浅谈土工合成材料在路基工程中的应用一.改善路基工作性能简介路基路面是公路工程的主要组成部分，其中，铁路路基是轨道的基础，是经过开挖或填筑而形成的土工建筑物，其主要作用是满足轨道的铺设、承受轨道和列车产生的荷载、提供列车运营的必要条件；公路路基是路面的基础，它承受着本身土体的自重和路面结构的重量，同时还承受由路面传递下来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。
为了保证公路、铁路最大限度地满足车辆运行的要求，提高车速、增强安全性和舒适性，降低运输成本和延长线路的使用年限，路基要满足承载能力、稳定性和耐久性的要求。
路基是一种线性结构物，具有线路长、与大自然接触面广的特点，其稳定性在很大程度上由当地自然条件决定。
所以，路基的稳定性与地理条件、地质条件、气候条件、水文条件和水温地质条件以及与土的类别有紧密关系。
长期以来，我国的路基建设中没有把它作为一种土工结构物对待，造成路基填料质量不好，导致基床翻浆冒泥、下沉，边坡坍滑，滑坡等路基病害。
如黄泛区粉土路基经常遭遇水害；北方一些地区的铁路和公路路基由于填筑了一些冻涨敏感性土，冬季产生冻涨，春季产生翻浆，给线路正常运营造成危害。
这些情况影响着线路的正常运营以及后续的重载和提速，制约着线路的发展。
随着我国经济的迅猛发展，交通量显著逐年增加，因此，交通运营对路基的要求相对提高。
为此，我国的相关部门对《标准》（97）的规定适当做了调整，其中提高了路基压实度标准等一些措施，缓和了交通需求的矛盾。
为了改善路基的工作性能，新材料得到了大量的应用，土工合成材料（土工格栅、土工格室、土工布、土工膜、工业保温材料如ERS、XPS等）在路基支挡结构、排水设施、基底处理、特殊土路基等方面得到了大量的应用。
土工合成材料是岩土工程领域中的一种新型建筑材料，是由聚合物形成的纤维制品的总称。
人工聚合物应用于土建工程是在20世纪30年代末，土工合成材料开始应用于海岸护坡工程；直到20世纪70年代，由于无纺织物的推广，土工合成材料才以很快的速度发展起来，从而在岩土工程学科中形成一个重要的分支。
土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。
作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体的内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。
土工合成材料有土工织物、土工膜、土工合成材料和土工复合材料等，其中土工特种材料包括土工格栅、土工模袋、土工带、土工网、土工网垫、土工织物膨润土垫和聚苯乙烯泡沫塑料等。
二.土工材料的工作机理及工程应用实例（一）土工格栅1、土工格栅概论土工格栅作为一种高强度土工合成材料(应用在土木工程的各种纤维织物的统称)，是高密度聚乙烯等高分子聚合物的片材，在一定温度条件下，经过挤板雕延、冲孔、拉伸、冷却、定型形成的片网状结构物。
它们具有变形模量大、抗拉强度高、耐腐蚀、扰老化、与土颗粒间磨擦系数大、连锁作用强的特点。
将土工格栅置于士体内.作为软基处理的加固加强材料可以增强地基承载能力，改善土体整体受力条件，提高稳定性。
2、常用的土工格栅常用的土工格栅有塑料土工格栅、经编土工格栅和玻璃纤维土工格栅。
它们的生产工艺、制造原材料以及物理力学性质指标各有不同。
（1）塑料士工格栅塑料土工格栅是目前建设工程上运用最广泛的产品。
塑料土：L 格栅在经挤压制出的聚合物板上冲孔，然后拉伸制成土工格栅。
有以下性能：力学性能：由于制造过程中经过了定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加强了分了之间的联结力，大大提高了其抗拉强度。
运用中填料在网格内互锁力，增加了它们之间的磨擦力。
耐久性能：土工格栅原材料参有炭黑等抗老化材料.这种材料有耐酸、耐碱、耐腐蚀抗老化的耐久性。
塑料土工格栅分为单向土工格栅和双向土工格栅。
单向土工格栅由于加工成型时只有轴向拉伸，故只有承受轴向拉力。
其工程性能如下：①增强路基承载能力。
有效分配荷载，增强土体受力性能，提高填料的稳定性和承载能力。
②约束路基侧向变形，减少不均匀沉降.有效地防止土体的断裂。
③适应性强。
适应各种士体材料。
④双向土工格栅双向土工格栅纵向和横向较大的拉伸强度与单向土工格栅比较，双向都能受力，用于加筋时双向受力均匀分布。
其整体性能比单向好。
（2）经编土工格栅经编土工格栅以高强度纤维或涤纶为原材料，经过经纬双轴向经编制机织成为双轴向经编网格。
经编土工格栅工程性能优良，抗拉强度60KN／M以上。
延伸率小，抗撕裂强度大。
纵横向强度差异小，变形均匀。
（3）玻璃纤维土工格栅玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维或涤纶为原料经过经编工艺形成的网状材料。
它有以下特点:玻璃土工格栅抗拉强度达l00KN／M，高于强经编土工格栅。
玻璃土工格栅不易发生蠕变，可保证长期使用。
玻璃土工格栅高温下稳定性好，用于沥青路面摊铺时，热沥青温度下不受影响。
嵌锁性能好。
在道路罩面中性能起到骨架作用。
沥青砼穿过玻璃纤维土工格栅，形成复合结构，从而提高承载能力。
（4）三种土工格栅的技术特点及运用范围(见表1)。
ⅰ.加筋原理ⅰ.Ⅰ加筋土的变形土工格栅用于道路软基处理，其中土工格栅起到承受土体产生的侧向压力，同时填料借助于加筋物件来保证稳定。
图1反映了土体的变形特征。
未加筋的土单元在竖向荷载作用下，产生变形和侧向膨胀。
随着荷载加大，侧向膨胀也越米越大，最终破坏。
加筋在受到相同的竖向压力时，由于受到拉筋与土体的摩擦力作用，使土体的侧向膨胀拉力传递给拉筋。
侧向膨胀拉力受到制约，相当于从侧向给土体一个静止压力。
当这个静止的压力与竖向压力相等时，使侧向变形等于零。
设定侧向变形等于零主要是由三个部分组成。
①土工格栅对填料的咬合和嵌固作用力。
②填料之间在土工格栅孔隙处的磨擦力。
③土工格栅各表面与填料之间的磨擦力。
有拉拔试验说明，土工格栅的孔眼对填料的咬合嵌固作用足主要作用。
单孔土工格栅拉拔测出的值是直剪磨擦值的1.1-1.4倍，说明加筋土中使土体侧向变形等于零的设定是成立的。
ⅱ.Ⅱ加筋土的滑动形式软土加筋的稳定一般有：①填土的局部平衡破坏，外部表观为路基沿加筋格栅表面横向直接水平裂开或局部滑动。
②地基整体失稳，外部表观为路基同时横向位移和竖向沉陷。
路堤外沉地面隆起，路堤深层滑动。
软土的加筋路堤可能导致下部软土直接滑动。
软土的抗剪强度在路堤坡脚和路肩之间的部位发生作用。
③如果加筋足够完全抵消填土之间的侧向应力，它将完全可以抵消这种滑动形式的驱动力。
图1 加劲土变形特征3、土工格栅的力学性质利用土工格栅的强度高、韧性好的力学性能，分散荷载，增大土体的刚度模量而改善土体。
当软基可能产生冲切(楔入)破坏时，铺设的土工格栅将阻止破坏面的出现，提高软基承载力.当软基可能产生很大变形时，铺设的土工格栅由于其承受拉力和与土摩擦作用而增大侧向限制，阻止侧向挤出，减小侧向变形，增大地基的稳定性.其承受拉力而产生的支承和减小侧向挤出的效果，如图2所示.各个受力分量可描述为：b N rD N rT b T acN P q f q c c s +++=+βθsin 2，图2 土工格栅受力示意图式中：c s P +为地基极限承载力；α、β为软基的形状系数，可取α=1.0、β=0.5；C 为土的粘聚力；c N 、q N 为与内摩擦角有关的承载力系数，一般取c N =5.3、q N =1.4；b 为基础宽度；T 为土工格栅的拉力；θ为软基边缘与土工格栅的倾斜角，一般取θ=10°；R 为假想圆的半径，一般等于3m ；r 为土的容重；f D 为填土下沉及侧向隆起量。
第一项为原软基极限承载力；第二项为地基在荷载作用下沉降使土工格栅承受拉力所产生的效应；第三项为土工格栅阻止隆起而产生的平衡镇压作用效应；第四项为隆起产生的深埋效应(可略去)。
（2）土工格栅在软基处理中运用的例子1、工程实例简介安徽某高速公路第六标段是国家高速公路网的一段，本项目建设标准为双向四车道山岭重丘区高速公路，设计行车速度100公里/小时。
K28+120～K28+480原地表处于鱼塘或污水塘中，排干塘水后，表层为淤泥及腐植土，层厚0.8～1.5 m ，需全部清除后换填细砂。
腐植土下为淤泥，灰黑色，软塑态，层厚16.8～18.0 m ；下为淤泥质亚粘土层，浅黄黑色，软塑态，层厚5～7 m ；然后下卧中砂层，褐黄色，中密态，厚度5.7 m 。
K28+120～K28+480里程段地基承载力不符合设计要求，且该里程段K28+120的小里程方向连接该项目某大桥的桥台，为路桥衔接段，故原设计施工图为铺设两层土工格栅来改善路基填料的受力性能，保证路基的整体稳定性，减小不均匀沉降。
铺设结构层如图3所示。
路基填筑层第二层土工格栅第二层级配砂砾石第一层土工格栅第一层级配砂砾石处理后底基层图3 铺设土工格栅构造层2、施工要点(1)土工格栅铺没前，先对土工格栅下承层进行整平，使土工格栅与下承层接触密实。
(2)铺设土工格栅时，土工格栅问要拉直平顺。
(3)土工格栅的纵横问接缝用聚乙烯扎扣连接，扎扣为双排问距20cm。
(4)土工格栅问搭接宽度不小于50cm。
(5)铺好的土工格栅每隔1.5～2 m用U型钉锚固.(6)多层土工格栅上下接缝交替错开，错开长度不小于50cm，层距填砂路堤为50 cm，填土路堤不小于30cm。
(7)土工格栅铺设时，台后土工格栅沿路堤横向铺没，台前沿路堤纵向铺没。
(8)土工格栅铺没后，经自检合格及监理检验合格后，立即进行路基填筑施工，不能让土工格栅长时间在阳光下曝晒，防止土工格栅老化变形。
(9)土工格栅上进行路基填筑时，严禁施工机械在已施工的土工格栅上行驶。
3、测试结果分析(1)沉降观测值。
沉降观测设置为桥台位置各设置一组观测断面，每组观测断面没置三块沉降板，即路基中心一块，距中心13.5 m处各设置一块.两座桥台处理沉降观测结果如表2。
沉降观测汇总表2从沉降观测结果可知铺设土工格栅后，使路基上部填土有一个整体性减少了软基因局部应力过大而产生的破坏，并且整幅路基软基沉降也比较均匀。
因此路基稳定性较好，增大了路基填筑速率，在保证路基稳定的前提下，缩短了施工工期，而且铺设土工格栅后，在沉降速率达25 mm／d及水平位移速率达11mm／d时，仍然保证路基的稳定。
(2)孔隙水压力观测。
在中心沉降板附近，埋设孔压力计4支，埋设深度分别为3.0 m、6.0 m、9.0 m及15.0 m.随路基填筑施工观测孔压的变化情况，及时了解软基孔隙水的消散情况，以及软基承载力的变化情况.孔压观测资料汇总见表3。
表三孔隙水压观测资料汇总表由孔隙水压力观测资料可知，孔隙水随路基填筑的荷载作用下迅速消散，提高了软基的承载能力，孔压的消散，加快了软基的固结度，也有利于路基填筑加载速率的提高。
三．结论(1)桥头路基两侧设置宽20 m，高3.0 m反压护道，增加了路基的稳定性。
