土工合成材料在路基基床病害整治中的應用

錢成興

(中鐵七局武漢公司)

1 鐵路路基病害的類型和原因

基床病害往往是有多方面不利因素造成的，應根據成因對癥下藥，徹底根治，切不可頭痛一頭，腳痛醫腳。

實踐經驗表明，基床病害整治的成敗很大程度上取決于整治方案，幾種病害同時存在時尤其突出，而合理方案的誕生來源于對病害路段全面系統的調查研究。因此，在確定基床病害整治方案前，應收集病害地區的地質、水文資料，考察病害地段的排水系統，調查了解病害的發生發展過程，并選取代表性土質進行物理力學性質的試驗，最后根據成因確定相應的整治方案。

2 土工合成材料路基基床病害的整治中的應用

土工合成材料在巖土工程中的應用始于50年代，由于其原料豐富、輕質高強、耐腐蝕等優點可以彌補土質的許多缺陷，提高土的強度和增加土的穩定。這些新型材料置于土體內部、表面或各層土體之間，發揮著加筋、加固、防滲、隔離、排水、反濾以及防護等作用，因而得到十分廣泛的應用。

2.1 土工纖維

土工纖維按制造方法分為編型、織型和無妨型，目前使用最多的是無妨型。無妨型是將高分子材料擠拉成纖維，按不規則排列，用機械方法或熱處理以及化學粘結等方法制造而成。在土工纖維上敷以不透水材料制成不透水的土工膜。

(1)土工纖維的主要特點

①質量輕：每平方米最輕的僅10 g;

②整體性好，施工方便：土工纖維一般卷成卷狀，長度數十米到百米，寬度一米至十幾米，施工時只需平鋪即可;

③抗拉強度、伸長率、抗撕裂和耐沖壓強度較大，縱橫方向性質差別小;

④垂直方向和水平方向的透水系數較大(K大于10-2cm/s，相當于中、細砂);

⑤當量有效直徑小，滲濾性好;

⑥質地柔軟能與土很好結合為一體;

⑦耐腐蝕性和抗微生物侵蝕性好，據有關資料，埋在地下的土工纖維的壽命可達30年或更長;

⑧缺點是土工纖維若不經過處理，抗紫外線能力差，經過30～60 d日光照射將發生老化。

(2)土工纖維的應用

70年代，我國鐵路開始使用土工纖維整治基床翻漿冒泥，經過十幾年的研究和實踐，取得了較滿意的效果，積累了豐富的經驗。土工纖維除了整治基床翻漿冒泥外，還可配合其它土工合成材料加固基床。

2.2 土工網格

土工網格分為土工網和土工格柵，是具有不同大小孔眼和形狀的網狀材料。土工網又稱擠出網，其生產工藝是：原材料經溫控加熱后，通過一特制的模具，經擠壓、熱粘合及冷卻制造而成。土工格柵又稱拉伸網，其生產流程是：擠出、沖孔、冷卻、加熱、拉伸，其中拉伸是最重要的一個環節，它將高分子材料鏈重新定向排列，從而大幅度提高了土工格柵的強度，其抗拉強度可達12～110 kPa，是土工網的10倍甚至更高。

土工網格加固土體的原則同土工纖維，但土工網格的抗拉強度更高，且成網狀，上下土體存在機械咬合作用，可將土體與土工網格形成一個高強度的整體，以提高土體的抗剪強度，并能將承擔的荷載分擔到更大的范圍。因此，其加固效果比土工纖維高許多。

目前，土工網格在路基方面的應用有兩個。一是新線路堤兩側邊坡每隔一定厚度鋪設一層土工網格，作為邊坡加筋材料，起到加固穩定路堤的作用。二是加固整治基床病害。將土工網格鋪設在基床墊層上，土工網格同道碴連鎖在一起，增強道床穩定性，阻止道碴下陷，避免產生道碴陷槽，使荷載分布更均勻。若配合土工纖維使用，土工格柵鋪設在土工纖維與道床之間，起隔離作用，防止土工纖維被道碴刺破，將取得更好的整治效果。

2.3 土工格室

土工格室是由強化的聚氯乙烯寬帶經過超聲焊接而成的網狀格室結構，如圖1。條寬8 ～20 cm，厚1.2 ～1.6 mm，格室尺寸為20 cm×20 cm。土工格室的力學性能為：拉伸強度21 MPa，拉伸沖擊強度67 N/cm，焊縫剝離強度＞100 N/cm，低溫脆點-220℃。其特點是：伸縮自如，運輸時可縮疊，使用時張開并充填土石等材料。構成具有強大側向限制的大剛度的結構體。

圖1 土工格室的結構

(1)土工格室加固土體的基本原理

如圖2所示。沒有土工格室，土體的承載能力取決于滑動面的抗剪強度。土工格室除了具有土工纖維加強土體的作用外，格室側向限制能大幅度提高土體的承載力;格室側壁與土體的摩擦力大大提高土體本身的抗剪強度。

圖2 土工格室加固土體的原理

(2)土工格室的鋪設

如圖3，土工格室加固基床時，一定要做好基面的排水坡，鋪5 cm砂墊層，砂墊層上最好再鋪一層土工纖維，張開格室置于土工纖維上，往格室內填筑粗砂高出格室5～10 cm，回填道碴即可。鋪設土工格室時，應用鋼釬之類的工具在格室周邊固定，使網格盡量成型。土工格室加固基床施工簡便，除提高基床的承載力外，還有助于減少路基的變形。1993年廣州鐵路集團公司在焦柳線使用土工格室整治基床下沉，經過三年的運行，兩側路肩完好，下沉基本穩定，養護工作較少，線路質量明顯提高。土工格室加固基床在我國尚處于試驗階段。隨著我國能夠自行生產，價格的下降，其應用將會很快普及。

圖3 土工格室加固基床

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