土工合成材料在路基基床病害整治中的應(yīng)用

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(lái)源于對(duì)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(guò)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(wú)妨型，目前使用最多的是無(wú)妨型。無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng);

⑧缺點(diǎn)是土工纖維若不經(jīng)過(guò)處理，抗紫外線能力差，經(jīng)過(guò)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(guó)鐵路開(kāi)始使用土工纖維整治基床翻漿冒泥，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(méi)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(kāi)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(jiǎn)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(guò)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(guó)尚處于試驗(yàn)階段。隨著我國(guó)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

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