浅析土工合成材料在软土路基中的应用

吴茂华

摘要：随着国家“一带一路”计划的出台，对我国的铁路和公路等建设也提出了较高的要求。目前，在软土路基处理方面，土工合成材料占据重要地位，特别是高速铁路加筋土路堤，其工后沉降的严格控制，给软土路基的处理提出了新的机遇和挑战。将土工合成材料运用于铁路和公路等工程建设中，可以显著提高地基承载力和稳定性，从而减少我国日益严重的公路病害问题。本文主要对软土路基的概念、特征和土工合成材料的分类、加固原理及工程应用等进行了阐述。实践证明，土工合成材料的运用，不仅提高了软土路基的强度，而且可以有效的减少施工成本，提高经济效益。

关键词：土工合成材料；软土路基；应用

1软土地基概述

1.1软土地基特点

对于软土路基来说，较大的含水量、较大的孔隙是其具备的主要特点，是由于软土本身属于含水量较高的土粒，这也是软土路基往往抗压能力较差、流动性较强的原因。值得注意的是，由于软土路基本身还具备着沉降特性，这就使得很多时候软土因时效性发生沉降时，很容易引发市政道路工程的失稳沉降，由此也能在一定程度上了解软土地基施工技术对于市政道路工程的重要性。

1.2软土地基施工中的常见问题

在简单了解软土地基的特点后，还需要了解软土地基施工中的常见问题。结合实际工作经验，文章将这类问题概括为路基强度低、边坡软土路基容易被雨水冲刷、沉降和剩余沉降控制困难三个方面。（1）路基强度低。对于市政道路工程来说，其本身对道路路基的强度与使用年限存在着较高要求，而这主要是为了保证道路的行车安全。但对于市政道路工程中的软土路基来说，天然软土强度不高、较为容易因挤压与震动导致强度下降都使得路基强度得不到保证，这种强度较低的路基自然不能满足市政道路工程需求，路面变形和沉降现象也很容易因此大量涌现。（2）边坡软土路基容易被雨水冲刷。除了路基强度较低这一问题外，边坡软土路基容易被雨水冲刷也是软土路基施工中的常见问题，而边坡路基未进行处理或是处理质量较差就是引发这一问题的主要原因。值得注意的是，边坡软土路基的处理很多时候会影响路基本身的稳定性，这就使得很多时候市政道路工程在边坡软土路基处理中往往需要从全局角度考虑问题。（3）沉降和剩余沉降控制困难。除了上述两方面问题外，沉降和剩余沉降控制困难这一问题也必须引起我们重视。在我国当下很多城市的市政道路工程建设中，为了尽可能降低软土路基带来的负面影响，硬质土的添加属于最常见的软土路基承载力提升方法。但在这一方法的应用中，路基沉降量与剩余沉降量的比值控制往往会出现问题，这就使得很多时候市政道路工程软土地基施工往往不能够达到设计预期的标准要求，市政道路工程的质量自然也无法得到满足。

2土工合成材料的加固原理及工程应用

2.1排水作用

为了降低土中含水量和控制土中水位，工程中往往需要在土中设置一些排水材料。一般来说，处理方法就是将土工布或土工织物等材料分层埋于路基中，在土体中形成一条专门的排水通道，由此将水汇集并引出路基，加速土体固结，加之该处理还可避免材料之间的相互混合而污染带来的影响，从而有效提高了路基的强度和稳定性。但单独使用土工合成材料其排水能力有限，需与其他排水材料或排水结构相结合，方可达到较为满意的效果。此外，相比传统的排水通道，路基加筋后土体结构中受力区域得到改善，缩短了施工工期，从而减少了工作量。例如某公路工程，考虑到实际路基地质情况，采用了某公司生产的三种土工布（渗透系数较高），且在其上铺厚10cm的竹排，用机器碾压近千次，发现土工布无一损坏，事实证明，该土工材料的应用，不仅提高了路基的强度，而且大大降低了施工成本和工作量，取得了满意的结果。

2.2隔离作用

土工织物具有抗拉、耐腐蚀、连续性和柔韧性好等特点，在外力和各种环境作用下基本不会损坏，而公路施工过程复杂，常涉及到不同粒径的砂石材料。隔离就是将土工织物放置在两种不同土层材料之间，防止互相影响，既保存了材料各自结构的完整性，又有效避免了流土等现象，还保护了基层土质，从而确保了整个结构的安全。土工织物的隔离作用在软土路基中起到了关键作用，主要目的是避免路基填土因受力造成不均匀沉降过大而与软土地基相混合，有效提高了地基的抗剪强度，并防止可能出现的滑动破坏。

2.3加筋作用

土工合成材料能起到加筋作用主要是因为其良好的抗拉性能。在公路施工过程中，通常是将土工织物或土工格栅按照一定的方式置于土体中，增强其与土体之间的摩擦力，并控制了土体的侧向位移。当结构受荷载时，加筋料起到传递拉应力作用，同时扩散土体应力，有效提高了土体的抗剪强度，不均匀沉降得到改善，从而保证了整个路基的稳定性。如京沪高速铁路某试验段的测试，为了严格控制沉降，采用桩－网结构，并以土工网－加筋垫层辅之，桩顶沉降（S1）、两桩间土面沉降（S2）和四桩间土面沉降（S3）差异不明显，并且短时间内达到稳定，桩和桩之间的不均匀沉降得到了有效控制。

2.4防渗作用

防渗的目的主要是解决水体在各种工程结构中的渗漏问题。土工膜因防渗性能好、施工方便、造价低等特点，在公路工程、大坝防渗工程和垃圾填埋场中应用最为广泛。在一些土质不良区域，如膨胀土和湿陷性黄土地区，可在路基边沟和中央分隔带处用土工膜进行防渗处理，避免了沟渠中的水流出，同时阻止地下水渗入路基，防止出现道路的冻融翻浆等不良现象。北京2008年奥运水上公园比赛场地项目，该项目水平防渗面积达695876m2。因北京水资源紧缺，其防渗问题最为关键，经反复勘察和论证，最终决定采用土工膜进行防渗，取得了相当好的效果，在北京很具有代表性。又如某垃圾填埋场，占地面积9万m2，为了保证场地的防渗效果和保护环境，采用了加拿大锁码公司生产的厚1.5mm光面HDPE土工膜，取得了较好的经济效益。

2.5抗震作用

相比混凝土，土要软弱得多；比起钢筋，土工格栅要柔软得多。看似柔软的土工材料，却有着良好的抗震性能，在桥台、挡土墙、填方路基等中占有一席之地。究其原因是加筋土结构相对柔软，可允许应变较大，加之变形模量低，产生较大应变时结构内力并不高，此外其阻尼比也较高，可以有效吸收能量，故而能在地震作用下而不破坏。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。

3应用土工合成材料时存在的问题

（1）抗拉强度的判别标准。实际工程中，大多数是利用土工合成材料的抗拉强度以发挥其工程作用。一般土工合成材料的拉力与伸长量成正相关，且无明显的屈服阶段，设计时往往选最大拉力来计算其抗拉强度，但有些材料并非如此。此外，工程中往往需要考虑材料在限制位移内仍有一定的强度，而并非断裂时的强度，因为位移过大将影响结构的安全使用。所以，如何正确选择土工材料的抗拉强度有待进一步研究。（2）渗透系数的确定。土工膜是土工合成材料中具有代表性的防渗材料，其渗透系数的确定至关重要，但土工膜的渗透系数很小，一般很难测定，加之材料本身的缺陷、取样方法及仪器限制等原因，对于一般常规的渗透仪来说难度较大。（3）缺乏完善的施工规范。例如，土工合成材料与界面土体共同工作时，由于接触面的不规则、土体颗粒大小不一及土体局部变形较大等因素，在高水头作用下有可能会被刺破而失去其作用。

4结论

通过对土工合成材料在软土路基中的加固原理分析及其工程应用情况，可知在处理软土路基时，采用土工合成材料可以明显提高地基承载力、减小总的沉降量和不均匀沉降，同时还可缩短工期和降低成本，值得在同类工程中推广。但土工合成材料的运用时间较短，仍缺乏一定理论和经验，需要研究者们不断去试验分析和完善相关理论，以期提高其应用的科学性，从而有效的指导设计和施工。

参考文献：

[1]田迈.深厚软土路基处理关键技术的研究[J].建材与装饰，2016（50）：251-252.

[2]李江江.软土地基处理技术[J].黑龙江交通科技，2016，39（07）：60+62.

[3]朱浩旻.桩网结构路基结构材料参数影响特性分析与研究[D].长安大学，2016.

[4]张凌.浅论路桥施工中软土路基加固的施工技术[J].建材与装饰，2016（08）：231-232.