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        土工合成材料在路基基床病害整治中的應(yīng)用

        2012-09-06 06:48:28錢成興
        黑龍江交通科技 2012年5期
        關(guān)鍵詞:格室基床土工

        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(yīng)根據(jù)成因?qū)ΠY下藥,徹底根治,切不可頭痛一頭,腳痛醫(yī)腳。

        實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(shí)存在時(shí)尤其突出,而合理方案的誕生來源于對病害路段全面系統(tǒng)的調(diào)查研究。因此,在確定基床病害整治方案前,應(yīng)收集病害地區(qū)的地質(zhì)、水文資料,考察病害地段的排水系統(tǒng),調(diào)查了解病害的發(fā)生發(fā)展過程,并選取代表性土質(zhì)進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn),最后根據(jù)成因確定相應(yīng)的整治方案。

        2 土工合成材料路基基床病害的整治中的應(yīng)用

        土工合成材料在巖土工程中的應(yīng)用始于50年代,由于其原料豐富、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)土質(zhì)的許多缺陷,提高土的強(qiáng)度和增加土的穩(wěn)定。這些新型材料置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間,發(fā)揮著加筋、加固、防滲、隔離、排水、反濾以及防護(hù)等作用,因而得到十分廣泛的應(yīng)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(guī)則排列,用機(jī)械方法或熱處理以及化學(xué)粘結(jié)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(diǎn)

        ①質(zhì)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(shù)十米到百米,寬度一米至十幾米,施工時(shí)只需平鋪即可;

        ③抗拉強(qiáng)度、伸長率、抗撕裂和耐沖壓強(qiáng)度較大,縱橫方向性質(zhì)差別小;

        ④垂直方向和水平方向的透水系數(shù)較大(K大于10-2cm/s,相當(dāng)于中、細(xì)砂);

        ⑤當(dāng)量有效直徑小,滲濾性好;

        ⑥質(zhì)地柔軟能與土很好結(jié)合為一體;

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

        ⑧缺點(diǎn)是土工纖維若不經(jīng)過處理,抗紫外線能力差,經(jīng)過30~60 d日光照射將發(fā)生老化。

        (2)土工纖維的應(yīng)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(jīng)過十幾年的研究和實(shí)踐,取得了較滿意的效果,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。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(wǎng)格

        土工網(wǎng)格分為土工網(wǎng)和土工格柵,是具有不同大小孔眼和形狀的網(wǎng)狀材料。土工網(wǎng)又稱擠出網(wǎng),其生產(chǎn)工藝是:原材料經(jīng)溫控加熱后,通過一特制的模具,經(jīng)擠壓、熱粘合及冷卻制造而成。土工格柵又稱拉伸網(wǎng),其生產(chǎn)流程是:擠出、沖孔、冷卻、加熱、拉伸,其中拉伸是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),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(qiáng)度,其抗拉強(qiáng)度可達(dá)12~110 kPa,是土工網(wǎng)的10倍甚至更高。

        土工網(wǎng)格加固土體的原則同土工纖維,但土工網(wǎng)格的抗拉強(qiáng)度更高,且成網(wǎng)狀,上下土體存在機(jī)械咬合作用,可將土體與土工網(wǎng)格形成一個(gè)高強(qiáng)度的整體,以提高土體的抗剪強(qiáng)度,并能將承擔(dān)的荷載分擔(dān)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(wǎng)格在路基方面的應(yīng)用有兩個(gè)。一是新線路堤兩側(cè)邊坡每隔一定厚度鋪設(shè)一層土工網(wǎng)格,作為邊坡加筋材料,起到加固穩(wěn)定路堤的作用。二是加固整治基床病害。將土工網(wǎng)格鋪設(shè)在基床墊層上,土工網(wǎng)格同道碴連鎖在一起,增強(qiáng)道床穩(wěn)定性,阻止道碴下陷,避免產(chǎn)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(shè)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(qiáng)化的聚氯乙烯寬帶經(jīng)過超聲焊接而成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu),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(xué)性能為:拉伸強(qiáng)度21 MPa,拉伸沖擊強(qiáng)度67 N/cm,焊縫剝離強(qiáng)度>100 N/cm,低溫脆點(diǎn)-220℃。其特點(diǎn)是:伸縮自如,運(yùn)輸時(shí)可縮疊,使用時(shí)張開并充填土石等材料。構(gòu)成具有強(qiáng)大側(cè)向限制的大剛度的結(jié)構(gòu)體。

        圖1 土工格室的結(jié)構(gòu)

        (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(dòng)面的抗剪強(qiáng)度。土工格室除了具有土工纖維加強(qiáng)土體的作用外,格室側(cè)向限制能大幅度提高土體的承載力;格室側(cè)壁與土體的摩擦力大大提高土體本身的抗剪強(qiáng)度。

        圖2 土工格室加固土體的原理

        (2)土工格室的鋪設(shè)

        如圖3,土工格室加固基床時(shí),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(nèi)填筑粗砂高出格室5~10 cm,回填道碴即可。鋪設(shè)土工格室時(shí),應(yīng)用鋼釬之類的工具在格室周邊固定,使網(wǎng)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(tuán)公司在焦柳線使用土工格室整治基床下沉,經(jīng)過三年的運(yùn)行,兩側(cè)路肩完好,下沉基本穩(wěn)定,養(yǎng)護(hù)工作較少,線路質(zhì)量明顯提高。土工格室加固基床在我國尚處于試驗(yàn)階段。隨著我國能夠自行生產(chǎn),價(jià)格的下降,其應(yīng)用將會(huì)很快普及。

        圖3 土工格室加固基床

        [1]易思蓉.鐵道工程(第二版)[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

        [2]牛志榮.路基處理技術(shù)及工程應(yīng)用[M].中國建材工業(yè)出版社,2004.

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        [4]嚴(yán)家伋.道路建筑材料[M].北京:人民交通出版社,1996.

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        [6]建筑路基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

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