土工合成材料在公路建設(shè)中的應(yīng)用

張道華

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

0 引言

土工合成材料是一種新型材料，它是土木工程中應(yīng)用合成材料的總稱。土工合成材料作為一種新型的土木工程材料，是以人工合成的聚合物（如化纖、塑料、合成橡膠等）為原料而制成的各類型產(chǎn)品，主要用于土體的內(nèi)部、表面或者各種土體之間，起到加強(qiáng)或者保護(hù)土體的作用。目前，土工合成材料在我國(guó)的工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，它具有隔離、防護(hù)、過(guò)濾、排水抗慮和加筋等功能。不同的產(chǎn)品類型有著不同的特性，例如：土工織物由于重量輕、整體連續(xù)性好而主要是用于濾層、隔離和防護(hù)；土工膜由于不透水性好，彈性和適應(yīng)變形的能力強(qiáng)，具有良好的抗老化性能而主要用于排水、防滲和坡面穩(wěn)定；土工格柵由于具有其他土工材料所沒(méi)有的獨(dú)特功能和特性而主要用于加筋土的筋材。合理的利用各種土工合成材料的特性可有效的解決在公路建設(shè)中遇到的各種巖土類問(wèn)題。

1 土工合成材料的種類

土工合成材料的種類繁多，大體上可分為五種：土工織物、土工膜、土工格柵、土工特種材料和土工符合材料。

1.1 土工織物

土工織物又名土工布，在制造的過(guò)程中首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結(jié)構(gòu)的土工織物。根據(jù)制造的方法可以分為有紡?fù)凉げ己蜔o(wú)紡?fù)凉げ?，根?jù)纖維的聯(lián)結(jié)方式可分為化學(xué)聯(lián)結(jié)、熱力聯(lián)結(jié)和機(jī)械聯(lián)結(jié)三種。它具有重量輕、整體性好、抗拉強(qiáng)度高和耐腐蝕等特點(diǎn)，但未經(jīng)特殊處理時(shí)的抗紫外線能力差，受陽(yáng)光的直射易老化。

1.2 土工膜

根據(jù)原材料的不同，土工膜可以分為瀝青土工膜和聚合物土工膜兩大類，聚合土工膜根據(jù)不同的主材分又可分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。土工膜具有良好的不透水性，彈性變形能力強(qiáng)，抗老化性能好，土或水中的耐久性強(qiáng)，防水防滲性能好。

1.3 土工格柵

土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨(dú)特的性能與功效，根據(jù)材質(zhì)的不同可分為塑料類土工格柵和玻璃纖維類土工格柵。塑料格柵具有較好的酸堿適應(yīng)性，抗腐蝕能力強(qiáng)，抗老化和耐久性性能也突出；玻璃纖維格柵則質(zhì)量輕，具有一定的柔性，裁剪方便，施工簡(jiǎn)單不需要特殊的施工人員和施工機(jī)械。

1.4 土工特種材料

目前的土工特種材料主要有土工模袋、土工網(wǎng)、土工網(wǎng)墊、土工格室、聚苯乙烯泡沫塑料。土工膜袋具有良好的防透水性，常用于護(hù)坡或其他地基處理工程；土工網(wǎng)有較大孔眼、剛度較大，常用于軟基加固墊層、坡面防護(hù)；土工網(wǎng)墊和土工格室都是特制的三維結(jié)構(gòu)，常用作防沖蝕和保土工程；剛度大、側(cè)限能力高的土工格室多用于地基加筋墊層、路基基床或道床中。

1.5 土工復(fù)合材料

將土工織物、土工膜、土工格柵和土工特種材料中的兩種或兩種以上互相組合起來(lái)就是土工復(fù)合材料。土工符合材料由于兼具不同土工材料的各種良好性能，在工程中的適應(yīng)性極強(qiáng)。

2 土工合成材料的特性

土工合成材料具有多方面的特性，包括物理、力學(xué)、水力特性和耐久性。

2.1 物理特性

土工合成材料在物理性能方面，具有厚度薄、單位面積質(zhì)量輕等特點(diǎn)。土工織物一般的厚度為0.1～5mm；土工膜為0.25～0.75mm；復(fù)合材料中最薄的可達(dá)到0.1mm。在單位面積上，土工合成材料又具有質(zhì)量輕，抗拉強(qiáng)度大，頂破強(qiáng)度好等性能。

2.2 力學(xué)性能

土工合成材料的力學(xué)性能主要包括抗拉強(qiáng)度、握持力和梯形撕裂力。土工合成排水或防水材料大都是柔性的，主要是通過(guò)抗拉強(qiáng)度來(lái)承受荷載而發(fā)揮工程作用；土工織物和土工膜在鋪設(shè)和使用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有不同程度的損壞，主要通過(guò)撕裂力來(lái)反應(yīng)材料的抗破損能力；土工合成材料由于普遍存在受到集中力的作用，握持力則可以充分反映其分散集中力的能力。

2.3 水力特性

土工合成材料的水力特性主要包括兩個(gè)方面：一是透水和排水的能力；二是組織顆粒流失的能力，而這些特性主要是通過(guò)孔隙率、孔徑的大小和分布情況來(lái)反映的。土工合成材料的透水性是其非常重要的水力學(xué)特性之一。

2.4 耐久性

土工合成材料的耐久性主要是通過(guò)其對(duì)紫外線的輻射、溫度的變化、化學(xué)和生物的侵蝕、干濕的變化、凍融的變化和機(jī)械的磨損等外界因素的抵抗能力。材料的耐久性與聚合物類型和添加劑性質(zhì)有著非常密切的關(guān)聯(lián)。

3 土工合成材料在公路建設(shè)中的應(yīng)用

由于土工合成材料具有眾多的優(yōu)良性能，其在公路建設(shè)中的路基、路面和護(hù)坡中均存在廣泛的運(yùn)用。

3.1 路基中的應(yīng)用

在軟弱地基上修筑高填土路堤或堤壩，由于填土中的側(cè)向土壓力，使地基表面產(chǎn)生水平剪應(yīng)力，導(dǎo)致堤身向兩側(cè)位移，很容易造成堤身失穩(wěn)。對(duì)于這類加筋工程，通常在堤身的底部進(jìn)行鋪設(shè)單層或者多層高模量土工織物、土工格柵、土工網(wǎng)或者土工墊等土工材料，以限制土基側(cè)向的位移，從而提高堤壩穩(wěn)定性，進(jìn)一步增加堤壩填土的高度，減少堤壩下沉的差異沉降量而因此造成的堤面開(kāi)裂。

橋涵和通道等一些橫穿于公路的構(gòu)筑物和構(gòu)筑物臺(tái)背之間的填土，往往因其剛度的懸殊而極易產(chǎn)生階梯狀的不均勻的沉降，從而引發(fā)“橋頭跳車”的現(xiàn)象。而采用構(gòu)筑物臺(tái)背回填土進(jìn)行土工材料的加筋，主要是利用了土工合成材料和構(gòu)筑物之間良好的錨固力，土工合成材料與回填土之間具有良好的界面摩阻力，從而將結(jié)構(gòu)物同回填土連為一個(gè)整體，提高整體性，減少了兩者之間的不均勻沉降。

3.2 路面中的應(yīng)用

土工合成材料在公路路面中的應(yīng)用主要是可以減少或者降低反射裂縫數(shù)量或程度。在半剛性基層的瀝青路面中還可以一定程度的提高基層的抗疲勞壽命，同時(shí)還可以大大降低路面車轍程度。在瀝青路面新路的施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)基層已有裂縫，為了減少反射裂縫的影響，可以采用土工合成材料進(jìn)行處理，對(duì)老路補(bǔ)強(qiáng)減少老路的反射裂縫。應(yīng)用于路面裂縫防治的土工合成材料主要是玻纖網(wǎng)和土工織物。應(yīng)用玻纖網(wǎng)的機(jī)理，主要是利用材料的抗拉強(qiáng)度和抗拉模量阻止裂縫向路面延伸，因此要求其強(qiáng)度高，延伸率小。土工織物的抗拉強(qiáng)度一般較小，其主要起隔離作用，因此一般要求材料有一定的強(qiáng)度，同時(shí)延伸率在一定的范圍。

3.3 護(hù)坡方面應(yīng)用

在公路建設(shè)中的護(hù)坡當(dāng)前主要采用的是坡面防護(hù)和沖刷防護(hù)兩種方法。坡面防護(hù)主要是防護(hù)極易受到自然因素而影響的土質(zhì)不穩(wěn)定，沖刷防護(hù)主要是防護(hù)流水對(duì)路基的沖刷。其中土質(zhì)邊坡可以采用拉伸網(wǎng)草皮或用網(wǎng)格固定后撒種。巖石邊坡的防護(hù)則可以采用土工網(wǎng)或者土工格柵沿著公路的路基覆蓋鋪設(shè)，防止水流的沖刷。土工合成材料在土質(zhì)邊坡上應(yīng)用的最廣泛的是拉伸網(wǎng)種草皮。這種草皮可以進(jìn)行集中的生產(chǎn)，也可以隨意的進(jìn)行切割和收卷，且其具有搬運(yùn)方便，不容易損壞草根等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于路基坡面的防護(hù)之中。

4 結(jié)語(yǔ)

在公路建設(shè)過(guò)程中，不同部位及不同時(shí)期需要應(yīng)用不同的土工合成材料。而建設(shè)中遇到的不同問(wèn)題需要結(jié)合不同土工合成材料的隔離、防護(hù)、過(guò)濾、排水抗慮、加筋等功能，予以正確的合理利用，否則便會(huì)適得其反。對(duì)于公路路基不均勻沉降、軟弱土質(zhì)路基的處理、護(hù)坡的防護(hù)和路面裂縫的防治和治理方面，本文根據(jù)土工合成材料的物理性能、力學(xué)性能、水力學(xué)性能和耐久性給出了最合適使用的材料類別。而正確的利用不同類型土工材料，在公路建設(shè)中是極其重要的。

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