土工织物在公路软土地基中的应用

【摘要】本文主要介绍在软土地基上修筑公路时土工布及荆笆的应用，在降低工程造价、提高工程质量及缩短工期上比其它地基处理方法有着明显的优势。

【关键词】土工织物 地基处理 性价比高

一、引言

新海大街位于辽宁（营口）沿海产业基地一期产业区中部，道路全长6471米。该工程地势低洼平坦，路线所经路段为营口盐业集团的晾水池和盐池，部分区域有集水池，沟壑较多，地层岩性以第四世海底沉积物为主，包括亚黏土，亚砂土，淤泥质亚黏土，粉砂等，强度较低。工程地质条件对道路工程十分不利。本工程设计路基结构为：

3cm石屑磨损层+2×20cm粒料石灰土换填层+60cm粒料石灰土换填层+原土层。

二、施工过程概述

设计给出的路基施工方案可以看出，新海大街的路基处理方法是先用挖机挖除表层约1米厚的淤泥土，然后回填石灰粒料土，并碾压密实，使地基承载力达到一定的强度；检测主要方法是路基弯沉值及灰土含量。项目部在研讨之后编制施工方案，对路基的施工工艺进行了大幅修改，方案如下：

3cm石屑磨损层+120cm山皮石换填层+荆笆2层+土工布1层+原土层。

三、工艺理论分析

1.土工织物的特性

表征土工织物产品特性的主要指标包括：产品形态、物理性质、力学性质、水理性质、耐久性等。

1.1 产品形态

主要是指产品的材质及制造方法、宽度等。由于土工织物的原料都是由聚酰胺纤维（尼龙）、聚酯纤维（绦纶）、聚丙烯腈（腈纶）和聚丙烯纤维（丙纶）等高分子化合物（聚合物）经加工后合成。因此土工织物产品因制造方法和用途不一，宽度和重量规格变化甚大，宽度可从几厘米到十多米或更宽。

1.2 物理性质

表征物理性质的主要指标有单位面积质量、厚度、开孔尺寸及均匀性。单位面积质量通常是指土工织物每平方米的质量，通常每平方米的质量在0.1kg到1.0kg。应用于软土地基处理中一般为数百克。开孔尺寸（等效孔径）无纺型土工织物为0.05～0.5mm，编织型土工织物为0.1～1.0mm。

1.3 力学性质

表征力学性质的主要指标有抗拉强度、断裂时延伸率、撕裂强度、穿透强度、握持抗拉强度、顶破强度、疲劳强度、徐变性、聚合物与土体间摩擦系数等。对于抗拉强度大部分常用的无纺型土工织物为10～30kN/m，高强度的为30～100kN/m。最常用的编织型土工织物为20～50kN/m，高强度的为50～100kN/m，个别的编织土工织物可达到100～1000kN/m。

1.4 水理性质

土工织物的水理性质主要用土工织物垂直向和水平向透水性来表征（即导水性）。大部分编织与热粘型无纺土工织物的导水性甚小；针刺无纺型土工织物为10-6～10-5m2/s；土工网为10-4～10-2m2/s；土工塑料排水板（带）为10-4～10-2m2/s。

1.5 耐久性

土工织物的耐久性即抗老化、抗化学侵蚀性、抗生物侵蚀性、抗磨性、抗温度、冻融及干湿变化性。抗老化是指高分子材料加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素影响，使其各种性能逐渐蜕化的现象。老化是一种不可逆的化学变化。主要表现在：（1）外观变化，发粘、变硬、变脆等；（2）物理化学特征的变化，如比重、熔点、耐寒性和耐热性等；（3）力学性能即抗拉强度、剪切强度、伸长率以及弹性等减小或丧失。

1.6 排水作用

利用某些内部具有排水通道间（如盲沟、塑料排水板）土工纤维具有良好的三维透水性，使水能沿土工织物内部的排水通道迅速排出，还可使水经过土工织物的平面迅速沿水平方向排走。构成水平排水层，可加速软土地基的排水固结。土工聚合物用于建造无集水管间排水盲沟、铺设时先在开挖好的槽内铺设土工织物，然后回填碎石，与碎石组成排水系统。

1.7 隔离作用

利用土工织物的高抗拉性，抗撕裂性、良好的韧性、整体性和耐酸碱、耐生物侵蚀性能，将渗透性较土工织物大的两种材料相互隔开，以发挥其各自的作用。这是软土地基处理中较为重要的作用，其目的在于防止由于局部承载力丧失而造成的路基填土与软弱地基相互混杂、补偿地基中抗剪强度不足，防止由此可能导致的圆孤滑动破坏，并可有效地加快工期，降低成本，减少路堤间不均匀沉降，有利于排水和加速土体固结。

1.8 设计计算

在软土地基路基底与填土之间铺设土工织物，是目前道路工程中常用的浅层处治方法，特别是土工织物加砂垫层更为常用。这是由于土工织物具有较高的延伸率，从而可使上部负荷扩散，提高原地基承载力，并增加路基填土的稳定性。另外铺设土工织物后施工机械行驶方便，在填土预压下还能起排水作用，从而加速排水固结和沉降稳定。土工织物加筋复合地基的板限承载力公式可表达为（简化式）：

Pu=CNc+2TSinθ/B+βTNq/R

式中：C―土的内聚力；

Nc―地基承载力；

T―土工织物的抗拉强度；

θ―基础边缘与土工织物的倾斜角；

B―地基底宽；

β―地基形状系数；

Nq―复合地基承载力；

R―地基变形当量半层。

2.土工织物与荆笆的结合

结合新海大街施工特点，现场回填料为甲方供应，现场开采来的山皮石料规格较大，粒径有的超过30cm，为了增加土工织物的承载能力，防止回填料压坏铺设好的土工布，在土工布上增加两层荆笆，起到加筋作用，增加了隔离层整体的稳定性。

四、工程结果和应用

1.工程结果

典型施工共进行200米，施工完成后对施工路段进行弯沉检测，结果弯沉值大多在50左右，在施工的200m路段没有产生翻浆现象，路面平整，工程质量优良。

2.工程推广与应用

2.1工期上的优势

新海大街全长6741.82m，如采用设计方案进行施工，全线开挖大概在1m深左右，开挖宽度20m，石灰粒料土回填量在13万方左右，我项目部在工程实践中精心组织施工，投入9台挖掘机进行24小时作业，一个月完成了3400m（70cm）的石灰粒料土回填碾压工程量，合成1m厚为2380m，平均日完成量：8.8延米/日/挖掘机；如改成土工织物结构，则石灰粒料土的拌合工作可以省略，仅此一项可节省工期单台挖掘机766个工作日，整体工期也可以节省一半以上。

2.2成本上的优势

土工织物结构每平米需支出额外费用约20元，而石灰粒料土每平米支出费用包括：拌灰土机械费+白灰费用+由于工期延长而增加的管理成本，约为26.4元；仅此一项整个工程可以节省费用。

（26.4-20）*街道全长*路基处理宽度=6.4*6741.82*20=86万元。

2.3工程的推广

辽宁省营口市沿海产业开发基地在经过对我项目部典型施工进行考察研证后在沿海产业基地的二、三期施工开发中大量采用了土工织物荆笆混合结构，产生了巨大的社会经济效益；推动了土工织物在我国东北地区的施工推广。

参考文献：

1.南京水利科学研究院主编《土工合成材料测试手册》

2.朱诗鳌编著《土工织物应用与计算》

3.全国土工合成材料技术协用网《全国第三层土工合成材料会议论文选集》

4.全国土工合成材料技术协作网《土工合成材料工程应用百例》