2018土工合成材料在城市道路中的应用

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　　摘要：随着城市道路建设进程的加快，道路建设质量、标准的逐步提高，2000年后土工合成材料的应用才逐渐开始。以本人参与建设的工程项目为例，从2000年的莫愁路道路拓宽改造工程的交叉口基层补强处理，到如今河西地区，尤以江东路为代表的基础处理、基层补强等大面积的应用，这一发展过程还是比较迅速的。而土工合成材料在设计、施工领域的认知、认可也越来越普遍了。本文结合多年施工实践讲述对这种新型筑路材料的认识，侧重点是道路施工方面的应用。
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　　关键词：土工合成材料城市道路施工应用
　　Abstract: With the quickening of the process of urban road construction, road construction quality, the standard gradually increased to 2000 years after the application of geosynthetic materials only gradually began. To participate in the project of my program, for example, from 2000 sorrow road improves project to broaden the intersection of grassroots reinforcing treatment, to now Hexi area, especially in Jiang Donglu, as a representative of the foundation treatment. The reinforcement of the large area such as application is swift with this development process. And geosynthetics are used in design, construction areas of cognitive, approved that more and more are also common. Based on years of construction practice of the new road materials about the understanding, strengthening is the application of road construction.
　　Key Words: geosynthetics, urban road,construction application
　　
　　中图分类号:TU997文献标识码：A文章编号：
　　
　　0引言
　　 土工合成材料是20世纪50年代兴起，以合成纤维、塑料、合成橡胶等高分子聚合物为原材料制成的应用于岩土工程中的土工新型材料。根据其制造工艺及应用功能的不同可分为土工织物、土工膜、土工格栅、土工复合材料和土工特种材料五大类，主要功能为加筋、隔离、反滤、排水、防渗、防护等功能。在公路软基处理，路堤、路基加筋、边坡防护以及排水、沥青路面增强诸领域均有广泛作用，铁路、水利、港航、城建、国防等领域的应用正方兴未艾。土工合成材料技术自20世纪70年代才引入中国。南京在城市道路中应用土工合成材料应是90年代后期，到2000年以后才大规模应用。
　　1简述土工合成材料的类型和特点
　　1.1土工合成材料的类型
　　 土工合成材料由合成纤维制成，合成纤维是以煤、石油、天然气等作为原材料，经过化学加工而成为高分子聚合物，在经过机械加工制成纤维、条带、网格、薄膜等，合成纤维的主要优点是质地轻、强度高、弹性好、耐磨、耐酸碱、不易腐烂、不易虫蛀、吸湿性小，主要缺点是容易老化，尤其在阳光照射下老化速度更快，目前国内外都很重视研究延缓合成纤维老化的措施，预计老化问题将会逐步得到解决并已取得初步成果，目前国内用于生产的土工合成纤维多以丙纶（聚乙烯）、涤纶（聚酯）为主要原料。
　　 土工合成材料的产品类型繁多，根据制造方法的不同大致分为下列几种：
　　1.1.1编型土工织物
　　由单股线或多股线编织而成，主要用于排水、反滤、防护、加筋、隔离。
　　1.1.2织型土工纤维即机织物
　　 类似民用纺织品，由经纱和纬纱两组平行的纱线在纺机上交织而成，其特点是孔径均匀，沿经线或纬线方向的强度大，但斜交方向低，拉断时伸长率较低，织物的厚度和单位面积质量随纤维的粗细而不同。
　　1.1.3无纺型土工织物
　　又称不织型土工织物，这种土工织物由合成纤维原料加工的连续长丝以不规则的排列联接而成。这种土工织物抗拉强度各向一致，与织造物相比抗拉强度略低，延伸率较大，孔径不很均匀，是当前世界上应用最多的一种土工织物。
　　1.1.4土工复合材料
　　由两种及多种同种类或不同种类的土工合成材料复合而成的，用于某种工程需要的土工材料称为土工复合材料，如复合土工膜由土工布与土工膜复合组成，而土工布和排水土工格网亦可复合成用于满足排水、反滤双重功能的复合排水层。在目前河西地区软土地基处理塑排板―真空预压施工中前者应用较广，江东路等工程中央分隔带排水施工中后者应用较广。
　　1.1.5土工格栅、玻纤格栅
　　聚合物材料经过定向拉伸形成具有开孔网格，较高强度的平面网状材料称为土工格栅。以玻璃纤维制成的平面网格状材料。这两类土工材料在城市道路路基施工、基层施工、沥青面层施工中应用最为广泛的。
　　1.2土工合成材料特性
　　 土工合成材料突出的优点是：重量轻、整体连续性好（目前在长度上可制成数百米到上千米，可作为较大面积的整体）、施工方便、抗拉强度较高、耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好，不织型的当量孔隙直径小、渗滤性好、质地柔软能与土很好结合，缺点同其原材料一样未经过特殊处理则抗紫外线能力低，如暴露受到紫外线和光直接照射容易老化，但如不直接暴露抗老化及耐候性能仍是较高的。另外在施工过程中或长期摆放不正确时会产生变形，不易铺设平整，同时在碾压过程中遇基层为碎石类材料易折断，遇震动碾压时抗压能力不强，易压扁而导致抗拉强度急剧下降。
　　2土工合成材料的作用及应用
　　 土工合成材料在岩土工程中的主要作用有反滤、排水、隔离和加固强化以及防护等。
　　2.1反滤
　　 在有渗流的情况下，利用一定规格的土工织物铺设在被保护的土上，可起到与一般砂砾反滤层同样的作用，即容许水流畅通而同时又能阻止细小土粒移动，从而防止发生流土、管涌和堵塞。
　　2.2排水
　　 某些具有一定厚度的土工织物具有良好的三维透水性，利用这种特殊性除了可以透水反滤外，还可使水经过土工织物的平面迅速的沿水平方向排走，且不会堵塞，构成水平排水层。它还可与其它排水材料共同构成排系统或深层排水井。
　　2.3隔离
　　 土工织物设置在两种不同土工材料或者土与其它材料之间，把它们互相隔开，避免混杂产生不良的效果。其作用原理是依靠土工织物的高抗拉、抗顶穿及撕裂强度、整体连续性和广泛的柔韧性以及良好的耐酸碱、生物侵蚀性等适应受力、变形和各种环境变化的影响而不破损，这样，当用于受力的结构体中，必将有助于保证结构的状态和设计功能，用于材料，贮存堆放可以避免材料的损失和劣化，对于废料还有助于防止污染。
   　　2.4加固和补强
　　2.4.1加固
　　 利用土工织物的高强度、韧性等力学性能，分散荷载，增大土体的刚度模量，改善土体（或加筋土）及各种复合土工结构的受力性能，土工合成材料用于地基加固补强的常用材料为土工格栅、土工格网，以及土工布等材料，土工格栅、土工格网的作用机理与土工布有相似之处，即它们都可以通过与土体的摩擦这种方式发挥自身的抗拉强度，同时又有很大区别，土工格栅、 土工格网具有一定的开孔率，通过与土体颗粒以及其他粒状填料之间的嵌锁与咬合作用来发挥性能，这使得这种材料总体优于土工布类材料，而且还克服了土工布材料分隔了土体、不能充分发挥土体自身抗剪强度的弱点。
　　 加固补强材料表面糙度及机械嵌锁性是发挥其与土体界面效应的重要条件。土工格栅、土工格网的节点厚度远大于筋条厚度，加糙了表面，与土体界面的摩擦、机械咬合作用远大于土工布。当粒状填料堆积在土工格栅上时，部分颗粒穿过网孔，并与下部土层相嵌，使网孔受到的拉力负荷转变成周围土体中的压应力，使嵌锁土体受到压缩、包裹作用，格栅与土体形成一个稳定的、有一定模量的，能抵抗水平剪力的类似柔性平台的复合结构。所用的筋材层数越多、填料越密实，其加固效果越好。
　　 为充分发挥筋材的抗拉特性，土工格栅在铺设时，应尽可能拉紧铺平，从而给加筋材一个预拉力，填料越密实，其加固效果越好。
　　 当很软的地基可能产生很大变形时，铺设的土工合成材料由于其承受拉力和与土的摩擦作用而增大侧向限制阻止侧向挤出，从而减小变形特别是侧向变形，增大地基的稳定性。通常可采用将土工材料反包回折的方式进一步增强侧限作用。
　　2.4.2补强
　　 土工合成材料用于加筋土时，其作用与其它筋材的加筋土相比，加筋土是一种由土和抗拉加筋组合体，通过土与加筋之间的摩擦力使之成为一个整体，提供锚固力保证支挡建筑物的稳定。但土工合成材料这种筋材是相对柔性的。
　　 对于一般无加筋的无粘性水平半无限土体，随着横向变形的逐渐增大，土楔体从静止状态变为主动状态而破坏，如果在水平方向埋置有拉筋，则拉筋之间的土层上下被拉筋压紧，土和拉筋之间的摩擦充分作用。如果拉筋层间非常靠近，则横向变形就和拉筋的变形相等，一般拉筋的弹性模量要比土的大若干倍，所以横向变形甚小，可以忽略不计。只要拉筋不发生破坏，土体内部应力状态几乎不变，于是粘性土，在加筋方向获得和拉筋的抗拉强度相适应的表现粘聚力，如对应于荷载条件，适当地配置加筋，加筋土就成为能够同时支撑外力和自重的结构体。实际应用中加筋提供的补强和稳定作用主要是侧向应变，加筋的刚度和土类型的系数。土工合成材料在公路系统除大量应用于软弱地基的加固外，在路堤边坡的分层加筋中已得到大量应用，以防止边坡的溜坍滑坡，提高边坡稳定性，同时可增大坡比，减少占地面积。
　　2.5防反射裂缝
　　 应用于路面裂缝防治的土工合成材料主要是玻纤网。应用玻纤网从机理上讲，主要利用材料的抗拉强度和抗拉模量阻止裂缝向路面延伸，因此要求其强度高，延伸率小。反射裂缝是沥青混凝土路面较普遍存在的一种病害现象，将土工合成材料铺设在半刚性基层与沥青面层之间，便可有效地控制其反射裂缝的发展。
　　3土工合成材料施工要点
　　 3.1应用土工合成材料的工程，其施工除了应遵守一般的有关常规施工程序和规定外，还应着重考虑由于铺设土工合成材料而带来的施工的特别要求，并保证按设计断面及质量要求施工，注意现场检测。土工合成材料的铺设施工随着工程应用及具体的不同可能使用各种各样的施工方法和机具，但任何情况下均应注意土工合成材料的有效性与施工方法的适用性，必须精心施工，确保软土地基经处理后的强度和稳定性。
　　 3.2保证土工合成材料在处理过程中的整体性、不允许有间断性，如有间断注意土工合成材料的连接，否则经土工合成材料处理后的路基在运营过程中会出现两侧不均匀的沉降，导致路面出现断裂现象。当一块土工合成材料需要与另一块土工合成材料进行连接时，可采用搭接、缝接、U型钉连接、粘接或焊接等方法，对于土工织物一般多用搭接法和缝接法。采用搭接时，搭接长度必须足够长，一般为30―90cm，视受力和基层土质条件而定。防护工程中，石块重量增大，搭接长度也要增大；水下不规则铺设，搭接长度还应更长。在护岸工程坡面上铺设时，上坡段土工合成材料应搭接在下坡段土工合成材料之上。在搭接处应尽量避免受力，以防止土工合成材料移动。搭接法施工简单，但用料较多。缝接法对土工织物可采用尼龙线或涤纶线缝接，方法分对面缝和折叠缝，一般多采用对面缝。采用缝接法缝接处的强度可达到纤维强度的80%，基本上能满足要求。如果采用折叠缝，应用双道线缝合，则可取得更高的强度，施工时最好采用移动式缝合机，避免漏缝及断线等。缝接法节省材料，质量可保证，但较费工。
　　4 常见土工合成材料的控制指标
　　4.1土工格栅（网）
　　 延伸率、双向抗拉强度、单位面积重量
　　4.2土工布
　　 单位面积质量、纵向抗拉强度、握持强度、撕裂强度、刺破强度、CBR顶破强度
　　4.3玻纤格栅
　　 抗拉强度、最大负荷延伸率、网孔尺寸、网孔形状
　　4.4防渗土工布
　　 单位面积质量、断裂强度
　　5 结束语
　　 以上是我结合相关土工合成材料理论书籍及现场施工经验所掌握的一些土工合成材料的基本知识，本文开头提到的土工合成材料还是一种较新型的合成材料，其发展还有待于进一步完善。作为我们工程施工第一线的专业技术人员还要在施工中不断积累经验，不断从专业书籍中汲取知识，这样才能在将来更好地将这类新型材料用于道路工程中去。
　　参考文献
　　1、《土工合成材料应用技术规范》GB50290-98
　　2、《公路土工合成材料应用技术规范》JTJ/T019-98
　　3、《公路土工合成材料试验规程》JTJ/T060-98