摘 要：土工合成材料的鋪設(shè)損傷是工程中廣泛關(guān)注的問題，文章總結(jié)了國內(nèi)現(xiàn)狀和國外研究成果，并結(jié)合工地現(xiàn)場試驗得出了結(jié)論：鋪設(shè)過程的機械損傷是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的主要原因，針對鋪設(shè)損傷所造成的強度降低指標的研究具有重要實用價值。

關(guān)鍵詞：土工合成材料；鋪設(shè)損傷；強度折減系數(shù)；現(xiàn)場試驗

土工合成材料鋪設(shè)損傷是加筋土工程中廣為關(guān)注的問題，國外研究結(jié)果表明：在路堤加筋工程中，壓實機械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的主要因素之一，相對于國外的深入研究，國內(nèi)對該領(lǐng)域的研究工作較少，用于指導(dǎo)工程實踐的研究成果更為缺乏，而隨著國內(nèi)高等級公路建設(shè)的不斷深入，公路穿越的不良地基也越來越復(fù)雜，導(dǎo)致土工合成材料用量急劇增加。因此，對土工合成材料鋪設(shè)損傷進行研究，已成為工程建設(shè)的一項迫切需求。本文依托某高速公路擴建工程，對土工合成材料鋪設(shè)損傷進行了現(xiàn)場試驗研究，從而為土工合成材料鋪設(shè)損傷研究提供了現(xiàn)場試驗依據(jù)，對于進一步深入研究以及工程實踐，都具有重要的實際意義和參考價值。

1 工程概況及現(xiàn)場試驗

在某高速公路施工現(xiàn)場選擇一塊15m×4.5m的平坦的場地，去除表層雜草及腐殖土，用施工機械整平并用重型壓路機（本試驗采用徐州工程機械廠生產(chǎn)的18t光輪壓路機）碾壓4～6遍，以前后兩次的碾壓不再出現(xiàn)明顯輪跡為止。

根據(jù)現(xiàn)場路堤施工所確定的松鋪系數(shù)，在壓實好的場地上用路基填筑材料鋪筑一定厚度的填料并壓實至30cm厚的下臥層，然后用壓路機進行碾壓，在碾壓初始不斷用人工來找平，下臥層的施工完全按照現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF10-2006）進行。

將事先裁好的土工布和土工格柵按試驗方案要求平鋪在已碾壓好的下臥層上，試樣的裁剪嚴格按照現(xiàn)行《公路土工合成材料試驗規(guī)程》（JTG E50-2006）進行。并用人工在上面鋪筑一定厚度的同一種填料，不同厚度之間保留0.5m的過度段，試驗段兩側(cè)填料各寬出土工合成材料1m，以保證合成材料上面填料的壓實度。本試驗采用壓實后10cm、20cm和30cm的不同對比厚度。鋪筑完畢后進行壓實，然后用灌砂法測定碾壓后的壓實度，所有的碾壓和試驗方法皆按現(xiàn)行有關(guān)公路技術(shù)規(guī)范進行。除地基外，下臥層及上層填料的壓實度皆保證93%且最低碾壓次數(shù)不低于10次。

圖1 現(xiàn)場鋪設(shè)試驗路段碾壓前照片

本次試驗共用兩種填料，分別為礫類土（粗顆粒為花崗巖）和砂類土（粗顆粒為砂巖）。每種填料各做了壓實后10cm、20cm、30cm三種不同鋪設(shè)厚度的對比試驗，共做了5個不同廠家的 12塊試樣。除土工織物的每塊尺寸均為1.2m×1.2m外，其他幾種土工格柵的鋪設(shè)用試樣尺寸分別為：A土工格柵0.8m×1.6m，B土工格柵的尺寸約為1m×1.8m，C土工格柵的尺寸為2.4m×3.6m。

圖2 現(xiàn)場試驗路段碾壓后情況

2 試驗結(jié)果分析

為了解碾壓后土體顆粒粒徑變化，用四分法取試驗前后不同碾壓厚度的礫類土各100kg左右進行篩分試驗，表1給出了砂巖砂類土的物理指標，表2給出了花崗巖礫類土篩分后D50的變化值，圖3則給出了花崗巖礫類土未碾壓前及碾壓后的篩分曲線。

圖3 花崗巖礫類土篩分試驗曲線

由表2可以看出花崗巖礫類土經(jīng)碾壓后D50迅速降低，鋪設(shè)厚度越小，D50降低的也越小，30厚填料經(jīng)碾壓后，D50下降了近一半，由此可以看出，土工合成材料在碾壓過程中所承受損傷也將相當(dāng)嚴重，圖4為試驗后塑料土工格柵照片。

圖4 30cm花崗巖礫類土下B土工格柵

壓實后10cm厚礫類土下的塑料土工格柵，掘出后共有7根斷肋，占整個肋數(shù)的21.8%，并有超過一半的粘結(jié)點出現(xiàn)滑動脫落；壓實后20cm厚花崗巖礫類土下的塑料土工格柵，亦有近一半的接點遭到破壞，但未發(fā)現(xiàn)斷肋，這說明20cm以上礫類土的填筑厚度對土工格柵有較好的保護作用，但由此造成的損傷仍很明顯；壓實后30cm厚礫類土填料下的塑料土工格柵，亦未發(fā)現(xiàn)因碾壓而造成的斷肋現(xiàn)象，但遭到破壞的接點數(shù)亦近1/3，在此種填料和厚度下鋪設(shè)的兩塊土工織物，上層表面明顯的搓松起毛，特別是規(guī)格為250g/m2的土工織物，上表面破壞更為明顯，粗估其強度降低有一半左右，但與下臥層相接觸的下表面卻仍非常光滑，幾乎未有什么改變，由此可見下臥層的光滑和平整對于土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有一定影響。同時，這兩塊土工織物經(jīng)鋪設(shè)碾壓后各有多處孔洞，比較嚴重的一塊有明顯10多處較大的孔洞。在30cm厚砂巖砂類土下鋪設(shè)的塑料土工格柵，外表無明顯變化，既無斷肋也無結(jié)點破壞。在該類填料下鋪設(shè)的兩塊土工織物，其下表面變化不大，但上表面亦被搓動起毛，這顯然會對土工織物的強度造成影響。由此可見，即便在土工合成材料上面鋪筑30cm厚的砂類土，其損傷情況亦比較明顯。在10cm和20cm厚砂巖砂類土下鋪設(shè)的塑料土工格柵，亦未發(fā)現(xiàn)斷肋或結(jié)點破壞，由此可見，填料的顆粒大小和硬度對土工合成材料鋪設(shè)損傷具有一定影響。

將鋪設(shè)前后的土工合成材料進行寬條樣拉伸，其中塑料土工格柵亦應(yīng)用20cm的夾具，所得拉伸試驗結(jié)果見表3。

注：強度折減系數(shù)為原始試樣最大拉伸強度與鋪設(shè)損傷后試樣的最大拉伸強度比值。

由表3可以看出，兩種土工織物在砂巖砂類土下的強度折減系數(shù)都在1.5左右，而在花崗巖礫類土下的強度折減系數(shù)都大于2.0，亦即鋪設(shè)后最大拉伸強度損失了50%以上，由此可見，鋪設(shè)損傷對土工合成材料強度降低的影響非常顯著。

針對單向粘結(jié)式C塑料土工格柵CATTDG40，現(xiàn)場還用花崗巖礫類土和砂巖砂類土做了壓實后10cm、20cm和30cm三種不同厚度的對比試驗，試驗所得的強度折減系數(shù)見表4。

由上表可以看出，當(dāng)填料壓實后厚度為10cm時，試驗用土工合成材料強度降低極為明顯，這說明過薄的填料鋪設(shè)厚度會對土工合成材料產(chǎn)生嚴重損傷，國外研究結(jié)果表明：土工合成材料上面覆蓋15cm厚的填料松鋪厚度是施工時的最低鋪設(shè)厚度，虛鋪厚度低于此值，土工合成材料鋪設(shè)損傷后強度將急劇下降。本次現(xiàn)場鋪設(shè)用18t重型振動壓路機，對以上兩種填料的有效壓實厚度皆在30cm左右，故當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在20cm左右時，塑料土工格柵仍承受了較大的鋪設(shè)損傷。由此可見：在路堤加筋工程中，當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在壓實機械有效壓實厚度附近時，不僅可有效利用壓實機械，而且對降低土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有重要意義，過薄的碾壓層厚不僅會導(dǎo)致施工機械的浪費，而且對土工合成材料的強度保持也不利。

3 結(jié)語

通過土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場試驗，驗證了室內(nèi)模擬試驗結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性，也證明本文所得出的土工合成材料鋪設(shè)損傷折減系數(shù)建議值獲得了工程實踐驗證，該系數(shù)具有可推廣性和工程實用性。同時通過對不同鋪設(shè)厚度的現(xiàn)場鋪設(shè)損傷試驗結(jié)果進行分析表明，過薄的填料鋪設(shè)厚度會對土工合成材料造成過大鋪設(shè)損傷，在加筋土工程施工中，根據(jù)填料和壓實機具類型合理確定出填料的有效攤鋪厚度，不僅可充分發(fā)揮壓實機具的有效性能，而且對于避免土工合成材料遭受過大的鋪設(shè)損傷具有重要意義。

在路堤加筋工程中，壓實機械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的主要因素之一，歐美等發(fā)達國家通過研究發(fā)現(xiàn)，土工合成材料的最不利狀態(tài)是在施工鋪設(shè)階段，如果土工合成材料經(jīng)受得了施工鋪設(shè)過程中引起的應(yīng)力，那么也就能經(jīng)受使用階段的應(yīng)力。由此可以看出鋪設(shè)損傷對土工合成材料工程應(yīng)用有著重要的影響。試驗結(jié)果不僅證明了鋪設(shè)損傷是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的一個主要影響因素，同時也土工鋪設(shè)損傷的研究提供了重要的現(xiàn)場試驗依據(jù)。

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