土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場試驗研究

1、<p>　　土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場試驗研究</p><p>　　摘 要：土工合成材料的鋪設(shè)損傷是工程中廣泛關(guān)注的問題，文章總結(jié)了國內(nèi)現(xiàn)狀和國外研究成果，并結(jié)合工地現(xiàn)場試驗得出了結(jié)論：鋪設(shè)過程的機械損傷是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的主要原因，針對鋪設(shè)損傷所造成的強度降低指標(biāo)的研究具有重要實用價值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：土工合成材料；鋪設(shè)損傷；強度折減系數(shù)；現(xiàn)場試驗 <

2、;/p><p>　　土工合成材料鋪設(shè)損傷是加筋土工程中廣為關(guān)注的問題，國外研究結(jié)果表明：在路堤加筋工程中，壓實機械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的主要因素之一，相對于國外的深入研究，國內(nèi)對該領(lǐng)域的研究工作較少，用于指導(dǎo)工程實踐的研究成果更為缺乏，而隨著國內(nèi)高等級公路建設(shè)的不斷深入，公路穿越的不良地基也越來越復(fù)雜，導(dǎo)致土工合成材料用量急劇增加。因此，對土工合成材料鋪設(shè)損傷進行研究，已成為工程建設(shè)的一項迫切需求。本文依

3、托某高速公路擴建工程，對土工合成材料鋪設(shè)損傷進行了現(xiàn)場試驗研究，從而為土工合成材料鋪設(shè)損傷研究提供了現(xiàn)場試驗依據(jù)，對于進一步深入研究以及工程實踐，都具有重要的實際意義和參考價值。 </p><p>　　1 工程概況及現(xiàn)場試驗 </p><p>　　在某高速公路施工現(xiàn)場選擇一塊15m×4.5m的平坦的場地，去除表層雜草及腐殖土，用施工機械整平并用重型壓路機（本試驗采用徐州工程機械廠

4、生產(chǎn)的18t光輪壓路機）碾壓4～6遍，以前后兩次的碾壓不再出現(xiàn)明顯輪跡為止。 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場路堤施工所確定的松鋪系數(shù)，在壓實好的場地上用路基填筑材料鋪筑一定厚度的填料并壓實至30cm厚的下臥層，然后用壓路機進行碾壓，在碾壓初始不斷用人工來找平，下臥層的施工完全按照現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF10-2006）進行。 </p><p>　　將事先裁好的土工布和土工格柵

5、按試驗方案要求平鋪在已碾壓好的下臥層上，試樣的裁剪嚴(yán)格按照現(xiàn)行《公路土工合成材料試驗規(guī)程》（JTG E50-2006）進行。并用人工在上面鋪筑一定厚度的同一種填料，不同厚度之間保留0.5m的過度段，試驗段兩側(cè)填料各寬出土工合成材料1m，以保證合成材料上面填料的壓實度。本試驗采用壓實后10cm、20cm和30cm的不同對比厚度。鋪筑完畢后進行壓實，然后用灌砂法測定碾壓后的壓實度，所有的碾壓和試驗方法皆按現(xiàn)行有關(guān)公路技術(shù)規(guī)范進行。除地基外，

6、下臥層及上層填料的壓實度皆保證93%且最低碾壓次數(shù)不低于10次。 </p><p>　　圖1 現(xiàn)場鋪設(shè)試驗路段碾壓前照片 </p><p>　　本次試驗共用兩種填料，分別為礫類土（粗顆粒為花崗巖）和砂類土（粗顆粒為砂巖）。每種填料各做了壓實后10cm、20cm、30cm三種不同鋪設(shè)厚度的對比試驗，共做了5個不同廠家的 12塊試樣。除土工織物的每塊尺寸均為1.2m×1.2m外，其他

7、幾種土工格柵的鋪設(shè)用試樣尺寸分別為：A土工格柵0.8m×1.6m，B土工格柵的尺寸約為1m×1.8m，C土工格柵的尺寸為2.4m×3.6m。 </p><p>　　圖2 現(xiàn)場試驗路段碾壓后情況 </p><p><b>　　2 試驗結(jié)果分析 </b></p><p>　　為了解碾壓后土體顆粒粒徑變化，用四分法取試驗

8、前后不同碾壓厚度的礫類土各100kg左右進行篩分試驗，表1給出了砂巖砂類土的物理指標(biāo)，表2給出了花崗巖礫類土篩分后D50的變化值，圖3則給出了花崗巖礫類土未碾壓前及碾壓后的篩分曲線。 </p><p>　　圖3 花崗巖礫類土篩分試驗曲線 </p><p>　　由表2可以看出花崗巖礫類土經(jīng)碾壓后D50迅速降低，鋪設(shè)厚度越小，D50降低的也越小，30厚填料經(jīng)碾壓后，D50下降了近一半，由此可以

9、看出，土工合成材料在碾壓過程中所承受損傷也將相當(dāng)嚴(yán)重，圖4為試驗后塑料土工格柵照片。 </p><p>　　圖4 30cm花崗巖礫類土下B土工格柵 </p><p>　　壓實后10cm厚礫類土下的塑料土工格柵，掘出后共有7根斷肋，占整個肋數(shù)的21.8%，并有超過一半的粘結(jié)點出現(xiàn)滑動脫落；壓實后20cm厚花崗巖礫類土下的塑料土工格柵，亦有近一半的接點遭到破壞，但未發(fā)現(xiàn)斷肋，這說明20cm以上

10、礫類土的填筑厚度對土工格柵有較好的保護作用，但由此造成的損傷仍很明顯；壓實后30cm厚礫類土填料下的塑料土工格柵，亦未發(fā)現(xiàn)因碾壓而造成的斷肋現(xiàn)象，但遭到破壞的接點數(shù)亦近1/3，在此種填料和厚度下鋪設(shè)的兩塊土工織物，上層表面明顯的搓松起毛，特別是規(guī)格為250g/m2的土工織物，上表面破壞更為明顯，粗估其強度降低有一半左右，但與下臥層相接觸的下表面卻仍非常光滑，幾乎未有什么改變，由此可見下臥層的光滑和平整對于土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有一定影

11、響。同時，這兩塊土工織物經(jīng)鋪設(shè)碾壓后各有多處孔洞，比較嚴(yán)重的一塊有明顯10多處較大的孔洞。在30cm厚砂巖砂類土下鋪設(shè)的塑料土工格柵，外表無明顯變化，既無斷肋也無結(jié)點破壞。在該類填料下鋪設(shè)的兩塊土工織物，其下表面變化不大，但上表面亦被搓動起毛，這顯然會對土工織物的強度造成影響。由此可見，即便在土工合成材料上面鋪筑30cm厚的砂類土，其損</p><p>　　將鋪設(shè)前后的土工合成材料進行寬條樣拉伸，其中塑料土工格柵

12、亦應(yīng)用20cm的夾具，所得拉伸試驗結(jié)果見表3。 </p><p>　　注：強度折減系數(shù)為原始試樣最大拉伸強度與鋪設(shè)損傷后試樣的最大拉伸強度比值。 </p><p>　　由表3可以看出，兩種土工織物在砂巖砂類土下的強度折減系數(shù)都在1.5左右，而在花崗巖礫類土下的強度折減系數(shù)都大于2.0，亦即鋪設(shè)后最大拉伸強度損失了50%以上，由此可見，鋪設(shè)損傷對土工合成材料強度降低的影響非常顯著。 <

13、/p><p>　　針對單向粘結(jié)式C塑料土工格柵CATTDG40，現(xiàn)場還用花崗巖礫類土和砂巖砂類土做了壓實后10cm、20cm和30cm三種不同厚度的對比試驗，試驗所得的強度折減系數(shù)見表4。 </p><p>　　由上表可以看出，當(dāng)填料壓實后厚度為10cm時，試驗用土工合成材料強度降低極為明顯，這說明過薄的填料鋪設(shè)厚度會對土工合成材料產(chǎn)生嚴(yán)重損傷，國外研究結(jié)果表明：土工合成材料上面覆蓋15cm厚

14、的填料松鋪厚度是施工時的最低鋪設(shè)厚度，虛鋪厚度低于此值，土工合成材料鋪設(shè)損傷后強度將急劇下降。本次現(xiàn)場鋪設(shè)用18t重型振動壓路機，對以上兩種填料的有效壓實厚度皆在30cm左右，故當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在20cm左右時，塑料土工格柵仍承受了較大的鋪設(shè)損傷。由此可見：在路堤加筋工程中，當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在壓實機械有效壓實厚度附近時，不僅可有效利用壓實機械，而且對降低土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有重要意義，過薄的碾壓層厚不僅會導(dǎo)致施工機械的浪費，而且對土

15、工合成材料的強度保持也不利。 </p><p><b>　　3 結(jié)語 </b></p><p>　　通過土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場試驗，驗證了室內(nèi)模擬試驗結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性，也證明本文所得出的土工合成材料鋪設(shè)損傷折減系數(shù)建議值獲得了工程實踐驗證，該系數(shù)具有可推廣性和工程實用性。同時通過對不同鋪設(shè)厚度的現(xiàn)場鋪設(shè)損傷試驗結(jié)果進行分析表明，過薄的填料鋪設(shè)厚度會對土工合成材

16、料造成過大鋪設(shè)損傷，在加筋土工程施工中，根據(jù)填料和壓實機具類型合理確定出填料的有效攤鋪厚度，不僅可充分發(fā)揮壓實機具的有效性能，而且對于避免土工合成材料遭受過大的鋪設(shè)損傷具有重要意義。 </p><p>　　在路堤加筋工程中，壓實機械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的主要因素之一，歐美等發(fā)達國家通過研究發(fā)現(xiàn)，土工合成材料的最不利狀態(tài)是在施工鋪設(shè)階段，如果土工合成材料經(jīng)受得了施工鋪設(shè)過程中引起的應(yīng)力，那么也就能經(jīng)受使

17、用階段的應(yīng)力。由此可以看出鋪設(shè)損傷對土工合成材料工程應(yīng)用有著重要的影響。試驗結(jié)果不僅證明了鋪設(shè)損傷是導(dǎo)致土工合成材料強度降低的一個主要影響因素，同時也土工鋪設(shè)損傷的研究提供了重要的現(xiàn)場試驗依據(jù)。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 包承綱.土工合成材料應(yīng)用原理與工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2008. </p

18、><p>　　[2] 王正宏.ASTM有關(guān)土工合成材料的試驗標(biāo)準(zhǔn)，兼述我國的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[A].2009. </p><p>　　[3] 交通運輸部.公路工程土工合成材料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2006. </p><p>　　[4] 唐頌，鄧衛(wèi)東.土工合成材料蠕變老化及鋪設(shè)損傷試驗研究綜述[J].公路交通技術(shù)，2004（1）. </p><