土工合成材料創(chuàng)新應(yīng)用研究

賴劍博

摘 ?要：土工合成材料是一種巖土工程材料。它是把合成纖維或化學(xué)材料置于不同的土壤層之間，以提高土壤的承載能力，如合成纖維和塑料制品等。土工合成材料可分為土工布、土工膜、特種土工合成材料和復(fù)合土工合成材料。在工程研究、設(shè)計(jì)和實(shí)踐的過(guò)程中，隨著土工合成材料在巖土工程中應(yīng)用的不斷深入分析、總結(jié)、提煉和升華，我們可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在一般軟土地基的三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中推出新的超大型土工合成材料。提出了軟土地基、加筋土擋墻、創(chuàng)新的工程方案、創(chuàng)新的工程結(jié)構(gòu)形式和創(chuàng)新的技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：土工合成;材料創(chuàng)新;應(yīng)用;研究

Abstract： Geosynthetic material is a geotechnical engineering material. It is placing synthetic fiber or chemical materials between different layers of soil to improve the carrying capacity of the soil， such as synthetic fibers and plastic products， etc. Geosynthetic materials can be divided into geotextile， geomembrane， special geosynthetic materials and composite geosynthetic materials. In the process of engineering research， design and practice， with the continuous analysis， summary， refining， and sublimation of geosynthetic materials in geotechnical， we can overcome the shortcomings of existing technologies and launch new super large geosynthetic materials in the three applications of general soft land base. This paper proposes the soft land base， reinforced soil retaining wall， innovative engineering scheme， innovative engineering structure forms and innovative technical methods.

Key words： geosynthesis; material innovation; application; research

引言：

土工合成材料是一種巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表層或各層土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)、保護(hù)土體、提高承載能力的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復(fù)合型土工合成材料等類型。在工程研究、設(shè)計(jì)、實(shí)踐過(guò)程中，隨著對(duì)土工合成材料在巖土工程中的應(yīng)用研究不斷深入分析、總結(jié)、提煉和升華，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，推陳出新，分別在一般軟基、超軟地基、加筋擋土墻三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新提出工程解決方案、創(chuàng)新發(fā)明工程結(jié)構(gòu)類型、創(chuàng)新發(fā)明技術(shù)方法。

1基本原理

目前，軟土地基處理的主要土工材料有紡織土工織物、格柵等。然而，這些材料在軟土地基處理中也存在一些缺陷。

采用加筋格柵單獨(dú)處理軟弱地基的缺點(diǎn)是不能完全分離軟土和顆粒層，網(wǎng)格的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)不能防止粗粒料因其孔徑大而小于軟土的網(wǎng)孔尺寸。這將直接導(dǎo)致粗粒料在軟土地基中不能保持明顯的界面，甚至導(dǎo)致粗粒料在軟土地基中的摻雜耗散。

紡織土工織物處理軟土地基的缺點(diǎn)是：雖然土工織物的強(qiáng)度大，但其面外剛度小，易折疊，網(wǎng)眼小，孔徑小，能將軟土和顆粒層分開，但不能很細(xì)地分離材料。

鑒于此，為了克服上述技術(shù)的不足，創(chuàng)新地提出了土工格柵復(fù)合非織造土工布用于軟基處理。土工格柵提供強(qiáng)度和剛度，并在軟地基頂部形成具有一定厚度的路基，成為整體性強(qiáng)的板體，最大程度地消除不均勻沉降。無(wú)紡布過(guò)濾土工布提供過(guò)濾功能，在滿足固結(jié)滲排水的同時(shí)，能將軟土與顆粒層分離，顆粒層與軟土之間形成了一個(gè)清晰完整的界面，消除了由于加筋網(wǎng)過(guò)多引起的振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中路基填料向軟基散失的缺點(diǎn)。

2土工合成材料的作用

2.1防裂

早在20世紀(jì)70年代天津市政曾采用玻璃纖維布合成橡膠板作為石灰土基層上瀝青路面或舊路罩面的隔離層（或稱“應(yīng)力擴(kuò)散層”），來(lái)防止反射裂縫的出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，玻璃纖維布被用來(lái)代替棉布。由于舒適性差，布料本身不均勻，鋪設(shè)時(shí)不適合緊貼舊路面;合成橡膠板厚度大（大于5mm），模量低，只能起到隔離作用，但應(yīng)力擴(kuò)散效果不明顯。另外，由于施工工藝不規(guī)范，采用單位面積質(zhì)量較小的針刺無(wú)紡布和紙基復(fù)合布來(lái)減少裂縫，延緩裂縫的擴(kuò)展。但這些方法仍處于試驗(yàn)階段，尚未在工程中得到廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)90年代，天津市在復(fù)合式混凝土路面施工中，采用德國(guó)traville土工布來(lái)防止膨脹和排放裂縫，但效果并不理想。 江蘇在滬寧高速公路拓寬工程中部分加寬路段將土工織物鋪設(shè)于新舊路基接茬處，起到了加筋作用，減少了路基不均勻沉降。對(duì)使用狀況2～3年的觀測(cè)表明有較好的效果。

2.2土工格柵

2007，滄州金山高速公路軟土路基工程廣泛采用土工網(wǎng)作為低填方路基的加固材料，有效地保證了路基的穩(wěn)定，路面狀況良好。在高填方條件下，由于土工格柵抗拉強(qiáng)度的限制，土工格柵材料逐漸轉(zhuǎn)向使用土工格柵。1998、北京至沈陽(yáng)高速公路填筑路段、唐津高速公路軟基處理及天津外環(huán)路改造工程的基礎(chǔ)加固均采用雙向系桿格柵。原有的路面基層不能拋棄，重做深部加固處理，老地基由于軟土地基的存在而出現(xiàn)裂縫，這將影響路面的穩(wěn)定性，因此雙向屏障加固特別適用于既有公路改建。在開挖受損面層后，在路面層的某一層中加入土工格柵，再做加固層是最合適的方案。近年來(lái)，為減少橋頭加鋪土的不均勻沉降而設(shè)置的土工格柵已在唐津高速公路和沿海高速公路上得到應(yīng)用。已作為解決津汕高速公路橋頭跳車的主要技術(shù)措施，列入專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

2.3塑料土工帶

20世紀(jì)80年代末，山東省在加筋擋土墻試驗(yàn)工程中首次采用細(xì)粒土作為浸沒路堤的填料，并取得了良好的效果。在總結(jié)大量試驗(yàn)觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，將其推廣應(yīng)用于橋頭高填方路段。隨后，天津也在中環(huán)、外環(huán)、京津唐高速公路等多條高速公路的多個(gè)大型立交工程中采用了這種方法。最重要的是，塑料土工織物可以在地基不受加固和樁后沉降較大的情況下使用，其結(jié)構(gòu)仍可正常使用。

2.4路基防護(hù)

路基防護(hù)是公路工程建設(shè)的重要組成部分，包括邊坡防護(hù)和沖刷防護(hù)。土質(zhì)邊坡的邊坡防護(hù)可采用張網(wǎng)草皮、固定草籽布、格柵固播防護(hù);巖質(zhì)邊坡的防護(hù)可采用土工網(wǎng)或土工格柵防護(hù);沿河路基的防護(hù)可采用土工布軟墊和土工布袋防護(hù)。沖刷防護(hù)是保證路基穩(wěn)定的重要措施。沖刷防護(hù)可采用直接防護(hù)形式，即直接加固岸坡;間接防護(hù)形式，即改變水流方向和流速。路基防護(hù)可采用土工網(wǎng)墊、土工格室和土工格柵。土工網(wǎng)是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)復(fù)合土工材料。其強(qiáng)度低于土工格柵，但變形較小。對(duì)邊坡防護(hù)有一定的效果。土工網(wǎng)墊和土工格室都是三維結(jié)構(gòu)。土工網(wǎng)墊通常是由長(zhǎng)絲制成的三維聚合物，而土工格室則是由土工布、土工格柵或土工膜制成的網(wǎng)格或蜂窩的三維結(jié)構(gòu)。土工格柵常用于路基工程的沖刷防護(hù)。土工格柵在使用時(shí)，可在開啟后用土石和混凝土材料填充，形成剛度大、側(cè)向極限大的結(jié)構(gòu)。土工格室也可用作墊層或軟基處理，其施工和運(yùn)輸更方便。

結(jié)束語(yǔ)

智能土工合成材料集成了功能材料、傳感設(shè)備和相應(yīng)的軟件，可以對(duì)土工加筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。目前，國(guó)外對(duì)智能土工合成材料的理論研究、測(cè)試技術(shù)和施工方法已較為成熟，智能土工合成材料已在許多工程中得到應(yīng)用。相比之下，我國(guó)土工合成材料行業(yè)起步較晚，對(duì)土工合成材料基本力學(xué)計(jì)算模型和理論分析方法的研究還有待完善。在包括智能土工合成材料在內(nèi)的一些高端技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用中，基本上起著跟隨者的作用。隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施需求的擴(kuò)大和其他應(yīng)用市場(chǎng)的拓展，未來(lái)我國(guó)陸地工業(yè)合成材料在多功能、智能化方面仍有很大的發(fā)展空間。

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