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摘要：文章根据《公路土工合成材料应用技术规范》介绍了土工合成材料在软土路堤处理中稳定性简便计算方法及施工要点，软土路基经过加筋法处治后，路基承载力得到明显提高。
关键词：土工合成材料；路基处理；施工特点；计算
深圳位于大陆架最南端，北面靠山南面环海，西部为滨海平原，软土层广泛分布。改革开放三十多年来，经济发展迅猛，土工合成材料早已被应用到路基处理中，相较其他路基处理方法，土工合成材料加筋法在路基的抗撕裂、耐久性等性能方面具有较高优势,同时并具有具有施工简单、工期短、效果显著的特点。
一、加筋法及其应用条件
加筋法处治是在路堤底部铺设土工合成材料,以加强路堤抵抗地基不均匀
沉降的能力,主要适用于软土厚度较小、分布范围较广(＞100m)的路段。软土
厚度d＜3m,其下为稍密，中密狀卵砾石层或基岩,分布于开阔的冲积阶地或
剥蚀残积准平原中,连续分布长度l＞150m,可用此法处治。加筋法可避免大
面积的换填,处理效果较好,且利于环保。
由受力计算可知,筋带越靠下部对稳定性的贡献越大,这就是《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)第336条规定“土工合成材料应尽量设置于路堤底部”的原因；同时为了路堤排水条件良好和避免材料受不良化学物质侵蚀,第333条又规定了“材料不宜直接设置在原地面上”,因此加筋处理软基最好采用土工布+砂砾垫层+土工格栅(室)的形式。
二、土工合成材料加筋处理软基的机理
当路堤受到竖向荷载时会作竖向位移,土工合成材料就会产生一个轴向拉力,同时通过土工合成材料与软土地基的界面摩擦,对软地基施加了一个与轴向拉力同向的侧向约束力,限制土体的侧向变形,均化了地基应力的分布,限制了软土基的不均匀沉降,从而提高了软土基的承载力。
三、土工合成材料在路堤加筋处理中起到的作用
1.加筋
土工合成材料置于土体中,可以扩散土体的应力,传递拉应力,增加土体与筋材之间的摩阻力,限制土体的侧向位移,提高土体的稳定性。
2.隔离
土工布有效防止地基土与垫层粒料混杂,以免粒料挤入软地基中而加大沉降；同时其过滤了渗透上来的地下水中携带的泥浆成分,避免其污染砂粒垫层,削减砂粒间的咬合作用。
四、土工合成材料加筋路堤的稳定性简易计算
土工合成材料加筋路堤的稳定性包括地基与堤身的整体稳定性、堤身稳定性、平面滑动稳定性。各项稳定性的安全系数须符合相关规范要求,如地基为软基时,稳定安全系数应满足《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017)的有关规定。在各项稳定性验算时,均应考虑车辆荷载,车辆荷载应根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017)规定的方法计算。
1.路堤整体稳定性计算
加筋路堤整体稳定性,采用下式所示的圆弧条分法进行计算,且在计算时应假设若干个穿越地基土的滑弧,以求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。
式中: Wi：第i土条重(kN/m)；
Cqi、φqi：土条i 条底土体粘聚力(kPa)和内摩擦角(φ),由直剪快剪试验确定；
TGCJ：第j土条所受地震水平力(kN/m),按《公路工程抗震设计规范(JTJ004)计算。
其余符号意义如下图所示:
2.路堤堤身稳定性计算
加筋路堤的堤身稳定性,亦采用上式计算, 此时不考虑地震力；在计算时应在堤身范围内假定不同的滑弧,求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。
3.路堤的平面滑动稳定性计算
当堤下地基是浅层软弱土层或相对于路堤荷载浅层地基土强度较低时, 应验算加筋路堤的平面滑动稳定性。加筋路堤平面滑动表现为路堤与地基沿下卧硬土层顶面滑动和地基侧向挤出滑动。
3.1沿下卧硬土层顶面滑动的稳定性计算采用《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中的(3.4.6-1)式。
3.2地基土侧向挤出滑动的稳定性计算采用《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中的(3.4.6-2)式。
4．路堤锚固长度计算
《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)5.5.4条和《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)3.4.7条都指出路堤加筋应进行锚固长度的计算,要材料深入稳定土层中的锚固长度,不得小于按规范算出来的最小锚固长度Lm,土工合成材料的铺设长度L为滑动面内的长度Ls与锚固长度Lm之和。但在实际软基处理中应为全断面铺设,而不必考虑锚固长度的问题,因为软基稳定性计算时,特别应注意到滑动圆弧的对称性,通常计算成果中都只考虑滑动圆心在边坡左侧的情况,但边坡右侧应会发生相同情况,要兼顾考虑。路基全断面加筋, 路基的整体稳定才会有足够安全的保障,由此《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)的6.4.3.1条对此作了补充,要求按照路堤底宽全断面铺设, 具体设计、施工时应按此条执行。
5.加筋路堤的设计
土工合成材料加筋路堤的设计步骤如下:
5.1根据现场情况,《公路土工合成材料应用技术规范》( JTJ/T 019-98)的3.3.1条和图3.3.1-1~3.3.1-3拟定加筋材料铺设方式。
5.2根据加筋目的、位置初步确定加筋材料, 此材料应经过握持强度、刺破强度、梯形撕裂强度、CBR顶破强度等试验, 满足《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中3.3.1~3.3.5条的要求。
5.3根据规范中规定的原则:多层土工合成材料加筋路堤,各层土工合成材料之间的间距不宜小于一层填土最小压实厚度, 且宜≯≯60cm,初步确定加筋层间距和层数。
5.4根据《公路土工合成材料应用技术规范》式(3.4.4)计算整体稳定性,求得稳定系数最小值。如满足要求则进行第5步,否则调整铺设方式、加筋层间距、层数,重新选定加筋材料,再验算,至稳定系数最小值达到规范要求为止。
5.5在锚固长度方面最好选择全断面铺设,否则按规范的3.4.7条确定锚固长度。
5.6视地基情况按3.4.6条验算平面滑动稳定性,如满足要求则进行下一步,否则调整处治方案。
5.7完善边坡防护、排水等有关措施。
五、软基路堤加筋施工要点
1.铺垫砂砾垫层前需按规范清理表面并平整场地,不允许地表存在突出的硬物。
2.土工布在铺设时,应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向。曾有设计单位根据土工合成材料铺设试验结果分析认为:土工布在地基中的变形不超过1%,平铺而不张拉仅发挥材料强度的5%左右,这对材料功能发挥是一种巨大的浪费,说明了土工布的铺设应采取预应力张铺。预应力土工布张铺法是在土工布铺设时预先张拉,施工时用人工将其两端对拉绷紧,再将2m的回折部分用铆钉锚固在边坡上,在其上填筑时配合使用“U”型填筑法。这种做法符合土工布在地基中受力变形的规律,是一种值得提倡的做法, 实践的效果也比较好。
3.砂砾垫层为排水通道, 为了防止垫层石头刺破其上的土工布, 垫层不宜使用粒径过大的石头,宜用级配良好的粒径1~3cm砂砾,要求其含泥量＜3%,渗透系数为6×10-2~6×10-3cm/s,结合地基地面实际情况,砂砾垫层底面要求略向路基边缘倾斜,以利于排水,并以震动压路机碾压使之密实。
4.土工合成材料之间的联接应牢固。土工布的搭接方式比较简单,一般分平接缝、蝶型缝和丁型接缝等3种(见图2)。平接缝施工简便, 工程中采用较多；钉型接缝和蝶型缝施工相对复杂些,但由于用双道缝合线, 有较高的强度,且由于它们的折叠部位厚度较大,会更深入填料中,受拉力同時也受到填料对它的阻力, 从而能提供更大的抗拉力,而丁型接缝由于两块布缠叠在一起,应是最结实的接缝。土工格栅的搭接通常是用撕裂膜绑扎或U型柱钉锚固,撕裂膜的施工相对简便,但是搭接部位强度不高,所以重要工程应用U型柱钉锚固。土工合成材料在受力方向连接处的强度不得低于材料设计抗拉强度,且其叠合长度应≮15cm。
5.铺设土工合成材料的土层表面应平整,表面严禁有碎、块石等坚硬突出物；在距土工合成材料层8cm以内的路堤填料,其最大粒径≯6 cm。
6.土工合成材料铺设后应及时填筑填料,以避免其受到阳光过长时间的直接暴晒。一般情况下, 间隔时间不应超过48 h。
7.土工合成材料上的第一层填土摊铺宜采用轻型推土机或前置式装载机。一切车辆、施工机械只容许沿路堤的轴线方向行驶。
8.对软土地基, 应采用后卸式卡车沿加筋材料两侧边缘倾卸填料,以形成运土的交通道,并将土工合成材料两端压实。填料不允许直接卸在土工合成材料上面,必须卸在已摊铺完毕的土面上,再由推土机将土往前铺；卸土高度以≯1m为宜。卸土后应立即摊铺。填成施工便道后,再由两侧向中心平行于路堤中线对称填筑,宜保持填土施工面呈“U”形。第一层填料宜采用推土机或其他轻型压实机具进行压实；只有当已填筑压实的层厚＞60cm后,才能采用重型压实机械压实。软基上加筋路堤的填筑速率应符合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(TJ017)的有关规定。
9.加筋路堤的边坡防护应和路堤的填筑同步进行。在夏季施工防护工作,应及时对坡面的土工合成材料采取临时保护措施,以免土工合成材料被阳光长时间暴晒。
结语
土工合成材料加筋的软土路基处理方法具有工期短、施工方便、效果显著、耐久性较好、环保等特点, 具有很高的推广应用价值。
参考文献：
[1]JTJ/T019-98,公路土工合成材料应用技术规范[S].
[2]JTJ017,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].
[3]刘玉卓.公路工程软基处理[M].人民交通出版社,2004.
[4]杨仲元.软土地基处理技术[M].中国电力出版社,2009.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：土工合成材料；路基处理；施工特点；计算
深圳位于大陆架最南端，北面靠山南面环海，西部为滨海平原，软土层广泛分布。改革开放三十多年来，经济发展迅猛，土工合成材料早已被应用到路基处理中，相较其他路基处理方法，土工合成材料加筋法在路基的抗撕裂、耐久性等性能方面具有较高优势,同时并具有具有施工简单、工期短、效果显著的特点。
一、加筋法及其应用条件
加筋法处治是在路堤底部铺设土工合成材料,以加强路堤抵抗地基不均匀
沉降的能力,主要适用于软土厚度较小、分布范围较广(＞100m)的路段。软土
厚度d＜3m,其下为稍密，中密狀卵砾石层或基岩,分布于开阔的冲积阶地或
剥蚀残积准平原中,连续分布长度l＞150m,可用此法处治。加筋法可避免大
面积的换填,处理效果较好,且利于环保。
由受力计算可知,筋带越靠下部对稳定性的贡献越大,这就是《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)第336条规定“土工合成材料应尽量设置于路堤底部”的原因；同时为了路堤排水条件良好和避免材料受不良化学物质侵蚀,第333条又规定了“材料不宜直接设置在原地面上”,因此加筋处理软基最好采用土工布+砂砾垫层+土工格栅(室)的形式。
二、土工合成材料加筋处理软基的机理
当路堤受到竖向荷载时会作竖向位移,土工合成材料就会产生一个轴向拉力,同时通过土工合成材料与软土地基的界面摩擦,对软地基施加了一个与轴向拉力同向的侧向约束力,限制土体的侧向变形,均化了地基应力的分布,限制了软土基的不均匀沉降,从而提高了软土基的承载力。
三、土工合成材料在路堤加筋处理中起到的作用
1.加筋
土工合成材料置于土体中,可以扩散土体的应力,传递拉应力,增加土体与筋材之间的摩阻力,限制土体的侧向位移,提高土体的稳定性。
2.隔离
土工布有效防止地基土与垫层粒料混杂,以免粒料挤入软地基中而加大沉降；同时其过滤了渗透上来的地下水中携带的泥浆成分,避免其污染砂粒垫层,削减砂粒间的咬合作用。
四、土工合成材料加筋路堤的稳定性简易计算
土工合成材料加筋路堤的稳定性包括地基与堤身的整体稳定性、堤身稳定性、平面滑动稳定性。各项稳定性的安全系数须符合相关规范要求,如地基为软基时,稳定安全系数应满足《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017)的有关规定。在各项稳定性验算时,均应考虑车辆荷载,车辆荷载应根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017)规定的方法计算。
1.路堤整体稳定性计算
加筋路堤整体稳定性,采用下式所示的圆弧条分法进行计算,且在计算时应假设若干个穿越地基土的滑弧,以求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。
式中: Wi：第i土条重(kN/m)；
Cqi、φqi：土条i 条底土体粘聚力(kPa)和内摩擦角(φ),由直剪快剪试验确定；
TGCJ：第j土条所受地震水平力(kN/m),按《公路工程抗震设计规范(JTJ004)计算。
其余符号意义如下图所示:
2.路堤堤身稳定性计算
加筋路堤的堤身稳定性,亦采用上式计算, 此时不考虑地震力；在计算时应在堤身范围内假定不同的滑弧,求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。
3.路堤的平面滑动稳定性计算
当堤下地基是浅层软弱土层或相对于路堤荷载浅层地基土强度较低时, 应验算加筋路堤的平面滑动稳定性。加筋路堤平面滑动表现为路堤与地基沿下卧硬土层顶面滑动和地基侧向挤出滑动。
3.1沿下卧硬土层顶面滑动的稳定性计算采用《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中的(3.4.6-1)式。
3.2地基土侧向挤出滑动的稳定性计算采用《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中的(3.4.6-2)式。
4．路堤锚固长度计算
《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)5.5.4条和《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)3.4.7条都指出路堤加筋应进行锚固长度的计算,要材料深入稳定土层中的锚固长度,不得小于按规范算出来的最小锚固长度Lm,土工合成材料的铺设长度L为滑动面内的长度Ls与锚固长度Lm之和。但在实际软基处理中应为全断面铺设,而不必考虑锚固长度的问题,因为软基稳定性计算时,特别应注意到滑动圆弧的对称性,通常计算成果中都只考虑滑动圆心在边坡左侧的情况,但边坡右侧应会发生相同情况,要兼顾考虑。路基全断面加筋, 路基的整体稳定才会有足够安全的保障,由此《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)的6.4.3.1条对此作了补充,要求按照路堤底宽全断面铺设, 具体设计、施工时应按此条执行。
5.加筋路堤的设计
土工合成材料加筋路堤的设计步骤如下:
5.1根据现场情况,《公路土工合成材料应用技术规范》( JTJ/T 019-98)的3.3.1条和图3.3.1-1~3.3.1-3拟定加筋材料铺设方式。
5.2根据加筋目的、位置初步确定加筋材料, 此材料应经过握持强度、刺破强度、梯形撕裂强度、CBR顶破强度等试验, 满足《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中3.3.1~3.3.5条的要求。
5.3根据规范中规定的原则:多层土工合成材料加筋路堤,各层土工合成材料之间的间距不宜小于一层填土最小压实厚度, 且宜≯≯60cm,初步确定加筋层间距和层数。
5.4根据《公路土工合成材料应用技术规范》式(3.4.4)计算整体稳定性,求得稳定系数最小值。如满足要求则进行第5步,否则调整铺设方式、加筋层间距、层数,重新选定加筋材料,再验算,至稳定系数最小值达到规范要求为止。
5.5在锚固长度方面最好选择全断面铺设,否则按规范的3.4.7条确定锚固长度。
5.6视地基情况按3.4.6条验算平面滑动稳定性,如满足要求则进行下一步,否则调整处治方案。
5.7完善边坡防护、排水等有关措施。
五、软基路堤加筋施工要点
1.铺垫砂砾垫层前需按规范清理表面并平整场地,不允许地表存在突出的硬物。
2.土工布在铺设时,应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向。曾有设计单位根据土工合成材料铺设试验结果分析认为:土工布在地基中的变形不超过1%,平铺而不张拉仅发挥材料强度的5%左右,这对材料功能发挥是一种巨大的浪费,说明了土工布的铺设应采取预应力张铺。预应力土工布张铺法是在土工布铺设时预先张拉,施工时用人工将其两端对拉绷紧,再将2m的回折部分用铆钉锚固在边坡上,在其上填筑时配合使用“U”型填筑法。这种做法符合土工布在地基中受力变形的规律,是一种值得提倡的做法, 实践的效果也比较好。
3.砂砾垫层为排水通道, 为了防止垫层石头刺破其上的土工布, 垫层不宜使用粒径过大的石头,宜用级配良好的粒径1~3cm砂砾,要求其含泥量＜3%,渗透系数为6×10-2~6×10-3cm/s,结合地基地面实际情况,砂砾垫层底面要求略向路基边缘倾斜,以利于排水,并以震动压路机碾压使之密实。
4.土工合成材料之间的联接应牢固。土工布的搭接方式比较简单,一般分平接缝、蝶型缝和丁型接缝等3种(见图2)。平接缝施工简便, 工程中采用较多；钉型接缝和蝶型缝施工相对复杂些,但由于用双道缝合线, 有较高的强度,且由于它们的折叠部位厚度较大,会更深入填料中,受拉力同時也受到填料对它的阻力, 从而能提供更大的抗拉力,而丁型接缝由于两块布缠叠在一起,应是最结实的接缝。土工格栅的搭接通常是用撕裂膜绑扎或U型柱钉锚固,撕裂膜的施工相对简便,但是搭接部位强度不高,所以重要工程应用U型柱钉锚固。土工合成材料在受力方向连接处的强度不得低于材料设计抗拉强度,且其叠合长度应≮15cm。
5.铺设土工合成材料的土层表面应平整,表面严禁有碎、块石等坚硬突出物；在距土工合成材料层8cm以内的路堤填料,其最大粒径≯6 cm。
6.土工合成材料铺设后应及时填筑填料,以避免其受到阳光过长时间的直接暴晒。一般情况下, 间隔时间不应超过48 h。
7.土工合成材料上的第一层填土摊铺宜采用轻型推土机或前置式装载机。一切车辆、施工机械只容许沿路堤的轴线方向行驶。
8.对软土地基, 应采用后卸式卡车沿加筋材料两侧边缘倾卸填料,以形成运土的交通道,并将土工合成材料两端压实。填料不允许直接卸在土工合成材料上面,必须卸在已摊铺完毕的土面上,再由推土机将土往前铺；卸土高度以≯1m为宜。卸土后应立即摊铺。填成施工便道后,再由两侧向中心平行于路堤中线对称填筑,宜保持填土施工面呈“U”形。第一层填料宜采用推土机或其他轻型压实机具进行压实；只有当已填筑压实的层厚＞60cm后,才能采用重型压实机械压实。软基上加筋路堤的填筑速率应符合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(TJ017)的有关规定。
9.加筋路堤的边坡防护应和路堤的填筑同步进行。在夏季施工防护工作,应及时对坡面的土工合成材料采取临时保护措施,以免土工合成材料被阳光长时间暴晒。
结语
土工合成材料加筋的软土路基处理方法具有工期短、施工方便、效果显著、耐久性较好、环保等特点, 具有很高的推广应用价值。
参考文献：
[1]JTJ/T019-98,公路土工合成材料应用技术规范[S].
[2]JTJ017,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].
[3]刘玉卓.公路工程软基处理[M].人民交通出版社,2004.
[4]杨仲元.软土地基处理技术[M].中国电力出版社,2009.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。