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摘要：随着交通事业的发展，公路建设发展的同时，软土地基的公路路基设计也越来越多，科学、合理地进行软土地基的设计，确保路基具有一定的承载能力和稳定性，以保证车辆在道路上安全行驶。同时在处理地基时，土工合成材料被广泛的应用，它能够最大限度减少了投资成本。本文主要对土工合成材料在公路软基处理中的应用与设计进行了分析。
关键词：土工合成材料;公路软基处理;应用与设计
一、前言
现如今道路路基建设工程中，常常会出现各种各样由于复杂地质条件导致的问题，这大量不良的地质条件里面，工程设计过程中最常见的一种较为复杂的地质条件就是软土地基，尤其是出现在沿江、沿海以及沿湖的位置。所以在对公路进行软基处理的时候，要运用适合的材料。而土工合成材料是应用于岩土工程的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统称。所以被广泛的应用。
二、土工合成材料概述
土工合成材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格栅等。它的制造过程是首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。土工织物按制造方法可以分为有纺土工织物和无纺土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成。按照联接纤维的方法不同，可分为化学联接、热力联接和机械联接三种联接方式。
三、运用土工合成材料的方法及原理
1、合成材料法
在合成材料没有问世之前，最初在处理浅层软土地基时，在软土地基上铺设一层砂，称之为砂垫层，然后在其上铺筑路堤，或挖出部分软土，进行换填材料。在路堤填土和软土之间的砂砾垫层，可起到排水作用，其厚度一般为50cm。或者在软土层上，也可挖去一部分软土，再换填上砂垫层，以起到持力层作用。砂砾垫层横断面，一般为梯形，为减少砂砾垫层用量，亦可做三角形、梯形，甚至做成砂窗格式砂砾垫层以节省材料。用于砂垫层材料，宜采用无杂物的中、粗砂，含泥量应小于3%;也可采用天然级配砂砾料，其最大粒径应小于50mm，砾石强度不低于四级。砂垫层应比路基边脚宽出500-1000mm，两侧宜用片石护砌，或采用其他方式防护。铺筑时应分层铺筑分层碾压，避免粒料离析，以达到规定的压实度。然而，随着土工材料问世，砂砾垫层和土工格栅、土工布联合应用，在处理浅层地基上，收到良好的效果，得到了广泛的应用。土工材料作为一种新材料问世，使软土地层处理技术迈上一个新台阶。土工材料不是一种单独承重材料，它必须与传统的处理方法相结合，才能收到事半功倍的效果。特别是土工格栅、加筋带、土工布等产品，它们与砂垫层、路基填筑联合作用，才能在提高路堤强度和稳定性方面发挥重要作用。
2、格栅材料法
在公路上，无论处理浅层软土地基，还是深层软土地基时，都广泛使用土工格栅材料。这种材料是在挤压制成的塑料板材上，成排的冲上孔洞，然后，采取单向或双向拉伸。单向拉伸制成椭圆形孔和单向肋条，则为单向拉伸格栅。双向拉伸成为正方圆角形孔和双向肋条，称为双向拉伸格栅。经过冲孔的塑料板，经过拉拔作用使聚合物分子重新排列，加强了分子之间的联结力，提高了材料抗拉强度5—10倍。为此，用聚烯烃套把芯材纤维套上，组成筋带并拉紧产生预应力，又提高了其抗拉强度，把两组这样的筋带用在交叉处熔接上，组成筋带格栅，或称经编粘焊土工格栅。土工格栅根据制作材料不同，有单向塑料土工格栅、单向钢塑土工格栅、玻璃纤维和涤纶土工格栅。无论哪种土工格栅埋在土和砂中，作为路堤加筋带，土和砂嵌入土工格栅的孔眼中，比土工织物与土砂之间摩擦系数增大80%—90%，能显著地提高路堤整体强度和稳定性。
3、钢塑复合土工格栅
钢塑复合土工格栅，以钢丝（或其他纤维），经特殊处理，与聚乙烯（PE），并添加其他助剂，通过挤出使之成为复合型抗拉条带，且表面有粗糙压纹。由此单带纵、横按一定间距编织或夹合排列，采用特殊强化粘接的熔焊技术焊接其交接点而成为加筋土工格栅。由钢塑复合拉筋带，按平面经纬成直角，经超声波焊接成型的土工合成材料。由于其抗拉强度大、延伸率低、蠕变小，对土体有较强的嵌锁、咬合作用，它能有效地对软土地基和陡坡路堤进行处理，约束土体的侧向位移，克服土体的不均匀沉降，极大程度地增强地基的承载能力，提高基础的整体性能。适用于各种情况下的地基加固增强措施。
4、土工合成材料作用机理
在砂垫层中间，铺设一层具有一定强度的土工合成材料，进而使土工合成材料与砂垫层组成的复合体能承受较大拉力，增加了地基土的抗剪强度，提高了路堤的稳定性，同时复合体具有一定的刚度，使上部荷载得到有效地调整，减少土体各部位的沉降差异、提高路堤受力均匀度。由于土工格栅和砂砾垫层组成的复合整体，能承受较大拉力，地基受力变小而均匀，不仅减少了路堤不均匀沉降，而且还可减少地基的总沉降，适应路堤的快速填筑，而荷载的迅速增加，加快了软土的固结作用，从而使沉降加快，减少后期沉降，形成一种良性循环。
四、土工合成材料在公路软基处理中的应用
1、加筋补强作用
机织土工织物或土工栅格对软土的加筋补强作用主要体现在水平加筋上。复合地基中，机织土工织物或土工栅格主要处于受拉状态下，在产生拉伸应力的同时，对土体产生了一个类似于侧向约束压力的作用，使得复合土体具有较高的抗剪强度和变形模量。也就是说由于机织土工织物或土工栅格有较高的强度和韧性等力学特性，且能紧贴于地基表面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当地基可能产生剪切破坏时，铺设的机织土工织物或栅格将阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。当受到集中荷载作用时，在较大的荷载作用下，高弹性模量的土工织物受力后将产生一部分垂直分力，抵消部分荷载。
2、排水固结作用
塑料排水带或袋装砂井内部具有排水通道间，具有良好的三维透水性，能使水沿内部的排水通道迅速流出，还可使水经过它们的平面迅速沿水平方向排走。构成水平排水层土工织物与其它排水材料（塑料排水板）共同构成的排水系统，可加速软土地基的排水固结，提高地基承载力等。 3、对于不良地基公路的施工
（1）施工放样
施工前放出线路中心桩、原地面高程、路基边线路基坡脚加宽0.5m，并撒出白灰线，控制铺筑土工格栅的宽度。
（2）土工格栅铺设
第一层砂垫层碾压完毕后，经监理工程师检验合格后铺设土工格栅。施工用的土工格栅为双向钢塑土工格栅，土工格栅的屈服力、伸长率及外形尺寸，符合设计要求，其存放、运输满足规范规定。铺设土工格栅前，应将场地平整好，清除碎块石等坚硬凸出物。铺设时，应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向，网与网之间搭接20cm，横向搭接30cm，并在接头上每隔2m钉一枚钉，使一幅格栅网形成一个整体。土工格栅上第一层填料摊铺压实时，采用轻型推土机或装载机碾压。当填料填筑厚度大于60cm后，才能采用重型压路机。一切车辆、施工机械只容许沿路堤轴线方向行驶。填筑时沿土工格栅两侧边缘轻卸填料，形成施工便道，再由两侧向中心平行于路堤中心对称填筑。
（3）施工主要技术控制措施
距离土工格栅8cm以内的路堤填料，其最大粒径不得超过6cm。用人工配合平地机和压路机整平铺设土工格栅的路基表面，确保路基表面平整度小于10mm，表面严禁有碎、块石等坚硬凸出物，以免对土工格栅造成损害。土工格栅铺设过程中，在有褶皱的地方用人工拉紧，必要时采用插钉等措施固定土工格栅于填土层表面。土工格栅摊铺以后，立即进行路基填筑，避免在阳光下长时间直接曝晒。一般情况下间隔时间不应超过48h;路基填筑过程中，严禁将石料直接抛落于土工格栅上，严禁机械设备直接在土工格栅上进行作业。路基填料应分层摊铺、分层碾压，所选填料及压实标准，应达到设计和规范要求。砂垫层的材料为中砂及粗砂，含泥量不大于3%，砂垫层的宽度要适当大于路堤底宽，一般两侧各宽出0.5m左右，以防止在施工过程中由于施工机械的破坏影响垫层的有效作用。砂垫层施工时，要将砂加密到设计要求的密实度（95%），加密的方法有平振、夯实、插振、碾压法等。砂垫层要无明显粗、细粒料分离，最大粒径不宜大于5cm。
五、土工合成材料在公路软基处理中的设计
某公路全长60km，要求设计为双向四车道，路面宽度为25.0m，设计速度为75km/h，由于该公路主要以软土地基为主，并且该地层从上到下为软可塑性亚粘土、砂性土，其中，顶部软可塑性粘土的厚度为1.0～1.5m，沿线分布有几段高边坡。因此，针对该公路的设计，由于路基设计主要包括整体式路基和分离式路基等两部分，在整体式路基设计中，行车道的宽度应为2×2×3.75，中间带应为4m，硬路肩应为6m;然而，对于分离式路基设计，在隧道出入口的软土路基设计中一般采用该方法，其中，单幅路基的宽度应为12.5m，行车道宽度应为2×3.75m，路肩的宽度应为3m。
另外，由于该公路工程设计在路线纵横向填挖交界处容易出现路基开裂或路基滑移的现象，因此，为了减少路基沉降等问题的发生，应根据标准规范的要求挖台阶填筑，在路线纵向填挖交界处设置2层TGDG50土工格栅，，在沥青面层内设置1层玻璃纤维土工格栅，并采用U型锚钉锚固的方式进行预拉，以保证该路段的纵横向交界处处理涉及到位。
六、结束语
公路工程中软基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，对道路成不同程度的危害，具体施工还要根据工地的实际情况来选用，有时几种方法可以交替或一起使用。
参考文献：
[1]张里中、张媛媛;土工格栅在软土地基处理中的运用;公路;2009年8期
[2]宋丽.土工格栅处理软基施工[J].内蒙古公路与运输，2011，（1）：35-36.
[3]肖雄杰.深厚软土地基处理与路基设计实例分析[J].建材世界，2012，02：55-59.
[4]高龙飞.深厚软土地区路基沉降特性及控制方法研究[D].北京交通大学，2013.
关键词：土工合成材料;公路软基处理;应用与设计
一、前言
现如今道路路基建设工程中，常常会出现各种各样由于复杂地质条件导致的问题，这大量不良的地质条件里面，工程设计过程中最常见的一种较为复杂的地质条件就是软土地基，尤其是出现在沿江、沿海以及沿湖的位置。所以在对公路进行软基处理的时候，要运用适合的材料。而土工合成材料是应用于岩土工程的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统称。所以被广泛的应用。
二、土工合成材料概述
土工合成材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格栅等。它的制造过程是首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。土工织物按制造方法可以分为有纺土工织物和无纺土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成。按照联接纤维的方法不同，可分为化学联接、热力联接和机械联接三种联接方式。
三、运用土工合成材料的方法及原理
1、合成材料法
在合成材料没有问世之前，最初在处理浅层软土地基时，在软土地基上铺设一层砂，称之为砂垫层，然后在其上铺筑路堤，或挖出部分软土，进行换填材料。在路堤填土和软土之间的砂砾垫层，可起到排水作用，其厚度一般为50cm。或者在软土层上，也可挖去一部分软土，再换填上砂垫层，以起到持力层作用。砂砾垫层横断面，一般为梯形，为减少砂砾垫层用量，亦可做三角形、梯形，甚至做成砂窗格式砂砾垫层以节省材料。用于砂垫层材料，宜采用无杂物的中、粗砂，含泥量应小于3%;也可采用天然级配砂砾料，其最大粒径应小于50mm，砾石强度不低于四级。砂垫层应比路基边脚宽出500-1000mm，两侧宜用片石护砌，或采用其他方式防护。铺筑时应分层铺筑分层碾压，避免粒料离析，以达到规定的压实度。然而，随着土工材料问世，砂砾垫层和土工格栅、土工布联合应用，在处理浅层地基上，收到良好的效果，得到了广泛的应用。土工材料作为一种新材料问世，使软土地层处理技术迈上一个新台阶。土工材料不是一种单独承重材料，它必须与传统的处理方法相结合，才能收到事半功倍的效果。特别是土工格栅、加筋带、土工布等产品，它们与砂垫层、路基填筑联合作用，才能在提高路堤强度和稳定性方面发挥重要作用。
2、格栅材料法
在公路上，无论处理浅层软土地基，还是深层软土地基时，都广泛使用土工格栅材料。这种材料是在挤压制成的塑料板材上，成排的冲上孔洞，然后，采取单向或双向拉伸。单向拉伸制成椭圆形孔和单向肋条，则为单向拉伸格栅。双向拉伸成为正方圆角形孔和双向肋条，称为双向拉伸格栅。经过冲孔的塑料板，经过拉拔作用使聚合物分子重新排列，加强了分子之间的联结力，提高了材料抗拉强度5—10倍。为此，用聚烯烃套把芯材纤维套上，组成筋带并拉紧产生预应力，又提高了其抗拉强度，把两组这样的筋带用在交叉处熔接上，组成筋带格栅，或称经编粘焊土工格栅。土工格栅根据制作材料不同，有单向塑料土工格栅、单向钢塑土工格栅、玻璃纤维和涤纶土工格栅。无论哪种土工格栅埋在土和砂中，作为路堤加筋带，土和砂嵌入土工格栅的孔眼中，比土工织物与土砂之间摩擦系数增大80%—90%，能显著地提高路堤整体强度和稳定性。
3、钢塑复合土工格栅
钢塑复合土工格栅，以钢丝（或其他纤维），经特殊处理，与聚乙烯（PE），并添加其他助剂，通过挤出使之成为复合型抗拉条带，且表面有粗糙压纹。由此单带纵、横按一定间距编织或夹合排列，采用特殊强化粘接的熔焊技术焊接其交接点而成为加筋土工格栅。由钢塑复合拉筋带，按平面经纬成直角，经超声波焊接成型的土工合成材料。由于其抗拉强度大、延伸率低、蠕变小，对土体有较强的嵌锁、咬合作用，它能有效地对软土地基和陡坡路堤进行处理，约束土体的侧向位移，克服土体的不均匀沉降，极大程度地增强地基的承载能力，提高基础的整体性能。适用于各种情况下的地基加固增强措施。
4、土工合成材料作用机理
在砂垫层中间，铺设一层具有一定强度的土工合成材料，进而使土工合成材料与砂垫层组成的复合体能承受较大拉力，增加了地基土的抗剪强度，提高了路堤的稳定性，同时复合体具有一定的刚度，使上部荷载得到有效地调整，减少土体各部位的沉降差异、提高路堤受力均匀度。由于土工格栅和砂砾垫层组成的复合整体，能承受较大拉力，地基受力变小而均匀，不仅减少了路堤不均匀沉降，而且还可减少地基的总沉降，适应路堤的快速填筑，而荷载的迅速增加，加快了软土的固结作用，从而使沉降加快，减少后期沉降，形成一种良性循环。
四、土工合成材料在公路软基处理中的应用
1、加筋补强作用
机织土工织物或土工栅格对软土的加筋补强作用主要体现在水平加筋上。复合地基中，机织土工织物或土工栅格主要处于受拉状态下，在产生拉伸应力的同时，对土体产生了一个类似于侧向约束压力的作用，使得复合土体具有较高的抗剪强度和变形模量。也就是说由于机织土工织物或土工栅格有较高的强度和韧性等力学特性，且能紧贴于地基表面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当地基可能产生剪切破坏时，铺设的机织土工织物或栅格将阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。当受到集中荷载作用时，在较大的荷载作用下，高弹性模量的土工织物受力后将产生一部分垂直分力，抵消部分荷载。
2、排水固结作用
塑料排水带或袋装砂井内部具有排水通道间，具有良好的三维透水性，能使水沿内部的排水通道迅速流出，还可使水经过它们的平面迅速沿水平方向排走。构成水平排水层土工织物与其它排水材料（塑料排水板）共同构成的排水系统，可加速软土地基的排水固结，提高地基承载力等。 3、对于不良地基公路的施工
（1）施工放样
施工前放出线路中心桩、原地面高程、路基边线路基坡脚加宽0.5m，并撒出白灰线，控制铺筑土工格栅的宽度。
（2）土工格栅铺设
第一层砂垫层碾压完毕后，经监理工程师检验合格后铺设土工格栅。施工用的土工格栅为双向钢塑土工格栅，土工格栅的屈服力、伸长率及外形尺寸，符合设计要求，其存放、运输满足规范规定。铺设土工格栅前，应将场地平整好，清除碎块石等坚硬凸出物。铺设时，应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向，网与网之间搭接20cm，横向搭接30cm，并在接头上每隔2m钉一枚钉，使一幅格栅网形成一个整体。土工格栅上第一层填料摊铺压实时，采用轻型推土机或装载机碾压。当填料填筑厚度大于60cm后，才能采用重型压路机。一切车辆、施工机械只容许沿路堤轴线方向行驶。填筑时沿土工格栅两侧边缘轻卸填料，形成施工便道，再由两侧向中心平行于路堤中心对称填筑。
（3）施工主要技术控制措施
距离土工格栅8cm以内的路堤填料，其最大粒径不得超过6cm。用人工配合平地机和压路机整平铺设土工格栅的路基表面，确保路基表面平整度小于10mm，表面严禁有碎、块石等坚硬凸出物，以免对土工格栅造成损害。土工格栅铺设过程中，在有褶皱的地方用人工拉紧，必要时采用插钉等措施固定土工格栅于填土层表面。土工格栅摊铺以后，立即进行路基填筑，避免在阳光下长时间直接曝晒。一般情况下间隔时间不应超过48h;路基填筑过程中，严禁将石料直接抛落于土工格栅上，严禁机械设备直接在土工格栅上进行作业。路基填料应分层摊铺、分层碾压，所选填料及压实标准，应达到设计和规范要求。砂垫层的材料为中砂及粗砂，含泥量不大于3%，砂垫层的宽度要适当大于路堤底宽，一般两侧各宽出0.5m左右，以防止在施工过程中由于施工机械的破坏影响垫层的有效作用。砂垫层施工时，要将砂加密到设计要求的密实度（95%），加密的方法有平振、夯实、插振、碾压法等。砂垫层要无明显粗、细粒料分离，最大粒径不宜大于5cm。
五、土工合成材料在公路软基处理中的设计
某公路全长60km，要求设计为双向四车道，路面宽度为25.0m，设计速度为75km/h，由于该公路主要以软土地基为主，并且该地层从上到下为软可塑性亚粘土、砂性土，其中，顶部软可塑性粘土的厚度为1.0～1.5m，沿线分布有几段高边坡。因此，针对该公路的设计，由于路基设计主要包括整体式路基和分离式路基等两部分，在整体式路基设计中，行车道的宽度应为2×2×3.75，中间带应为4m，硬路肩应为6m;然而，对于分离式路基设计，在隧道出入口的软土路基设计中一般采用该方法，其中，单幅路基的宽度应为12.5m，行车道宽度应为2×3.75m，路肩的宽度应为3m。
另外，由于该公路工程设计在路线纵横向填挖交界处容易出现路基开裂或路基滑移的现象，因此，为了减少路基沉降等问题的发生，应根据标准规范的要求挖台阶填筑，在路线纵向填挖交界处设置2层TGDG50土工格栅，，在沥青面层内设置1层玻璃纤维土工格栅，并采用U型锚钉锚固的方式进行预拉，以保证该路段的纵横向交界处处理涉及到位。
六、结束语
公路工程中软基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，对道路成不同程度的危害，具体施工还要根据工地的实际情况来选用，有时几种方法可以交替或一起使用。
参考文献：
[1]张里中、张媛媛;土工格栅在软土地基处理中的运用;公路;2009年8期
[2]宋丽.土工格栅处理软基施工[J].内蒙古公路与运输，2011，（1）：35-36.
[3]肖雄杰.深厚软土地基处理与路基设计实例分析[J].建材世界，2012，02：55-59.
[4]高龙飞.深厚软土地区路基沉降特性及控制方法研究[D].北京交通大学，2013.