土工織物在公路軟土地基中的應(yīng)用

田春生

【摘要】本文主要介紹在軟土地基上修筑公路時(shí)土工布及荊笆的應(yīng)用，在降低工程造價(jià)、提高工程質(zhì)量及縮短工期上比其它地基處理方法有著明顯的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】土工織物 地基處理 性價(jià)比高

一、引言

新海大街位于遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地一期產(chǎn)業(yè)區(qū)中部，道路全長6471米。該工程地勢低洼平坦，路線所經(jīng)路段為營口鹽業(yè)集團(tuán)的晾水池和鹽池，部分區(qū)域有集水池，溝壑較多，地層巖性以第四世海底沉積物為主，包括亞黏土，亞砂土，淤泥質(zhì)亞黏土，粉砂等，強(qiáng)度較低。工程地質(zhì)條件對道路工程十分不利。本工程設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)為：

3cm石屑磨損層+2×20cm粒料石灰土換填層+60cm粒料石灰土換填層+原土層。

二、施工過程概述

設(shè)計(jì)給出的路基施工方案可以看出，新海大街的路基處理方法是先用挖機(jī)挖除表層約1米厚的淤泥土，然后回填石灰粒料土，并碾壓密實(shí)，使地基承載力達(dá)到一定的強(qiáng)度；檢測主要方法是路基彎沉值及灰土含量。項(xiàng)目部在研討之后編制施工方案，對路基的施工工藝進(jìn)行了大幅修改，方案如下：

3cm石屑磨損層+120cm山皮石換填層+荊笆2層+土工布1層+原土層。

三、工藝?yán)碚摲治?/p>

1.土工織物的特性

表征土工織物產(chǎn)品特性的主要指標(biāo)包括：產(chǎn)品形態(tài)、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)、耐久性等。

1.1 產(chǎn)品形態(tài)

主要是指產(chǎn)品的材質(zhì)及制造方法、寬度等。由于土工織物的原料都是由聚酰胺纖維（尼龍）、聚酯纖維（絳綸）、聚丙烯腈（腈綸）和聚丙烯纖維（丙綸）等高分子化合物（聚合物）經(jīng)加工后合成。因此土工織物產(chǎn)品因制造方法和用途不一，寬度和重量規(guī)格變化甚大，寬度可從幾厘米到十多米或更寬。

1.2 物理性質(zhì)

表征物理性質(zhì)的主要指標(biāo)有單位面積質(zhì)量、厚度、開孔尺寸及均勻性。單位面積質(zhì)量通常是指土工織物每平方米的質(zhì)量，通常每平方米的質(zhì)量在0.1kg到1.0kg。應(yīng)用于軟土地基處理中一般為數(shù)百克。開孔尺寸（等效孔徑）無紡型土工織物為0.05～0.5mm，編織型土工織物為0.1～1.0mm。

1.3 力學(xué)性質(zhì)

表征力學(xué)性質(zhì)的主要指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、斷裂時(shí)延伸率、撕裂強(qiáng)度、穿透強(qiáng)度、握持抗拉強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、徐變性、聚合物與土體間摩擦系數(shù)等。對于抗拉強(qiáng)度大部分常用的無紡型土工織物為10～30kN/m，高強(qiáng)度的為30～100kN/m。最常用的編織型土工織物為20～50kN/m，高強(qiáng)度的為50～100kN/m，個(gè)別的編織土工織物可達(dá)到100～1000kN/m。

1.4 水理性質(zhì)

土工織物的水理性質(zhì)主要用土工織物垂直向和水平向透水性來表征（即導(dǎo)水性）。大部分編織與熱粘型無紡?fù)凉た椢锏膶?dǎo)水性甚??；針刺無紡型土工織物為10-6～10-5m2/s；土工網(wǎng)為10-4～10-2m2/s；土工塑料排水板（帶）為10-4～10-2m2/s。

1.5 耐久性

土工織物的耐久性即抗老化、抗化學(xué)侵蝕性、抗生物侵蝕性、抗磨性、抗溫度、凍融及干濕變化性?？估匣侵父叻肿硬牧霞庸?、貯存和使用過程中，由于受內(nèi)外因素影響，使其各種性能逐漸蛻化的現(xiàn)象。老化是一種不可逆的化學(xué)變化。主要表現(xiàn)在：（1）外觀變化，發(fā)粘、變硬、變脆等；（2）物理化學(xué)特征的變化，如比重、熔點(diǎn)、耐寒性和耐熱性等；（3）力學(xué)性能即抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、伸長率以及彈性等減小或喪失。

1.6 排水作用

利用某些內(nèi)部具有排水通道間（如盲溝、塑料排水板）土工纖維具有良好的三維透水性，使水能沿土工織物內(nèi)部的排水通道迅速排出，還可使水經(jīng)過土工織物的平面迅速沿水平方向排走。構(gòu)成水平排水層，可加速軟土地基的排水固結(jié)。土工聚合物用于建造無集水管間排水盲溝、鋪設(shè)時(shí)先在開挖好的槽內(nèi)鋪設(shè)土工織物，然后回填碎石，與碎石組成排水系統(tǒng)。

1.7 隔離作用

利用土工織物的高抗拉性，抗撕裂性、良好的韌性、整體性和耐酸堿、耐生物侵蝕性能，將滲透性較土工織物大的兩種材料相互隔開，以發(fā)揮其各自的作用。這是軟土地基處理中較為重要的作用，其目的在于防止由于局部承載力喪失而造成的路基填土與軟弱地基相互混雜、補(bǔ)償?shù)鼗锌辜魪?qiáng)度不足，防止由此可能導(dǎo)致的圓孤滑動破壞，并可有效地加快工期，降低成本，減少路堤間不均勻沉降，有利于排水和加速土體固結(jié)。

1.8 設(shè)計(jì)計(jì)算

在軟土地基路基底與填土之間鋪設(shè)土工織物，是目前道路工程中常用的淺層處治方法，特別是土工織物加砂墊層更為常用。這是由于土工織物具有較高的延伸率，從而可使上部負(fù)荷擴(kuò)散，提高原地基承載力，并增加路基填土的穩(wěn)定性。另外鋪設(shè)土工織物后施工機(jī)械行駛方便，在填土預(yù)壓下還能起排水作用，從而加速排水固結(jié)和沉降穩(wěn)定。土工織物加筋復(fù)合地基的板限承載力公式可表達(dá)為（簡化式）：

Pu=CNc+2TSinθ/B+βTNq/R

式中：C—土的內(nèi)聚力；

Nc—地基承載力；

T—土工織物的抗拉強(qiáng)度；

θ—基礎(chǔ)邊緣與土工織物的傾斜角；

B—地基底寬；

β—地基形狀系數(shù)；

Nq—復(fù)合地基承載力；

R—地基變形當(dāng)量半層。

2.土工織物與荊笆的結(jié)合

結(jié)合新海大街施工特點(diǎn)，現(xiàn)場回填料為甲方供應(yīng)，現(xiàn)場開采來的山皮石料規(guī)格較大，粒徑有的超過30cm，為了增加土工織物的承載能力，防止回填料壓壞鋪設(shè)好的土工布，在土工布上增加兩層荊笆，起到加筋作用，增加了隔離層整體的穩(wěn)定性。

四、工程結(jié)果和應(yīng)用

1.工程結(jié)果

典型施工共進(jìn)行200米，施工完成后對施工路段進(jìn)行彎沉檢測，結(jié)果彎沉值大多在50左右，在施工的200m路段沒有產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象，路面平整，工程質(zhì)量優(yōu)良。

2.工程推廣與應(yīng)用

2.1工期上的優(yōu)勢

新海大街全長6741.82m，如采用設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，全線開挖大概在1m深左右，開挖寬度20m，石灰粒料土回填量在13萬方左右，我項(xiàng)目部在工程實(shí)踐中精心組織施工，投入9臺挖掘機(jī)進(jìn)行24小時(shí)作業(yè)，一個(gè)月完成了3400m（70cm）的石灰粒料土回填碾壓工程量，合成1m厚為2380m，平均日完成量：8.8延米/日/挖掘機(jī)；如改成土工織物結(jié)構(gòu)，則石灰粒料土的拌合工作可以省略，僅此一項(xiàng)可節(jié)省工期單臺挖掘機(jī)766個(gè)工作日，整體工期也可以節(jié)省一半以上。

2.2成本上的優(yōu)勢

土工織物結(jié)構(gòu)每平米需支出額外費(fèi)用約20元，而石灰粒料土每平米支出費(fèi)用包括：拌灰土機(jī)械費(fèi)+白灰費(fèi)用+由于工期延長而增加的管理成本，約為26.4元；僅此一項(xiàng)整個(gè)工程可以節(jié)省費(fèi)用。

（26.4-20）*街道全長*路基處理寬度=6.4*6741.82*20=86萬元。

2.3工程的推廣

遼寧省營口市沿海產(chǎn)業(yè)開發(fā)基地在經(jīng)過對我項(xiàng)目部典型施工進(jìn)行考察研證后在沿海產(chǎn)業(yè)基地的二、三期施工開發(fā)中大量采用了土工織物荊笆混合結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益；推動了土工織物在我國東北地區(qū)的施工推廣。

參考文獻(xiàn)：

1.南京水利科學(xué)研究院主編《土工合成材料測試手冊》

2.朱詩鰲編著《土工織物應(yīng)用與計(jì)算》

3.全國土工合成材料技術(shù)協(xié)用網(wǎng)《全國第三層土工合成材料會議論文選集》

4.全國土工合成材料技術(shù)協(xié)作網(wǎng)《土工合成材料工程應(yīng)用百例》