公路土工合成材料精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇公路土工合成材料，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词:公路工程;土工合成材料;施工技术

1土工合成材料介绍

土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格栅等都属于土工合成材料。在制造土工合成材料时，首先需要加工聚合物原料，使其形成丝、短纤维、纱或条带，然后将其连接制作形成平面结构。有纺土工织物和无纺土工织物是按照制作方法分成的两大类土工织物材料，两者排列形式存在一定不同之处。有纺土工织物交织的方式为正交或斜交的经线和纬线，而无纺土工织物是定向随意排列然后加工形成的。土工织物的联结方式主要包括三类，分别为化学联结、热力联结和机械联结。重量轻、连续性好、施工方便、抗拉强度高、耐腐蚀、抗微生物等都是土工织物突出的特点。由于土工合成材料的抗拉力学性能较好，尤其是土工布和土工格栅，可以在工厂批量生产，质量便于控制，当前在土木工程各个领域中已经得到了较为广泛的应用。土工布在公路工程中主要用以路面罩面的形式应用，可以将路面发射裂缝发生的概率降低，有助于反射裂缝发生和发展的控制。在公路工程软土路基中，利用土工格栅还能够达到快速固结地基、地基承载力优化的效果。

2土工合成材料的基本功能

隔离、加强、排水、过滤是土工合成材料的最为基本的四个功能。在公路工程中，土工材料广泛地应用于路基排水、防护、裂缝防治等工作中。不同的材料的性能存在一定差别，但是其基本功能相差不大。

2．1隔离功能

在不同材料的交界面铺设土工合成材料能够达到隔离的作用，避免这些材料相互掺杂。通过设置土工合成材料，能够实现扩散应力的作用，从而均匀控制地基土沉降量，为地基排水固结创造有利条件。

2．2加强功能

在地下铺设土工合成材料能够实现材料和土层摩擦力的增强，进而将拉伸强度提高。通过铺设土工合成材料，能够约束材料变形，增加土工合成材料复合体在外表上层的强度，达到下沉效果抑制的作用。

2．3排水功能

多孔隙透水是土工材料的特点之一，在土体内部埋设土工合成材料能够借助材料的平面渗透性将土体中的水分排出，让内部水沿着垂直于平面的方向流动。

2．4过滤功能

相比于过去天然骨料过滤层，土工合成材料的过滤排水作用、功能形态都有着很大的改善。土工合成材料可以利用被过滤土层中形成的滤饼层打到过滤的效果而不是利用自身的透水性进行过滤。换言之，土工合成材料并不需要自身具备较强的透水性，通常只要是相邻土透水系数的十倍就可以满足工程过滤功能的要求。

3土工合成材料在公路工程中的应用

3．1路堤加筋及软弱地基的处理

如果公路所在地区为软土地基，那么在高填土路堤施工中会导致表面受到侧向土压力的影响出现水平剪应力，进而可能发生路堤位移、失稳等不良现象。通过在路堤中使用土工合成材料可以利用加筋作用将路堤的稳定性有效提高，从而将路堤不均匀沉降问题大大减小。通常可以在堤身底部铺设土工合成材料完成加筋工程施工。其中土工格栅嵌入到土体中能够紧密贴合土体，利用自身较高的强度以及材料和土体的膜材料实现路堤或者软弱地基强度优化的效果。热熔挤压方法也是制作土工格栅的一种常用方法，和冷拉格栅相比，热熔挤压方法制作的格栅各项性能有所降低，所以在质量要求较低的公路工程中可以应用热熔挤压土工格栅。近些年土工格栅材料也在不断改进创新，当前有一种纤维土工格栅主要是由涤纶或者玻璃纤维制作而成，有着较强的强度和较低的延伸率，在公路工程中可以发挥良好的效果。

3．2台背路基处理

桥涵、隧道等是公路工程建设中常见的构造物，在此类建筑物修建时如果没有合理处理台背路基填土很容易导致刚度出现较大的差异，进而导致台背出现不均匀沉降的问题，久而久之，路桥结构稳定向降低，桥头跳车问题严重。在台背路基处理中合理地应用土工合成材料能够将回填材料和构造物形成一个整体，将不均匀沉降问题发生的概率大大降低，从而将公路工程的施工质量提升。当前土工泡沫聚苯乙烯块是公路工程台背路基施工处理中常用的材料，它能够填筑或者换填台背路基材料，可以将路基的自重大大减小，有助于路基稳定性的改善，降低发生桥头跳车的现象。

3．3路基防护

公路工程中路基是非常重要的一部分内容，路基防护主要包括两方面内容，一是冲刷防护，二是坡面防护。对于土质坡面的防护措施常用的包括拉伸网草皮、固定草种布以及网格固定撒种等;在防护岩石边坡时常常采用的防护方式包括土工网或土工格栅;在防护沿河路基时常常采用的防护方式为土工织物软体沉排、土工模袋。通过冲刷防护能够将路基稳定性提升，通常可以采用直接加固的方式急性坡岸的冲刷防护。另一种间接防护主要是将水流的方向、速度等进行干预。当前土工网垫、土工格室、土工格栅等都是常见的路基防护措施。土工网比土工格栅强度低，但是有着更小变形量，所以此类交叉黏结的复合土工材料在坡面防护中得到广泛应用。在路基冲刷防护工程中应用土工网需要配合填充土石、混凝土材料等，将其刚度和侧限提升，保证结构整体的稳定性。

3．4排水

排水是公路工程中非常关键的一项工作，其直接影响着公路结构整体稳定性。在公路防排水施工中，土工合成材料能够将结构的排水能力改善和提升。将土工合成材料应用于公路工程中能够充当排水体和过滤体，当前土工复合材料、土工模袋等常常在暗沟、渗沟中应用，是公路稳定性提升、路基排水性能优化的常用方法。在应用土工模袋时，需要在模袋中灌入混凝土或砂，使其形成具有一定透水性和强度的结构，在地基或者护坡中可以应用此结构。和设置泄水孔相比，土工模袋的施工更加便捷，并且反滤和排水效果更好。可以用薄形的土工织物包裹土工复合排水材料，实现土工织物排水性能优化、降低排水结构内部渗透入小颗粒的概率，避免阻塞排水通道。在路基路面纵横向排水系统中或者支挡结构墙后的反滤排水系统中可以应用复合土工排水材料。

3．5对新、旧路基衔接应用

公路工程改扩建施工各种常常需要进行新旧路基路面的衔接，在结合位置非常容易出现的一种现象就是不均匀沉降。可以说，不均匀沉降已经成为困扰公路改扩建施工的一大难点。如果施工人员没有合理处理新旧路基接合位置，一旦在后期运行中发生错台现象就会进而造成开裂，对公路质量安全产生严重不良影响，甚至引发交通事故。为了将不均匀沉降问题尽量减少，需要合理处理新旧路基交接部位。首先需要处理新路基部分，然后按照台阶形状挖掘原路基，开挖按照0．5～0．8m台阶高度、1．0～2．0m台阶宽度逐级完成，到最后一级台阶宽度应当≥2m。然后将土工合成材料顺着路线铺设，将其铺平扯直，避免重叠、扭曲、褶皱。新路基铺设的土工合成材料长度大于2m从而实现土工合成分别落在原路基和新路基尚，尽量保持新就路基填料一致。采用分层填筑的方式填筑台阶，逐层压实。

3．6对隧道内的路面应用

隧道内岩层局部会存在较高的水位和较大的水压力，容易出现地下水反渗的情况，如果没有采取有效的排水设施，那么长此以往会导致路面遭受地下水的浸泡腐蚀，影响路面结构。隧道路面的结构层大多为混凝土材料，基层防水性不佳，将土工合成材料铺设在混凝土路面和基层之间，同时做好排水管的设置可以有效避免地下水对路基产生侵蚀，降低地下水对路基路面的影响。土工合成材料能够将反渗的水绕到两侧排水沟中将路面干燥性提高，保证通车安全。

4结语

在公路工程中，土工合成材料能够解决很多施工中的难题，能够达到排水、加固、隔离等诸多效果，有助于工程成本的控制，有助于施工效率和工程质量的优化。当前土工合成材料已经在很多公路项目中应用，取得了良好的效果。在未来发展中，应当进一步改进创新，提升土工材料的各项性能。

参考文献:

［1］马凌，蒋朝旭．农村公路水泥板块“白改黑”界面材料性能研究［J］．中国公路，2020(20):106-107．

［2］李晓朔，黄敬云．高速公路路基施工中土工格栅技术的应用［J］．交通建设与管理，2020(05):92-93．

［3］郑祥增．土工合成材料在公路工程施工中的应用的探讨［J］．四川水泥，2020(09):148-149．

［4］孙守宝．加宽土工格栅加筋施工技术在公路路基中的应用［J］．四川水泥，2020(03):36．

篇2

【关键词】土工合成材料；公路工程；作用

近几年来，随着我国公路里程的持续增加和改扩建工程的增多，越来越多的土工合成材料用于新旧路基填筑。土工合成材料（Geosynthetics）开始大量用于岩土工程是近三十年发展起来的一项新技术。土工合成材料是一种以塑料、化学纤维、合成橡胶等原材人工合成的聚合物，具有强度高、成本低、质量轻和实用性强的优点，主要有加筋、排水、防渗、过滤等功能。目前，具有代表性的土工合成材料有土工格栅（Geogrid）、土工网（Geonets）、土工膜（Geomembrane）和及其组合产品。土工合成材料在岩土工程的应用极大地推动了路基填筑技术的发展。

1 土工合成材料的种类

土工合成材料根据功能和工艺的不同，总体上可以分为4类，即土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。土工织物可分为四种类型：有纺土工织物、无纺土工织物、针织土工织物和复合土工织物。土工膜主要由透水性低的材料制成，具有较强的防水性、耐久性和抗变形性，厚度一般在0.25～4mm之间。土工复合材料是将两种或两种以上的材料相互结合起来的一种材料，将不同性质的材料组合起来，可以更好的满足工程的实际需要。土工特种材料主要包括土工格栅、土工网、土工膜袋、土工垫、土工格室等。

2 土工合成材料的作用

土工合成材料一般具有多种功能，在实际应用中根据工程的具体情况往往只有一种功能起主导作用，其他作用则在一定程度上发挥作用。土工合成材料在工程中有多种作用，总体上可以分为以下六种。

2.1 排水作用

土工合成材料（如土工织物）具有多孔隙的性质，可以将土体中的水分汇集并排出。有的针织型无纺织物或复合型土工材料可以沿平面方向和垂直其平面方向排水。这种土工织物本身具有的排水通道可以把土体中的水分缓慢排出。在填筑路基时，可以铺设厚的无纺织物垫层，可起到固结排水的作用，防止翻浆。同时，在挡土墙、隧道灯构造物中，多采用土工织物作为排水设施。

2.2 过滤作用

由土工织物做成的过滤层可以起到代替砂石、砂砾的作用，具有造价低、施工简单，质量容易得到保证的优点。有纺织物和无纺织物都可以起到过滤的作用，防止土颗粒的流失，但在过滤要求不高时通常采用无纺织物作为过滤层。

2.3 隔离作用

在岩土工程中，为防止不同层之间的颗粒发生相互混杂，造成污染，通常将土工合成材料铺设在不用粒料层之间，起到隔离作用。如在软基路段，在铺设碎石层之前，在路基上铺设一层土工织物，可以有效的防止层间相互倾入和控制不均匀沉降。

2.4 加筋作用

土工合成材料（如有纺织物、土工格栅和土工网等）一般具有较强的抗拉强度，埋在土中形成土―土工合成材料复合体，可承受一部分拉应力，限制土体侧向位移，从而增强土体的稳定性。其中，土工格栅具有较强的抗拉强度和张拉模量，同时因土颗粒可以嵌入格栅的孔洞之中，产生较大的摩阻力，是一种比较理想的加筋材料。

2.5 防护作用

土工合成材料不仅可以扩散集中应力，还可以将应力由一种物体传递到另一物体，使应力分解，防止土体破坏，起到防护作用。如较厚的无纺织物和复合材料可以减缓和防止路面反射裂缝的发展。

2.6 防渗作用

土工材料中如土工膜，因具有良好的防渗功能，可以与无纺土工布形成复合材料，其中，土工膜可以起到防水，防渗的作用，而土工布可以起到导流的作用。

目前公路工程中使用较多的土工复合材料有以下几种，各类土工材料主要作用如表1所示。

表1 不同土工材料的主要功能

3 土工合成材料在公路中的应用范围

土工合成材料和以土工合成材料为基材制成的材料，因其优良的力学性能、耐腐蚀性、耐久性能和良好的抗变形性能，从而广泛的用于路基路面加固工程，软基处理和边坡防护工程。

（1）在道路改扩建工程中的应用；为了保持新老路基衔接处出现不均匀沉降，从而导致纵向裂缝的产生，采用土工格栅等作为加筋材料的应用可以有效的防止不均匀沉降的发生。

（2）在路面工程中的应用；在柔性路面中，采用土工合成材料，可以增强基层或底基层的整体强度。同时，在旧路路面进行罩面处理时，可以有效防止和减缓路面反射裂缝的发展。

（3）在软件处理中的应用；软基因其承载力低，如果在其上面直接修筑构造物或路基，容易导致沉降的发生。但如果在软基处理时，采用土工合成材料加固，则可以迅速提高地基承载力，减少沉降量，缩短工期。

4 结语

目前，土工合成材料在公路工程中的应用越来越广泛，具有广阔的应用前景。但土工合成材料还有很多性质和功能并没有完全得到应用，我们需要从实际工程中进行进一步的探讨。

【参考文献】

[1]叶飞.公路隧道工程建设质量管理研究[D].长安大学，2004.

[2]王永东.公路隧道运营安全技术研究[D].长安大学，2007.

篇3

【关键词】铁路路基 ， 施工，土工合成材料， 应用

【 abstract 】 railway roadbed construction progress in the wide application of geosynthetic materials, not only have the drainage, filtering, seepage control, reinforcement, isolation, protection and the action such as reducing load; And still can bring an implementation is simple and economic efficient technology way, at the same time, it also achieved good economic, social and environmental effect. I work with the actual, emphatically summarized and analyzed railway subgrade construction in the application of synthetic materials.

【 key words 】 railway roadbed, construction, geosynthetic materials, applications

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一、新建张家口至集宁铁路是呼和浩特铁路局局管内第一条160km／h(预留200km／h)客货共线铁路，在管段DK83+529-DK98+700段路基土石方共295万m3，铺设土工格栅23万。按文件要求在路堤边坡水平宽度2.5m范围内自坡脚至基床表层下每隔0.6m铺设一层双向经编土工格栅，土工格栅抗拉强度不小于25Kn／m,延伸率小于10％，铺设表面平整，摊铺后及时填筑填料。个别地段铺设土工织物5.6万，根据地基承载力的不同情况需换填中粗砂，并与砂间铺设精编复合土工膜，其抗拉强度不小于20KN／m,顶破强度不小于2.0kN，其下换填0.5m厚二八灰土垫层。施工项目于2009年建成，2011年通车，在后期经过对普通路基、浸水路基、软土路基的检测和观察，发现铺设土工材料的地段对路基的稳定起到很好的作用，其土工材料的力学性能能够有效的充分发挥，确保了路基的稳定。

二、土工合成材料的含义及其应用简述

土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。

土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的，例如，土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点，例如，兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料，结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料，而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用，同时具有与土较高的界面磨擦系数。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中，土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙，塑料排水带代替砂井，土工膜用于防渗材料等。在应用的初期，最担心的是耐久性，忽视铺放的位置，认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的，相反，土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差，会降低作用，甚至适得其反。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。通过长时间的使用探索，人们发现材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。例如内蒙古卓资山旗下营大黑河的护岸工程，该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料，铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。随后的几年，铁路路基如：张家口至集宁铁路、集宁至包头增建第二双线铁路，还有地方专用线如西金铁路、东乌铁路等也都广泛的应用，增加了路基的稳定性。目前，品种繁多的人工合成材料陆续问世，它们可制成各种符合特定目的的产品，而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点，为土木工程和铁路建设提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为土工合成材料，以区别于天然材料。近些年来，土工合成材料在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效应。

三、土工合成材料的种类

（一）土工织物

1、土工织物的种类

土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造一般要经过两个步骤：首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。目前主要有有纺土工织物和无纺土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成，其主要缺点是沿经线和纬线的强度高，而与经纬线斜交方向的强度低，无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成，按照联结纤维的方法不同，可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种。其主要优点是强度没有显著的方向性，对变形的适应性较大，目前大部分企业使用的均属这种类型。

土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好(可做成较大面积的整体)，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，则抗紫外线能力低，如暴露在外受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。

（二）、土工膜

土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物土工膜和沥青土工膜两大类。为了适应工程应用中不同强度和变形的需要，两类中又各有不加筋(单一或混合材料)和加筋或组合的类型。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。制造土工膜的聚合物有热塑塑料(如聚氯乙烯)、结晶热塑塑料(如高密度聚乙烯)、热塑弹性体(如氯化聚乙烯)和橡胶(如氯丁橡胶)等。工厂制造土工膜的方法主要有挤出、压延或加涂料等。挤出是将熔化的聚合物通过模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。压延则是将热塑性聚合物通过热辊压成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是将聚合物均匀涂在纸片上，待冷却后将土工膜揭下来而成。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的粘滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。

制造土工膜时还需要掺入一定量的添加剂，使在不改变材料基本特性的情况下，改善其某些性能和降低成本。例如掺入碳黑可以提高抗日光紫外线能力，延缓老化；掺入铅盐、钡、钙等衍生物以提高材料的抗热、抗光照稳定性；掺入滑石等剂以改善材料可操作性；掺入杀菌剂可防止细菌破坏等。对于沥青类土工膜，其主要的掺入材料是一些填料或纤维。填料可为细矿粉，它能增加膜的强度且降低其成本；加入纤维，也是为提高膜的强度。

（三）、土工复合材料

土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜―土工织物组合物，称复合土工膜。土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵向横向排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。这里主要介绍复合土工膜和土工复合排水材料两类。

1 复合土工膜

复合土工膜是用土工织物或其他材料与土工膜结合而成的不透水材料。根据主要功能的不同，复合土工膜可划分为加筋型土工膜和横向排水型土工膜两种。

(1)加筋型土工膜

加筋型土工膜具有较高的强度和模量，以满足工程中防渗与受力的要求，如氯丁橡胶土工膜和经编土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三层压延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五层压延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。

(2)横向排水型土工膜

横向排水型土工膜一般由无纺土工织物与土工膜复合而成，常见的有“一布一膜”、“两布一膜”。其中，无纺土工织物不仅具有横向排水作用，而且对土工膜起保护作用。

2 土工复合排水材料

土工复合排水材料是薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成的一种复合型排水产品。这种产品克服了土工织物沿织物平面方向排水能力小的缺点，可以沿产品芯材水平方向的排水通道通畅地排水，而外包的土工织物作为滤层以阻止土颗粒进入排水通道。复合排水带主要用于软土地基竖向排水固结处理等，我国生产及工程上普遍采用的产品主要是塑料排水带。复合排水板具有广泛的用途，如路基纵向横向排水、支挡建筑物的墙后过滤排水、隧道衬砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等。

(1)塑料排水带

塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物(滤膜)而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多种型式，常见的有城垛式、口琴式和式等。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，面滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。

塑料排水带的施工是利用插带机将其埋设在土层中的预定位置。塑料带前端与锚靴相连，用插带机导杆顶住锚靴，插入土层中，达到预定深度后拔出导杆，但排水带仍留在预定位置，在高出地面一定高度(0.5 m左右)剪断排水带，施工时可用静荷或动荷送杆，静荷送杆对土层扰动小，较为常用。我国插带机的插入深度可达约25 m，入土速率可达6 m/min。排水带的平面分布间距可借理论计算确定，一般为1～2 m。排水带插入软基后，为排除土中的多余水量提供了捷径，多余水可水平向通过带的滤膜进入芯板沟槽，再向上由地表的透水料垫层排走。排水带在公路、码头、水闸等软基加固工程中应用广泛，以加速软土固结。

(2)软式排水管

软式排水管又称为渗水软管，是由高强钢丝圈作为支撑体，以及具有反滤、透水及保护作用的管壁包裹材料两部分构成的。高强钢丝由钢线经磷酸防锈处理，外包―层PVC材料，使其与空气及水隔绝，避免氧化生锈。包裹材料有三层，内层为透水层，由高强特多龙纱或尼龙纱作为经纱，特殊材料为纬纱制成；中层为非织造土工织物过滤层；外层为与内层材料相同的覆盖层。为确保软式排水管的复合整体性，支撑体和管壁外裹材料间，以及外裹各层之间都采用了强力粘结剂粘合牢固。软式排水管兼有硬水管的耐压与耐久性能，又有软水管的柔性和轻便特点，过滤性强，排水性好，可用于各种排水工程中。

(四) 土工特种材料

土工特种材料是为工程特定需要而生产的产品，品种多，现选择几种主要产品说明如下。

1 土工格栅

土工格栅是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。加热拉伸是让材料中的高分子定向排列，以获得较高的抗拉强度和较低的延伸率。按拉伸方向不同，格栅分为单向拉伸(孔近矩形)和双向拉伸(孔近方形)两种。前者在拉伸方向上有较高强度，后者在两个拉伸方向上皆有较高强度。土工格栅的品种和规格很多，目前开发的新品种有用加筋带纵横相连而成的，也有用高强合成材料丝纵横连接而成的等等。

2 土工网

土工网是以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。可因网孔尺寸、形状、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差异。一般而言，土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高。这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。一般说来，它只有在受力水平不高的场合，才能用于加筋。

3、土工模袋

土工模袋是由上下两层土工织物制成的大面积连续状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。这种袋体代替了混凝土的浇注模板，故而得名。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注在现场用高压泵进行。混凝土或砂浆注入模袋后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。按加工工艺的不同，可将模袋分为两类，即机织模袋和简易模袋。前者是由工厂生产的定型产品，而后者是用手工缝制而成的。

4 、土工合成材料粘土垫层

土工合成材料粘土垫层是由两层或多层土工织物(或土工膜)中间夹一层膨润土粉末(或其他渗透性材料)以针刺(缝合或粘接)而成的―种复合材料。它与压实粘土垫层相比，具有体积小、质量轻、具柔性、密封性良好、抗剪强度较高、施工简便、适应不均匀沉降等优点，可以代替―般的粘土密封层，用于水利或土木工程中的防渗或密封设计。国外大量用于废料坑的底部防渗衬砌和顶部封盖。

四、土工合成材料的工程特性

（一） 物理特性

1 、厚度

土工合成材料厚度用mm表示，厚度变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度是：土工织物一般为0.1～5 mm，最厚的可达十几毫米；土工膜一般为0.25～0.75 mm，最厚的可达2～4 mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达0.1 mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由0.5 mm至几十毫米。有些材料在受压时厚度变化很大，需规定在某固定压力下测定厚度。一般规定此压力为2 kPa。 根据工程需要还应测试在20 kPa、200 kPa压力下的系列厚度。土工织物厚度可采用专门的厚度测试仪，土工膜厚度可直接用千分尺测定，―般要求加压面积为25 cm2，试样面积应大于加压面积的2倍，加压时间30 s，试样不少于10块。

2、单位面积质量

单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工织物和土工膜单位面积质量受原材料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响，常用的土工织物单位面积质量一般在50～1 200 g/m2的范围内。测定单位面积质量采用秤量法，试样面积为100 cm2，数量不得少于10块，天平秤量读数应精确到0.01 g(现场测试为0.1 g)。测试前要求试样在标准大气压下恒温(20±2 ℃)，恒湿(65 %±2 %)24 h。

（二）、力学特性

反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度及握持强度等。

1 、拉伸特性及抗拉强度

土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的主要特性指标。土工合成材料的抗拉强度与测定时的试样宽度、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度是变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示，单位为kN/m或N/m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。

目前测定抗拉强度基本上是沿用纺织品条带拉伸试验方法，即把试样两端用夹具夹住，以一定的速率施加荷载进行拉伸直到破坏，测得试样自身断裂强度及变形，并绘出应力―应变曲线。目前条带拉伸试验的试样分宽条与窄条两种，宽条试样宽200 mm、长100 mm，宽长比B/L＝2；窄条试样宽50 mm、长100 mm，宽长比B/L=1/2。试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸过程中拉力和伸长量或直接记录拉力―伸长关系曲线的拉力机，同时要求试样的最大断裂力在满量程的10 %～90 %范围内。国内规定拉伸速率为50 mm/min。

目前关于土工合成材料的拉伸力学特性一般采用室内无侧限拉伸试验进行测试。但现场埋设在填料中的土工筋材的力学特性因填料的约束作用而不同，人们曾通过对不同宽带的试件进行拉伸试验，以评价筋材受侧向约束的影响。但更科学的是应将筋材埋在填料中进行测试。此时的力学特性所受影响因素较多。有约束的拉伸试验表明，约束力将增加土工织物的抗拉强度和模量，对于土工格网和土工格栅，约束力的影响更为显著，因为除了界面的摩擦阻力外，筋材横肋所受拉伸方向的土压力还将约束其变形，从而增大了模量。

2、 握持强度

土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度是反映其分散集中力的能力。握持强度试验选用的仪器一般与条带拉伸试验相同，但试验方法不同。握持强度试验是握持试样两端部分宽度而进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度；一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。它与条带拉伸强度之间没有简单的对比关系。由于各单位所采用的试样和夹具的尺寸不尽相同，试验的难度也较大，因此测得的成果相差很多。一般不宜作为设计依据。只可用作不同土工织物的抗拉强度的比较。土工织物握持力一般为0.3～6.0 kN。

3、 撕裂强度

土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。

目前撕裂强度试验仍沿用纺织品标准测试方法。常用的纺织品撕裂试验，按试样形状分为梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分为单缝与双缝两种。目前多采用梯形法测定土工膜及土工织物的撕裂强度，这种试验从其加力方式看，近似于张拉试验。土工织物梯形撕裂强度值一般为0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值一般为0.03～0.4 kN。

4 、顶破强度 刺破强度及穿透强度

在工程应用中，土工织物及土工膜常被置于两种不同粒径的材料之间，受到粒料的顶破作用，同样也将受到抛填粒料引起的法向荷载。根据粒径大小形状、土工织物及土工膜接触面的受力特征和破坏形式的不同，可分为顶破、刺破和穿透几种受力状态。

(1)顶破强度是反映土工织物及土工膜抵抗垂直织物平面的法向压力的能力。顶破试验与刺破强度试验相比，压力面积相对较大，材料呈双向受力状态。所用试验方法有液压胀破试验、圆球顶破试验和相CBR顶破试验。

(2)刺破强度是反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载(如有棱角的石子或树枝等)的能力。试验方法与圆球顶破试验相似，只是以金属杆代替圆球。

(3)穿透强度可通过穿透试验测得，这种试验是模拟工程施工中具有尖角的石块或其它锐利物落在土工织物或土工膜上的情况，用穿透试验所得孔眼的大小，评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力。

（三）、水力学特性

由于土工织物、细孔土工网等土工合成材料可以使水及空气自由地通过，并能有效地截留和控制土颗粒的流失，因此被广泛他用作排水和过滤材料。为此必须研究其水力学特性，其主要包括两方面：―是透水与导水能力；二是阻止颗粒流失的能力。这些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔径大小与分布情况、渗透特性等。土工织物的渗透特性是其重要水力学特性之一。在过滤标准及其它有关水力学中，是一项不可缺少的重要指标。根据工程的需要，通常要确定垂直于织物平面的渗透特性和平行于织物平面的渗透特性。垂直于织物平面的渗透特性，主要用垂直渗透系数 表示。该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流速度，一般服从达西定律，土工织物的渗透系数约为 ～ cm/s，其中无纺织物的渗透系数为 ～ cm/s。使用土工膜的目的在于防渗，它可以阻挡水、水气、气体及有害物质(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的渗透。土工膜在水压力作用下产生渗流的原因是由于制造时的不均匀性和缺陷等因素所造成的，有些细微的通道，则是在一定的水压力下被水冲破而形成的，温度变化引起水体积变化，土工膜的渗透系数愈小，温度对试验结果的影响愈大。

（四）、耐久性

土工合成材料的耐久性包括许多方面，主要是指对紫外线辐射、温度变化、化学与生物侵蚀、干湿变化、冻融变化和机械磨损等外界因素变化的抵御能力，材料的耐久性主要与聚合物的类型及添加剂的性质有关。

土工合成材料的老化现象主要是因为高分子聚合物具有链节结构，受外界因素的影响发生降解反应或交联反应的结果。使材料老化的各种因素中，阳光辐射起着最重要的作用。紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或者引发光氧化反应。其试验方法主要有自然老化和人工老化两大类，近几年采用了一系列措施以增加聚合物的抗老化能力，并取得了很好的效果。添加防老化剂、方法简便，效果显著，是当前防老化的主要途径。土工合成材料在有覆盖的情况下(或埋在土中)，老化速度缓慢。

聚合物对化学腐蚀一般具有较高的抵抗能力，但某些特殊的化学药剂或废品对聚合物有腐蚀作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或废物存储池的防渗材料时，对其化学稳定性要认真对待。土工合成材料在铺设过程中易受损伤，且不易被发现，国外试验研究发现，埋在土中的织物老化主要是由于机械伤引起的，铺设造成的孔洞是使材料强度降低的主要因素。孔洞数愈多，原始强度降低得愈多。在高温条件下，合成材料将发生熔融现象。有时温度虽未达到融点，聚合物分子结构也可能发生变化，影响材料的弹性模量和强度。有些聚合物在特别低的温度下，也使柔性降低、质地变脆，影响其力学特性，给施工及接缝造成困难。此外，干湿度和冻融变化可能使一部分空气或冰屑存在织物内部，影响其渗透特性。

五、土工合成材料的功能

土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即过滤作用、排水作用、隔离作用、防渗作用、防护作用以及加筋作用。

1 过滤作用

把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过。从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许土中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利后果。

土工织物可适用于土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层，土石坝或堤坝内的各种排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层。堤、坝、河、渠及海岸块石或混凝土护坡的滤层，水闸下游护坡下部的滤层，挡土墙回填土中排水系统的滤层，排水暗道周边或碎石排水暗沟周边的滤层，水利工程中水井、减压井或测压管的滤层等。

2 排水作用

有些土工合成材料可以在土体中形成排水通道，把土中的水分汇集起来，沿着材料的平面排出体外。较厚的针刺型无纺织物和某些具有较多孔隙的复合型土工合成材料都可以起排水作用。

它们可适用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水。埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水，各种建筑物后面的排水，排除隧洞周边渗水、减轻周边所承受的外水压力，人工填土地基或运动场地基的排水等。

3. 隔离作用

隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预期的良好效应，举例说明如下：

(1)通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。

(2)隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。

(3)隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。

(4)地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。

(5)在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。

(6)道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。

(7)隔离层还起一定的保温作用。

用于隔离的土工合成材料应以它们在工程中的用途来确定。应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，则需要土工膜或复合土工膜。

4 防渗作用

土工膜和复合型土工合成材料，可以防止液体的渗漏、气体的挥发，保护环境或建筑物的安全。它们可用于土石坝和库区的防渗，渠道防渗，隧道和涵管周围防渗，防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发，屋顶防漏，用于修筑施工围堰等。

5 防护作用

多种土工合成材料对土体或水面，可起防护作用。它们主要用于防止河岸或海岸被冲刷，防止垃圾、废料或废液污染地下水或散发臭味，防止水面蒸发或空气中灰尘污染水面，防止土体冻害等。

6 加筋作用

很多土工合成材料埋在土体中，可以分布土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移；还可以增加土体和其它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性，土工织物、土工格栅、土工网及一些特种或复合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它们可用于加强软弱地基，加强边坡稳定性，用作挡土墙回填土中的加筋或锚固挡土墙的面板，修筑包裹式挡土墙或桥台，加固柔性路面、防止反射裂缝的发展等。

六、结论

（一）土工合成材料应用中存在的问题

1、在工程实际应用中，设计对土工合成材料的技术指标、施工工艺和方法常有特定的要求，但个别工程实施后达不到预期效果。主要原因是施工技术问题，部分施工人员对这一新型材料还比较生疏，施工设备和方法比较落后，操作不规范，以致施工质量达不到设计要求。

2、土工合成材料本身制约着工程质量，有些产品工艺落后，成本较高，质量难以达到规定标准。

3、工程施工中，部分单位在购买材料时低价竟标，更有相当多的单位没有检测设备和检测人员，没有把好质量关。因此，土工合成材料在生产及施工应用上，还缺乏必要的、严格的行业管理。

（二）结论

《铁路路基土工合成材料应用技术规范》自实施以来，有力促进了铁路土工合成材料的应用，路基工程质量得到了质的提高。但由于设计理论的相对滞后，土工合成材料生产厂家众多，产品质量参差不齐，技术规范有关条款不易操作等诸多原因，限制了进一步的推广应用。我认为在规范修订时，如下方面予以考虑完善。

(1)增加土工合成材料生产原料的技术要求，分不同地区、不同的应用条件提出相应产品技术指标。对作为重要受力构件的材料(如加筋土挡土墙拉筋带)，要增加蠕变强度等指标。

(2)各类结构、构筑物的计算理论和方法要在规范中明确和进一步细化；随着工程实践的积累，宜增加高墙(如单级超过10 m的加筋土挡土墙)、包裹式加筋土挡土墙、加陡边坡加筋路堤、土工格室加固软基等计算方法。

(3)补充新型土工合成材料，如经编土工格栅、立体植被网、双向拉伸土工格栅的应用条件和技术要求。

(4)吸收近年来土工合成材料应用的成功经验和教训，进一步完善设计和施工质量检验条款。

(5)参照国标和其它标准，统一材料名称，制定较详细的技术指标、检验(测)项目和标准。

土工合成材料在工程应用中有着极为突出的优势，在公路、铁路、水利、环保工程等方面，就地取材，原来不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能变成坚固的路基和挡墙，无需开山取石取土修建，有效地保护了自然生态环境，防止了水土流失和山体滑坡。随着科技的不断发展土工合成材料的用途将不断延伸，推广土工合成材料的首要目的和优势就是保护生态环境，有着其他材料不可替代的优点。

篇4

关键词:土木合成材料 运用 施工工艺

一、目前我国沥青路面存在的问题

沥青路面以其行车舒适、噪音低、扬尘少、易维修等优点已占据我国公路建设的主导地位。然而,其中存在的弊端随着车辆的不断增加和人们过往的日益频繁,严重影响了沥青路面的使用效果。

一是使用寿命短,目前我国的沥青混凝土路面中使用寿命较长的为8年～12年,普遍短于设计使用寿命的15年～20年,再加上由于自然环境的影响和运行状况不良等因素,有的路面甚至刚刚使用了3、5年就需要整体翻修改造。费工费料不说,还严重影响人们的生活正常秩序。

二是路面的早期破坏严重,有的新路面开通后短的2、3年之内,长的8年左右就出现坑糟、开裂、车辙、剥落、泛油、抗滑性能不足等病害而需要维修。这些原因,除了交通量增长过快,重载、超载严重,使道路长期处于超负荷运转状态以外,主要是设计和施工方面的原因,比如材料(沥青、骨料等)性能差,导致路面抵抗拉应力(如冷热、干湿的胀缩应力、荷载弯拉与疲劳应力、反射裂缝的扩张应力等)、剪应力、渗水和粘结老化等能力相对不足。

以上两方面的弊端非常严重地影响了行车的舒适性和行车的安全性。可想而知,路况差,必然增加行驶难度,造成驾驶人员紧张,降低运输效率,增加油耗,直接影响市政道路运输和经济发展,并带来不良社会影响。

二、土工合成材料的类型

“土工合成材料”是从80 年代后期兴起的早期称之为“土工布”、“土工织物”、“土工织物与土工膜”等系应用于土木工程中的合成纤维织物的统称。随着高分子化学工业的飞速发展合成纤维新品种和高分子合成新材料均不断出现这些新型材料已超越“织物”的范畴其产品或组合产品均相继在岩土工程中得到广泛的应用故而统称为“土工合成材料”。目前应用于强沥青路面的土工合成材料主要有塑料格栅、玻璃纤维格栅和土工织物。

(1)塑料格珊和玻纤网均为网状结构,在沥青路面中作用机理也完全相同。所不同的是塑料格栅刚度较小,延伸性较大,在路面结构中能够以较大的变形吸收应力,从而减少应力集中;玻璃纤维网刚度较大,且本身强度很高,能够依靠自身的刚度扩散应力分布范围,承受较大的应力。

(2)土工织物是透水性的平面土工合成材料。按制造方法分为无纺(非织造)土工织物和有纺(织造)土工织物。无纺土工织物是由细丝或纤维按定向排列或非定向排列并结合在一起;有纺土工织物是两组平行细丝或纱按一定方式交织而成的织物。

(3)玻纤聚酯防裂布是玻璃纤维和聚酯纤维的混合物,利用玻璃纤维的强度和聚酯纤维的柔韧特性生成的防裂布,提高了二种原料的优点,弥补了单一材料的缺陷。防裂布通过与沥青材料热熔后形成的一个结构层,具有防水耐热和耐腐的物理特性,并具有膨胀系数低,韧性好。

三、土工合成材料在沥青路面中的运用

据国外统计数据,公路工程中应用的土工合成材料已占其全部用量的1/3以上。我国从上个世纪80年代,就在各地陆续开展了土木合成材料在路面工程中应用的现场试验。迄今为止应用于强沥青路面的土工合成材料最广泛的主要是塑料格栅、玻璃纤维格栅、土工织物和玻纤聚酯防裂布。

(1)选择合适的土工合成材料

在一般车辆荷载作用下,公路三层结构的动稳定度基本上取决于表层,而与中、下层关系不大。在目前广泛使用重交通道路沥青和规范规定的混合料骨料级配条件下,如果在面层下部或底面合理采用适合的土工合成材料,既可提高面层的抗裂、防渗性能,还可以对基层或路基承载能力的提高发挥作用,不仅能够相对节省造价和不增加施工难度,而且维修周期将有效延长,破损程度也将减轻。

比如纯水泥混凝土承担更高荷载作用时,如果只考虑水泥的力学性能或骨料的配合比而不加入适当的钢筋(高分子聚合物等非金属)来承担它工作中过大的拉、压、剪应力,那么它至今也不会获得如此广泛的应用。

根据以往实践经验和国家标准《土工合成材料应用技术规范》(GB 50290-98)第7.6节及交通部标准《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)第七章规定,为了减少或延缓新建道路基层(因干缩作用)或旧路面(各种拉应力作用)已有裂缝向上新铺面层反射,可以选用非织造针刺土工织物,其单位面积质量(g/)不大于200,极限抗拉强度不小于8kN/m,耐温性宜在170℃以上。也可选用玻纤网,其孔眼尺寸宜为沥青混凝土面层的混合骨科最大粒径的0.5～1.0倍,极限抗拉强度应大于50kN/m,最大负荷延伸率不大于3%.不过二者在面层下面实际所起的作用机理和效果是多方面的,既有相同但又有区别。

(2)玻璃纤维材料的应用

近年来刚刚出现的玻璃纤网具有高抗拉强度和摸量,无长期蠕变且热稳定性好,表面经处置后与沥青相容性、材质的化学稳定性和望个嵌锁骨料的作用均较好。因此它铺在沥青混凝土面层下部或底面时,能使面层抗变形能力增强。同时由于它摊铺的面积一般较大,有时是在整路段全铺,面层上轮轴荷载带来的压力、次生弯拉应力、箭力以及温度拉应力求会在界面变形相容条件下转由它承担,并通过它在其覆盖范围内得到扩散,从而使面层抗疲劳强度获得提高、抗车辙及鼓包能力增强,同时还可减少弯沉值。

2004年,广(州)至惠(州)高速公路K75+150～K84+940段路基设计宽为35 m,沥青路面为双向4车道。路面基层验收过程中发现局部路段出现了纵横交错裂缝。从抽芯检查情况看,裂缝深度已贯穿整个上基层,属于不正常的基层质量问题。初步分析认为施工不规范产生裂缝。处理方案采用了莱芜市土工合成材料有限公司生产的玻纤格栅,规格为BJG50―50。广惠高速公路全线通车已近7年,经过日晒雨淋、车载运行,从目前通车情况来看,玻纤格栅处理基层裂缝效果较为理想

(3)半刚性基层沥青路面的施工技术

当前,特别是在等级较高的公路由于是由石灰土、水泥稳定粒料、二灰稳定土(粒料)等作为基层或底基层。其半刚性基层刚度较大,受温度影响容易产生收缩裂缝;同时,半刚性基层在施工之后由于水分变化也易产生干缩裂缝。这些裂缝在半刚性基层成型过程和使用中,不但不会减少,而且会变得越来越严重。在交通荷载和环境因素的长期综合作用下,这些裂缝逐渐扩展至沥青面层,这种裂缝常被称为反射裂缝。为了防止这些裂缝的反射,我们可以借鉴国外的一些经验并结合自身实际采取以下措施:

首先,我国一些地区,通过在石灰土基层上修筑-碎石过渡层,然后在碎石层上修筑沥青面层,利用碎石层来减缓反射裂缝的出现;在国外,多半是修筑较厚的沥青面层,但这种方法造价比较昂贵。近年来,由于一些新材料的出现,用土工织物、橡胶沥青、玻纤格栅等方法来防止或延缓反射裂缝,取得了一定的效果。英国使用一种聚合物网格"Tenser ARI"来加强沥青路面,使路面的疲劳开裂寿命延长了10年,在防止反射裂缝的车辙方面,道路使用寿命是原来的3倍。

其次,为减轻反射裂缝,我们还可以从改变半刚性材料的温度和湿度敏感性入手,例如,在半刚性材料中掺入骨料和乳化沥青等,以减少它们的湿缩和干缩系数。

再次,由于半刚性基层的裂缝是不可避免的。那么对于它的力学分析,如仍用连续介质力学,就会产生较大的差误。因此,我们可以用断裂力学原理对它进行分析。特别在裂缝的尖端,由于应力集中会产生一个很大的应力场,对于设计各种防裂措施都是十分必要的。

(4)土工合成材料在施工中应注意的问题

首先,土工合成材料铺筑时,应先将一端固定,然后紧勒,使张拉伸长率控制在1.0%-1.5%之间,固定另一端。

其次,在施工时如果采用玻璃纤维网,那么最好先铺设玻纤网,再洒布热沥青作粘层油(0.4―0.6kg/m2)。而土工织物在使用前宜先洒粘层油,再铺土工织物,最后洒布粘层油(0.4～0.6kg/m2)。

第三,施工车辆不得在土工合成材料上转弯、急刹车,如摊铺机在其上打滑,应在粘层油土洒石屑。

参考文献:

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关键词：土工格栅、土工格室、新旧路基、应用

1 工程概况

改扩建前的贵州都新公路于2000年5月建成通车，属于二级公路，是《国家高速公路网规划》中兰州至海口高速公路的组成部分。随着车流量日益猛增，路幅只有12米宽、设计时速仅为60公里／小时的都新公路已越来越不堪重负。2007年5月，按照山岭区高等级公路设置对都新公路进行全线改扩建，打造全封闭、全立交，双向四车道，设计速度采用80公里／小时，整体式路基宽度24.5米的高速公路，丰富路基宽度12.5米。

在改扩建设计时，原公路的路基利用率近90%，充分发挥了少占耕地、保护环境、节约投资的筑路理念，但同时带来了新旧路基结合路段如何处治的问题。大量工程实践表明加宽路基在施工过程中和完工后的车辆营运阶段，通常会出现由新旧路基之间不均匀沉降而引起的工程病害。本文结合贵州都新公路改扩建工程，介绍土工合成材料在新旧路基结合部不均匀沉降控制的作用机理、现场试验要点及施工控制措施。

2 土工合成材料的作用机理

目前在路基工程中应用较广的土工合成材料主要有土工格栅及土工格室两种材料，土工格栅的作用机理有：①土工格栅有较大的刚度，可使作用在其上的荷载得以扩散，从而提高路基的承载能力，使路基变形均匀，减小不均匀沉降；②土工格栅的抗拉强度较大，加强了土基的纵横向连接，减少了土基的纵横向开裂，增强了路基的全稳定性；③由于土工格栅网眼的存在，制约了路基中颗粒材料的横向移动，形成良好的嵌锁作用，使土体具有较好的整体抗剪能力。

土工格室的作用机理为当有载荷施加到土工格室上面时，土工格室中无数个独立的网格结构能够限制填充材料的侧向位移并使物料结构更趋紧密，由于物料的无规则形状，大部分垂直力被转化为向四周分散的侧向力，每个网眼的独立性使这些侧向力因受力方向相反而相互抵消，从而大大降低了路基的实际负荷，增强了路基的承载能力。另外，由于土工格室自身的立体结构，使路基的整体刚性大幅度提高，避免了路基的不均匀沉降，而这是土工网、土工格栅等平面结构材料所无法比拟的。

3 现场试验要点

3.1 试验路段选择

在都新公路第三合同段K164+625～K164+790、第四合同段K171+360～K171+580以及第十一合同段K249+420～K249+600三个具有代表性的路段作为新旧路基不均匀沉降监测实施路段。上述路段为典型的高填方路堤，填筑高度均在20m以上，新旧路基采用土工格栅加筋处理、土工格室加筋处理以及不加筋处理三种设计方案。

3.2 试验监测项目：为了有效监测新旧路基及其下卧软土层的稳定性和不均匀沉降，根据工程的实际情况，对选取的三个合同段路基进行了如下四部分的监测项目。分别为：①、深层侧向位移，路堤边坡上埋设测斜管,观测坡体的深层侧向位移；②、地表沉降，利用沉降板，观测随路堤的填筑，路基表面不同位置处的沉降；③、水平位移，利用边桩观测新旧路基表面的水平位移；④、土压力，埋设土压力盒，观测土压力随填筑高度增加的变化规律。路堤填料主要采用的砾类土、砂类土等填料，压实机械用YZ20-JC型振动式压路机，碾压速度2.5-3km/h，碾压填土厚度约50cm。

3.3 试验结果分析

（1）在施工期初始阶段，随着填筑高度的增加，沉降增长较快，填筑完成后，沉降增加趋势大为减缓，趋于收敛。高填方路堤沉降总体表现为加宽路堤中上部沉降大于下部沉降，高填方自身压缩压缩变形不可忽视。实测沉降曲线可拟合为负指数函数形式，从而求得最终沉降。

（2）现场试验实测表明，深层侧向位移、地表沉降和水平位移均在允许范围之内，埋设土压力数值与理论值较为接近，内部土体未发生错位滑移，路堤稳定。现场试验结果为新老路基差异沉降的评价和路面铺筑提供了依据。

（3）现场试验实测数据表明，现场采用的机械组合与实际施工工艺满足都新公路高填方土石混填特点的要求，可总结推广之其他路段。

（4）现场深层侧向位移结果显示，在高填方路堤各级平台坡脚位置附近侧向位移较大，是施工重点注意部位之一，需要加强填料的压实与加筋处治，减少侧向位移，以利于路堤的稳定。土工合成材料有利于改善路堤的受力状态，铺设层位以在路堤放坡平台底部与中部较佳。

（5）土工格室与土工格栅处治高填方路堤现场试验的对比分析表明，土工格室加筋结构比土工格栅更明显地有利于荷载的扩散与传递，减小路基侧向变形与不均匀沉降，从而有效地改善路堤的受力状态，提高高填方路堤的稳定性。

4 施工注意事项

4.1 土工格栅

（1）土工合成材料不宜直接设置于原地基表面上，在铺设土工格栅之前，场地应压实平整，宜在原地表设置30～50cm砂垫层或其它透水性较好的均质土后，再铺设土工格栅；需设置多层土工格栅加筋的路堤，各层之间的间距，不宜小于一层填土最小压实厚度，且不宜大于60cm，土工格栅的最小铺设长度不宜小于2m，铺设时应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向。

（2）土工格栅铺好后应及时填土覆盖， 一般不超过两天，如果紫外线照射较弱，可适当延长覆盖时间，以防日晒而使其老化。土工格栅的填土应尽量使其一次性成型，在回填前对填土的含水量进行检测，避免含水量过大而返工处理时造成土工格栅的破坏。

（3）应利用推土机或平地机严格按照试验段确定的铺土厚度进行铺土,并整平其表面, 局部高差不大于5cm。使表面不得有坚硬凸出物,以利于土工格栅与土面密贴。路基压实厚度不得超过30cm,并保证土工格栅不外露。机械的施工方向与土工格栅搭接顺茬方向一致,以保证土工格栅不被机械迎茬卷起。

（4）碾压时，必须由两侧向路堤中心碾压，严格反向碾压；碾压时压轮不能直接与土工格栅接触，压实的加筋体一般不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位，压路机应顺路堤纵向行驶碾压，行与行之间应重叠0.3～0.5 m，碾压区段纵向也应重叠1.0 m。

4.2 土工格室

（1）土工格室铺设由人工摊铺，铺设时，不得褶皱和损坏，土工隔室应放平整，强度高方向与其受力方向一致，受力方向的连接必须牢固，连接强度不低于材料容许抗拉强度，另一方向密贴排放。铺设土工格室时，先将格室摆于路基一侧，用钢钎固定一端，沿路基横向进行拉伸，展开其内格，然后用钢钎固定另一端。

（2）土工格室铺设后应在一天内填充材料，土工格室填充料应采用级配良好、质地坚硬的碎石或砂；都新公路土工格室高度为5cm，要求填石粒径最大不超过3cm。

（3）土工格室填充材料后应在两天内覆盖填土, 以避免强光紫外线照射导致格室材料老化和脆裂。

（4）压实松铺厚度，一般控制在35cm；格室为填料之前，严禁压路机或其它施工机械直接碾压土工格室表面。用推土机初平,然后用平地机按照层厚摊铺平整,每一层终平后顶面平整度高差不超过+5cm,以保证土工格室与填土面保持密贴。压实做到无漏压、无死角，确保碾压均匀，达到规定的压实度。

4 结论