复合三维排水土工网在路基处理中的应用.pdf

3 4 4 成果应用 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 复合三维排水土工网在路基处理中的应用 金树 法， 宋秀莲 ， 刘天福 ， 尚志刚 f 天津 城建设 计 院有限公 司，天津3 0 0 0 7 3 ) 摘 要： 复合三维排水土工网作为一种新型的排水材料在道路工程中得到越来越多的应用。该文首先分析 了复合三维排水土 工网的原材料性能 ， 并重点介绍其在路基处理工程中的应用。工程实例表 明： 该型材料排水效果明显提高 ， 工程投资明显减 少 。 关键 词 ： 复合 三维排 水土工 网 ； 路 基处 理 ； 应用 ； 天津 市 中图分类 号 ： U 4 1 6 ． 1 文献 标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 2) 0 7 — 0 3 4 4 — 0 3 0 前 言 随着我国经济 的高速发展 ，房地产市场在近 1 0 a内也取得 了令人瞩 目的成就 ， 各大中城市 中 ， 高楼耸立 ， 各种现代化的建筑 比比皆是 ， 人们 的生 活发生 了天翻地覆 的变化 ，也享受到了改革开放 所取得的丰硕成果 。在这一片繁忙景象的背后 ， 也 有些令人深深思索 的问题 。作为房地产开发商 ， 首 先考虑的就是企业的利润，而在平原地区进行地 产开发， 首先考虑的就是区域的地坪高程， 地坪高 程对开发成本来讲 是一个重要 因素 。有的开发商 为了降低成本，会想尽一切办法来降低区域的地 坪高程 ， 这对于地下水位较 高的滨海城市来讲 ， 就 会 给区域 内的道路设计带来很大 的技术难度 。过 低 的道路规划高程 ，对路基路 面的稳定性是一个 严重 的考验 。 区域地块高程 ， 直接影 响区域地块填筑投资 ， 进而影响道路设计高程。 根据粗略估算， 地块高程 每抬高 1 0 c m，每平方公里需增 加填土 1 0万 1 T I ， 投 资增加约 5 0 0万元 。若为减少 区域的填垫投资 而降低区域地块 的规划高程 ，道路设计高程则会 相应 降低 ， 这会 引起 路基处于潮湿 、 过湿 状态 ， 根 据常规设计 ， 需设置碎石垫层隔离地下水。 新型的复合三维排水土工网克服了天然碎石 、 砾石施工工况难以控制并且造价偏高等问题， 它将 一 个抗压缩和具有孔隙的排水系统结合到道路结 构中。既能提高排水能力， 又能减少冻胀影响。 1 天津市滨海新区常规路基处理方式 1 ． 1 地质状况 根据天津市滨海新区多个项 目的地质勘察报 告 ， 总结该地区的地质状况如如图 1所示 。 收稿 日期： 2 0 1 2 - 0 3 — 1 4 作者简介： 金树法( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 河北沧州人 ， 高级工程师 ， 从 事道 路工程 设 计工作 。 = ： ] { i～ 4 ， 较 啦 ～ 可 塑 状 态 ． 中 压 缩 性{ 司 L一 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． J 臣三 叵三 囹 臣三耍堕囹 巨互!变囹 图 1地质 状况示意 图 ( 1 ) 人工填土层( Q m 1 ) ： 全 场地均有分布 ， 厚度 1 ． 0 0～4 ． 0 0 m， 底板 标 高为 2 ．6 0 —一1 ． 0 m， 主要由素填土( 地层编号 ① ) 组成 ， 呈褐色 ， 软塑 ～可塑状态 ， 粉质粘土层 ， 含砖 渣 、 石子 ， 属 中压缩性 。 ( 2 ) 全新统上组陆相冲击层( Q 4 3 a 1 ) ： 厚度 0 ． 8～ 2 ． 5 m，顶板标高为 2 ． 6～0 ． 5 2 m， 主 要 由粉质粘土 ( 地层 编号② ) 组成 ， 呈灰黄色 ， 可塑 状态 ， 无层理 ， 含铁质 ， 属 中压缩性土。局部缺失该 层 。 ( 3 ) 全新统 中组海相沉积层 ( Q 4 2 m) ： 厚度 1 4 ． 2 0～1 6 ． 3 0 m， 顶板标高为 1 ． 2 0—一 1 ． 0 m， 该层从上而下可分为 2个亚层 。 第一亚 层 ， 软粘土 、 淤泥质 土( 地层 编号③ ) ： 厚度一般为 1 O ． 5 0～1 4 ． 3 0 r n ， 呈灰色 ， 流 塑 ～软塑 状态 ， 有层理 ， 含贝壳 ， 属高压缩性土。局部夹粉 土、 粉质粘土透镜体。 第二亚层 ， 粉质粘 土( 地层编号③： ) ： 厚度一般 为 1 ．5 0 3 ． 8 0 m， 呈灰色 ， 软塑状态 ， 有层理 ， 含贝 壳， 属中压缩性土。局部夹粉土透镜体。 ( 4 ) 全新统下组陆相冲积层( Q 4 1 a 1 ) ： 厚 度 7 ． 7 O～1 0 ． 5 0 m，顶 板 标 高 为 一 1 4 ． 5 5～ 一 1 5 ． 5 9 m， 该层从上而下可分为 2 个亚层： 第一亚层 ： 粉质粘土( 地层编号④ ) ： 厚度变化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 成果应用 3 4 5 较大 ， 为 1 ． 5 0～9 ． 7 0 m， 呈 黄灰 ～灰黄 色 ， 可塑 状 态 ， 无层理 ， 含铁质 ， 属 中压缩性 土。局部夹粉土透 镜体 。 第二 亚层 ： 粉土 ( 地层 编号④ ) ： 厚度 变化 较 大 ， 为 2 ． 0 0～6 ． 9 0 m， 呈 黄灰 ～灰 黄色 ， 密实状态 ， 无层理 ， 含铁质 ， 属低压缩性土 。局部缺失该层。 ( 5 ) 滨海新区的开发 区域大部分位于荒地 、 鱼 塘 、 盐 田 、 芦 苇塘 区域 ， 地 下水位高程 大部分位 于 1 ． 5～2 ． 5 m之 间 ，区域 的规划高程在 3 ． 5～4 ． 5 m 之间 ， 路面结构厚度基本在 6 0～7 0 e m范 围内。根 据 自然 区划 ， 路基基本处于潮湿或过湿状态 。 1 ． 2 常规路基处理方 案 由于滨海新 区的地下水位较高 ，路基处 于潮 湿或过 湿状态 ， 而且原地表基本均为人工填筑土 ， 土质较 差 ， 并处于软塑 ～可塑状态 ， 为保证路基 的 稳定性 以及沉 降能够满 足规 范要求 ，路基必须进 行相应 的处理 ，同时必须设置相应 的隔水层 以阻 断毛细水 的上升对上部结构的影 响。 常规处理方案( 浅层换填 方案 ) 为 ： 挖除表层 的人工填筑土至路 面结构 以下 8 0～ 1 0 0 e m至原状 土 ， 若 土质较好 ， 铺筑土工格栅 ， 在 其上铺 筑 4 0～5 0 e m碎石 ( 碎石底高程一般应高 于地下水 位 高程 ) ，土工 格栅进 行 反包 2 ． 0 m处 理 ，碎石上面分层铺筑 4 O ～ 6 0 e m的石灰土 ( 6 ． 0 ％ 一 1 0 ． 0 ％) ， 然后在其上施做路 面结构 。 2 复合 三维排水 土 工 网原材 料性 能 排水 土工 网的材料组成及其 结构构成使其具 有高导水率 、 高抗 压强度和高抗拉强度等特性 。 2 ． 1 高导水 率 三 维排水 土工 网网芯具有 独特 的三维结 构 ， 在整个 使用过程 中能够承受 较高 的压缩荷 载 ， 并 能保 持相 当的厚度 ， 提供很高的导水率。三维排水 土工网排水通道呈直线 ， 大大缩短排水时间 ， 相应 提高排水效率 。 三维 排 水 网 的排 水 能力 和 1 m 厚 的砾 石 相 当。可 以大大节省砾石的使用量 ， 节约投资 。使用 三维 复合排水 网， 铺设于地基上 ， 代替砂砾石作 为 横 向排水层 ， 能够有效阻断地 下毛细水的上升 ， 起 到碎石层无法达 到的作用。 2 ． 2 高抗压强度和抗拉强度 三维排水 土工 网可 以承受 大于 2 0 0 0 k P a的 压缩荷载， 远远大于普通排水网； 三维复合排水网 具有相当的抗拉强度和拉伸模量，三维排水土工 网抗拉强度是普通排水 网的两倍 ，同时对地基有 加 固作用 ，可以取代一层双 向土工格栅或两层土 工 布 。 3 复合三维排水土工网在路基处理 中的应 用 3 ． 1 工 程概 况 天 津 市东 丽 区金 钟街 项 目区被 津蓟 高 速 公 路 、 新开 河 、 北环铁路 围合 成狭长 盆地 内 ， 地 势低 洼 ， 场地基本为农 田及部分鱼塘沟渠。该区域地下 水位较高 ， 高程基本在 1 ． 7 m左 右 ， 且人 工填土层 下为粉土层 ， 地下水 毛细现象严重 ， 需加强路基处 理 ， 隔离地下水 ， 防止地下水毛细作用影响路基稳 定及路面结构 。 3 ． 2 复合三维排水 土工网设计 方案 根据道路规划高程 、 地下水 位埋 深等情况 ， 确 定路基所处状态 ， 下 面是几个项 目区的对 比情况 ， 见表 1 所列 。 表 1 路 基状态 对比表( 单位 ： m) 最道 临 界 高 度 路 基 状 态 区 域 高 程 厚 度 高 程 ⋯ 一 ⋯ ⋯⋯。u 根据工程所 处 自然区划 ，天津地 区路基处 于 干燥 、 中湿 、 潮湿状态时 的临界高度 H1 、 H 2 、 H3分 另 0 为 ： 2 ． 4 m～2 ． 6 m、 1 ． 9 m～2 ． 1 m、 1 ． 2 m～1 ． 4 m。 若路基处于潮湿或过湿状态 ， 必 须考虑隔水措施 ， 隔离地下水 ， 阻止毛细水上升。 由于该区域内道路规划高程约为 2 ． 7 m， 参考 其 他 区域路 面结 构下铺 设 4 0 e m石 灰土 + 4 0 e m 碎石 ， 则碎石 垫层 处于地下水位 以下 ， 起不到隔离 地下水 的作用 。针对该 区域特点拟定路基处理方 案为 ： 开挖路槽 ， 整 平压实 ， 槽底设 置 1 ． 5 ％向外横 坡 ， 设置 3 0 e m级 配碎石 ， 碎石顶面高程不低于地 下水位 1 ． 7 m高程 ，碎石上设置 复合 三维排 水 网 垫 ，其上为路面结构 ，底基层用防水土工布包裹 ( 见 图 2 ) 。 排水网垫边缘卷起 ， 内设带孔 P V C管 ， 与雨水 收水井连接 ， 用 以排除地下水 ( 见 图 3 ) 。 3 ． 3 复合三维排水土工网施工工艺 开挖路槽 ， 整平压实 ， 铺设 3 0 e m级配碎石 ， 嵌缝 压实后 ，垂 直于道路 中线铺设 复合三维排水 网垫 ， 施工采用 搭接方 法 ， 搭接 2 0 e m 以上 ， 先刮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 6 成果应用 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 懿 蟠 二 茎三三 蕊 图 2采 用复合三维 排水土工 网路基处理 图 图 3 A 大 样 - 排 水 网 垫 边 缘 构 造 图 开复合体再采用 u型钉或 L型钉 固定 ， u型钉 向 下进人 1 5 c m以上 。排水 网垫边缘刮开上层土工 织物 ， 卷起包裹 1 0 c m带孑 L P VC管 ， 将土工织物 接缝扎紧。P V C管与雨水收水井连接 ， 排除地下水 ( 见 图 4 ) 图 4现 场 施 工 实 景 3 ． 4 复合三维排水土工网应用效果分析 本 文对采用 常规方法和采用复合三维排水 网 垫进行 经济技术 比较 ，对道路工程建设费用和场 地填垫 费用进行 比较 。结果表明 ： 采用常规方法 ， 场地填垫高度约 1 m；而采用复合三维排水网垫 ， 场地填垫高度 约 4 0 c m，可节 约 6 0 ％的填 垫土方 量 ，约 1 2 0万 m ，节约填垫土方费用约 6 0 0 0万 元 ， 总体经济效果 明显( 见表 2 ) 。 + ”+-—_ 卜一— ”— +- ”—+ -一—+ - 表 2 路基处 理建设 费用( 1 O 0 0 m ) 比较表 工 程 项 目 碎 石 墨 案复 合 三 维 排 圭 工 网 方 案 ／ 力 兀 ／力 1 7 11 该项 目于 2 0 0 9年 5月 开工 ， 8月 完成复 合三 维排水 网垫施工 ， 9月完成路面结构施工并部分开 放交通 ， 经过 2 a 左右的使用及观测 ， 路基路面均 未发现因地下水引起的病害， 使用效果较好 ， 经济 效益 明显 ， 具有 明显的技术借鉴作用。 4 小结 道路路基处理 中采用 复合 三维排水 土工 网具 有 明显的经济效益和社会效益 。 ( 1 ) 降低路面设计高程及地块填垫高度 。 ( 2 )增加 了有序 的排水通 道 ，增 强了路基强 度 。 ( 3 ) 减小地块填垫土方约 1 2 0万 m ， 减少投 资 约 6 0 0 0万元 。 ( 4 )减小 了石料及石灰 的开采 ，利于环境保 护 ， 具有较大的环境效益和社会效益 。 参考文献 [ 1 ] 沙 庆林 ．高等级公路 半刚性 基层 沥青路 面[ M] ．北京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 1 9 9 8 ． 【 2 ] 包 国涛 ．新 型三维复合 排水 网在 道路工 程 中的应用 [ J ] ．中 国 科技信 息 ， 2 0 0 5 ， ( 2 4 ) ． “ 连续梁桥支座更换关键技术” 通过专家验收 由中交路桥技术有限公司主持承担的北京市科委重点科研项 目“ 连续梁桥支座更换关键技术研究” ， 于 近日通过专家验收。这项关键技术的研究完成后， 不但能填补我国这一领域理论研究的空白， 而且对我国连 续梁桥支座更换技术变革将产生深远影响 。 该项 目的研究具有三大创新点： 一是提出了适合于中小跨径连续梁桥支座更换的“ 余弦逐波顶升” 支座 更换技术及相应的控制指标， 形成了不中断交通的连续梁桥支座更换理论体系； 二是针对高墩连续梁桥支 座更换工程提出了相适应的 3种施工新方法 ： 钢蝴蝶梁法 、 钢套箍法和气动顶升法 ， 总结并形成 了实用 的连 续梁桥支座更换关键施工工艺 ； 三是发明了大结构水平二维位移 自动测量装置与方法 ， 开发和完善 了梁体 顶升分布式控制系统 D C S 。 参与验收的专家一致认为 ， 课题研究成果示范应用效果 良好 ， 创新了城市桥梁和公路 中小跨径桥梁支 座更换的方法 ， 具有很好的推广应用价值。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m