土工合成材料在公路軟基處理中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

摘要：隨著交通事業(yè)的發(fā)展，公路建設(shè)發(fā)展的同時(shí)，軟土地基的公路路基設(shè)計(jì)也越來(lái)越多，科學(xué)、合理地進(jìn)行軟土地基的設(shè)計(jì)，確保路基具有一定的承載能力和穩(wěn)定性，以保證車(chē)輛在道路上安全行駛。同時(shí)在處理地基時(shí)，土工合成材料被廣泛的應(yīng)用，它能夠最大限度減少了投資成本。本文主要對(duì)土工合成材料在公路軟基處理中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：土工合成材料;公路軟基處理;應(yīng)用與設(shè)計(jì)

一、前言

現(xiàn)如今道路路基建設(shè)工程中，常常會(huì)出現(xiàn)各種各樣由于復(fù)雜地質(zhì)條件導(dǎo)致的問(wèn)題，這大量不良的地質(zhì)條件里面，工程設(shè)計(jì)過(guò)程中最常見(jiàn)的一種較為復(fù)雜的地質(zhì)條件就是軟土地基，尤其是出現(xiàn)在沿江、沿海以及沿湖的位置。所以在對(duì)公路進(jìn)行軟基處理的時(shí)候，要運(yùn)用適合的材料。而土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱(chēng)。所以被廣泛的應(yīng)用。

二、土工合成材料概述

土工合成材料包括土工膜袋、土工網(wǎng)、土工網(wǎng)墊、土工格柵等。它的制造過(guò)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(jié)構(gòu)的土工織物。土工織物按制造方法可以分為有紡?fù)凉た椢锖蜔o(wú)紡?fù)凉た椢铩Ｓ屑復(fù)凉た椢镉蓛山M平行的呈正交或斜交的經(jīng)線(xiàn)和緯線(xiàn)交織而成。無(wú)紡?fù)凉た椢锸前牙w維作定向的或隨意的排列，再經(jīng)過(guò)加工而成。按照聯(lián)接纖維的方法不同，可分為化學(xué)聯(lián)接、熱力聯(lián)接和機(jī)械聯(lián)接三種聯(lián)接方式。

三、運(yùn)用土工合成材料的方法及原理

1、合成材料法

在合成材料沒(méi)有問(wèn)世之前，最初在處理淺層軟土地基時(shí)，在軟土地基上鋪設(shè)一層砂，稱(chēng)之為砂墊層，然后在其上鋪筑路堤，或挖出部分軟土，進(jìn)行換填材料。在路堤填土和軟土之間的砂礫墊層，可起到排水作用，其厚度一般為50cm。或者在軟土層上，也可挖去一部分軟土，再換填上砂墊層，以起到持力層作用。砂礫墊層橫斷面，一般為梯形，為減少砂礫墊層用量，亦可做三角形、梯形，甚至做成砂窗格式砂礫墊層以節(jié)省材料。用于砂墊層材料，宜采用無(wú)雜物的中、粗砂，含泥量應(yīng)小于3%;也可采用天然級(jí)配砂礫料，其最大粒徑應(yīng)小于50mm，礫石強(qiáng)度不低于四級(jí)。砂墊層應(yīng)比路基邊腳寬出500-1000mm，兩側(cè)宜用片石護(hù)砌，或采用其他方式防護(hù)。鋪筑時(shí)應(yīng)分層鋪筑分層碾壓，避免粒料離析，以達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。然而，隨著土工材料問(wèn)世，砂礫墊層和土工格柵、土工布聯(lián)合應(yīng)用，在處理淺層地基上，收到良好的效果，得到了廣泛的應(yīng)用。土工材料作為一種新材料問(wèn)世，使軟土地層處理技術(shù)邁上一個(gè)新臺(tái)階。土工材料不是一種單獨(dú)承重材料，它必須與傳統(tǒng)的處理方法相結(jié)合，才能收到事半功倍的效果。特別是土工格柵、加筋帶、土工布等產(chǎn)品，它們與砂墊層、路基填筑聯(lián)合作用，才能在提高路堤強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。

2、格柵材料法

在公路上，無(wú)論處理淺層軟土地基，還是深層軟土地基時(shí)，都廣泛使用土工格柵材料。這種材料是在擠壓制成的塑料板材上，成排的沖上孔洞，然后，采取單向或雙向拉伸。單向拉伸制成橢圓形孔和單向肋條，則為單向拉伸格柵。雙向拉伸成為正方圓角形孔和雙向肋條，稱(chēng)為雙向拉伸格柵。經(jīng)過(guò)沖孔的塑料板，經(jīng)過(guò)拉拔作用使聚合物分子重新排列，加強(qiáng)了分子之間的聯(lián)結(jié)力，提高了材料抗拉強(qiáng)度5—10倍。為此，用聚烯烴套把芯材纖維套上，組成筋帶并拉緊產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，又提高了其抗拉強(qiáng)度，把兩組這樣的筋帶用在交叉處熔接上，組成筋帶格柵，或稱(chēng)經(jīng)編粘焊土工格柵。土工格柵根據(jù)制作材料不同，有單向塑料土工格柵、單向鋼塑土工格柵、玻璃纖維和滌綸土工格柵。無(wú)論哪種土工格柵埋在土和砂中，作為路堤加筋帶，土和砂嵌入土工格柵的孔眼中，比土工織物與土砂之間摩擦系數(shù)增大80%—90%，能顯著地提高路堤整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

3、鋼塑復(fù)合土工格柵

鋼塑復(fù)合土工格柵，以鋼絲（或其他纖維），經(jīng)特殊處理，與聚乙烯（PE），并添加其他助劑，通過(guò)擠出使之成為復(fù)合型抗拉條帶，且表面有粗糙壓紋。由此單帶縱、橫按一定間距編織或夾合排列，采用特殊強(qiáng)化粘接的熔焊技術(shù)焊接其交接點(diǎn)而成為加筋土工格柵。由鋼塑復(fù)合拉筋帶，按平面經(jīng)緯成直角，經(jīng)超聲波焊接成型的土工合成材料。由于其抗拉強(qiáng)度大、延伸率低、蠕變小，對(duì)土體有較強(qiáng)的嵌鎖、咬合作用，它能有效地對(duì)軟土地基和陡坡路堤進(jìn)行處理，約束土體的側(cè)向位移，克服土體的不均勻沉降，極大程度地增強(qiáng)地基的承載能力，提高基礎(chǔ)的整體性能。適用于各種情況下的地基加固增強(qiáng)措施。

4、土工合成材料作用機(jī)理

在砂墊層中間，鋪設(shè)一層具有一定強(qiáng)度的土工合成材料，進(jìn)而使土工合成材料與砂墊層組成的復(fù)合體能承受較大拉力，增加了地基土的抗剪強(qiáng)度，提高了路堤的穩(wěn)定性，同時(shí)復(fù)合體具有一定的剛度，使上部荷載得到有效地調(diào)整，減少土體各部位的沉降差異、提高路堤受力均勻度。由于土工格柵和砂礫墊層組成的復(fù)合整體，能承受較大拉力，地基受力變小而均勻，不僅減少了路堤不均勻沉降，而且還可減少地基的總沉降，適應(yīng)路堤的快速填筑，而荷載的迅速增加，加快了軟土的固結(jié)作用，從而使沉降加快，減少后期沉降，形成一種良性循環(huán)。

四、土工合成材料在公路軟基處理中的應(yīng)用

1、加筋補(bǔ)強(qiáng)作用

機(jī)織土工織物或土工柵格對(duì)軟土的加筋補(bǔ)強(qiáng)作用主要體現(xiàn)在水平加筋上。復(fù)合地基中，機(jī)織土工織物或土工柵格主要處于受拉狀態(tài)下，在產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的同時(shí)，對(duì)土體產(chǎn)生了一個(gè)類(lèi)似于側(cè)向約束壓力的作用，使得復(fù)合土體具有較高的抗剪強(qiáng)度和變形模量。也就是說(shuō)由于機(jī)織土工織物或土工柵格有較高的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)特性，且能緊貼于地基表面，使其上部施加的荷載能均勻分布在地層中。當(dāng)?shù)鼗赡墚a(chǎn)生剪切破壞時(shí)，鋪設(shè)的機(jī)織土工織物或柵格將阻止破壞面的出現(xiàn)，從而提高地基承載力。當(dāng)受到集中荷載作用時(shí)，在較大的荷載作用下，高彈性模量的土工織物受力后將產(chǎn)生一部分垂直分力，抵消部分荷載。

2、排水固結(jié)作用

塑料排水帶或袋裝砂井內(nèi)部具有排水通道間，具有良好的三維透水性，能使水沿內(nèi)部的排水通道迅速流出，還可使水經(jīng)過(guò)它們的平面迅速沿水平方向排走。構(gòu)成水平排水層土工織物與其它排水材料（塑料排水板）共同構(gòu)成的排水系統(tǒng)，可加速軟土地基的排水固結(jié)，提高地基承載力等。

3、對(duì)于不良地基公路的施工

（1）施工放樣

施工前放出線(xiàn)路中心樁、原地面高程、路基邊線(xiàn)路基坡腳加寬0.5m，并撒出白灰線(xiàn)，控制鋪筑土工格柵的寬度。

（2）土工格柵鋪設(shè)

第一層砂墊層碾壓完畢后，經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后鋪設(shè)土工格柵。施工用的土工格柵為雙向鋼塑土工格柵，土工格柵的屈服力、伸長(zhǎng)率及外形尺寸，符合設(shè)計(jì)要求，其存放、運(yùn)輸滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定。鋪設(shè)土工格柵前，應(yīng)將場(chǎng)地平整好，清除碎塊石等堅(jiān)硬凸出物。鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)將強(qiáng)度高的方向置于垂直于路堤軸線(xiàn)方向，網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接20cm，橫向搭接30cm，并在接頭上每隔2m釘一枚釘，使一幅格柵網(wǎng)形成一個(gè)整體。土工格柵上第一層填料攤鋪壓實(shí)時(shí)，采用輕型推土機(jī)或裝載機(jī)碾壓。當(dāng)填料填筑厚度大于60cm后，才能采用重型壓路機(jī)。一切車(chē)輛、施工機(jī)械只容許沿路堤軸線(xiàn)方向行駛。填筑時(shí)沿土工格柵兩側(cè)邊緣輕卸填料，形成施工便道，再由兩側(cè)向中心平行于路堤中心對(duì)稱(chēng)填筑。

（3）施工主要技術(shù)控制措施

距離土工格柵8cm以?xún)?nèi)的路堤填料，其最大粒徑不得超過(guò)6cm。用人工配合平地機(jī)和壓路機(jī)整平鋪設(shè)土工格柵的路基表面，確保路基表面平整度小于10mm，表面嚴(yán)禁有碎、塊石等堅(jiān)硬凸出物，以免對(duì)土工格柵造成損害。土工格柵鋪設(shè)過(guò)程中，在有褶皺的地方用人工拉緊，必要時(shí)采用插釘?shù)却胧┕潭ㄍ凉じ駯庞谔钔翆颖砻妗Ｍ凉じ駯艛備佉院螅⒓催M(jìn)行路基填筑，避免在陽(yáng)光下長(zhǎng)時(shí)間直接曝曬。一般情況下間隔時(shí)間不應(yīng)超過(guò)48h;路基填筑過(guò)程中，嚴(yán)禁將石料直接拋落于土工格柵上，嚴(yán)禁機(jī)械設(shè)備直接在土工格柵上進(jìn)行作業(yè)。路基填料應(yīng)分層攤鋪、分層碾壓，所選填料及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。砂墊層的材料為中砂及粗砂，含泥量不大于3%，砂墊層的寬度要適當(dāng)大于路堤底寬，一般兩側(cè)各寬出0.5m左右，以防止在施工過(guò)程中由于施工機(jī)械的破壞影響墊層的有效作用。砂墊層施工時(shí)，要將砂加密到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度（95%），加密的方法有平振、夯實(shí)、插振、碾壓法等。砂墊層要無(wú)明顯粗、細(xì)粒料分離，最大粒徑不宜大于5cm。

五、土工合成材料在公路軟基處理中的設(shè)計(jì)

某公路全長(zhǎng)60km，要求設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道，路面寬度為25.0m，設(shè)計(jì)速度為75km/h，由于該公路主要以軟土地基為主，并且該地層從上到下為軟可塑性亞粘土、砂性土，其中，頂部軟可塑性粘土的厚度為1.0～1.5m，沿線(xiàn)分布有幾段高邊坡。因此，針對(duì)該公路的設(shè)計(jì)，由于路基設(shè)計(jì)主要包括整體式路基和分離式路基等兩部分，在整體式路基設(shè)計(jì)中，行車(chē)道的寬度應(yīng)為2×2×3.75，中間帶應(yīng)為4m，硬路肩應(yīng)為6m;然而，對(duì)于分離式路基設(shè)計(jì)，在隧道出入口的軟土路基設(shè)計(jì)中一般采用該方法，其中，單幅路基的寬度應(yīng)為12.5m，行車(chē)道寬度應(yīng)為2×3.75m，路肩的寬度應(yīng)為3m。

另外，由于該公路工程設(shè)計(jì)在路線(xiàn)縱橫向填挖交界處容易出現(xiàn)路基開(kāi)裂或路基滑移的現(xiàn)象，因此，為了減少路基沉降等問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求挖臺(tái)階填筑，在路線(xiàn)縱向填挖交界處設(shè)置2層TGDG50土工格柵，，在瀝青面層內(nèi)設(shè)置1層玻璃纖維土工格柵，并采用U型錨釘錨固的方式進(jìn)行預(yù)拉，以保證該路段的縱橫向交界處處理涉及到位。

六、結(jié)束語(yǔ)

公路工程中軟基有極大的危害性，如果不處理或處理不當(dāng)，就會(huì)造成地基失穩(wěn)，對(duì)道路成不同程度的危害，具體施工還要根據(jù)工地的實(shí)際情況來(lái)選用，有時(shí)幾種方法可以交替或一起使用。

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