土工合成材料在公路改擴建施工中的應(yīng)用探究

◎鄭丹萌

我國的公路承擔(dān)著重要的交通功能，對于各地城鄉(xiāng)聯(lián)接來講，公路是最為重要的形式，在當(dāng)前經(jīng)濟快速發(fā)展的前提下，要想提高公路功能性，則要在原有基礎(chǔ)上進行擴建，在進行擴建改造中，需要更加穩(wěn)定的材料，才能避免出現(xiàn)路面病害，更好地提升交通安全與質(zhì)量。其中，土工合成材料就是當(dāng)前一種新型的巖土工程材料，在公路修復(fù)改造中起到了重要的作用，這種材料主要是以人工合成聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成不同類型的產(chǎn)品，把這種材料放到土體內(nèi)部、表面或土體中，提高強度與硬度，起到保護與修復(fù)的目的。隨著我國路面加寬工程越來越多，土工合成材料也在施工中起到了重要的作用，在使用中也更加的廣泛普遍，當(dāng)前，應(yīng)用最為廣泛的是土工布、土工格柵、土工格室等，對公路擴建起到重要的支撐。

土工布能夠進一步提高材料土質(zhì)的強度，保證了路面整體質(zhì)量，避免出現(xiàn)裂縫問題。土工格柵是一種多孔的結(jié)構(gòu)，有著良好的性能，這種材料與以往的金屬帶和土工織物不同，其加筋材料錨固能力強，能夠起到一定的摩阻力和支承阻力。土工格室對于路基的穩(wěn)定性更好，對于路面改造中也有著良好的應(yīng)用，整體上看，加固增強，能夠?qū)Φ鼗鸬奖Ｗo，通過土工合成材料的使用，能夠最大限度的解決好路面路基穩(wěn)定的問題，提升公路的整體性，避免不均勻沉降，防止路面開裂，更好地實現(xiàn)了暢通交通、安全交通目標(biāo)。

一、材料性能

公路改造施工，關(guān)系到行車的安全，如果路面質(zhì)量不合格，不但形成路面問題，更會埋下安全隱患，出現(xiàn)交通惡性事故。近年來，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新與推廣，土工合成材料也得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)下，一般用土工格柵加筋來處理路面路基問題，隨著技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的成果總結(jié)，土工格室也得到了廣泛使用，并取得了良好的應(yīng)用效果，兩者性能各有不同，分別表現(xiàn)如下。

1.土工格柵。

土工格柵在當(dāng)前應(yīng)用較廣泛，主要是用高強度聚內(nèi)烯和高密度聚乙烯等高分子聚合物為原料制作生產(chǎn)的片材，通過相關(guān)的技術(shù)設(shè)計，增加材料溫度，當(dāng)溫度條件允許的情況下，經(jīng)過車床擠壓、沖孔、定位、拉伸、定型，生產(chǎn)出片網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，這種結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)量大、抗拉強度高、耐腐蝕性好、能夠抗老化、與土顆粒間摩擦大、連鎖作用強，如果是加筋處理后的效果更優(yōu)于土工布材料，在實際施工中有著非常好的表現(xiàn)。

2.土工格室。

土工格室在80 年代就已經(jīng)出現(xiàn)，在一些發(fā)達國家相繼生產(chǎn)，這是一種非常特殊的土工合成材料，在各個領(lǐng)域均有所應(yīng)用，是新型立體加筋材料的結(jié)構(gòu)物。通過高分子聚合物強力焊接產(chǎn)生三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成立體狀態(tài)，整體表現(xiàn)伸縮性好，能夠隨著地域大小進行隨意拉伸，便于長途運輸不占用運輸面積，能夠在運輸中進行折疊。使用過程中，對材料打開并在格室中填充砂石土，全部填料完成后，就形成了一個立體蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在不同的工程建設(shè)中，起到了重要的作用，通過和土砂石材料組合，共同構(gòu)成不同粘合力、不同加筋強度、不同深度的墊層，根據(jù)工程的情況進行放置，有效解決了施工中遇到的各種問題，在當(dāng)前的施工建設(shè)中，這些墊層起到了重要的作用，發(fā)揮了重要功能。土工格室性能穩(wěn)定，耐老化強度好。在進才加工生產(chǎn)時，在土工格室中加入了穩(wěn)定的聚烯烴基質(zhì)材料，通過特殊添加劑固化，進一步提升了耐老性，根據(jù)應(yīng)用的區(qū)域不同，也可選用不同基材配方，如果是-40 攝氏度到80 攝氏度地方使用，可以經(jīng)熱氧化試驗后，在70 攝氏度狀態(tài)下拉伸，此時的使用壽命達50 年；材料的抗化學(xué)腐蝕性好，酸堿能力強，適合各種不同的土質(zhì)中使用，力學(xué)性能更加穩(wěn)定，土工格室對于加固軟土路基、邊坡防護、擋土墻工程、河道治理、堤壩防護、城市排水管道工程等方面均有良好的表現(xiàn)。

二、加固機理

1.土工格柵加固機理。

土工格柵加固機理主要是格柵間相互作用形成的，通過相互的擠壓，形成一定的強度單位，公路擴建工程中，能夠?qū)π吕下坊M行有機的結(jié)合，土工格柵能夠有效起到預(yù)防沉降的作用。公路擴建工程，難免對路面路基進行挖掘，此時路面路基強度下降，通過使用土工格柵與土接觸，產(chǎn)生一定的摩擦力，進一步降低垂直力，這樣，就能夠有效提高土體承載力，減少路面路基不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，保證了路面的整體結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定與安全。土工格柵對土體能夠起到鎖定作用，通過使用能夠?qū)ν馏w抗剪能力強化，約束土體側(cè)向變形的情況，保證了周邊的穩(wěn)固。水平鋪設(shè)土工格柵的一定的彈性，能夠在反復(fù)荷載作用中起到力量的積累，避免出現(xiàn)路面變形現(xiàn)象。土工格柵張力和延展性較好，能夠使路基與土工格柵具備連續(xù)柔性，避免土體承受荷載變大下降抵抗變形能力，有效解決了可能反映到路表的沉降。

2.土工格室加固機理。

土工格室是立體的結(jié)構(gòu)，能夠通過填料體現(xiàn)立體形象，使區(qū)域得到成倍的增長，側(cè)壁對填料產(chǎn)生豎向摩擦，這樣，就能夠和材料形成雙面摩擦力，也就是我們常說的橫向阻力，以此，能夠有效限制荷載出現(xiàn)的橫向移動，避免了路面的沉降現(xiàn)象，使路面沉降變大的趨勢得以控制。填料復(fù)合結(jié)構(gòu)可以當(dāng)做柔性筏基，土工格室結(jié)構(gòu)不但承擔(dān)路堤對地基側(cè)向推力，同時，有效降低地基豎向附加力。通過土工格室加筋還能夠有效擴散豎向應(yīng)力，保證了路面上部結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。能夠?qū)浲吝M行約束，避免側(cè)向隆起現(xiàn)象，使土的滑移剪切面變小，避免向深度方向轉(zhuǎn)移，進一步強化了地基穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

三、土工合成材料功能作用

1.隔離。

進行公路擴建時，會遇到各種情形，要想處理好各種問題，則要使用這種材料進行填充，以此全面提高涂層間的摩擦，保證所設(shè)置的土工合成材料起到隔離的功能，同時，通過使用，也能夠有效防止不同填料間混雜或同層流失，以此，增強了施工區(qū)整體性。

2.防護。

面對不同的施工條件，則需要使用土工合成材料進行處理，根據(jù)不同的路段情況，科學(xué)合理進行材料設(shè)置，也就是說，在不同填料土層間，能夠更加充分的做到防護，有效減輕或分散不同土層集中應(yīng)力和變形。比如說，復(fù)合土工膜和厚無紡布相互作用，能夠保溫，減小應(yīng)力，避免出現(xiàn)車輛行駛產(chǎn)生的豎向力對土基影響，保證了路面的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)路面沉降和變形。

3.過濾、排水。

進行路基修建時，需要處理好地下水的問題，為了減少地下水的影響，則要在路基設(shè)置反濾層，通過土工合成材料使用，能夠全面提升路基水分排出質(zhì)量，避免了土層間水土流失導(dǎo)致的路基失穩(wěn)。

4.加筋。

土工合成材料抗拉強度非常好，進行公路擴建時，通過應(yīng)用，能夠更好地提高強度，可以放置到土層間，以此，提升路基土抗剪度，增強土體穩(wěn)定，有效避免出現(xiàn)路基滑塌的現(xiàn)象，為后序的施工提供充分的保障。

四、土工合成材料在不同施工中的用途

1.對路堤進行加筋，提高路基強度。

公路改擴建的時候，不但需要對路基路面進行改建，同時，還要修復(fù)周邊，保證公路的質(zhì)量。進行公路路基填筑過程中，要嚴(yán)格使用土工合成材料，進一步提高周邊的抗拉強度、保證摩阻性，通過材料的合理科學(xué)運用，更好地提高新舊路堤整體性，避免出現(xiàn)新建路基側(cè)向位移和沉降，如果出現(xiàn)了問題，不但影響到施工的質(zhì)量，更會出現(xiàn)安全責(zé)任事故，要合理運用材料，減少縱向裂縫的產(chǎn)生。高填方路堤施工過程中，也有著更加廣泛的應(yīng)用，土工合成材料會使不同填料土層緊密的結(jié)合，形成一個整體結(jié)構(gòu)。

2.臺背路基填土加筋，降低結(jié)構(gòu)物是的沉降現(xiàn)象。

為了更好地保證路面穩(wěn)定性，要在結(jié)構(gòu)物和土體間利用土工合成材料，因為這種材料的嵌鎖和錨固性良好，在實際應(yīng)用中展現(xiàn)良好的效果，在土體與結(jié)構(gòu)物錨固的基礎(chǔ)上，進一步強化了土質(zhì)的穩(wěn)定性，使材料與墻體更加整體，降低結(jié)構(gòu)物間不均勻沉降。

3.起到過濾與排水的功能。

土工合成材料能夠適用于各種公路建設(shè)，公路邊坡、盲溝、滲溝是最為主要的部分，長期受到水浸，容易出現(xiàn)水土流失的問題，通過材料的科學(xué)運用，能夠提高排水能力，有效改善結(jié)構(gòu)物過濾性能。

4.能夠?qū)β坊鸬娇茖W(xué)的防護。

路基是公路的重要部分，如果路基不穩(wěn)定，則會造成沉降與變形，長期使用后就會出現(xiàn)交通事故，通過科學(xué)使用，對路基起到防護作用，路基邊坡容易受到?jīng)_刷，為了減少損失，則利用土工合成材料減小路基邊坡受雨水或河水沖擊，有效提高主體受水流沖刷造成的失穩(wěn)或塌方，保護了路基路面穩(wěn)定。

5.對路面裂縫進行有效防治。

公路的路面結(jié)構(gòu)影響到交通的安全與質(zhì)量，如果路面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不平整，就會埋下安全隱患。在路面修復(fù)工作中，使用了土工合成材料，就能夠進一步提高路面強度，預(yù)防或減少反射裂縫產(chǎn)生，提高路面的壽命。土工合成材料適應(yīng)性好，改擴建公路面層時，可以在路面搭接處鋪設(shè)土工合成材料，如玻纖網(wǎng)或土工織物等，進一步提升路面的強度，減少延伸，通過搭接形成良好的效果，避免縱向接縫反射。

五、土工合成材料在改擴建工程中的應(yīng)用

1.拼寬路基。

路基是公路的基礎(chǔ)，是保證路面穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)，沒有穩(wěn)定的路基結(jié)構(gòu)，則無法實現(xiàn)暢通交通的目標(biāo)。進行路基改造中，在使用土工格室進行拓寬，根據(jù)不同的路基改造特點，進行合理的處理，土工格室鋪設(shè)前要科學(xué)檢測，保證整體性能良好，布網(wǎng)施工過程中要保證具備張拉力，通過現(xiàn)場的管理與監(jiān)督，確保張拉到位，用Φ10 U 型筋做好周邊的固定，保證施工的連續(xù)性，及時填料避免出現(xiàn)暴曬的情況。通過土工格室的使用，更好地實現(xiàn)路基施工效果。土工格室在填料間能夠形成一定的摩阻力，以此，更好地抵消土層變形影響。土工格室能夠?qū)ν临|(zhì)進行緊箍，避免了土體側(cè)向位移現(xiàn)象，根據(jù)不同的區(qū)域，做好土工格室抗拉強度焊接，以此，體現(xiàn)新舊路基拼接效果，使二者能夠以一起，形成統(tǒng)一的整體性結(jié)構(gòu)。土工格室能夠更加有效提高拼寬路基的整體能力，提升抗剪力、抗滑力，減小側(cè)向位移，避免橋頭跳車通病。

2.雙向 HDPE 土工格柵。

新老路基拼接需要緊密連接才能確保質(zhì)量與安全，如果是4m≥H≥（120+A）連接時，需要在上路床底面鋪設(shè)雙向土工格柵才能提高強度，避免出現(xiàn)側(cè)向位移，通常格柵寬度6m，設(shè)計好鋪設(shè)的寬度，一般由第一級開挖臺階內(nèi)側(cè)至擴建路基邊坡2m 處，H＞4m 根據(jù)路基高度適當(dāng)層位增設(shè)雙向土工格柵。雙向HDPE 土工格柵應(yīng)用時需要把靠邊坡側(cè)格柵回折，計算好長度，保證2m 即可，鋪設(shè)時要嚴(yán)格控制寬度，避免格柵壓實過程中產(chǎn)生位移，利用Φ10U 型筋進行固定，鋼筋間距100cm。通過雙向土工格柵的使用，全面提高縱橫肋條力度，通過科學(xué)的排列組合，共同發(fā)揮功能作用。粗糙肋條能夠提高土體抗滑力，避免了安全責(zé)任事故的發(fā)生。雙向土工格柵材料主要是有機高分子聚合物，能夠適應(yīng)各種不同的溫度，特別是在常溫作用下，不容易出現(xiàn)溶鹽化合物腐蝕以及水溶解微生物侵害。雙向土工格柵高分子結(jié)構(gòu)有著良好的抗老化性，由于是雙向肋條能夠保證不受外力的作用損壞，路基抗剪強度更好。格柵回折也能夠把路床包裹到格柵內(nèi)，全面確保了路基的完整性。路基往往會受到降雨沖刷，通過材料的全面使用，有效避免了沖刷影響，為路基加筋后則會形成良好的土擋墻，同時，再配合鋼筋混凝土施工，可以保證高填路基更加穩(wěn)定。

3.防滲土工布。

防滲土工布在施工中有著良好的運用，因為材質(zhì)較好，有夠穩(wěn)定的抗?jié)B效果和排水性能，在項目施工中，起到了重要的作用，通過合理的運用，起到了擋土墻的作用，進一步提升了防滲效果。路基工程地表水與地下水影響較大，為了保證路基穩(wěn)定，避免受水影響，則需要做好防水處理，既要防止地表水形成下滲，同時又防止地下水侵蝕，如果說想讓水與路基完全隔離是不可能的，但是通過材料的應(yīng)用，能夠有效減少水的沖刷與腐蝕。為了有效提高防水效果，避免水土流失，則需要在擋土墻內(nèi)側(cè)設(shè)置反濾層，此時就可以使用土工布進行施工，提高防水質(zhì)量，及時有效排出路基存水。分帶設(shè)置排水的時候，也可以利用防滲土工布進行施工，這樣，不但能夠有效防止水的滲入，同時，也能夠避免因路基內(nèi)部水造成的路基失穩(wěn)。

4.拼寬路面。

公路修復(fù)改造中，會遇到對路面的加寬處理，進行此項施工時，要充分保證路面的結(jié)構(gòu)強度，避免出現(xiàn)不安定因素。充分用好玻纖格柵，能夠提高路面的硬度強度，保證路面擴建質(zhì)量與安全。玻纖格柵與瀝青混合料能夠同時使用，通過二者的結(jié)合，有效提升材料強度，玻纖格柵物理化學(xué)性能穩(wěn)定、抗拉強度高、延伸率低、嵌鎖限制好，這些優(yōu)勢決定了在拼寬路面施工中的應(yīng)用前景。不但能夠有效降低瀝青加鋪層反射裂縫發(fā)生，更能夠進一步提高路面壽命，延長使用的時間，對路面也起到了養(yǎng)護效果。通過材料的使用，能夠防止裂縫，起到了防裂貼的效果，這種情況下，其就具備了較高的抗拉強度和粘結(jié)性，如果抗拉強度大于粘結(jié)力時，基層相鄰板塊就會出現(xiàn)自由移位，增加了靈活度，避免折斷出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象，充分起到了防裂貼的功能，不會影響后臺粘結(jié)性。

六、項目設(shè)計施工中的實例分析

假設(shè)進行的是公路擴建工程，那么，在本項目中，就需要事前對現(xiàn)場進行調(diào)研分析，對已經(jīng)出現(xiàn)的舊路病害做好有效的排查，以裂縫程度的不同做好充分處理修復(fù)，然后再根據(jù)路面結(jié)構(gòu)行車需求做好罩面施工。那么，進行具體操作中則需要依據(jù)流程進行處理，要對路基基層進行整體性處理施工，結(jié)束施工后，要對原路面進行問題范圍的劃定，通過銑刨施工，沿縱向鋪設(shè)玻纖格柵，為了保證修復(fù)質(zhì)量，合理控制好寬度100cm。病害銑刨寬度一般控制到行車道寬度為宜，病害銑刨長度為病害區(qū)域兩側(cè)各延伸3m，路面的病害較多，病害間隔小于10m 時則同時進行銑刨，保證區(qū)段的整體性，便于后期進行施工。銑刨后還有裂縫，那么就需要沿裂縫進行灌漿處理，同時，加設(shè)抗裂貼增強路面的強度，裂縫處理前要做好整體性處理，保證清除干凈，確保路面干燥。路面基層頂部鋪設(shè)玻纖格柵，阻斷基層放射裂縫向上部路面延伸，以此，全面提升路面性能，延長使用壽命?？沽奄N有作用就是阻斷路面水下滲，阻斷基層裂縫反射，通過科學(xué)的處理，全面解決了路面施工問題，更好地保證交通質(zhì)量與安全。

七、結(jié)束語

綜上所述，土工合成材料在公路改擴建應(yīng)用中起著不可替代的作用，科技發(fā)展、時代進步，土工合成材料性能、種類也在增多，這就需要在施工中根據(jù)不同地域、土質(zhì)及設(shè)計要求，選擇相應(yīng)合成材料提高改擴建公路質(zhì)量，土工合成材料在公路工程應(yīng)用效果越來越顯著，全面提高了公路的性能，同時，也推動了道路工程發(fā)展進入嶄新階段。