土工复合材料在高等级公路路基中的应用

文／德州市公路事业发展中心 邵桂彬

关键字:土工复合材料；高等级公路；路基

0 前言

土工复合材料作为一种新型的工程材料，具有强度高、延伸性能好、耐老化、耐酸碱、抗腐蚀、防渗性能好等特性，且运输方便、价格低廉，在高等级公路路基施工中得到广泛的应用。土工复合材料中的土工膜、土工格栅、土工筋带等材料也在路基的各个部位中得到应用。在现阶段路基处理与建设中，通常采用基底铺设土工布隔离，主要是依靠土工布材料各向均质，形成均匀的纤维网有效地防止地表水渗入地基中，预防了路基膨胀现象的产生，提高了路基稳定性。

1 应用实例

某高速公路线路全长为35.213 km，对其进行改扩建施工，经前期地质勘察，该场地内地层自上至下为:①层填土，主要由煤块、矸石、砾石夹杂粉土组成，堆积时间小于5 年，较松散;②层混合土，由薄层粉土、中粗砂、砾砂呈小于15cm 的层状交错混合构成，局部夹粉土透镜体，稍密～中密;③层圆砾，一般粒径为2mm ～10mm，最大粒径40mm ～100mm，以圆形～亚圆形为主，充填物主要以细砂、中粗砂为主，中密～密实。需要在路基纵向开挖交界处铺设土工织物、土工膜等组成的土工复合材料，有利于路基纵横排水、消除新旧路基沉降。

2 土工复合材料的组成

2.1 土工织物

土工织物，又叫做笠工布，属于透水性材料的一种。从制造工艺又可以分为纺土工织物和无纺土工织物。土工织物在公路工程中的应用主要起到过滤性功能。一般用于路基表层施工，有利于减少反射裂缝的出现。

2.2 土工膜

土工膜一般不透水，从原料构成可分沥青和聚合物两种。为了达到特定的变形、强度标准，又存在加筋或不加筋土工膜。土工膜是过滤、排水、防渗、保土中的一种良好的土工复合材料。

2.3 复合式土工复合材料

复合式土工复合材料是指由二种或以上的土工复合材料混合的产品。复合式土工复合材料集合了不同合成材料的特性，具有更好的适用性。织造型的织物复合材料对土工膜具有良好的加筋功能，可避免土工膜在运输和施工的过程中免受到外界干扰而损坏。非织造型的织物复合材料对膜起到加筋、保护、排气、排水的功能，并可使膜面摩擦系数升高。

2.4 特种土工复合材料

特种土工复合材料又分为土工膜袋、土工网、土工格栅、破纤网、土工垫等。对于常见的土工格栅，由聚合物高分子材料经相应的定向拉伸处理，进而形成的一种强度高、带开孔网格的平面网状材料。

3 土工复合材料在高等级公路中的应用

3.1 加筋

为了提高高等级公路路基的稳定性、避免路基边坡或路堤发生沉降，可以采用土工复合材料对其进行加筋处理。加筋后，水平加筋表面与填充料二者形成的摩擦力方向平行于填充料的相对位移方向，使路堤的抗剪强度增强。为了保证路堤排水顺利，避免土工复合材料受到化学腐蚀，在路堤填筑作业中，需在原来的地表，敷设厚度40cm 左右的砂垫层，使透水性得到增强，然后再铺设土工复合材料。

3.2 过滤和排水

路基路面的稳定性与强度大小主要与水有很大关系。在路基路面施工与养护过程中，需有效地进行路面排水，这也是确保路基路面稳定性的重要手段。在高等级公路施工中，土工复合材料与别的排水结构彼此配合，构成一个排水系统，进而顺利地排出地表水、地下水及结构物中的水分。而且，在排水系统中利用土工织物，还可使得施工作业快、铺设简单、施工成本更低。土工复合材料也能够单独使用，也可与其他材料混合使用，起到一定的过滤、排水功能，可用于暗沟、支挡结构物的坡面防护与墙后排水工程。一般情况下，为了达到良好的过滤效果，可选无纺织物，或织造性土工织物；为了利用排水，可选无纺土工织物，或带有滤布、合成纤维及钢圈的加劲软式透水管，以及塑料排水板。

3.3 隔离

在高等级公路的施工过程中，经常会出现承载能力弱的问题，需要选用承载能力较强的材料进行处理，高等级公路由于受到外界环境因素的影响，导致内部材料出现粘结的情况，如果能够在容易发展粘结的材料上进行土工复合材料的加铺，将产生粘结的材料分隔开，使这些材料即使是受到比较严重的压力也不会产生粘结，确保高等级公路整体结构的稳定性。

3.4 防护

路基主要由岩土构成，且多数暴露于自然界，长期受到外力作用，力学性质易于变化。因此，对于路基防护措施，直接影响路基的强度和稳定性。由于土工复合材料具有良好的可塑性，可加工成特定的形状，因此，在高等级公路路基防护中，能够弥补“圬工防护”的缺陷。第二，做好坡面防护，对路基的边坡工程外表面起到保护作用，防止雨水冲刷，可减弱温湿度骤变给坡面造成的不利影响，使路基更加稳定。在土质边坡防护中，一般选用拉伸网草皮、草种布、网格固定撒播等技术，对于岩质边坡，通过采用土工网和土工格栅进行防护。

3.5 抗震

土工复合材料由于其特有的延伸性能，加筋土结构可吸收地震作用力，因此有着良好的抗震性能。如2008 年汶川地震，震后，研究人员对国道G213 都江堰—映秀段加筋路基进行了调查，结果表明，在强震作用下大多数未加筋路堤发生了浅层边坡坍塌，极少数发生了路面错落的本体滑坡，但所有的路堤均未出现沿基础面的滑动，而土工格栅加筋路堤则基本未受到地震的破坏。另外，利用土工复合材料的抗震性能，可将其应用到路桥过渡段中，可有效解决桥头跳车问题的出现。

3.6 裂缝防治

土工复合材料可抑制由于半刚性基层收缩产生的裂缝继续扩展，使路面的车辙减少，减少老旧路面上的沥青加铺层反射裂缝的出现。为了做好路面裂缝防治，一般选用土工织物、玻纤网等土工复合材料。在对土工复合材料进行选择时需满足以下要求：第一，耐热性。土工复合材料铺于半刚性的基层和沥青面层中间，耐热性要与沥青面层的铺筑标准相同，需要高于170℃以上。第二，防裂性。对于半刚性的路面基层，铺设材料在车辆运行荷载力作用下容易出现裂缝，裂缝处更容易产生拉应力，为了对抗拉应力，土工复合材料必须达到较强的抗拉标准。第三，延伸性。在裂缝处的土工复合材料有被顶破的危险，特别是掺杂骨料的半刚性基层，受到施工技术水平和车辆载荷的影响，土工复合材料出现破洞，在受力条件下，破洞部位的敷设材料易被冲破，使路面的强度降低。因此，为了有效减少裂缝的出现，应该确保所选用的土工复合材料具有良好的耐热性、防裂性和延伸性。

4 结语

土工复合材料在高等级公路施工中的应用，一定要严格依据相关规范和标准，并且结合工程项目建设施工现场的实际情况，制定多个土工材料应用方案，对土工复合材料应用的合理性以及经济性进行综合比较，从中选择最佳方案。同时，要注重土工复合材料的推广，加强材料应用的研究力度，注重土工复合材料在高等级公路项目建设环境保护以及病害修复方面的应用，促进我国公路工程项目的可持续发展。