公路工程施工土工合成材料應用
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摘要：隨著我國公路運輸業(yè)迅速發(fā)展，交通量日益增長，高等級公路的建設正取得了突飛猛進的發(fā)展。在公路工程建設中，如何保證路基、結構物的穩(wěn)定，尤其是軟土地基發(fā)生較大的沉降，避免路面發(fā)生變形、開裂，是目前迫切需要解決的重要問題。本文將土工合成材料的各種功能與作用機理，應用在公路工程施工建設中，在不同情況下提出較合理施工技術方案，供探討。
引言
土工合成材料其實在我們的生活中隨處可見、應用范圍也比較廣泛的。而近幾年來在公路工程中，從降低工程成本、提高工效、節(jié)約能源方面著想，被作為新材料、新工藝正在積極加以推廣使用。就類似土工布的天然材料而論，用于土木工程已有很長歷史,其發(fā)展前景和重要性越來越多地被人們所認識應用，其中在公路工程所發(fā)揮出作用尤其重要，需要給予足夠的重視程度及資源支持。
1土工合成材料的定義及特點
1.1土工合成材料的定義及特點
土工合成材料是應用于巖土工程和土木工程建設的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因為它們主要用于巖土工程，故冠以“土工”兩字，稱為“土工合成材料”，以區(qū)別于天然材料。合成材料的原材料是高分子聚合物。是以人工合成原材為原材料制成各類產(chǎn)品，再進一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚酰胺(PER)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)、聚苯乙烯(EPS)等。土工合成材料的特點：具有適度的抗拉強度、具有抗拉性能、耐腐蝕性能；透水性好，重量較輕、施工簡易、運輸方便、價格低廉、料源豐富等優(yōu)點。
2土工合成材料的基本功能
土工合成材料的基本功能有隔離、加強、排水和過濾等四個方面的基本功能。在公路工程可應用于公路路基、構造物，路基排水、路基防護、路基不均勻沉降、路面裂縫防治、地基處理等工程。這些功能并非相互獨立，而是有著密切聯(lián)系的，許多功能系互相依存才發(fā)揮作用。
2.1隔離功能
隔離是把土工合成材料鋪設在不同材料的交界面處以防止這些不同材料不相互混雜，通過隔離層，引起應力擴散作用，從而促使地基土沉降量得到均化，加速地基排水固結。
2.2加強功能
當把土工合成材料鋪設在地下時，根據(jù)它的拉伸強度在與土工合成材料之間產(chǎn)生摩擦力并且起到互鎖作用。其結果土工合成材料變形被約束，土和土工合成材料的復合體在外表上層強度有所增加，起到抑制下沉效果。
2.3排水功能
土工合成材料是多孔隙透水介質(zhì)，依靠其平面滲透性，將埋在土體內(nèi)部中作為排水體，可使內(nèi)部水流沿其垂直于其平面的方向排出土體。
2.4過濾功能
土工合成材料的過濾排水作用與過去的天然骨料過濾層相比，其功能形態(tài)是不同的，它并非因布自身的透水性直接過濾，而是通過與布相連接的被過濾土層中形成的濾餅層得以過濾的。即土工合成材料自身的透水性并不重要，一般情況下只要有其相鄰土透水系數(shù)的10倍以上即可。
3土工合成材料在公路建設中應用
3.1提高路基承載能力
在軟土地基上填筑高路堤路基，受填土中的側(cè)向土壓力，促使地基表面產(chǎn)生水平剪應力，容易使路填兩側(cè)產(chǎn)生位移，從而造成堤身失穩(wěn)。若在路堤底部鋪設土工合成材料，可有效地控制土基的側(cè)向位移，從而提高路基穩(wěn)定性，同時織物的抗拉力使荷載重分散而提高路基承載力。
3.2防止路基發(fā)生不均沉降
路堤和其他構造物（如橋臺和涵洞等）的連接部位，由于其剛度差異極易出現(xiàn)不均勻沉降，從而產(chǎn)生橋頭與臺背之間出現(xiàn)“跳車”現(xiàn)象，為了減少這種不均勻的沉降，采用土工合成材料與構建物之間的錨固力和回填土之間嵌鎖力及界面摩阻力，有效將結構同回填土連接這一個整體，從而拉高整體穩(wěn)定性，避免兩者不均勻的沉降。
3.3對路基排水中應用。
3.3.1、路基和地基排水如果路基和地基內(nèi)部排水不暢，將造成下述后果，①承載力減??；②由于浸透水的作用，地基的細粒成分向路基內(nèi)移動；③由于吸泥作用細粒土開始從路面的接縫、端部、裂縫部位等流失到路面，成為路面破壞的原因。因此，為使路基或地基保持良好的狀態(tài)，需要使路面下的地下水位盡可能降低。為了地下排水，一般的方法是在路肩或路基中央分離帶下部設排水溝，為了防止土砂流入溝入可能土工織物包裹帶孔的管或包裹過濾骨料等做成排水溝。
3.3.2、水平隔離排水層在有受壓地下水流，或者地下水很多的地方，或者在從靠近公路的地方有浸透水流入的情況下，有時僅靠排水溝的排水是不夠的。在這種情況下，可以①在地基的路基的交界處設排水隔離層；②在地基和路及內(nèi)部設置水平的排水隔離層（用土工織物），把浸透的水引入排水溝內(nèi)。而且，該隔離層還有把路面浸透進來的水隔離的效果。
3.3.3、促進軟土地基的固結排水為了促進路基下方的地基固結下沉消除過剩孔隙水壓，利用土工織物代替砂墊層作為水平排水層。為此，土工織物還可用來代替以往軟土地基處理施工方法的塑料排水板，砂井等豎向排水工藝的材料。
3.4對路基防護的應用
土工合成材料應用于路基防護主要是：邊坡坡面防護和路基沖刷防護。
3.4.1邊坡坡面防護土工合成材料用于路基土質(zhì)邊坡坡面防護主要有拉伸網(wǎng)草皮、固定草種布和網(wǎng)格固定撤種三種形式。土工合成材料用于路基土質(zhì)邊坡坡面防護最常用是拉伸網(wǎng)草皮，施工簡單方便，草皮不容易損壞，成活率效高。其方法附近設置草皮基地，在平整的水泥地坪上鋪3～5cm的種植土層，土工合成材料在種植土層的中間，然后撒種、灑水養(yǎng)護工，草坪茂盛，待土體與土工合成材料固定后，送至工地施工鋪設。近幾年來，我區(qū)農(nóng)村公路土質(zhì)邊坡坡面防護都采用拉伸網(wǎng)草皮，不僅能有效地防止水土流失，增加綠化面積，改善生態(tài)環(huán)境，還可保持護坡表面免遭風雨的侵蝕。施工方便，施工成本低且對環(huán)境無污染其效果良好。
3.4.2防止沖刷對河流護岸或護堤工程中，敷設在斜坡巖石或礫石層下的土工合成材料，能防止砂土的流失及沖刷。土工合成材料在我國道路工程中的應用，雖然時間不長，但在我區(qū)也進行了應用，如在2001年修建東庠陸島交通碼頭接線公路時，近四百米海濱公路接線路堤，在砌筑擋墻時背后敷設一層土工織物。幾年來經(jīng)過多次臺風大浪沖刷考驗證明，路基穩(wěn)定。
3.5對新、舊路基銜接應用
在公路改建或擴建工程施工中，常常遇到新、舊路基結合處存在不均勻沉降現(xiàn)象，一直是公路改建擴寬中的工程一個難題。在施工中技術處理不妥，往往使用后會造成新、舊路基結合處發(fā)生沉降，出現(xiàn)錯臺，導致路面開裂破損，影響了公路正常使用。為了避免減少新舊路基結合處的不均勻沉降，我們采用施工處理方法：對新路基進行地基處理，然后將原路基挖成臺階形，臺階高度0.5～0.8m,臺階寬度1.0～2.0m，逐級進行開挖，最后一級臺階寬度不小于2米。之后順著路線方向鋪設土工合成材料，扯直平順、不得產(chǎn)生扭曲，褶皺以及重疊現(xiàn)象，新路基鋪設長度大于2米的土工合成材料，使土工合成材料一幅落在原路基，另一幅落在新路基，新、舊路基填料盡量保持一樣。填筑臺階應分層填筑，并逐層壓實。如在1999年我區(qū)先行工程公路改建工程，曾用我此方法，至今新、舊結合處路面無明顯錯臺裂縫現(xiàn)象，沉降已趨于穩(wěn)定，效果良好。
3.6對隧道內(nèi)的路面應用
隧道內(nèi)巖層局部水位較高，水壓力相對較大，地下水極容易滲透路面上，形成排水不暢，導致路面出現(xiàn)病害。而隧道內(nèi)路面往往是采用混凝土路面結構層，由于基層防水性相對比較差。為此，在隧道內(nèi)的砼路面與基層之間全斷面鋪設一層土工合成材料，同時路基每隔6米橫向埋設一道Φ50米排水管，縱向埋設Φ1.0米排水管，可有效攔截地下水滲透侵入路基，這樣使地下水通過土工合成材透水和排水管直接排入路面兩側(cè)的排水溝，確保路面干燥，從而有效防止地下水滲透侵入路面。總之，土工合成材料在公路工程施工中技術應用是可行的，成功的，能合理地解決公路工程施工中的難點及問題，能有效地降低工程成本，提高了工作效率，縮短了施工工期，確保了工程質(zhì)量，并取得良好的技術效果和經(jīng)濟效益。將逐漸地應用到公路工程建設各個領域。
4結語
通過以上公路工程施工中實例說明，土工合成材料施工技術是一種非常有效的方法，不僅可以提高路基的整體穩(wěn)性，還可以有效防止路基滑坡、坍方、沖刷、不均沉陷等現(xiàn)象。在施工中即方便簡單，要能經(jīng)濟環(huán)保、節(jié)省施工工期。因此土工合成材料施工技術已被廣泛的運用在市政、公路橋梁施工中，是一種可替代材料對環(huán)境無污染的新材料、新工藝積極加以推廣使用。
參考文獻
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作者：鄭祥增 單位：平潭綜合實驗區(qū)城鄉(xiāng)建設與交通運輸服務中心
