改良粉质黏土公路路基的竹筋加固技术研究

邰志海 1 1 齐剑军 2 张宇 2

通辽市交通工程局劳动服务公司 内蒙古通辽市 028000²

摘要：竹筋加筋土技术采用竹筋代替传统钢筋加筋材料，常用于公路路基的加固处理。本文重点探讨了改良粉质黏土公路路基的竹筋加固技术。

关键词：粉质黏土；路基；竹筋

加筋材料是土体加固技术的关键构件，竹材作为加筋材料，具有自量轻、强度高、弹性好、安全、易加工、生长快、成本低等优点，属于可再生资源。正是由于竹筋加筋土技术具有选材方便、环保、经济等特点，所以其具有良好的推广应用价值。

一、路基概述

路基是路面基础，是经开挖或填筑而形成的土工构筑物。路基主要作用是为路面铺设或行车运营提供必要条件，并承受车辆或路面及交通荷载的静荷载和动荷载，同时将荷载向地基深处传递与扩散。在纵断面上，路基必须保证线路需要的高程；在平面上，路基与桥梁、隧道连接组成完整贯通的线路。在土木工程中，路基在施工数量、占地面积及投资方面占有重要地位。此外，路基是一种土工结构，经常受地质、水、降雨、气候、地震等自然条件变化的侵袭和破坏，抵抗能力差，因此，路基应具有足够的坚固性、稳定性和耐久性。

二、竹筋技术要求和防腐处理

1、竹筋技术要求。竹筋属于一种纤维材料，纤维方向的每个角度都与强度受力方向有关。粉质粘土中使用的竹筋有以下要求：①圆竹杆直径大于50mm。②横纵向竹筋厚度大于5mm，宽度大于50mm。③竹子顺纹抗拉强度≥150MPa，弹性模量≥2.0GPa。

2、竹筋防腐处理。竹筋砍伐后使用寿命不会很长，所以要进行防腐处理，以提高竹材使用寿命。在众多防腐处理中，刷沥青漆方法最为适用。有学者对竹筋用沥青漆防腐进行了试验，结果表明，经高浓度酸碱浸泡后，竹筋仍能保持原状，抗拉强度为94～97%。竹筋防腐处理：①按施工图尺寸加工新砍伐竹子。②将加工好的竹子放在自然通风房间，注意不要淋雨。竹材含水率为10%～13%时即可。③完成前两步后，手工刷沥青漆。因竹子表面较光滑，所以不宜上漆。通常需刷两遍沥青漆才能达到预期效果，刷好后，将其放入自然通风房间晾干即可。

三、路基与竹筋施工质量标准

1、路基施工质量标准。路基施工质量标准以《公路工程质量检验评定标准》为依据，具体要求为：①粉质粘土含水量控制在±4%以内。②路面弯沉度≤28。③路基基底压实度≥90%，填筑压实度≥95%。④中线偏位允许有95 mm偏差。⑤纵断高程允许±15mm偏差。⑥平整度允许有20mm偏差。⑦横坡允许有±0.7%偏差。

2、竹筋施工质量标准。竹筋用于加固改良粉质粘土路基，加筋材料为竹筋，现有施工标准中未提及竹筋材料质量标准。竹筋施工标准根据竹子的特性及《公路加筋土工程设计规范》，对竹筋施工质量标准提出如下标准：①所有经防腐处理的竹子必须涂上沥青漆。②每层竹筋间允许有50mm偏差。③竹筋间距允许有±25mm偏差。④圆竹竿偏位允许为50mm偏差。⑤每层竹筋用15个U型钉固定。

四、室内试验

材料室内试验旨在为数值模拟提供参数，获得粉质粘土改良方法和配合比。

1、竹筋拉伸试验。毛竹选用5～6a生，胸径大于50mm，竹壁厚度大于4mm，人工加工成宽50mm，厚4～5mm条状。为适应拉伸试验仪器，将竹筋切割成200mm长，将端部刮毛，由环氧树脂系胶结剂做成扩大头。竹筋拉伸试验按土工织物拉伸试验标准进行。

2、改良粉质粘土的基本物理力学试验。为获得粉质黏土改良方法和配合比，对不同外加剂、配合比改良土进行室内试验研究，试验过程严格按《公路土工程试验规范》和《土工试验方法标准》等规范进行。先进行不同配合比下草灰和石灰的含水量损失和击实试验。试验结果为：当石灰掺量达到6%时，石灰改良土含水量已达到可压实含水量范围，因此初步确定石灰掺量为6%及8%；当草灰掺量达到20%时，草灰改良土含水量在压实含水量范围内。但因钻前工程路基压实度要求为95%，因此初定草灰掺量为15%及20%。在此基础上，进行改良土路基填料强度掺和无侧限抗压强度试验。

3、竹筋改良土界面摩擦试验。试验土样选用含水量为29%素土和草灰(20%)或石灰(6%)拌制而成，焖料10h，使其含水量均匀。焖料完成后，按规范规定操作步骤进行。

五、数值计算与分析

通过FLAC^3D软件，对优化后竹筋加固改良的粉质粘土公路路基断面结构几何尺寸进行比选，主要是竹筋格栅层间距。路基填土本构模型采用Mohr-column模型；竹筋采用实体单元模拟，本构模型为各向同性弹性模型。在数值模拟中，考虑作用在路基表面的荷载为并装三轴挂车的最大允许轴荷加载(限值24000kg、轴距1.4m、车宽2.5m)。

1、参数和几何模型。在数值模拟中，通过室内试验获得竹筋与土的主要参数及竹筋与土的接触参数。

2、工况划分及其数字模型。工况1：距地基面每隔0.5m铺设5mm厚竹筋，竹筋包裹上层土，并绑扎在上层竹筋上，由于竹筋存在光面，在竹筋面下方铺设5cm灰土层以防滑。工况2：竹筋每1.0m铺设，其余同上。工况3：竹筋每1.5m铺设，其余同上。

3、计算结果与分析

1)路基分层沉降。建立数值模型后，三种工况下路基沉降计算等值线图。结果表明：随着加固措施的加强，控制效果会增强。

2)路基边坡侧向位移。工况3下，车辆荷载作用下路基的侧向位移更显著，路基顶部的侧向位移大于下部。路基在1m深度有较大侧向位移，甚至在加载点以下有向内挤压的侧向位移；在工况1、2下，路基的侧向位移不明显。

3)路基竖向土压力分布。随着加固措施的不断加强，中层和深层土压力同层均匀稳定，在工况1下，中层和深层土压力，特别是中层土压力分布曲线已趋于直线。

对比分析了三种工况下路基的分层沉降、侧向位移、竖向土压力分布。结果表明，0.5和1.0m铺设加筋体加固措施具有良好控制效果，能满足低等级公路设计要求。同时，考虑到节约建筑材料和优化成本，可用1.0m竖向间距铺设竹筋，以加固路堤。

六、工程应用

1、工程背景。某钻前井场地区降雨量丰富，粘性土(含粉质粘土)分布广泛，含水量高，承载力低，造成井场公路施工中未经处理的高含水量粘性土填筑路基沉降过大、不均匀沉降、路堤边坡失稳破坏等问题，导致道路路况及行车条件恶化，道路服务水平下降，道路维护投入增加，严重影响了钻前项目经济效益。因此，选择一种环保经济的低等级井场道路路基加固方案具有重要意义。

2、施工工艺流程。该钻前井场公路约200m，软土地基挖去后，公路路基填筑土方高度约1.5m，改良粉质粘土(石灰参量6%)路基采用竹筋格栅加固，竹筋格栅竖向间距75cm，共铺设3层。施工工艺流程为：处理下承层→放样→铺设灰土层→铺设竹筋层→路基表面处理。此施工工艺流程关键工序是竹筋层的铺设。下层竹筋反包裹与此层竹筋搭接并固定，形成完整的加固台阶。

3、路基承载力现场试验。本段施工完成后，进行路基承载力试验。采用贝克曼梁法检测路基回弹弯沉，检测过程按《公路路基路面现场试验规范》进行，试验车采用标准车BZZ100。试验结果表明，该井场公路路基弯沉值小于290×10^-2mm，满足井场公路运输要求。

参考文献：

[1]文华.乡村公路竹筋加筋土路基施工工艺研究[J].施工技术，2015(15)．

[2]雷挺.改良粉质黏土公路路基的竹筋加固技术研究[J].岩石力学与工程学报，2015(02).