土工織物在公路軟土地基中的應用

田春生

【摘要】本文主要介紹在軟土地基上修筑公路時土工布及荊笆的應用，在降低工程造價、提高工程質量及縮短工期上比其它地基處理方法有著明顯的優勢。

【關鍵詞】土工織物 地基處理 性價比高

一、引言

新海大街位于遼寧（營口）沿海產業基地一期產業區中部，道路全長6471米。該工程地勢低洼平坦，路線所經路段為營口鹽業集團的晾水池和鹽池，部分區域有集水池，溝壑較多，地層巖性以第四世海底沉積物為主，包括亞黏土，亞砂土，淤泥質亞黏土，粉砂等，強度較低。工程地質條件對道路工程十分不利。本工程設計路基結構為：

3cm石屑磨損層+2×20cm粒料石灰土換填層+60cm粒料石灰土換填層+原土層。

二、施工過程概述

設計給出的路基施工方案可以看出，新海大街的路基處理方法是先用挖機挖除表層約1米厚的淤泥土，然后回填石灰粒料土，并碾壓密實，使地基承載力達到一定的強度；檢測主要方法是路基彎沉值及灰土含量。項目部在研討之后編制施工方案，對路基的施工工藝進行了大幅修改，方案如下：

3cm石屑磨損層+120cm山皮石換填層+荊笆2層+土工布1層+原土層。

三、工藝理論分析

1.土工織物的特性

表征土工織物產品特性的主要指標包括：產品形態、物理性質、力學性質、水理性質、耐久性等。

1.1 產品形態

主要是指產品的材質及制造方法、寬度等。由于土工織物的原料都是由聚酰胺纖維（尼龍）、聚酯纖維（絳綸）、聚丙烯腈（腈綸）和聚丙烯纖維（丙綸）等高分子化合物（聚合物）經加工后合成。因此土工織物產品因制造方法和用途不一，寬度和重量規格變化甚大，寬度可從幾厘米到十多米或更寬。

1.2 物理性質

表征物理性質的主要指標有單位面積質量、厚度、開孔尺寸及均勻性。單位面積質量通常是指土工織物每平方米的質量，通常每平方米的質量在0.1kg到1.0kg。應用于軟土地基處理中一般為數百克。開孔尺寸（等效孔徑）無紡型土工織物為0.05～0.5mm，編織型土工織物為0.1～1.0mm。

1.3 力學性質

表征力學性質的主要指標有抗拉強度、斷裂時延伸率、撕裂強度、穿透強度、握持抗拉強度、頂破強度、疲勞強度、徐變性、聚合物與土體間摩擦系數等。對于抗拉強度大部分常用的無紡型土工織物為10～30kN/m，高強度的為30～100kN/m。最常用的編織型土工織物為20～50kN/m，高強度的為50～100kN/m，個別的編織土工織物可達到100～1000kN/m。

1.4 水理性質

土工織物的水理性質主要用土工織物垂直向和水平向透水性來表征（即導水性）。大部分編織與熱粘型無紡土工織物的導水性甚小；針刺無紡型土工織物為10-6～10-5m2/s；土工網為10-4～10-2m2/s；土工塑料排水板（帶）為10-4～10-2m2/s。

1.5 耐久性

土工織物的耐久性即抗老化、抗化學侵蝕性、抗生物侵蝕性、抗磨性、抗溫度、凍融及干濕變化性。抗老化是指高分子材料加工、貯存和使用過程中，由于受內外因素影響，使其各種性能逐漸蛻化的現象。老化是一種不可逆的化學變化。主要表現在：（1）外觀變化，發粘、變硬、變脆等；（2）物理化學特征的變化，如比重、熔點、耐寒性和耐熱性等；（3）力學性能即抗拉強度、剪切強度、伸長率以及彈性等減小或喪失。

1.6 排水作用

利用某些內部具有排水通道間（如盲溝、塑料排水板）土工纖維具有良好的三維透水性，使水能沿土工織物內部的排水通道迅速排出，還可使水經過土工織物的平面迅速沿水平方向排走。構成水平排水層，可加速軟土地基的排水固結。土工聚合物用于建造無集水管間排水盲溝、鋪設時先在開挖好的槽內鋪設土工織物，然后回填碎石，與碎石組成排水系統。

1.7 隔離作用

利用土工織物的高抗拉性，抗撕裂性、良好的韌性、整體性和耐酸堿、耐生物侵蝕性能，將滲透性較土工織物大的兩種材料相互隔開，以發揮其各自的作用。這是軟土地基處理中較為重要的作用，其目的在于防止由于局部承載力喪失而造成的路基填土與軟弱地基相互混雜、補償地基中抗剪強度不足，防止由此可能導致的圓孤滑動破壞，并可有效地加快工期，降低成本，減少路堤間不均勻沉降，有利于排水和加速土體固結。

1.8 設計計算

在軟土地基路基底與填土之間鋪設土工織物，是目前道路工程中常用的淺層處治方法，特別是土工織物加砂墊層更為常用。這是由于土工織物具有較高的延伸率，從而可使上部負荷擴散，提高原地基承載力，并增加路基填土的穩定性。另外鋪設土工織物后施工機械行駛方便，在填土預壓下還能起排水作用，從而加速排水固結和沉降穩定。土工織物加筋復合地基的板限承載力公式可表達為（簡化式）：

Pu=CNc+2TSinθ/B+βTNq/R

式中：C—土的內聚力；

Nc—地基承載力；

T—土工織物的抗拉強度；

θ—基礎邊緣與土工織物的傾斜角；

B—地基底寬；

β—地基形狀系數；

Nq—復合地基承載力；

R—地基變形當量半層。

2.土工織物與荊笆的結合

結合新海大街施工特點，現場回填料為甲方供應，現場開采來的山皮石料規格較大，粒徑有的超過30cm，為了增加土工織物的承載能力，防止回填料壓壞鋪設好的土工布，在土工布上增加兩層荊笆，起到加筋作用，增加了隔離層整體的穩定性。

四、工程結果和應用

1.工程結果

典型施工共進行200米，施工完成后對施工路段進行彎沉檢測，結果彎沉值大多在50左右，在施工的200m路段沒有產生翻漿現象，路面平整，工程質量優良。

2.工程推廣與應用

2.1工期上的優勢

新海大街全長6741.82m，如采用設計方案進行施工，全線開挖大概在1m深左右，開挖寬度20m，石灰粒料土回填量在13萬方左右，我項目部在工程實踐中精心組織施工，投入9臺挖掘機進行24小時作業，一個月完成了3400m（70cm）的石灰粒料土回填碾壓工程量，合成1m厚為2380m，平均日完成量：8.8延米/日/挖掘機；如改成土工織物結構，則石灰粒料土的拌合工作可以省略，僅此一項可節省工期單臺挖掘機766個工作日，整體工期也可以節省一半以上。

2.2成本上的優勢

土工織物結構每平米需支出額外費用約20元，而石灰粒料土每平米支出費用包括：拌灰土機械費+白灰費用+由于工期延長而增加的管理成本，約為26.4元；僅此一項整個工程可以節省費用。

（26.4-20）*街道全長*路基處理寬度=6.4*6741.82*20=86萬元。

2.3工程的推廣

遼寧省營口市沿海產業開發基地在經過對我項目部典型施工進行考察研證后在沿海產業基地的二、三期施工開發中大量采用了土工織物荊笆混合結構，產生了巨大的社會經濟效益；推動了土工織物在我國東北地區的施工推廣。

參考文獻：

1.南京水利科學研究院主編《土工合成材料測試手冊》

2.朱詩鰲編著《土工織物應用與計算》

3.全國土工合成材料技術協用網《全國第三層土工合成材料會議論文選集》

4.全國土工合成材料技術協作網《土工合成材料工程應用百例》