩。因此，我們可以知道7.0 m以上的回填土對地基影響比較小。除此以外，我們也可以從圖9中看出，不同的荷載對彈性模量也有影響，大致曲線走勢基本相同，但荷載大時彈性模量也比較大。

圖9 回填土高度對鋪設土工格柵的地基彈性模量的影響

4.5 鋪設區(qū)與未鋪設區(qū)垂直應力的對比

同樣選取K2+272—K2+292段的鋪設區(qū)與K2+578—K2+598段未鋪設區(qū)段高度基本相同的地段，在回填土時貼應力片來測定不同高度處的應力，分別選取離地面8 m，4 m，0 m處進行測量，測量結果如圖10所示。結果顯示，鋪設土工格網(wǎng)的比未鋪設土工格網(wǎng)的垂直應力整體較小。因此可以得知，土工格網(wǎng)具有應力擴散的能力，降低土體垂直應力，提高地基土抵抗變形的能力[17]。

圖10 鋪網(wǎng)前后垂直應力與回填土高度的關系

5 結 論

通過現(xiàn)場試驗段試驗，我們可以得出如下結論：

(1) 由于在縱向上不同斷面約束不同，使得產(chǎn)生非均勻沉降，在填挖交界處沉降最大，但土工格柵可以整體上提高地基承載力。

(2) 土工格柵可以使土體具有整體性，并且它可以在橫向傳遞荷載，使得地基整體彎沉比較平緩。

(3) 通過彎沉盆的影響因素以及地基彈性模量的影響因素分析，證明填土高度的不同使得他們變化也有所不同?；靥罡叨仍降蛷澇僚璧氖諗恳苍綇姴⑶页两狄苍降?；回填高度在7 m以后填土高度對地基彈性模量的影響也變得減小。

由現(xiàn)場開展的試驗數(shù)據(jù)分析，在填挖交界段地基中分層鋪設鋼塑土工格格柵，可以改善填土地基的承載能力，降低地基內(nèi)的垂直應力，有效緩解填挖交界地基沉降的非均勻程度，因此分層鋪設土工格柵是一種有效的解決地基填挖交界處非均勻沉降問題的辦法。

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Field Test of the Geogrid in the Foundation of Filling and Excavating

LI Jinkui, WU Kai

(KeyLaboratoryforPrediction&ControlonComplicatedStructureSystemofLiaoningProvince,DalianUniversity,Dalian,Liaoning116622,China)

In order to analyze the effect of geogrids on the nonuniform settlement of the foundation, FWD deflection test, laying and laying of geogrids without laying the geogrids experiments was carried out in the Yan'an New Area integrated corridor project. The influence of backfill height on the bending basin and the influencing factors of the backfilling modulus of the foundation are discussed. It is proved that the stratified geogrid can not only improve the ability of resisting deformation, but also bring the soil into the whole horizontal transmission tension. Therefore, the laying of geogrid can effectively solve the problem of non-uniform settlement of the foundation of the filling and excavation, which can provide reference for future engineering.

boundary of the filling and excavation; Non-uniform settlement; geogrid; FWD

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.04.034

2017-03-17

2017-04-20

李金奎(1972—)，男，遼寧大連人，博士，教授，主要從事巖土、礦業(yè)等方面的教學及研究工作。E-mail:120803591@qq.com

TU472

A

1672—1144(2017)04—0172—06