尚福濤

（河北省邯鄲市光太公路工程有限公司，河北 邯鄲 056001）

0 引言

土工合成材料作為—種由高分子聚合物制成的用于工程的新型材料，分為土工織物、土工膜和特種土工合成材料等類型，這些產(chǎn)品置于土體內(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，已廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、水利等諸多部門。

1 土工合成材料在工程中的應(yīng)用

1.1 作為一種機(jī)織（有紡）或非織造（無紡）的織物類透水性土工合成材料

土工織物的質(zhì)量在100～1 000g/m2范圍內(nèi)。無紡型抗拉強(qiáng)度為10～30kN/m，高強(qiáng)度可達(dá)30～100kN/m；有紡型抗拉強(qiáng)度為20～50kN/m，高強(qiáng)度可達(dá)到50～100kN/m，對(duì)于特高強(qiáng)度的編織物則可達(dá)到100～1 000kN/m。滲透性即滲透系數(shù)k為10-3～10-2cm/s。從上述幾個(gè)性能可以看出土工織物優(yōu)點(diǎn)是重量輕、整體連續(xù)性好，施工方便，抗拉強(qiáng)度較高。此外，其耐腐性和抗微生物侵蝕性以及不暴露條件下的抗老化和耐久性能也較好。因此，土工織物多用于加筋、加固、排水、反濾、隔離等工程中，尤其是在公路軟基處理中應(yīng)用較多。

1.2 土工膜

土工膜是由透水性極低的聚合物、瀝青及合成纖維和織物外加部分添加劑制成的幾乎不透水的土工合成材料，分為瀝青和聚合物兩大類。這兩類均又包括加筋、不加筋或組合等類型。聚合物土工膜拉斷時(shí)的極限延伸率可達(dá)到150%～900%，常用強(qiáng)度為1～6kN/m，加筋土工膜的最大抗拉強(qiáng)度高達(dá)10～30kN/m。鑒于其水下耐久性很高，具有十分突出的防滲、防水功能，多用于土體、水渠的防摻、滲水基面的防水、圍堰施工、防汛搶險(xiǎn)中的隔水等工程。

1.3 土工格柵

土工格柵是經(jīng)過拉伸形成的具有方形或矩形格柵的聚合物板材，按其拉伸工藝分為單向拉伸和雙向拉伸兩種。格柵由于制造過程中經(jīng)過了定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加強(qiáng)了分子鏈間的聯(lián)結(jié)力，大大提高了其抗拉強(qiáng)度，而延伸率卻只有原板材的20%～15%。在抗拉強(qiáng)度方面，—般格柵為30～200kN/m，高強(qiáng)度的可達(dá)200～400kN/m。此外，土工格柵埋入土中的抗拔力由于格柵與土體之間的摩擦咬合增高而顯著提高。正由于格柵這些性質(zhì)，其多用于土體包括軟基的加筋加固工程中。

1.4 土工網(wǎng)

土工網(wǎng)是用合成材料條帶、柑股條編織成的合成樹脂壓制的具有較大孔眼和較大則度的平面結(jié)構(gòu)或二維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀土工合成材料。其性能略同于土工格柵，但抗拉強(qiáng)度較低，多為10～50kN/m，因此常用于軟基加固墊居、被面防護(hù)，桓革以及制造復(fù)合土工材料的基材。

1.5 土工模袋

土工模袋是雙層聚合物化纖織物制成的連續(xù)（或單獨(dú)的）袋裝材料，可以替代模板采用高壓水泵把混凝土或砂漿灌入模袋之中，最后形成板狀或其它形狀結(jié)構(gòu)。其類型分為有反濾排水點(diǎn)、無反濾排水點(diǎn)、無排水點(diǎn)混凝土及鉸鏈塊型等四種，主要應(yīng)用于公路護(hù)坡或其它地基處理工程。

1.6 土工墊

土工墊是一種新型土木工程材料，可用于植被草皮固土的三維結(jié)構(gòu)的似絲瓜網(wǎng)絡(luò)樣的網(wǎng)墊。網(wǎng)墊疏松柔軟，具有90%的孔隙，可以充填土、砂礫等其它材料，常用于防沖蝕和保土工程，有時(shí)也用于地基的加筋墊層結(jié)構(gòu)中。

1.7 土工格室

土工格室是由強(qiáng)化的PF寬帶（條帶聚合物）或其它合成材料、經(jīng)過強(qiáng)力焊接或釘銷連接而形成的一片網(wǎng)格狀三維結(jié)構(gòu)。它伸縮自如，運(yùn)輸時(shí)可縮疊起來，使用時(shí)可張開并填充砂石或混凝土料，構(gòu)成具有很強(qiáng)側(cè)向約束和很大剛度的結(jié)構(gòu)體。它可用來作為公路軟基的墊層從而有效地提高地基承載能力，也可用于坡面防護(hù)及其支擋結(jié)構(gòu)。

1.8 超輕型土工合成構(gòu)料EPS

EPS以聚苯乙烯聚合物為原料加入發(fā)泡添加劑制成，分為發(fā)泡法和擠壓發(fā)泡法兩類，可用于鐵路、公路的填料或地基換填料，陣低地基的附加應(yīng)力，增加路基的穩(wěn)定性和減少沉降量。

2 土工合成材料處理軟基技術(shù)

上述所提出的土工合成材料的類型幾乎都可以應(yīng)用到軟土地基的處理加固中，可以預(yù)測(cè)到土工合成材料的發(fā)展和應(yīng)用在公路軟基處理中具有廣闊的前景。針對(duì)軟土路基的工程特征及土工合成材料的類型與特點(diǎn)，結(jié)合工程應(yīng)用情況，對(duì)于土工合成材料處理軟土地基的方法大致可以分為以下幾種：

a）對(duì)軟基進(jìn)行排水及補(bǔ)強(qiáng)并舉的措施，如果采用土工織物加砂井，既加速固結(jié)，增加抗滑作用，又可改善軟基面層的應(yīng)力分布；b）以加固為主要目的的軟基處理方法，如采用土工格柵、土工格室等抗拉強(qiáng)度高、側(cè)向約束大的土工合料作為墊層，可增強(qiáng)防滑能力，減少地基沉降，同時(shí)也具有排水作用；c）改善軟基荷重的處理方法，主要通過采用EPS材料作為路堤填料以減輕地基的附加應(yīng)力，如采用土工網(wǎng)格、土工網(wǎng)墊等土工材料作為墊層，改善基面的應(yīng)力分布情況，使應(yīng)力擴(kuò)射面積更大、更均勻，同時(shí)增加地基抗滑能力。

3 實(shí)例分析

某公路兩段軟基上的高路堤成為如期鋪軌的控制工程，如按原設(shè)計(jì)用反壓護(hù)道加砂井的綜合處理方案，則填土固結(jié)時(shí)間需6個(gè)月才能穩(wěn)定，顯然不能滿足工期要求。但是經(jīng)采用土工織物與砂井并用來加固地基，既實(shí)現(xiàn)了增加軟基的穩(wěn)定性、加速施工進(jìn)度的目的，又可以有效節(jié)約工程造價(jià)。其中1#工點(diǎn)共采用54d填至設(shè)計(jì)高度8.8m；2#工點(diǎn)只用了43d填至設(shè)計(jì)高度9.2m，之后還分別加高了1.5m（相當(dāng)每延米10m3左右） 的填土。模擬列車作為預(yù)壓。通車證明，兩個(gè)工點(diǎn)都是穩(wěn)定的。

3.1 土層情況及土的性質(zhì)

試驗(yàn)段位于丘間谷地，谷地寬約200m，地勢(shì)平坦均為水田，兩側(cè)谷坡平緩多為早地。谷地上部為第四系近代沖積物，下伏第三系紫紅色砂巖與砂礫巖互層，地下水位近于地表。

3.2 方案選取

本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)方案為砂井加護(hù)道綜合處理，護(hù)道為兩側(cè)寬15m、高4m的斷面。如按施工期為一年進(jìn)行檢算，安全系數(shù)僅為1.2。采用土工織物加砂井方案，利用土工織物所能承受的拉力以增加抗滑力矩，提高路堤的穩(wěn)定性，則填土的速度可大大加快。同時(shí)，所增加的填土又使地基加速固結(jié)，提高了地基的抗剪強(qiáng)度。針對(duì)選用的土工織物及鋪設(shè)位置，本項(xiàng)目把土工織物鋪設(shè)在排水砂井上部的砂墊層內(nèi)，砂墊層起防頂破和增加摩擦系數(shù)的功能。根據(jù)檢算，需要敷設(shè)至少兩層織物，兩端回折3m作錨固端，外面鋪設(shè)干砌片石保護(hù)（見圖1）。

圖1 設(shè)計(jì)斷面及其土工纖維錨固圖

本項(xiàng)目土工織物采用麻紡廠生產(chǎn)的聚丙烘疊絲編織型，寬0.98m。其性能指標(biāo)分別為：徑向抗拉強(qiáng)度50kN/m；緯向抗拉強(qiáng)度36kN/m；延伸率20%。為方便施工，在廠內(nèi)加工寬度為3.6m、總長(zhǎng)度（路堤底寬與回折之和）為5m的成品，鋪設(shè)時(shí)縱向延伸搭接長(zhǎng)度為0.5m。

3.3 變形觀測(cè)

軟土穩(wěn)定分析方法多采用圓弧法。加鋪土工織物后，因土工織物承受拉力而增加一個(gè)穩(wěn)定力矩，從而增大了安全系數(shù)。實(shí)驗(yàn)段在施工速率上作大膽嘗試，盡可能提高觀測(cè)數(shù)據(jù)水平位移控制值，以爭(zhēng)取填土?xí)r間，加大固結(jié)荷載。7月份進(jìn)行砂井施工（采用射水法施工），深度均達(dá)到礫卵石層。8月上旬鋪設(shè)土工織物；8月中旬開始填筑，并以邊樁觀測(cè)數(shù)據(jù)來控制填土速度。填筑到設(shè)計(jì)高度僅用43d。填土超過臨界高度以后，速率依然很快，從5～9.2m，只用時(shí)16d，在軟土地基上不鋪設(shè)土工織物而達(dá)到這樣快的填筑速率較為少見。從變形觀測(cè)數(shù)據(jù)來看，沉降增量隨荷載增量而變化。當(dāng)填土荷載增量未超過10kN/d時(shí)呈直線關(guān)系、超過則不呈直線關(guān)系并可能有局部破壞。填土的平均沉降速率為0.019 9m/kN，卸載的沉降回彈為n 0.006 68m/kN。本工點(diǎn)填土過程中當(dāng)觀測(cè)邊校位移值達(dá)到15mm/d時(shí)須減緩填土速度；當(dāng)邊樁位移達(dá)25mm/d時(shí)才停止填土，實(shí)測(cè)得到的地基平均固結(jié)度遠(yuǎn)高于理論計(jì)算值。

4 結(jié)語

從工程實(shí)踐效果表明，本項(xiàng)目采用土工合成材料來處理路基軟基，土工織物在此使用起到了改善地基應(yīng)力，增加路堤穩(wěn)定、加速地基固結(jié)等作用，且節(jié)省了工期、降低了造價(jià)，值得同類工程推廣應(yīng)用。

［1］彭圣平，王吉利，劉金龍，等.土工織物加固軟土路基效果分析［J］.土工基礎(chǔ)，2006，28（6）：118-119.

［2］王剛.天津?yàn)I海新區(qū)鹽池路段軟土路基施工［J］.巖土力學(xué)，2006，27（5）：31-33.

［3］陳尚勇，侍倩.土工織物結(jié)合排水板處理高速公路軟土路基的試驗(yàn)研究［J］.鐵道建筑，2003，13（3）：15-16.