土工合成材料在公路改扩建施工中的应用探究

2022-02-05郑丹萌

经济技术协作信息 2022年15期

◎郑丹萌

我国的公路承担着重要的交通功能，对于各地城乡联接来讲，公路是最为重要的形式，在当前经济快速发展的前提下，要想提高公路功能性，则要在原有基础上进行扩建，在进行扩建改造中，需要更加稳定的材料，才能避免出现路面病害，更好地提升交通安全与质量。其中，土工合成材料就是当前一种新型的岩土工程材料，在公路修复改造中起到了重要的作用，这种材料主要是以人工合成聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成不同类型的产品，把这种材料放到土体内部、表面或土体中，提高强度与硬度，起到保护与修复的目的。随着我国路面加宽工程越来越多，土工合成材料也在施工中起到了重要的作用，在使用中也更加的广泛普遍，当前，应用最为广泛的是土工布、土工格栅、土工格室等，对公路扩建起到重要的支撑。

土工布能够进一步提高材料土质的强度，保证了路面整体质量，避免出现裂缝问题。土工格栅是一种多孔的结构，有着良好的性能，这种材料与以往的金属带和土工织物不同，其加筋材料锚固能力强，能够起到一定的摩阻力和支承阻力。土工格室对于路基的稳定性更好，对于路面改造中也有着良好的应用，整体上看，加固增强，能够对地基起到保护，通过土工合成材料的使用，能够最大限度的解决好路面路基稳定的问题，提升公路的整体性，避免不均匀沉降，防止路面开裂，更好地实现了畅通交通、安全交通目标。

一、材料性能

公路改造施工，关系到行车的安全，如果路面质量不合格，不但形成路面问题，更会埋下安全隐患，出现交通恶性事故。近年来，随着技术的不断创新与推广，土工合成材料也得到了广泛的应用，当下，一般用土工格栅加筋来处理路面路基问题，随着技术创新与应用的成果总结，土工格室也得到了广泛使用，并取得了良好的应用效果，两者性能各有不同，分别表现如下。

1.土工格栅。

土工格栅在当前应用较广泛，主要是用高强度聚内烯和高密度聚乙烯等高分子聚合物为原料制作生产的片材，通过相关的技术设计，增加材料温度，当温度条件允许的情况下，经过车床挤压、冲孔、定位、拉伸、定型，生产出片网状结构物，这种结构物生产量大、抗拉强度高、耐腐蚀性好、能够抗老化、与土颗粒间摩擦大、连锁作用强，如果是加筋处理后的效果更优于土工布材料，在实际施工中有着非常好的表现。

2.土工格室。

土工格室在80 年代就已经出现，在一些发达国家相继生产，这是一种非常特殊的土工合成材料，在各个领域均有所应用，是新型立体加筋材料的结构物。通过高分子聚合物强力焊接产生三维网状结构，形成立体状态，整体表现伸缩性好，能够随着地域大小进行随意拉伸，便于长途运输不占用运输面积，能够在运输中进行折叠。使用过程中，对材料打开并在格室中填充砂石土，全部填料完成后，就形成了一个立体蜂窝状结构，在不同的工程建设中，起到了重要的作用，通过和土砂石材料组合，共同构成不同粘合力、不同加筋强度、不同深度的垫层，根据工程的情况进行放置，有效解决了施工中遇到的各种问题，在当前的施工建设中，这些垫层起到了重要的作用，发挥了重要功能。土工格室性能稳定，耐老化强度好。在进才加工生产时，在土工格室中加入了稳定的聚烯烃基质材料，通过特殊添加剂固化，进一步提升了耐老性，根据应用的区域不同，也可选用不同基材配方，如果是-40 摄氏度到80 摄氏度地方使用，可以经热氧化试验后，在70 摄氏度状态下拉伸，此时的使用寿命达50 年；材料的抗化学腐蚀性好，酸碱能力强，适合各种不同的土质中使用，力学性能更加稳定，土工格室对于加固软土路基、边坡防护、挡土墙工程、河道治理、堤坝防护、城市排水管道工程等方面均有良好的表现。

二、加固机理

1.土工格栅加固机理。

土工格栅加固机理主要是格栅间相互作用形成的，通过相互的挤压，形成一定的强度单位，公路扩建工程中，能够对新老路基进行有机的结合，土工格栅能够有效起到预防沉降的作用。公路扩建工程，难免对路面路基进行挖掘，此时路面路基强度下降，通过使用土工格栅与土接触，产生一定的摩擦力，进一步降低垂直力，这样，就能够有效提高土体承载力，减少路面路基不均匀沉降现象的发生，保证了路面的整体结构性稳定与安全。土工格栅对土体能够起到锁定作用，通过使用能够对土体抗剪能力强化，约束土体侧向变形的情况，保证了周边的稳固。水平铺设土工格栅的一定的弹性，能够在反复荷载作用中起到力量的积累，避免出现路面变形现象。土工格栅张力和延展性较好，能够使路基与土工格栅具备连续柔性，避免土体承受荷载变大下降抵抗变形能力，有效解决了可能反映到路表的沉降。

2.土工格室加固机理。

土工格室是立体的结构，能够通过填料体现立体形象，使区域得到成倍的增长，侧壁对填料产生竖向摩擦，这样，就能够和材料形成双面摩擦力，也就是我们常说的横向阻力，以此，能够有效限制荷载出现的横向移动，避免了路面的沉降现象，使路面沉降变大的趋势得以控制。填料复合结构可以当做柔性筏基，土工格室结构不但承担路堤对地基侧向推力，同时，有效降低地基竖向附加力。通过土工格室加筋还能够有效扩散竖向应力，保证了路面上部结构安全稳定。能够对软土进行约束，避免侧向隆起现象，使土的滑移剪切面变小，避免向深度方向转移，进一步强化了地基稳定结构。

三、土工合成材料功能作用

1.隔离。

进行公路扩建时，会遇到各种情形，要想处理好各种问题，则要使用这种材料进行填充，以此全面提高涂层间的摩擦，保证所设置的土工合成材料起到隔离的功能，同时，通过使用，也能够有效防止不同填料间混杂或同层流失，以此，增强了施工区整体性。

2.防护。

面对不同的施工条件，则需要使用土工合成材料进行处理，根据不同的路段情况，科学合理进行材料设置，也就是说，在不同填料土层间，能够更加充分的做到防护，有效减轻或分散不同土层集中应力和变形。比如说，复合土工膜和厚无纺布相互作用，能够保温，减小应力，避免出现车辆行驶产生的竖向力对土基影响，保证了路面的稳定结构，避免出现路面沉降和变形。

3.过滤、排水。

进行路基修建时，需要处理好地下水的问题，为了减少地下水的影响，则要在路基设置反滤层，通过土工合成材料使用，能够全面提升路基水分排出质量，避免了土层间水土流失导致的路基失稳。

4.加筋。

土工合成材料抗拉强度非常好，进行公路扩建时，通过应用，能够更好地提高强度，可以放置到土层间，以此，提升路基土抗剪度，增强土体稳定，有效避免出现路基滑塌的现象，为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.对路堤进行加筋，提高路基强度。

公路改扩建的时候，不但需要对路基路面进行改建，同时，还要修复周边，保证公路的质量。进行公路路基填筑过程中，要严格使用土工合成材料，进一步提高周边的抗拉强度、保证摩阻性，通过材料的合理科学运用，更好地提高新旧路堤整体性，避免出现新建路基侧向位移和沉降，如果出现了问题，不但影响到施工的质量，更会出现安全责任事故，要合理运用材料，减少纵向裂缝的产生。高填方路堤施工过程中，也有着更加广泛的应用，土工合成材料会使不同填料土层紧密的结合，形成一个整体结构。

2.台背路基填土加筋，降低结构物是的沉降现象。

为了更好地保证路面稳定性，要在结构物和土体间利用土工合成材料，因为这种材料的嵌锁和锚固性良好，在实际应用中展现良好的效果，在土体与结构物锚固的基础上，进一步强化了土质的稳定性，使材料与墙体更加整体，降低结构物间不均匀沉降。

3.起到过滤与排水的功能。

土工合成材料能够适用于各种公路建设，公路边坡、盲沟、渗沟是最为主要的部分，长期受到水浸，容易出现水土流失的问题，通过材料的科学运用，能够提高排水能力，有效改善结构物过滤性能。

4.能够对路基起到科学的防护。

路基是公路的重要部分，如果路基不稳定，则会造成沉降与变形，长期使用后就会出现交通事故，通过科学使用，对路基起到防护作用，路基边坡容易受到冲刷，为了减少损失，则利用土工合成材料减小路基边坡受雨水或河水冲击，有效提高主体受水流冲刷造成的失稳或塌方，保护了路基路面稳定。

5.对路面裂缝进行有效防治。

公路的路面结构影响到交通的安全与质量，如果路面结构不稳定，不平整，就会埋下安全隐患。在路面修复工作中，使用了土工合成材料，就能够进一步提高路面强度，预防或减少反射裂缝产生，提高路面的寿命。土工合成材料适应性好，改扩建公路面层时，可以在路面搭接处铺设土工合成材料，如玻纤网或土工织物等，进一步提升路面的强度，减少延伸，通过搭接形成良好的效果，避免纵向接缝反射。

五、土工合成材料在改扩建工程中的应用

1.拼宽路基。

路基是公路的基础，是保证路面稳定的重要结构，没有稳定的路基结构，则无法实现畅通交通的目标。进行路基改造中，在使用土工格室进行拓宽，根据不同的路基改造特点，进行合理的处理，土工格室铺设前要科学检测，保证整体性能良好，布网施工过程中要保证具备张拉力，通过现场的管理与监督，确保张拉到位，用Φ10 U 型筋做好周边的固定，保证施工的连续性，及时填料避免出现暴晒的情况。通过土工格室的使用，更好地实现路基施工效果。土工格室在填料间能够形成一定的摩阻力，以此，更好地抵消土层变形影响。土工格室能够对土质进行紧箍，避免了土体侧向位移现象，根据不同的区域，做好土工格室抗拉强度焊接，以此，体现新旧路基拼接效果，使二者能够以一起，形成统一的整体性结构。土工格室能够更加有效提高拼宽路基的整体能力，提升抗剪力、抗滑力，减小侧向位移，避免桥头跳车通病。

2.双向 HDPE 土工格栅。

新老路基拼接需要紧密连接才能确保质量与安全，如果是4m≥H≥（120+A）连接时，需要在上路床底面铺设双向土工格栅才能提高强度，避免出现侧向位移，通常格栅宽度6m，设计好铺设的宽度，一般由第一级开挖台阶内侧至扩建路基边坡2m 处，H＞4m 根据路基高度适当层位增设双向土工格栅。双向HDPE 土工格栅应用时需要把靠边坡侧格栅回折，计算好长度，保证2m 即可，铺设时要严格控制宽度，避免格栅压实过程中产生位移，利用Φ10U 型筋进行固定，钢筋间距100cm。通过双向土工格栅的使用，全面提高纵横肋条力度，通过科学的排列组合，共同发挥功能作用。粗糙肋条能够提高土体抗滑力，避免了安全责任事故的发生。双向土工格栅材料主要是有机高分子聚合物，能够适应各种不同的温度，特别是在常温作用下，不容易出现溶盐化合物腐蚀以及水溶解微生物侵害。双向土工格栅高分子结构有着良好的抗老化性，由于是双向肋条能够保证不受外力的作用损坏，路基抗剪强度更好。格栅回折也能够把路床包裹到格栅内，全面确保了路基的完整性。路基往往会受到降雨冲刷，通过材料的全面使用，有效避免了冲刷影响，为路基加筋后则会形成良好的土挡墙，同时，再配合钢筋混凝土施工，可以保证高填路基更加稳定。

3.防渗土工布。

防渗土工布在施工中有着良好的运用，因为材质较好，有够稳定的抗渗效果和排水性能，在项目施工中，起到了重要的作用，通过合理的运用，起到了挡土墙的作用，进一步提升了防渗效果。路基工程地表水与地下水影响较大，为了保证路基稳定，避免受水影响，则需要做好防水处理，既要防止地表水形成下渗，同时又防止地下水侵蚀，如果说想让水与路基完全隔离是不可能的，但是通过材料的应用，能够有效减少水的冲刷与腐蚀。为了有效提高防水效果，避免水土流失，则需要在挡土墙内侧设置反滤层，此时就可以使用土工布进行施工，提高防水质量，及时有效排出路基存水。分带设置排水的时候，也可以利用防渗土工布进行施工，这样，不但能够有效防止水的渗入，同时，也能够避免因路基内部水造成的路基失稳。

4.拼宽路面。

公路修复改造中，会遇到对路面的加宽处理，进行此项施工时，要充分保证路面的结构强度，避免出现不安定因素。充分用好玻纤格栅，能够提高路面的硬度强度，保证路面扩建质量与安全。玻纤格栅与沥青混合料能够同时使用，通过二者的结合，有效提升材料强度，玻纤格栅物理化学性能稳定、抗拉强度高、延伸率低、嵌锁限制好，这些优势决定了在拼宽路面施工中的应用前景。不但能够有效降低沥青加铺层反射裂缝发生，更能够进一步提高路面寿命，延长使用的时间，对路面也起到了养护效果。通过材料的使用，能够防止裂缝，起到了防裂贴的效果，这种情况下，其就具备了较高的抗拉强度和粘结性，如果抗拉强度大于粘结力时，基层相邻板块就会出现自由移位，增加了灵活度，避免折断出现渗水的现象，充分起到了防裂贴的功能，不会影响后台粘结性。

六、项目设计施工中的实例分析

假设进行的是公路扩建工程，那么，在本项目中，就需要事前对现场进行调研分析，对已经出现的旧路病害做好有效的排查，以裂缝程度的不同做好充分处理修复，然后再根据路面结构行车需求做好罩面施工。那么，进行具体操作中则需要依据流程进行处理，要对路基基层进行整体性处理施工，结束施工后，要对原路面进行问题范围的划定，通过铣刨施工，沿纵向铺设玻纤格栅，为了保证修复质量，合理控制好宽度100cm。病害铣刨宽度一般控制到行车道宽度为宜，病害铣刨长度为病害区域两侧各延伸3m，路面的病害较多，病害间隔小于10m 时则同时进行铣刨，保证区段的整体性，便于后期进行施工。铣刨后还有裂缝，那么就需要沿裂缝进行灌浆处理，同时，加设抗裂贴增强路面的强度，裂缝处理前要做好整体性处理，保证清除干净，确保路面干燥。路面基层顶部铺设玻纤格栅，阻断基层放射裂缝向上部路面延伸，以此，全面提升路面性能，延长使用寿命。抗裂贴有作用就是阻断路面水下渗，阻断基层裂缝反射，通过科学的处理，全面解决了路面施工问题，更好地保证交通质量与安全。