土工合成材料在高速公路改扩建施工中的应用

魏君 杨东

（中国建筑土木建设有限公司， 北京 100070）

1 土工合成材料的功能和作用

1.1 隔离

在不同填料的涂层之间设置土工合成材料，可以有效防止不同填料之间相互混杂或同层材料由于结合不稳定而流失，保证不同填料的整体性。

1.2 防护

土工合成材料设置在不同填料的土层中间，可以有效减轻或分散不同土层之间相对集中的应力和变形。如复合土工膜和厚无纺布联合使用可以起到有效的保温作用，减小由温度产生的应力，和车辆行驶时竖向力对土基造成的变形。

1.3 过滤、排水

在路基设置反滤层时，通过土工合成材料将路基内水分排出，防止土层之间的水土流失，从而避免因土体内水的影响造成路基失稳。

1.4 加筋

土工合成材料的抗拉强度较高，放置于土层之间可以有效地提高路基土的抗剪强度，增强土体的整体稳定性，防止路基滑塌造成不利影响。

2 土工合成材料的用途

2.1 路堤加筋

在改扩建公路路基填筑时，利用土工合成材料的抗拉强度高、摩阻性能好的特点，将新旧路堤有效地连成整体，以防止新建路基的侧向位移和沉降不均匀，造成纵向裂缝。

在高填方路堤施工中，土工合成材料使不同填料土层结合在一起，形成加筋土挡土墙，保证在高填方施工时的施工质量，同时可以减轻由于挡墙高度不足所带来的不利影响。

2.2 台背路基填土加筋

在结构物和土体之间利用土工合成材料特有的嵌锁和锚固性能，将土体与结构物锚固在一起以增加路基的整体性，达到降低与结构物之间不均匀沉降的目的。

2.3 过滤与排水

土工合成材料用于边坡、盲沟、渗沟等处，可以有效地改善结构物的过滤和排水性能。

2.4 路基防护

路基防护主要体现在对路基边坡的防冲刷作用，土工合成材料可以减小路基边坡受雨水或河水的影响，避免路基主体直接或间接地受到水流的冲刷造成的路基失稳或塌方。

2.5 路面裂缝防治

在路面结构中土工合成材料可以预防或减少反射裂缝的产生及降低竖向荷载作用下对基层产生的影响，提高基层的使用寿命。

土工合成材料可以降低由于温度变化，对基层和面层的不同影响而产生的应力应变，进而降低由于温度应力而发生的反射裂缝。

土工合成材料用于改扩建公路的面层施工时，在路面搭接处铺设土工合成材料（玻纤网或土工织物），利用其抗拉强度高、延伸率小等特性，可以有效防止搭接所形成的纵向接缝反射到路面上。

3 土工合成材料在改扩建工程中的应用

目前的高速公路改扩建中，土工合成材料的应用越来越广泛，为预防改扩建工程中的路面后期使用过程中出现的质量问题，土工合成材料在改扩建工程不同部位施工时，得到广泛应用。下面将通过济青高速改扩建项目来深入分析土工合成材料在高速公路改建项目中的应用。

3.1 拼宽路基

土工格室节点是塑料焊接微桩结构，铺设土工格室的层面时，路基填料采用与原路基相同的填料或选择透水性较好的材料，路基填筑分层压实，分层铺筑厚度不超过30cm，平整度、压实度应符合规范要求，土工格室铺设前应当进行检查，布网时张拉到位，并用Φ10 U型筋及时固定，及时填料严谨暴晒。土工格室节点示意图见图1。

图1 土工格室节点示意图

土工格室的作用主要体现在：（1）利用土工格室在填料之间产生的摩阻力，来抵消各土层的变形。（2）利用土工格室格网的紧箍力来防止土体侧向位移。由于土工格室具有很高的抗拉强度和焊接强度，用于新旧路基拼接和结构物回填时的作用是很明显的。

通过土工格室的这两种复合作用，可以有效的提高拼宽路基土体的抗剪能力、抗滑能力，减小路基的侧向位移，从而提高路基的整体性，对路面结构的纵向裂缝起到前期预防的作用。在台背回填时，通过土工格室的作用，将台背回填土同结构物有效地结合，防止因不均匀沉降造成的不利影响反射到路面，造成桥头跳车等质量通病。

复合地基处治设计示意图见图2。

图2 复合地基处治设计示意图

3.2 双向HDPE土工格栅

新老路基拼接4m≥≥（120+A）时，在上路床底面铺设一层双向土工格栅，格栅宽度为6m，最下一层台阶铺设一层土工格室，铺设宽度从第一级开挖台阶内侧至扩建路基边坡2m处，＞4m可根据路基填土高度，在路基适当层位增设双向土工格栅。采用双向HDPE土工格栅，应将靠边坡一侧格栅进行回折，长度一般不小于2m，铺设时为防止格栅在压实时错动，采用Φ10 U型筋固定，钢筋间距不超过100cm[1-4]。

双向HDPE土工格栅作用：

（1）双向土工格栅由纵横向肋条组成，共同发挥作用。由于格栅肋条中设置的高强钢丝是土工格栅能够发挥作用的关键，可以提供有较高的抗拉强度和较低的伸长率。表面粗糙的肋条，能够提高土体的抗滑能力[5]。

（2）由于双向土工格栅为有机高分子聚合物，在常温下不会受到易溶盐及其他化合物的腐蚀；不会受到水溶解或微生物的侵害。同时，双向土工格栅的高分子性能具有良好的抗老化性能。由于双向肋条的共同作用，使其在受到外力时不至于损坏。

在上路床和下路床之间及路床和路堤间铺设双向土工格栅，起到路基加筋的效果，使整个路基形成整体，提高路基的抗剪强度。同时通过格栅回折，将路床包裹于格栅内，在保证路基完整的同时，还可以保护路基边坡不受侵害，防止路基因降雨受到冲刷时带来的不良影响。高填方路基施工时，可根据填方高度及土质类别适当增加土工格栅的铺设层数，为路基加筋，形成加筋土挡墙，配合钢筋混凝土挡墙一起施工时，不仅可以保证高填路基的稳定，同时可以降低造价。

3.3 防渗土工布

防渗土工布因材质具有良好的抗渗和排水性能，在本项目主要用于挡土墙反滤层和中分带施工中的防、排水设施，见图3。

图3 防渗土工布的应用示意图

在路基工程中水的影响无处不在，既要防止地表水下渗，同时又要防止地下水对路基的侵蚀。但完全隔绝水的影响几乎是不可能的，因此路基设计中应当坚持防排结合的原则。挡土墙泄水孔作为排出路基内部水的主要设施，为防止水土流失在挡土墙内侧设置反滤层的同时，利用土工布可以有效地排出路基水，并防止路基水沿挡土墙下渗，引导路基内部水顺利地从泄水孔排出，从而有效地避免水对后期造成的积泥翻浆等病害。在中分带设置排水设施的同时，利用防渗土工布，可以有效地防止水通过中分带渗入路基本体而降低土体的抗剪强度，避免因路基内部水造成的路基失稳而产生质量事故。

3.4 拼宽路面

玻纤格栅的作用机理：玻纤格栅与沥青混合料可以较好地结合在一起，加上玻纤格栅物理化学性能稳定、抗拉强度高、延伸率低、嵌锁及限制作用好，因而在拼宽路面施工中可以降低沥青加铺层反射裂缝的发生，提高路面的使用寿命。玻纤格栅铺设示意图见图4。

图4 玻纤格栅铺设示意图

防裂贴的作用机理：防裂贴具有较高的抗拉强度和粘结性能，利用在基层病害处理时，当其抗拉强度大于粘结力时，基层相邻板块可以自由移位，而不会折断防裂贴，同时其粘结性能可以继续发挥作用，阻断水的入侵而造成不利影响。抗裂贴铺设示意图见图5。

图5 抗裂贴铺设示意图

在本项目设计中，先对旧路病害进行排查，根据裂缝开展的不同程度，进行处理，然后进行罩面施工。具体操作如下：基层施工完毕后，对原路面结构进行铣刨，并沿纵向铺设一层玻纤格栅，宽度为100cm。病害铣刨宽度为行车道宽度，病害铣刨长度为病害区域往两侧各延伸3m，当病害分布间隔小于10m时，视为一个铣刨区段。铣刨后如果存在裂缝，沿裂缝灌入水泥浆，并加设抗裂贴，贴缝时将裂缝进行清洁干燥处理，并将裂缝两侧16cm范围内路面清洁干净。进行路面拼宽时，在路面基层顶部铺设玻纤格栅，可以有效地将新旧路面面层连成整体，阻断基层或土基的放射裂缝向上延伸，增加路面的使用性能和使用寿命。利用抗裂贴进行路面病害处理，不仅可以阻断路面水下渗而影响基层和路基的结构强度，同时可以阻断基层裂缝反射到路面上。

济青高速改扩建项目已经通车，土工合成材料在其中起着不可替代的作用。随着科技的发展，土工合成材料的性能、种类都在不断地增多，可根据不同地域、不同土质及不同设计要求，选择相应性能的土工合成材料，来提高改扩建高速公路的使用性能和使用寿命。

4 结束语

随着我国交通运输业的快速发展，即有高速公路的压力将越来越大，加上土地资源的紧张，高速公路的改扩建将成为未来发展的一种趋势。而土工合成材料的优越性能和经济优势，将在高速公路改扩建施工中发挥重要作用。