土工格栅在铁路既有线电气化改造路基沉降整治中的应用

（中铁十七局第六工程有限公司，福州 350014）

土工格栅在铁路既有线电气化改造路基沉降整治中的应用

■陈仙华

（中铁十七局第六工程有限公司，福州 350014）

结合浙赣铁路既有线200km电气化提速改造施工工艺要求，介绍基床病害的成因，提出铺设土工格栅进行整治，并对土工格栅的加固原理、可行性及最终整治效果进行了说明。

土工格栅 基床病害 加固

1 前言

路基是轨道的基础，也叫线路下部结构。路基的稳定性，直接影响上部结构的稳定。由于客观和人为多种因素的影响，在实际工作中，从路基标准的制订，到设计、施工、检测、甚至养护维修等方面能真正把路基当作基础、当作一种土工结构物来对待是不容易[1]。

随着我国既有铁路的全面提速，对路基的要求也相应提高，路基基床必须具有足够的强度和稳定性。路基基床是指路基上部直接承受列车动应力作用的部分，基床表层是指基床上部直接和道床相接，承受列车荷载较大的部分。本文将结合工程实例，详细介绍土工格栅垫层在减小地基沉降方面的作用。

2 病害及其原因分析

(1)病害情况

浙赣铁路既有线200km电气化提速改造DK720+ 000～720+250，线路堤高约4.7m，左侧有农业灌溉水塘。整治前基床变形严重，持续下沉，要经常补碴抬道，轨道几何状态难以控制。经勘探，道渣陷槽深度达1.20m(距枕底)，并伴有严重的翻浆冒泥现象，且基床已发生了剪切破坏；地基承载力为103～178kPa，在基床表面0.18m范围内基床承载力低于设计承载力。

(2)病害成因分析

基床在列车荷载的作用下，将产生变形，如荷载不大，变形也不大，应力与应变成线性关系，也就是说基床只产生弹性变形，而当荷载加大到一定程度或者频繁作用下，基床中部分区域土的应力已达到抗剪强度，从而产生剪切破坏，并产生塑性变形，随着变形量的不断增大，也就导致了基床下沉病害的发生。

3 土工格栅的应用

3.1 加固机理

土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形格栅的聚合板材，常用作加筋土结构的筋材或土工复合材料的筋材等。它是近几年来工程中应用最广泛的土工合成材料之一。土工格栅分层铺设在路堤中，使土工格栅与土体共同承受内、外荷载作用。利用格网与土接触面的摩擦作用，使土中的垂直应力和水平应力经土工格网面层水平扩散，转化为土工格网与土界面的剪应力，从而降低土体受力，起到固结边坡土体，加筋补强和防止路堤坍塌、沉陷的作用。

3.2 土工格栅栅类型及制造方法

土工格栅按其制造时拉伸方向分为单向拉伸和双向拉伸两种，图1为本工点使用的单轴格栅构造图。土工格栅的制造过程是在经挤压制出的聚合物板材 (原料目前多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔，孔的形状大小及布置按最终制成的土工格栅产品确定，然后施行定向拉伸。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成，双向拉伸格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。格栅制造中聚合物的高分子随加热延伸过程而重新排列定向。

图1 土工格栅构造

3．3 一般特性[2]

⑴力学性能。格栅由于制造过程中经过了定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加强了分子链间的联结力，大大提高了其抗拉强度 (可较未拉伸前提高5～10倍)，而延伸率却只为原板材的1%～15%。土石料在格栅网格内互锁力增高，它们之间的摩擦系数也显著增大 (可达0.8～1.0)。

⑵温度影响。通过对土工格栅强度、变形影响的试验，结果表明，温度越高，其强度越低，变形越大；温度越低，其强度越高，变形越小。

⑶耐久性能。由于土工格栅中加入了炭墨等抗老化材料，使它具备了较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗老化等耐久性能。

⑷施工性能。土工格栅是一种重量轻，具有一定柔性的塑料平面网材，易于现场裁剪和连接 (可用聚乙烯绳或连接棒连接)，也可重叠搭接，便于现场组装成所需构造形状。土工格栅在施工过程中折曲影响小，施工简单，不需要特殊的施工机械和专业技术工人。

3.4 施工工艺

⑴工艺流程

土工格栅施工工艺流程如图2所示。

图2 土工格栅施工工艺流程图

⑵土工格栅的连接

土工格栅的连接一般采用绑扎，搭接宽度不应小于l0cm。为使搭接处满足受力要求，一般每隔10～15cm应有一个绑扎点；受力方向在此距离内应有两个绑扎点，多层铺设时，上下层搭接应错缝布置。

⑶土工格栅的固定

土工格栅铺设应平整，不能有褶皱，尽量张紧，然后用U形插钉固定。

⑷土工格栅的填盖时间

土工格栅铺设好后，应及时用土料填盖，一般不超过两天，如果紫外线照射较弱，可适当延长覆盖时间。

⑸土工格栅的填料

填料应按设计要求选取。实践证明除冻结土，沼泽土，生活垃圾，白垩土和硅藻土外均可用做填土。但砾类土和砂类土力学性能稳定，受含水量影响很小，宜优先选用，粒径不得大于15cm，并注意填料级配，以保证压实质量。

⑹填料的摊铺和压实

当土工格栅铺设好后，在两端摊铺填料，将土工格栅固定，再向中部推进。碾压的顺序是先两侧后中间。碾压时压轮不能直接与土工格栅接触，压实的加筋体一般不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位。分层压实厚度为20～30cm，碾压密实度应达到工程要求，这也是加筋土工格栅工程成败的关键。

4 整治效果

为了测试和分析加固的效果，在格栅垫层布设了沉降观测点并埋设了土压力盒。格栅垫层底面的沉降采用沉降板进行量测；路堤基底压力采用钢弦式土压力盒进行量测，每个断面对称于路堤中心线布置5个测点，测点间距6.0m。图3为路基格栅底面的沉降-时间曲线；图4为路堤基底的压力-时间曲线。

图3 沉降-时间曲线

图4 压力-时间曲线

5 结论

将土工格栅用作拉筋铺设于砂垫层中，形成加筋砂垫层，是一种近年来大量采用的地基补强措施。格栅垫层能有效提高地基的稳定性，已得到了工程实践的确认。本文结合具体工程，以现场测试数据为基础，对格栅垫层减小路堤沉降的能力、均化基底压力的能力问题进行了分析，行出以下结论：一是土工格栅垫层能有效减小地基在上部路堤荷载作用下的沉降变形。二是土工格栅垫层具有一定程度的均化基底压力的作用。

［1］高速铁路土木工程.西南交通大学出版社，1999.11.

［2］土工合成材料及其在工程中的应用.云南交通科技，2000.2.