摘要：隨著我國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)迅速發(fā)展，交通量日益增長(zhǎng)，高等級(jí)公路的建設(shè)正取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在公路工程建設(shè)中，如何保證路基、結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定，尤其是軟土地基發(fā)生較大的沉降，避免路面發(fā)生變形、開(kāi)裂，是目前迫切需要解決的重要問(wèn)題。本文將土工合成材料的各種功能與作用機(jī)理，應(yīng)用在公路工程施工建設(shè)中，在不同情況下提出較合理施工技術(shù)方案，供探討。
土工合成材料其實(shí)在我們的生活中隨處可見(jiàn)、應(yīng)用范圍也比較廣泛的。而近幾年來(lái)在公路工程中，從降低工程成本、提高工效、節(jié)約能源方面著想，被作為新材料、新工藝正在積極加以推廣使用。就類(lèi)似土工布的天然材料而論，用于土木工程已有很長(zhǎng)歷史,其發(fā)展前景和重要性越來(lái)越多地被人們所認(rèn)識(shí)應(yīng)用，其中在公路工程所發(fā)揮出作用尤其重要，需要給予足夠的重視程度及資源支持。
1土工合成材料的定義及特點(diǎn)
1.1土工合成材料的定義及特點(diǎn)
土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程和土木工程建設(shè)的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱(chēng)。因?yàn)樗鼈冎饕糜趲r土工程，故冠以“土工”兩字，稱(chēng)為“土工合成材料”，以區(qū)別于天然材料。合成材料的原材料是高分子聚合物。是以人工合成原材為原材料制成各類(lèi)產(chǎn)品，再進(jìn)一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚酰胺(PER)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)、聚苯乙烯(EPS)等。土工合成材料的特點(diǎn)：具有適度的抗拉強(qiáng)度、具有抗拉性能、耐腐蝕性能；透水性好，重量較輕、施工簡(jiǎn)易、運(yùn)輸方便、價(jià)格低廉、料源豐富等優(yōu)點(diǎn)。
2土工合成材料的基本功能
土工合成材料的基本功能有隔離、加強(qiáng)、排水和過(guò)濾等四個(gè)方面的基本功能。在公路工程可應(yīng)用于公路路基、構(gòu)造物，路基排水、路基防護(hù)、路基不均勻沉降、路面裂縫防治、地基處理等工程。這些功能并非相互獨(dú)立，而是有著密切聯(lián)系的，許多功能系互相依存才發(fā)揮作用。
2.1隔離功能
隔離是把土工合成材料鋪設(shè)在不同材料的交界面處以防止這些不同材料不相互混雜，通過(guò)隔離層，引起應(yīng)力擴(kuò)散作用，從而促使地基土沉降量得到均化，加速地基排水固結(jié)。
2.2加強(qiáng)功能
當(dāng)把土工合成材料鋪設(shè)在地下時(shí)，根據(jù)它的拉伸強(qiáng)度在與土工合成材料之間產(chǎn)生摩擦力并且起到互鎖作用。其結(jié)果土工合成材料變形被約束，土和土工合成材料的復(fù)合體在外表上層強(qiáng)度有所增加，起到抑制下沉效果。
2.3排水功能
土工合成材料是多孔隙透水介質(zhì)，依靠其平面滲透性，將埋在土體內(nèi)部中作為排水體，可使內(nèi)部水流沿其垂直于其平面的方向排出土體。
2.4過(guò)濾功能
土工合成材料的過(guò)濾排水作用與過(guò)去的天然骨料過(guò)濾層相比，其功能形態(tài)是不同的，它并非因布自身的透水性直接過(guò)濾，而是通過(guò)與布相連接的被過(guò)濾土層中形成的濾餅層得以過(guò)濾的。即土工合成材料自身的透水性并不重要，一般情況下只要有其相鄰?fù)镣杆禂?shù)的10倍以上即可。
3土工合成材料在公路建設(shè)中應(yīng)用
3.1提高路基承載能力
在軟土地基上填筑高路堤路基，受填土中的側(cè)向土壓力，促使地基表面產(chǎn)生水平剪應(yīng)力，容易使路填兩側(cè)產(chǎn)生位移，從而造成堤身失穩(wěn)。若在路堤底部鋪設(shè)土工合成材料，可有效地控制土基的側(cè)向位移，從而提高路基穩(wěn)定性，同時(shí)織物的抗拉力使荷載重分散而提高路基承載力。
3.2防止路基發(fā)生不均沉降
路堤和其他構(gòu)造物（如橋臺(tái)和涵洞等）的連接部位，由于其剛度差異極易出現(xiàn)不均勻沉降，從而產(chǎn)生橋頭與臺(tái)背之間出現(xiàn)“跳車(chē)”現(xiàn)象，為了減少這種不均勻的沉降，采用土工合成材料與構(gòu)建物之間的錨固力和回填土之間嵌鎖力及界面摩阻力，有效將結(jié)構(gòu)同回填土連接這一個(gè)整體，從而拉高整體穩(wěn)定性，避免兩者不均勻的沉降。
3.3對(duì)路基排水中應(yīng)用
3.3.1、路基和地基排水如果路基和地基內(nèi)部排水不暢，將造成下述后果，①承載力減�。虎谟捎诮杆淖饔�，地基的細(xì)粒成分向路基內(nèi)移動(dòng)；③由于吸泥作用細(xì)粒土開(kāi)始從路面的接縫、端部、裂縫部位等流失到路面，成為路面破壞的原因。因此，為使路基或地基保持良好的狀態(tài)，需要使路面下的地下水位盡可能降低。為了地下排水，一般的方法是在路肩或路基中央分離帶下部設(shè)排水溝，為了防止土砂流入溝入可能土工織物包裹帶孔的管或包裹過(guò)濾骨料等做成排水溝。3.3.2、水平隔離排水層在有受壓地下水流，或者地下水很多的地方，或者在從靠近公路的地方有浸透水流入的情況下，有時(shí)僅靠排水溝的排水是不夠的。在這種情況下，可以①在地基的路基的交界處設(shè)排水隔離層；②在地基和路及內(nèi)部設(shè)置水平的排水隔離層（用土工織物），把浸透的水引入排水溝內(nèi)。而且，該隔離層還有把路面浸透進(jìn)來(lái)的水隔離的效果。3.3.3、促進(jìn)軟土地基的固結(jié)排水為了促進(jìn)路基下方的地基固結(jié)下沉消除過(guò)剩孔隙水壓，利用土工織物代替砂墊層作為水平排水層。為此，土工織物還可用來(lái)代替以往軟土地基處理施工方法的塑料排水板，砂井等豎向排水工藝的材料。
3.4對(duì)路基防護(hù)的應(yīng)用
土工合成材料應(yīng)用于路基防護(hù)主要是：邊坡坡面防護(hù)和路基沖刷防護(hù)。3.4.1邊坡坡面防護(hù)土工合成材料用于路基土質(zhì)邊坡坡面防護(hù)主要有拉伸網(wǎng)草皮、固定草種布和網(wǎng)格固定撤種三種形式。土工合成材料用于路基土質(zhì)邊坡坡面防護(hù)最常用是拉伸網(wǎng)草皮，施工簡(jiǎn)單方便，草皮不容易損壞，成活率效高。其方法附近設(shè)置草皮基地，在平整的水泥地坪上鋪3～5cm的種植土層，土工合成材料在種植土層的中間，然后撒種、灑水養(yǎng)護(hù)工，草坪茂盛，待土體與土工合成材料固定后，送至工地施工鋪設(shè)。近幾年來(lái)，我區(qū)農(nóng)村公路土質(zhì)邊坡坡面防護(hù)都采用拉伸網(wǎng)草皮，不僅能有效地防止水土流失，增加綠化面積，改善生態(tài)環(huán)境，還可保持護(hù)坡表面免遭風(fēng)雨的侵蝕。施工方便，施工成本低且對(duì)環(huán)境無(wú)污染其效果良好。3.4.2防止沖刷對(duì)河流護(hù)岸或護(hù)堤工程中，敷設(shè)在斜坡巖石或礫石層下的土工合成材料，能防止砂土的流失及沖刷。土工合成材料在我國(guó)道路工程中的應(yīng)用，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但在我區(qū)也進(jìn)行了應(yīng)用，如在2001年修建東庠陸島交通碼頭接線公路時(shí)，近四百米海濱公路接線路堤，在砌筑擋墻時(shí)背后敷設(shè)一層土工織物。幾年來(lái)經(jīng)過(guò)多次臺(tái)風(fēng)大浪沖刷考驗(yàn)證明，路基穩(wěn)定。
3.5對(duì)新、舊路基銜接應(yīng)用
在公路改建或擴(kuò)建工程施工中，常常遇到新、舊路基結(jié)合處存在不均勻沉降現(xiàn)象，一直是公路改建擴(kuò)寬中的工程一個(gè)難題。在施工中技術(shù)處理不妥，往往使用后會(huì)造成新、舊路基結(jié)合處發(fā)生沉降，出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，導(dǎo)致路面開(kāi)裂破損，影響了公路正常使用。為了避免減少新舊路基結(jié)合處的不均勻沉降，我們采用施工處理方法：對(duì)新路基進(jìn)行地基處理，然后將原路基挖成臺(tái)階形，臺(tái)階高度0.5～0.8m,臺(tái)階寬度1.0～2.0m，逐級(jí)進(jìn)行開(kāi)挖，最后一級(jí)臺(tái)階寬度不小于2米。之后順著路線方向鋪設(shè)土工合成材料，扯直平順、不得產(chǎn)生扭曲，褶皺以及重疊現(xiàn)象，新路基鋪設(shè)長(zhǎng)度大于2米的土工合成材料，使土工合成材料一幅落在原路基，另一幅落在新路基，新、舊路基填料盡量保持一樣。填筑臺(tái)階應(yīng)分層填筑，并逐層壓實(shí)。如在1999年我區(qū)先行工程公路改建工程，曾用我此方法，至今新、舊結(jié)合處路面無(wú)明顯錯(cuò)臺(tái)裂縫現(xiàn)象，沉降已趨于穩(wěn)定，效果良好。
3.6對(duì)隧道內(nèi)的路面應(yīng)用
隧道內(nèi)巖層局部水位較高，水壓力相對(duì)較大，地下水極容易滲透路面上，形成排水不暢，導(dǎo)致路面出現(xiàn)病害。而隧道內(nèi)路面往往是采用混凝土路面結(jié)構(gòu)層，由于基層防水性相對(duì)比較差。為此，在隧道內(nèi)的砼路面與基層之間全斷面鋪設(shè)一層土工合成材料，同時(shí)路基每隔6米橫向埋設(shè)一道Φ50米排水管，縱向埋設(shè)Φ1.0米排水管，可有效攔截地下水滲透侵入路基，這樣使地下水通過(guò)土工合成材透水和排水管直接排入路面兩側(cè)的排水溝，確保路面干燥，從而有效防止地下水滲透侵入路面�？傊�，土工合成材料在公路工程施工中技術(shù)應(yīng)用是可行的，成功的，能合理地解決公路工程施工中的難點(diǎn)及問(wèn)題，能有效地降低工程成本，提高了工作效率，縮短了施工工期，確保了工程質(zhì)量，并取得良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。將逐漸地應(yīng)用到公路工程建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)以上公路工程施工中實(shí)例說(shuō)明，土工合成材料施工技術(shù)是一種非常有效的方法，不僅可以提高路基的整體穩(wěn)性，還可以有效防止路基滑坡、坍方、沖刷、不均沉陷等現(xiàn)象。在施工中即方便簡(jiǎn)單，要能經(jīng)濟(jì)環(huán)保、節(jié)省施工工期。因此土工合成材料施工技術(shù)已被廣泛的運(yùn)用在市政、公路橋梁施工中，是一種可替代材料對(duì)環(huán)境無(wú)污染的新材料、新工藝積極加以推廣使用。
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