土工合成材料在公路工程施工中的应用的探讨

郑祥增

（平潭综合实验区城乡建设与交通运输服务中心， 福建 平潭 350400）

0 引言

土工合成材料其实在我们的生活中随处可见、应用范围也比较广泛的。而近几年来在公路工程中，从降低工程成本、提高工效、节约能源方面着想，被作为新材料、新工艺正在积极加以推广使用。就类似土工布的天然材料而论，用于土木工程已有很长历史,其发展前景和重要性越来越多地被人们所认识应用，其中在公路工程所发挥出作用尤其重要，需要给予足够的重视程度及资源支持。

1 土工合成材料的定义及特点

1.1 土工合成材料的定义及特点

土工合成材料是应用于岩土工程和土木工程建设的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为“土工合成材料”，以区别于天然材料。

合成材料的原材料是高分子聚合物。是以人工合成原材为原材料制成各类产品，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。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。

土工合成材料的特点：具有适度的抗拉强度、具有抗拉性能、耐腐蚀性能；透水性好，重量较轻、施工简易、运输方便、价格低廉、料源丰富等优点。

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离、加强、排水和过滤等四个方面的基本功能。在公路工程可应用于公路路基、构造物，路基排水、路基防护、路基不均匀沉降、路面裂缝防治、地基处理等工程。这些功能并非相互独立，而是有着密切联系的，许多功能系互相依存才发挥作用。

2.1 隔离功能

隔离是把土工合成材料铺设在不同材料的交界面处以防止这些不同材料不相互混杂，通过隔离层，引起应力扩散作用，从而促使地基土沉降量得到均化，加速地基排水固结。

2.2 加强功能

当把土工合成材料铺设在地下时，根据它的拉伸强度在与土工合成材料之间产生摩擦力并且起到互锁作用。其结果土工合成材料变形被约束，土和土工合成材料的复合体在外表上层强度有所增加，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质，依靠其平面渗透性，将埋在土体内部中作为排水体，可使内部水流沿其垂直于其平面的方向排出土体。

2.4 过滤功能

土工合成材料的过滤排水作用与过去的天然骨料过滤层相比，其功能形态是不同的，它并非因布自身的透水性直接过滤，而是通过与布相连接的被过滤土层中形成的滤饼层得以过滤的。即土工合成材料自身的透水性并不重要，一般情况下只要有其相邻土透水系数的10 倍以上即可。

3 土工合成材料在公路建设中应用

3.1 提高路基承载能力

在软土地基上填筑高路堤路基，受填土中的侧向土压力，促使地基表面产生水平剪应力，容易使路填两侧产生位移，从而造成堤身失稳。若在路堤底部铺设土工合成材料，可有效地控制土基的侧向位移，从而提高路基稳定性，同时织物的抗拉力使荷载重分散而提高路基承载力。

3.2 防止路基发生不均沉降

路堤和其他构造物（如桥台和涵洞等）的连接部位，由于其刚度差异极易出现不均匀沉降，从而产生桥头与台背之间出现“跳车”现象，为了减少这种不均匀的沉降，采用土工合成材料与构建物之间的锚固力和回填土之间嵌锁力及界面摩阻力，有效将结构同回填土连接这一个整体，从而拉高整体稳定性，避免两者不均匀的沉降。

3.3 对路基排水中应用。

3.3.1、路基和地基排水

如果路基和地基内部排水不畅，将造成下述后果，①承载力减小；②由于浸透水的作用，地基的细粒成分向路基内移动；③由于吸泥作用细粒土开始从路面的接缝、端部、裂缝部位 等流失到路面，成为路面破坏的原因。

因此，为使路基或地基保持良好的状态，需要使路面下的地下水位尽可能降低。为了地下排水，一般的方法是在路肩或路基中央分离带下部设排水沟，为了防止土砂流入沟入可能土工织物包裹带孔的管或包裹过滤骨料等做成排水沟。

3.3.2、水平隔离排水层

在有受压地下水流，或者地下水很多的地方，或者在从靠近公路的地方有浸透水流入的情况下，有时仅靠排水沟的排水是不够的。在这种情况下，可以①在地基的路基的交界处设排水隔离层；②在地基和路及内部设置水平的排水隔离层（用土工织物），把浸透的水引入排水沟内。而且，该隔离层还有把路面浸透进来的水隔离的效果。

3.3.3、促进软土地基的固结排水

为了促进路基下方的地基固结下沉消除过剩孔隙水压，利用土工织物代替砂垫层作为水平排水层。为此，土工织物还可用来代替以往软土地基处理施工方法的 塑料排水板，砂井等竖向排水工艺的材料。

3.4 对路基防护的应用

土工合成材料应用于路基防护主要是：边坡坡面防护和路基冲刷防护 。

3.4.1 边坡坡面防护

土工合成材料用于路基土质边坡坡面防护主要有拉伸网草皮、固定草种布和网格固定撤种三种形式。土工合成材料用于路基土质边坡坡面防护最常用是拉伸网草皮，施工简单方便，草皮不容易损坏，成活率效高。其方法附 近设置草皮基地，在平整的水泥地坪上铺3～5cm 的种植土层，土工合成材料在种植土层的中间，然后撒种、洒水养护工，草坪茂盛，待土体与土工合成材料固定后，送至工地施工铺设。近几年来，我区农村公路土质边坡坡面防护都采用拉伸网草皮，不仅能有效地防止水土流失，增加绿化面积，改善生态环境，还可保持护坡表面免遭风雨的侵蚀。施工方便，施工成本低且对环境无污染其效果良好。

3.4.2 防止冲刷

对河流护岸或护堤工程中，敷设在斜坡岩石或砾石层下的土工合成材料，能防止砂土的流失及冲刷。

土工合成材料在我国道路工程中的应用，虽然时间不长，但在我区也进行了应用，如在2001年修建东庠陆岛交通码头接线公路时，近四百米海滨公路接线路堤，在砌筑挡墙时背后敷设一层土工织物。几年来经过多次台风大浪冲刷考验证明，路基稳定。

3.5 对新、旧路基衔接应用

在公路改建或扩建工程施工中，常常遇到新、旧路基结合处存在不均匀沉降现象，一直是公路改建扩宽中的工程一个难题。在施工中技术处理不妥，往往使用后会造成新、旧路基结合处发生沉降，出现错台，导致路面开裂破损，影响了公路正常使用。为了避免减少新旧路基结合处的不均匀沉降，我们采用施工处理方法：对新路基进行地基处理，然后将原路基挖成台阶形，台阶高度0.5～0.8m,台阶宽度1.0～2.0m，逐级进行开挖，最后一级台阶宽度不小于2 米。之后顺着路线方向铺设土工合成材料，扯直平顺、不得产生扭曲，褶皱以及重叠现象，新路基铺设长度大于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、旧路基填料尽量保持一样。填筑台阶应分层填筑，并逐层压实。如在1999年我区先行工程公路改建工程，曾用我此方法，至今新、旧结合处路面无明显错台裂缝现象，沉降已趋于稳定，效果良好。

3.6 对隧道内的路面应用

隧道内岩层局部水位较高，水压力相对较大，地下水极容易渗透路面上，形成排水不畅，导致路面出现病害。而隧道内路面往往是采用混凝土路面结构层，由于基层防水性相对比较差。为此，在隧道内的砼路面与基层之间全断面铺设一层土工合成材料，同时路基每隔6米横向埋设一道Φ50米排水管，纵向埋设Φ1.0 米排水管，可有效拦截地下水渗透侵入路基，这样使地下水通过土工合成材透水和排水管直接排入路面两侧的排水沟，确保路面干燥，从而有效防止地下水渗透侵入路面。

总之，土工合成材料在公路工程施工中技术应用是可行的，成功的，能合理地解决公路工程施工中的难点及问题，能有效地降低工程成本，提高了工作效率，缩短了施工工期，确保了工程质量，并取得良好的技术效果和经济效益。将逐渐地应用到公路工程建设各个领域。

4 结语

通过以上公路工程施工中实例说明，土工合成材料施工技术是一种非常有效的方法，不仅可以提高路基的整体稳性，还可以有效防止路基滑坡、坍方、冲刷、不均沉陷等现象。在施工中即方便简单，要能经济环保、节省施工工期。因此土工合成材料施工技术已被广泛的运用在市政、公路桥梁施工中，是一种可替代材料对环境无污染的新材料、新工艺积极加以推广使用。