土工合成材料在高速公路改擴建施工中的應用

魏君 楊東

（中國建筑土木建設有限公司， 北京 100070）

1 土工合成材料的功能和作用

1.1 隔離

在不同填料的涂層之間設置土工合成材料，可以有效防止不同填料之間相互混雜或同層材料由于結合不穩定而流失，保證不同填料的整體性。

1.2 防護

土工合成材料設置在不同填料的土層中間，可以有效減輕或分散不同土層之間相對集中的應力和變形。如復合土工膜和厚無紡布聯合使用可以起到有效的保溫作用，減小由溫度產生的應力，和車輛行駛時豎向力對土基造成的變形。

1.3 過濾、排水

在路基設置反濾層時，通過土工合成材料將路基內水分排出，防止土層之間的水土流失，從而避免因土體內水的影響造成路基失穩。

1.4 加筋

土工合成材料的抗拉強度較高，放置于土層之間可以有效地提高路基土的抗剪強度，增強土體的整體穩定性，防止路基滑塌造成不利影響。

2 土工合成材料的用途

2.1 路堤加筋

在改擴建公路路基填筑時，利用土工合成材料的抗拉強度高、摩阻性能好的特點，將新舊路堤有效地連成整體，以防止新建路基的側向位移和沉降不均勻，造成縱向裂縫。

在高填方路堤施工中，土工合成材料使不同填料土層結合在一起，形成加筋土擋土墻，保證在高填方施工時的施工質量，同時可以減輕由于擋墻高度不足所帶來的不利影響。

2.2 臺背路基填土加筋

在結構物和土體之間利用土工合成材料特有的嵌鎖和錨固性能，將土體與結構物錨固在一起以增加路基的整體性，達到降低與結構物之間不均勻沉降的目的。

2.3 過濾與排水

土工合成材料用于邊坡、盲溝、滲溝等處，可以有效地改善結構物的過濾和排水性能。

2.4 路基防護

路基防護主要體現在對路基邊坡的防沖刷作用，土工合成材料可以減小路基邊坡受雨水或河水的影響，避免路基主體直接或間接地受到水流的沖刷造成的路基失穩或塌方。

2.5 路面裂縫防治

在路面結構中土工合成材料可以預防或減少反射裂縫的產生及降低豎向荷載作用下對基層產生的影響，提高基層的使用壽命。

土工合成材料可以降低由于溫度變化，對基層和面層的不同影響而產生的應力應變，進而降低由于溫度應力而發生的反射裂縫。

土工合成材料用于改擴建公路的面層施工時，在路面搭接處鋪設土工合成材料（玻纖網或土工織物），利用其抗拉強度高、延伸率小等特性，可以有效防止搭接所形成的縱向接縫反射到路面上。

3 土工合成材料在改擴建工程中的應用

目前的高速公路改擴建中，土工合成材料的應用越來越廣泛，為預防改擴建工程中的路面后期使用過程中出現的質量問題，土工合成材料在改擴建工程不同部位施工時，得到廣泛應用。下面將通過濟青高速改擴建項目來深入分析土工合成材料在高速公路改建項目中的應用。

3.1 拼寬路基

土工格室節點是塑料焊接微樁結構，鋪設土工格室的層面時，路基填料采用與原路基相同的填料或選擇透水性較好的材料，路基填筑分層壓實，分層鋪筑厚度不超過30cm，平整度、壓實度應符合規范要求，土工格室鋪設前應當進行檢查，布網時張拉到位，并用Φ10 U型筋及時固定，及時填料嚴謹暴曬。土工格室節點示意圖見圖1。

圖1 土工格室節點示意圖

土工格室的作用主要體現在：（1）利用土工格室在填料之間產生的摩阻力，來抵消各土層的變形。（2）利用土工格室格網的緊箍力來防止土體側向位移。由于土工格室具有很高的抗拉強度和焊接強度，用于新舊路基拼接和結構物回填時的作用是很明顯的。

通過土工格室的這兩種復合作用，可以有效的提高拼寬路基土體的抗剪能力、抗滑能力，減小路基的側向位移，從而提高路基的整體性，對路面結構的縱向裂縫起到前期預防的作用。在臺背回填時，通過土工格室的作用，將臺背回填土同結構物有效地結合，防止因不均勻沉降造成的不利影響反射到路面，造成橋頭跳車等質量通病。

復合地基處治設計示意圖見圖2。

圖2 復合地基處治設計示意圖

3.2 雙向HDPE土工格柵

新老路基拼接4m≥≥（120+A）時，在上路床底面鋪設一層雙向土工格柵，格柵寬度為6m，最下一層臺階鋪設一層土工格室，鋪設寬度從第一級開挖臺階內側至擴建路基邊坡2m處，＞4m可根據路基填土高度，在路基適當層位增設雙向土工格柵。采用雙向HDPE土工格柵，應將靠邊坡一側格柵進行回折，長度一般不小于2m，鋪設時為防止格柵在壓實時錯動，采用Φ10 U型筋固定，鋼筋間距不超過100cm[1-4]。

雙向HDPE土工格柵作用：

（1）雙向土工格柵由縱橫向肋條組成，共同發揮作用。由于格柵肋條中設置的高強鋼絲是土工格柵能夠發揮作用的關鍵，可以提供有較高的抗拉強度和較低的伸長率。表面粗糙的肋條，能夠提高土體的抗滑能力[5]。

（2）由于雙向土工格柵為有機高分子聚合物，在常溫下不會受到易溶鹽及其他化合物的腐蝕；不會受到水溶解或微生物的侵害。同時，雙向土工格柵的高分子性能具有良好的抗老化性能。由于雙向肋條的共同作用，使其在受到外力時不至于損壞。

在上路床和下路床之間及路床和路堤間鋪設雙向土工格柵，起到路基加筋的效果，使整個路基形成整體，提高路基的抗剪強度。同時通過格柵回折，將路床包裹于格柵內，在保證路基完整的同時，還可以保護路基邊坡不受侵害，防止路基因降雨受到沖刷時帶來的不良影響。高填方路基施工時，可根據填方高度及土質類別適當增加土工格柵的鋪設層數，為路基加筋，形成加筋土擋墻，配合鋼筋混凝土擋墻一起施工時，不僅可以保證高填路基的穩定，同時可以降低造價。

3.3 防滲土工布

防滲土工布因材質具有良好的抗滲和排水性能，在本項目主要用于擋土墻反濾層和中分帶施工中的防、排水設施，見圖3。

圖3 防滲土工布的應用示意圖

在路基工程中水的影響無處不在，既要防止地表水下滲，同時又要防止地下水對路基的侵蝕。但完全隔絕水的影響幾乎是不可能的，因此路基設計中應當堅持防排結合的原則。擋土墻泄水孔作為排出路基內部水的主要設施，為防止水土流失在擋土墻內側設置反濾層的同時，利用土工布可以有效地排出路基水，并防止路基水沿擋土墻下滲，引導路基內部水順利地從泄水孔排出，從而有效地避免水對后期造成的積泥翻漿等病害。在中分帶設置排水設施的同時，利用防滲土工布，可以有效地防止水通過中分帶滲入路基本體而降低土體的抗剪強度，避免因路基內部水造成的路基失穩而產生質量事故。

3.4 拼寬路面

玻纖格柵的作用機理：玻纖格柵與瀝青混合料可以較好地結合在一起，加上玻纖格柵物理化學性能穩定、抗拉強度高、延伸率低、嵌鎖及限制作用好，因而在拼寬路面施工中可以降低瀝青加鋪層反射裂縫的發生，提高路面的使用壽命。玻纖格柵鋪設示意圖見圖4。

圖4 玻纖格柵鋪設示意圖

防裂貼的作用機理：防裂貼具有較高的抗拉強度和粘結性能，利用在基層病害處理時，當其抗拉強度大于粘結力時，基層相鄰板塊可以自由移位，而不會折斷防裂貼，同時其粘結性能可以繼續發揮作用，阻斷水的入侵而造成不利影響。抗裂貼鋪設示意圖見圖5。

圖5 抗裂貼鋪設示意圖

在本項目設計中，先對舊路病害進行排查，根據裂縫開展的不同程度，進行處理，然后進行罩面施工。具體操作如下：基層施工完畢后，對原路面結構進行銑刨，并沿縱向鋪設一層玻纖格柵，寬度為100cm。病害銑刨寬度為行車道寬度，病害銑刨長度為病害區域往兩側各延伸3m，當病害分布間隔小于10m時，視為一個銑刨區段。銑刨后如果存在裂縫，沿裂縫灌入水泥漿，并加設抗裂貼，貼縫時將裂縫進行清潔干燥處理，并將裂縫兩側16cm范圍內路面清潔干凈。進行路面拼寬時，在路面基層頂部鋪設玻纖格柵，可以有效地將新舊路面面層連成整體，阻斷基層或土基的放射裂縫向上延伸，增加路面的使用性能和使用壽命。利用抗裂貼進行路面病害處理，不僅可以阻斷路面水下滲而影響基層和路基的結構強度，同時可以阻斷基層裂縫反射到路面上。

濟青高速改擴建項目已經通車，土工合成材料在其中起著不可替代的作用。隨著科技的發展，土工合成材料的性能、種類都在不斷地增多，可根據不同地域、不同土質及不同設計要求，選擇相應性能的土工合成材料，來提高改擴建高速公路的使用性能和使用壽命。

4 結束語

隨著我國交通運輸業的快速發展，即有高速公路的壓力將越來越大，加上土地資源的緊張，高速公路的改擴建將成為未來發展的一種趨勢。而土工合成材料的優越性能和經濟優勢，將在高速公路改擴建施工中發揮重要作用。