土工織物在高速公路施工中的應(yīng)用

張 偉

（河北廣通路橋集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056001）

0 引言

高速公路的快速發(fā)展為土工合成材料的應(yīng)用推廣提供了平臺。從工程實(shí)踐的結(jié)果可以看出，在高速公路軟弱地基中采用土工合成材料可以有效提高地基的穩(wěn)定性，減少路堤沉降；在高速公路路面結(jié)構(gòu)中采用土工合成材料，可以有效提高公路路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度，從而適當(dāng)減小面層厚度，降低工程造價(jià)；在瀝青面層和半剛性基層之間鋪設(shè)土工合成材料，可以有效控制反射裂縫的發(fā)展。

1 工程概況

本工程為某市一高速公路工程。其中遇到的一個(gè)主要問題是軟弱地基。在設(shè)計(jì)軟弱地基填筑高度時(shí)，決定適當(dāng)降低路堤高度。本高速公路的長度為159km，地基填筑高度為2.79m。本工程采用降低填土高度的做法后，下穿道路和匝道工程成為路塹地段。高級路面結(jié)構(gòu)層只能修建在挖去硬土層后的灰色淤泥質(zhì)軟粘土層上。但是在本工程中，該軟粘土層在地下水的作用下，承載力較低，無法滿足高速公路路面的承載力要求。因此本工程經(jīng)過綜合分析，決定采用鋪設(shè)土工織物的方式以提高軟弱土層的強(qiáng)度，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的，接著在土工織物上鋪設(shè)適當(dāng)厚度的砂墊層，并鋪筑一層混凝土路面。

2 土工織物施工技術(shù)

2.1 土工織物的性能

當(dāng)需要在軟弱土層上鋪筑高級路面結(jié)構(gòu)層時(shí)，需要重點(diǎn)考慮的是土基的穩(wěn)定性。確保土基穩(wěn)定可以采用在軟弱土層與砂墊層之間鋪設(shè)土工織物的做法，這樣不僅可以將軟土與砂墊層隔離開，還可以使荷載應(yīng)力均勻地?cái)U(kuò)散到土基中，因此可以有效減少剪應(yīng)力對土基的作用。在進(jìn)行軟弱土層加固處理設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮以下幾種土工織物的影響因素。

（1）土工織物的抗拉強(qiáng)度，對于土工織物還要求其具有較高的頂破強(qiáng)度以及刺破強(qiáng)度等，其具體要求見表1。

（2）施工期間所產(chǎn)生的荷載作用。

（3）層間的摩擦阻力。當(dāng)采用土工織物以提高堤壩或者路堤填土的穩(wěn)定性時(shí)，其主要的鋪設(shè)方式有兩種：一種是將土工織物鋪設(shè)在堤壩或路基基底與填土之間，一種是將土工織物鋪設(shè)在堤身內(nèi)填土層之間。

表1 土工織物性能參數(shù)

2.2 施工準(zhǔn)備技術(shù)

應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)對土工織物廠家進(jìn)行選擇，同時(shí)根據(jù)施工需要對土工織物進(jìn)行裁剪以符合長度和卷重的要求。首先將灰色淤泥質(zhì)軟粘土上的硬土層徹底挖除，之后在其上鋪設(shè)一層砂并進(jìn)行平整?；咨皩悠秸瓿珊螅纯蛇M(jìn)行土工織物的鋪設(shè)，應(yīng)沿著道路的長度方向進(jìn)行鋪設(shè)。相鄰?fù)凉た椢镏g的搭接寬度應(yīng)控制在15～25cm之間，同時(shí)在土工織物的兩端用馬釘狀鋼筋進(jìn)行固定，鋼筋直徑應(yīng)為6mm，每邊長度為20cm，并且采用道路兩側(cè)的仿石擋墻將其壓住。隨即可在土工織物上鋪設(shè)砂墊層，然后采用后卸汽車對其進(jìn)行找平，并輔以人工找平。最后對砂墊層進(jìn)行壓實(shí)處理，可以采用平板夯和輕型壓路機(jī)相結(jié)合的壓實(shí)方式，確保壓實(shí)滿足壓實(shí)度和厚度要求。

2.3 鋪設(shè)工程量

表2所示為4條路面寬度為9m的匝道和跨線橋兩平交口鋪設(shè)土工織物的面積。

表2 土工織物鋪設(shè)面積

2.4 施工控制技術(shù)

（1）接縫的連接。土工織物在工廠內(nèi)按照一定的規(guī)格進(jìn)行生產(chǎn)制作，其幅度和寬度均是固定的。因此需要在施工現(xiàn)場對土工織物進(jìn)行連接，連接方式如圖1所式。

圖1 土工織物的連接方式

①搭接法。搭接法是將相鄰兩塊土工織物重疊在一起的方法，通常情況下搭接的寬度應(yīng)控制在30～90cm。當(dāng)織物壓重增大時(shí)，需要相應(yīng)增大土工織物搭接的長度，織物的傾斜度增大時(shí)，也應(yīng)如此。在水下進(jìn)行土工織物不規(guī)則鋪設(shè)時(shí)，則搭接長度應(yīng)更大些。在土工織物的搭接部位應(yīng)盡量避免出現(xiàn)受力，以免受力引起土工織物的位移。當(dāng)需要在土工織物上鋪設(shè)一層砂墊層時(shí)，應(yīng)盡量不要采用搭接法，因?yàn)樯巴翗O容易進(jìn)入采用搭接的土工織物之間，從而引起織物的突起。

②縫合法。縫合法是采用移動(dòng)式縫合機(jī)將尼龍或滌綸線面對面縫合或折疊縫合的方法。縫合的線條可以有單縫和雙縫兩種形式。通常情況下，采用的是對面縫。采用縫合法，接縫處的土工織物強(qiáng)度可以達(dá)到織物強(qiáng)度的80%。采用折疊縫并用雙道縫合的方式可以取得更高的強(qiáng)度。從工程實(shí)踐上來看，采用縫合法可以有效節(jié)省土工織物材料，但是該法施工消耗時(shí)間較長。

③釘接法。釘接法是采用U形釘將兩塊相鄰的土工織物連接在一起的方法。U形釘應(yīng)確保防銹。采用釘接法的接縫強(qiáng)度通常比縫合法低。

④黏結(jié)法。黏結(jié)法的接縫處理方式主要有三種，即加熱黏結(jié)法、膠結(jié)劑黏結(jié)法以及雙面膠布粘結(jié)法。黏結(jié)時(shí)的搭接寬度應(yīng)控制在10cm左右。采用黏結(jié)法可以確保接縫處的強(qiáng)度與土工織物強(qiáng)度相同。但是采用雙面膠布粘結(jié)法施工工藝較為復(fù)雜，很少在施工現(xiàn)場采用。

（2）總結(jié)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，在施工現(xiàn)場進(jìn)行土工織物鋪設(shè)時(shí)，為能夠確保施工質(zhì)量，有效提高軟土地基的強(qiáng)度，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問題。

①當(dāng)采用土工織物作為土層的反濾層時(shí)，應(yīng)確保土工織物存在均勻折皺，這樣可以使土工織物保持一定的松緊度，避免在拋填石塊時(shí)對土工織物產(chǎn)生超過其彈性極限的變形。

②在采用土工織物作為反濾層的施工中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是確保土工織物的連續(xù)性，使土工織物在彎曲、拉伸等受力變形中，仍然保持其抗拉強(qiáng)度，因此在鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)特別注意土工織物接縫的施工質(zhì)量。

③在鋪設(shè)土工織物時(shí)，如果需要采用塊石對其進(jìn)行保護(hù)，應(yīng)將塊石輕緩地鋪放在土工織物上，嚴(yán)禁高處拋擲石塊。通常情況下塊石的下落高度不得超過1m。如果超過1m，很有可能造成土工織物的損壞。有棱角的塊石在下放時(shí)，應(yīng)將下落高度控制在0.3m以下。如果在下放塊石時(shí)，無法避免對土工織物造成損壞，應(yīng)在土工織物上鋪設(shè)一層砂墊層以保護(hù)土工織物。

④土工織物鋪設(shè)完成后，應(yīng)及時(shí)做好土工織物上的保護(hù)層，通常應(yīng)在1月內(nèi)完成，避免土工織物遭受長時(shí)間暴曬。備用土工織物在運(yùn)輸和儲存過程中，應(yīng)對其進(jìn)行遮蓋，防止其遭受暴曬。

⑤土工織物在鋪設(shè)前，應(yīng)對基底進(jìn)行清理，將其上的樹根、植物等清除干凈，確?；灼秸?；特別是處于水位以下的基底，應(yīng)先在其上拋填一層砂。

⑥土工織物在進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)沿路堤軸線的橫向展開，不得出現(xiàn)褶皺后斷開的問題，同時(shí)采用人工對其進(jìn)行拉緊。

⑦在土工織物鋪設(shè)前，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，符合要求后才允許使用。

3 工程效果和評價(jià)

（1）本工程采用土工織物對軟弱土層進(jìn)行加固處理，其工程技術(shù)效果主要可以從墊層的密實(shí)狀態(tài)和綜合剛度進(jìn)行衡量。當(dāng)土工織物和砂墊層鋪設(shè)完成后，砂的相對密度已經(jīng)達(dá)到0.738，此時(shí)已經(jīng)達(dá)到密實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。采用承壓板荷載試驗(yàn)對土工織物鋪設(shè)前后的軟弱土層的回彈模量進(jìn)行測量，其值從10.7MPa提高到17.4MPa，相比于鋪設(shè)土工織物和砂墊層之前，回彈模量提高了65%，達(dá)到了鋪設(shè)基層的設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。通過對路基的沉降觀測，發(fā)現(xiàn)橫斷面上平均沉降值達(dá)到0.071m；對砂墊層的厚度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其平均厚度為0.0292m，而設(shè)計(jì)的厚度為30cm，兩者相差無幾。通過觀測可知，土工織物鋪設(shè)完成后，砂墊層的厚度基本可以保持不變，同時(shí)月沉降是均勻的。在施工現(xiàn)場對土工織物進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，測得1m的土工織物的拉拔力為13.32kN/m，并測得土工織物與砂層之間的摩擦系數(shù)平均值為0.656。該項(xiàng)數(shù)值包括動(dòng)摩擦和靜摩擦，但是在試驗(yàn)中移動(dòng)速度較慢，因此可以視為靜摩擦。

（2）經(jīng)濟(jì)效益分析。與常用的輕型井點(diǎn)排水法進(jìn)行對比可知，采用輕型井點(diǎn)法加固軟土地基的費(fèi)用為7.25元/m2，而采用土工織物進(jìn)行軟土地基加固的費(fèi)用為5元/m2，費(fèi)用可降低30%左右。因此采用土工織物經(jīng)濟(jì)效益更好。

4 結(jié)語

從工程實(shí)施效果來看，鑒于土工織物具有工程造價(jià)低廉、施工方便以及強(qiáng)度高等優(yōu)勢而被廣泛地應(yīng)用于防洪、護(hù)波等工程中，同時(shí)也成為公路軟基處理技術(shù)之一。在高速公路軟弱地基中采用土工合成材料可以有效提高地基穩(wěn)定性，減少路堤沉降，還可以有效提高公路路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度。鑒于此，文章通過結(jié)合工程實(shí)例，對土工織物在公路軟基中的具體應(yīng)用過程進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)結(jié)合該工程情況，提出了一些可行的施工技術(shù)措施，為同類工程提供了參考。

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