土工合成材料在公路軟基處理中的應用與設計

摘要：隨著交通事業的發展，公路建設發展的同時，軟土地基的公路路基設計也越來越多，科學、合理地進行軟土地基的設計，確保路基具有一定的承載能力和穩定性，以保證車輛在道路上安全行駛。同時在處理地基時，土工合成材料被廣泛的應用，它能夠最大限度減少了投資成本。本文主要對土工合成材料在公路軟基處理中的應用與設計進行了分析。

關鍵詞：土工合成材料;公路軟基處理;應用與設計

一、前言

現如今道路路基建設工程中，常常會出現各種各樣由于復雜地質條件導致的問題，這大量不良的地質條件里面，工程設計過程中最常見的一種較為復雜的地質條件就是軟土地基，尤其是出現在沿江、沿海以及沿湖的位置。所以在對公路進行軟基處理的時候，要運用適合的材料。而土工合成材料是應用于巖土工程的、以合成材料為原材料制成的各種產品的統稱。所以被廣泛的應用。

二、土工合成材料概述

土工合成材料包括土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格柵等。它的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。土工織物按制造方法可以分為有紡土工織物和無紡土工織物。有紡土工織物由兩組平行的呈正交或斜交的經線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經過加工而成。按照聯接纖維的方法不同，可分為化學聯接、熱力聯接和機械聯接三種聯接方式。

三、運用土工合成材料的方法及原理

1、合成材料法

在合成材料沒有問世之前，最初在處理淺層軟土地基時，在軟土地基上鋪設一層砂，稱之為砂墊層，然后在其上鋪筑路堤，或挖出部分軟土，進行換填材料。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省材料。用于砂墊層材料，宜采用無雜物的中、粗砂，含泥量應小于3%;也可采用天然級配砂礫料，其最大粒徑應小于50mm，礫石強度不低于四級。砂墊層應比路基邊腳寬出500-1000mm，兩側宜用片石護砌，或采用其他方式防護。鋪筑時應分層鋪筑分層碾壓，避免粒料離析，以達到規定的壓實度。然而，隨著土工材料問世，砂礫墊層和土工格柵、土工布聯合應用，在處理淺層地基上，收到良好的效果，得到了廣泛的應用。土工材料作為一種新材料問世，使軟土地層處理技術邁上一個新臺階。土工材料不是一種單獨承重材料，它必須與傳統的處理方法相結合，才能收到事半功倍的效果。特別是土工格柵、加筋帶、土工布等產品，它們與砂墊層、路基填筑聯合作用，才能在提高路堤強度和穩定性方面發揮重要作用。

2、格柵材料法

在公路上，無論處理淺層軟土地基，還是深層軟土地基時，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，稱為雙向拉伸格柵。經過沖孔的塑料板，經過拉拔作用使聚合物分子重新排列，加強了分子之間的聯結力，提高了材料抗拉強度5—10倍。為此，用聚烯烴套把芯材纖維套上，組成筋帶并拉緊產生預應力，又提高了其抗拉強度，把兩組這樣的筋帶用在交叉處熔接上，組成筋帶格柵，或稱經編粘焊土工格柵。土工格柵根據制作材料不同，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增大80%—90%，能顯著地提高路堤整體強度和穩定性。

3、鋼塑復合土工格柵

鋼塑復合土工格柵，以鋼絲（或其他纖維），經特殊處理，與聚乙烯（PE），并添加其他助劑，通過擠出使之成為復合型抗拉條帶，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，采用特殊強化粘接的熔焊技術焊接其交接點而成為加筋土工格柵。由鋼塑復合拉筋帶，按平面經緯成直角，經超聲波焊接成型的土工合成材料。由于其抗拉強度大、延伸率低、蠕變小，對土體有較強的嵌鎖、咬合作用，它能有效地對軟土地基和陡坡路堤進行處理，約束土體的側向位移，克服土體的不均勻沉降，極大程度地增強地基的承載能力，提高基礎的整體性能。適用于各種情況下的地基加固增強措施。

4、土工合成材料作用機理

在砂墊層中間，鋪設一層具有一定強度的土工合成材料，進而使土工合成材料與砂墊層組成的復合體能承受較大拉力，增加了地基土的抗剪強度，提高了路堤的穩定性，同時復合體具有一定的剛度，使上部荷載得到有效地調整，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，適應路堤的快速填筑，而荷載的迅速增加，加快了軟土的固結作用，從而使沉降加快，減少后期沉降，形成一種良性循環。

四、土工合成材料在公路軟基處理中的應用

1、加筋補強作用

機織土工織物或土工柵格對軟土的加筋補強作用主要體現在水平加筋上。復合地基中，機織土工織物或土工柵格主要處于受拉狀態下，在產生拉伸應力的同時，對土體產生了一個類似于側向約束壓力的作用，使得復合土體具有較高的抗剪強度和變形模量。也就是說由于機織土工織物或土工柵格有較高的強度和韌性等力學特性，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。當地基可能產生剪切破壞時，鋪設的機織土工織物或柵格將阻止破壞面的出現，從而提高地基承載力。當受到集中荷載作用時，在較大的荷載作用下，高彈性模量的土工織物受力后將產生一部分垂直分力，抵消部分荷載。

2、排水固結作用

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

3、對于不良地基公路的施工

（1）施工放樣

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

（2）土工格柵鋪設

第一層砂墊層碾壓完畢后，經監理工程師檢驗合格后鋪設土工格柵。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、伸長率及外形尺寸，符合設計要求，其存放、運輸滿足規范規定。鋪設土工格柵前，應將場地平整好，清除碎塊石等堅硬凸出物。鋪設時，應將強度高的方向置于垂直于路堤軸線方向，網與網之間搭接20cm，橫向搭接30cm，并在接頭上每隔2m釘一枚釘，使一幅格柵網形成一個整體。土工格柵上第一層填料攤鋪壓實時，采用輕型推土機或裝載機碾壓。當填料填筑厚度大于60cm后，才能采用重型壓路機。一切車輛、施工機械只容許沿路堤軸線方向行駛。填筑時沿土工格柵兩側邊緣輕卸填料，形成施工便道，再由兩側向中心平行于路堤中心對稱填筑。

（3）施工主要技術控制措施

距離土工格柵8cm以內的路堤填料，其最大粒徑不得超過6cm。用人工配合平地機和壓路機整平鋪設土工格柵的路基表面，確保路基表面平整度小于10mm，表面嚴禁有碎、塊石等堅硬凸出物，以免對土工格柵造成損害。土工格柵鋪設過程中，在有褶皺的地方用人工拉緊，必要時采用插釘等措施固定土工格柵于填土層表面。土工格柵攤鋪以后，立即進行路基填筑，避免在陽光下長時間直接曝曬。一般情況下間隔時間不應超過48h;路基填筑過程中，嚴禁將石料直接拋落于土工格柵上，嚴禁機械設備直接在土工格柵上進行作業。路基填料應分層攤鋪、分層碾壓，所選填料及壓實標準，應達到設計和規范要求。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大于路堤底寬，一般兩側各寬出0.5m左右，以防止在施工過程中由于施工機械的破壞影響墊層的有效作用。砂墊層施工時，要將砂加密到設計要求的密實度（95%），加密的方法有平振、夯實、插振、碾壓法等。砂墊層要無明顯粗、細粒料分離，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計

某公路全長60km，要求設計為雙向四車道，路面寬度為25.0m，設計速度為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，沿線分布有幾段高邊坡。因此，針對該公路的設計，由于路基設計主要包括整體式路基和分離式路基等兩部分，在整體式路基設計中，行車道的寬度應為2×2×3.75，中間帶應為4m，硬路肩應為6m;然而，對于分離式路基設計，在隧道出入口的軟土路基設計中一般采用該方法，其中，單幅路基的寬度應為12.5m，行車道寬度應為2×3.75m，路肩的寬度應為3m。

另外，由于該公路工程設計在路線縱橫向填挖交界處容易出現路基開裂或路基滑移的現象，因此，為了減少路基沉降等問題的發生，應根據標準規范的要求挖臺階填筑，在路線縱向填挖交界處設置2層TGDG50土工格柵，，在瀝青面層內設置1層玻璃纖維土工格柵，并采用U型錨釘錨固的方式進行預拉，以保證該路段的縱橫向交界處處理涉及到位。

六、結束語

公路工程中軟基有極大的危害性，如果不處理或處理不當，就會造成地基失穩，對道路成不同程度的危害，具體施工還要根據工地的實際情況來選用，有時幾種方法可以交替或一起使用。

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