土工合成材料在公路建設中的應用

【摘 要】土工合成材料作為一種新型的道路建筑材料在公路建設中已得到了廣泛的應用，其在不同的應用場合，發揮著不同的功能。文章主要結合工程實例簡要介紹土工合成材料（土工布和土工格柵）在路面裂縫防治及處理路基軟土地基的應用。

【關鍵詞】土工布；土工格柵；公路工程；應用

1 前言

半剛性基層是目前公路路面工程的主要結構形式，它具有強度高、水穩定性好、剛度大、變形小等優點，但同時帶來一個在施工過程中非常難以克服的難題----裂縫。基層開裂后，會使瀝青路面底部出生較大的應力集中，該房屋的瀝青路面最可能發生反射裂縫，它在諸如雨水、氧化、粉塵等環境因素的作用下，會使裂縫迅速向四周擴散、延伸，是路面早期破壞的主要原因之一。為了既能防止基層裂縫反射到面層上來，又能防止地表水下滲的雙重作用，許多工程改建、維修中采用土工布進行裂縫治理，采用土工格柵進行軟土路基的治理。

2 土工合成材料介紹

土工合成材料包括土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格柵等。它的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。土工織物按制造方法可以分為有紡土工織物和無紡土工織物。有紡土工織物由兩組平行的呈正交或斜交的經線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經過加工而成。按照聯接纖維的方法不同，可分為化學聯接、熱力聯接和機械聯接三種聯接方式。

按照聯結纖維的方法不同，可分為化學（粘結劑）聯結、熱力聯結和機械聯結三種聯結方式。

土工織物最突出的優點是重量輕、整體連續性好，施工方便，抗拉強度高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。

鑒于土工合成材料（土工布和土工格柵）具有優良的抗拉力學特性，工廠化批量生產、穩定的質量和下沉簡易的施工特點，已被廣泛應用于土木工程各個領域。

在道路路面工程中，土工布主要應用于路面罩面，防止路面反射裂縫，延緩反射裂縫發生和發展。在路基工程中，主要選用土工格柵來處理軟土地基，加速地基的固結，提高地基承載力。

3 土工布應用于路面裂縫的防治

3.1 方案選定

在山西，有很多的公路承擔著晉煤外運的重任，隨著交通量的不斷增加和運煤車輛的單車載重的大幅度增加，許多道理現已出現大面積的裂縫、沉陷等病害，雖經多次大面積挖補，仍不能阻止病害的發展。在這些道路的修建過程中，為了保證在工程建設期間不出現路面早期破壞，同時也為了縮短工期，較大規模地采用土工布用于路面裂縫的防治與治理，收到了較好的效果。

3.2 土工布防止反射裂縫的作用機理

為保證工程質量，對土工布的規格加以嚴格控制，選用了壓縮性小、規模大、化學作用穩定、浸透瀝青性能良好的聚酯長絲無紡土工布。具有良好的延伸性和抗刺破、脹破能力，可將應力擴展至更廣范圍，緩解裂縫處的應力集中，起到了吸收部分拉伸能量的作用。

首先，由于土工布的存在，減少了罩面層與基層的結合力，雖然界面強度下降，但足以防止界面的上下相對位移而保持連續。

其次，土工布具有耐高溫的優良性能，瀝青混合料熱鋪時溫度高達150℃以上。而土工布在該溫度下不出現熔化和軟化，否則，將起不到應有的作用。T010/140土工布以聚酯為原料，熔點高達230℃，攤鋪時性能穩定不會發生任何變化。該土工布與瀝青混合料、瀝青膠油有較好的結合性，正常的施工步驟是先在基層頂面上均勻噴灑瀝青膠油，再鋪放土工布，然后再其上攤鋪瀝青混合料，最后碾壓成型。土工布下的瀝青膠油在碾壓過程中透過土工布與熱鋪面層結合，因此，要求土工布具有良好的滲透性及與瀝青的結合性。同時對瀝青的選用和瀝青用量也有嚴格的要求，一般選用熱瀝青，盡可能不用乳化瀝青。

3.3 材料的性能與要求

聚酯長絲針刺無紡燒毛土工布，其技術參數為：單位面積質量150±15g/㎡，厚度1.6mm，斷裂強度≥8.0KN/m，斷裂伸長率≥50%，垂直滲透系數0.3㎝/s。

3.4 施工工藝

3.4.1 施工準備：選擇高溫天氣，鋪設土工布前，對水泥穩定碎石基層頂面進行清掃，并保持其干凈。

3.4.2 灑布瀝青：瀝青材料選用普通熱瀝青作為粘層油，瀝青灑布量根據試驗確定，一般應控制在0.9kg-1.1kg/㎡。瀝青的灑布用專用瀝青灑布車進行，灑布量要提前檢測符合要求，灑布寬度控制在超過土工布寬度20cm，灑布速度根據實際土工布鋪設速度與碾壓速度而定。對于局部灑布過量的瀝青，及時予以清除。

3.4.3 鋪設土工布：土工布鋪設選在瀝青冷卻失去黏聚性之前進行；土工布鋪設要求平整、無折疊與皺褶；鋪設完成后，用輪胎壓路機進行碾壓，使之結合緊密。土工布與土工布的搭接長度為15cm；土工布破損和粘貼不好的地方，要除去重新鋪設；土工布皺褶的地方，要人工展平或涂刷瀝青，把折起的地方重新粘貼，使得在碾壓后，上、下兩層土工布粘結在一起。

3.4.4 瀝青混合料攤鋪：在鋪設土工布后，應立即攤鋪瀝青混合料，其溫度控制在160℃以內。為了便于其它施工車輛行駛，在土工布上灑一些砂或加熱后的石屑。瀝青混合料攤鋪完成后立即進行碾壓，直至達到施工技術規范的要求。用土工布防止反射裂縫，目前還是一門新技術，但通過實踐證明，效果是非常好的。

4 道路路基中的土工格柵

4.1 方案的選定

有的高速公路要經過河塘、沼澤地，地下水豐富，軟土分部廣泛，厚度高達1.5m以上。最初，人們采取拋石擠淤的方案和換填的辦法，往往因片石需要遠距離調運，數量較大，而且耗時較長；若進行清淤換填，又經常會遇到征地困難，棄方無處可棄。采用砂礫土工格柵加墊層進行軟基處理，并同時布設縱橫向排水盲溝，可以說是一個比較好的方案。

4.2 土工格柵加墊層處理軟土地基的原理

4.2.1 土工格柵具有一定的剛度，從而使上面的負荷得到擴散，可以提高地基的承載力。

4.2.2 由于土工格柵的抗拉強度大，它的存在可增加路堤的穩定性。

4.2.3 由于土工格柵能夠適應地基變形，砂礫又能與土工格柵的網孔互相鎖合在一起，形成比較穩固的平面，防止砂礫的下陷，增加地基的抗剪切強度，從而可防止軟弱地基產生過大或不均勻沉降以及側向變形。

4.2.4 砂礫墊層及盲溝的作用。砂礫墊層可保證路堤排水良好，有軟土地基時，砂礫墊層及盲溝形成一個綜合排水通道，通過上部的路堤荷載作用，可加速軟土地基的排水固結，并在施工階段完成大部分沉降。

4.3 材料的性能與要求

砂礫墊層要求使用含泥量＜5%的砂礫，粒徑為3-6cm，以利于形成排水通道。

土工格柵采用CE131型土工網，該材料系高密度聚乙烯配以抗老化劑經擠壓旋轉模型成型。具有強度高、耐腐蝕和使用壽命長等特點。且其質量較輕，方便施工。CE131土工格柵其縱橫向抗拉強度≥5.8KN/m，網孔尺寸為27mm×27 mm；幅長30mn，幅寬2.5m，材料單位重量660g/㎡。

4.4 施工工藝

4.4.1 先平整場地，清除表土，并排干地表水。

4.4.2 在地基上鋪設第一層格柵，鋪設從處理地段的一端開始，垂直于路線沿線路走向一幅接一幅向前鋪設。橫向鋪網與路堤兩邊縱向邊溝相接，相鄰兩幅的搭接長度為40cm，搭接邊用U型釘固定。格柵靠路堤處應回折2-3m，以利于格柵的穩固。然后在格柵上鋪設粒徑為3-6㎝、厚度為40㎝的砂礫，整平后，用輕型壓路機振壓3-5遍，接著在砂礫層上再鋪設土工格柵，最后開始分層填土碾壓。

4.4.3 填筑土應分層填筑并滿足相應的規范要求。運輸車輛不得在已經鋪設并張緊定位的土工格柵上直接碾壓。

4.4.4 施工中應控制路堤的填土速率，并加強沉降和側向位移的觀察，防止路堤失穩。

5 結論

近幾年來，土工合成材料在高速公路的應用越來越廣泛，其在不同的應用場合，發揮著不同的功能，如隔離、防滲、加筋補強、過濾排水和防護等。相信，在未來的高速公路建設中，土工合成材料的應用前景將更加廣泛。