鐵路路基土工合成材料的運用與展望

摘要：山區鐵路建設，地形地貌、地質情況變化大，修建路基常常需要解決軟土地基加固問題、高填方路基邊坡穩定問題、支檔結構穩固問題和防滲排水問題等等，在這些問題解決過程中，土工合成材料憑借優良的工程特性，成為實用性強、性價比高的優質建筑材料，它在鐵路建設中的使用，取得了良好的效益，同時展現了廣闊的應用前景。

關鍵詞：土工合成材料 山區鐵路 運用

中國分類號 ： U25 文獻標識碼 ： B

1 引言

土工合成材料在我國鐵路上已經有四十多年的運用經驗，通過結合大量科研實驗和深入的研究，其運用范圍也由傳統的路基基床加固、軟土路基處理、邊坡加固及防護和反滲排水等傳統領域逐步拓展到了加筋土擋墻等較新領域，取得了非常好的實用效果。

2 土工合成材料的作用機理

在鐵路建設中，土工合成材料在反濾排水、抗滲保護、路堤加筋、地基加固和路基防護等方面展現出無可比擬的作用，以下簡述其基本作用機理：

2.1隔離作用

土工纖維置于性質不同的填料結構物之間，將不同填料結構物隔開，避免混雜產生不良效果。其作用機理是利用土工纖維抗拉、抗頂穿等優良的工程特性來適應受力、變形和各種環境變化的影響而不破損，從而能夠維持不同填料自身結構的完好，更好地發揮各自功能。

2.2 排水作用

具有一定厚度的土工纖維具有良好的三維透水特性，可以使水經過土工纖維的平面迅速地沿平面方向排走，不會堵塞，構成平面排水層。在排水的過程中土工材料兼顧阻止土粒的流失， 防止土體的滲透變形的作用。

3 鐵路路基土工合成材料的運用實例

3.1 鐵路路基基床加固

山區鐵路建設中通常在基床底層頂面鋪設砂墊層和土工合成材料，以與基床表層進行隔離與防滲；基床底層原地面挖除換填等處理后，往往在換填后填料頂部鋪設土工布，頂面做成向路基兩側的人字形的排水橫坡，以充分排除基床積水和地下水，同時可以有限阻止不同填料之間的混雜。

下圖為南廣鐵路建設中利用土工布加固基床斷面圖。圖中可見分別于換填滲水土頂面和路基基床底層頂面鋪設兩布一膜土工布，要求為600g/m2，滲透系數≤10-11cm/s，斷裂強度≥20KN/m，CBR頂破強度≥2.5KN，膜厚≥0.3mm。

3.2 在過濾與排水中的應用

土工格柵可以作為反濾層替代傳統的砂石濾層。反濾層鋪設于擋土墻墻背，來集中墻后積水，經過反濾后，從墻身預留的泄水孔排出。

下圖為南廣鐵路建設中，在擋土墻墻背通長設置全排水土工格柵（規格TDC80/200D）反濾層，起到很好的排水效果，典型做法見圖3所示。

3.3 在路基防護中的應用

山區鐵路建設中常用土工合成材料最為路堤或路塹的坡面防護，起到固化邊坡、防止石質邊坡風化和防沖刷等作用。

某山區鐵路路堤邊坡防護施工中，對于土質，采用網格固定撒種防護。對于巖石邊坡防護首先固定土工網或土工格柵，然后在網格內布土植草，不僅對邊坡起到了加固作用，同時對周圍環境也起到了很好的美化作用。典型做法見下圖。

3.4 在路堤加筋中的應用

加筋土結構因為其優良的工程特性，在鐵路建設中得到了廣泛的應用，我國公元230年采用蘆葦柳條等作為加筋材料建造的古長城至今仍屹立不倒。

3.4.1 加筋土地基

土工格柵加固地基通常結合剛性樁，樁一般采用CFG樁、各種攪拌樁和混凝土灌注樁等，出發點在于充分利用樁身強度優勢，強調樁和樁頂加筋碎石墊層作為一體協同工作和整體負載。以期起到調整應力分布，均化地基沉降的目的。

一般環境下，加筋碎石墊層傳來的荷載最后是由樁基和樁間土體共同承擔，樁基承擔經過土拱效應加強的上部荷載（A）和經筋材薄膜效應傳遞過來的荷載（B）；[4]而樁間土分擔的是經過土拱效應和薄膜效應轉移后剩余的上部荷載（C）。

南廣鐵路軟土路基加固施工中，CFG樁和水泥砂漿樁間隔套打施工完成、經檢測滿足設計要求后，在樁頂采用靜壓法填筑三層碎石墊層，分層碾壓密實，碎石墊層內夾鋪三層土工格柵作為筋帶，CFG樁和加筋墊層聯合作用，有效地提高地基的承載力，對路堤的沉降控制作用明顯。典型做法見下圖。

3.5 加筋土擋墻

加筋土擋墻主體材料為土石填料，由它對筋帶的摩擦力產生抗滑作用，確保填方的整體強度和穩定性。墻面系統主要為土工格柵返包和現澆混凝土板。

目前在山區鐵路贛龍鐵路、青榮城際鐵路、蒙西鐵路和株六鐵路等國內多條鐵路均有成功應用。

贛龍鐵路加筋土擋墻：墻高13.2m；墻體下部填料采用土夾石、上部填料為粘性土；筋帶采用HDPE單向土工格柵，豎向間距0.4-0.5m；墻面板：碎石土包裹體內植草防護或返包+整體現澆混凝土。下圖為贛龍鐵路加筋土擋墻圖。

4 鐵路路基土工合成材料的運用展望

4.1 三種加筋土結構應用的不均衡性

原因分析：

4.1.1加筋土地基

（1）作用機理相對明確：對減小地基沉降，提高承載力有貢獻；

（2）工藝簡單，風險小。

4.1.2加筋土路堤

（1）對提高邊坡的抗淺層塌滑、控制施工填土厚度有貢獻；

（2）屬于構造設計，風險小。

4.1.3加筋土擋墻（陡坡）

（1）作用機理復雜，材料要求嚴格，耐久性和產品質量保障率不足；

（2）工序較多，質量控制嚴格，易發生水平變形；（3）檢測手段不足；

綜上所述，相關規范也限制了加筋土擋墻的應用和推廣。

4.2加筋土擋墻技術優勢

4.2.1節約用地效果顯著

加筋土擋墻墻面可保持垂直，與常規的路基邊坡相比，6米高加筋土擋墻每公里節約用地27畝，節約路基填料6萬m3。

4.2.2造價低、經濟

加筋土擋墻造價低，造價較扶壁式擋墻節約30-50%。而且墻高越高，節約造價優勢越突出。具有良好的經濟效益。

4.2.3良好的抗震性能

加筋土擋墻作為柔性結構物，抗振動性強，能夠適應地基較輕微的變形，是一種很好的抗振結構物。

汶川地震：國道G213都江堰至映秀段公路6處加筋土擋墻有2處擋墻僅局部發生裂縫與鼓脹，結構安全穩定，仍能保持著使用功能。

4.3 加筋土擋墻應用中面臨的問題

4.3.1材料

（1）土工合成材料的耐久性。蠕變、施工損傷、凍融、光氧與化學耐久性，滿足不同設計使用年限的取值問題較為復雜。

社會環境影響大：土工合成材料種類繁多、生產廠家無序競爭、產品質量良莠不齊，行業監管力度有限，使得其在鐵路上運用趨于謹慎和保守。

（2） 材料強度存在折減

土工合成材料的鋪設損傷折減系數難以避免，化學及生物損傷折減系數客觀存在，材料蠕變折減系數難以克服。

4.3.2 定額單價低

目前的施工定額低，人工費+施工費+材料費低，施工單位盈利空間小或虧損，積極性不高。

4.4 鐵路加筋土路基發展方向之探討

（1）制定詳細的產品標準，制定鐵路生產、合格商認證程序，規范競爭機制，建立鐵路市場準入制度。

（2）編制規范或鐵路加筋土路基設計與施工指南，完善設計方法、提高可操作性，為推廣應用奠定基礎。

5 結束語

當前，我國鐵路建設方興未艾，土工合成材料憑借其優越的工程性能在鐵路施工過程中起到了很多其他建筑材料難以替代的作用，在鐵路建設中得到了廣泛的運用，但如何發展和創新地利用好土工合成材料，還需要我們共同去研究和探索。

參考文獻

[1]胡汝國.土工合成材料在高速公路中的運用探討[J].現代物業（上旬刊），2012，（10）：28-29

【作者簡介】吳新棟（1980-），男，漢族，四川成都人，本科，工程師，主要從事工程技術與管理工作，854082273@qq.com