土工合成材料在路基基床病害整治中的应用

钱成兴

(中铁七局武汉公司)

1 铁路路基病害的类型和原因

基床病害往往是有多方面不利因素造成的，应根据成因对症下药，彻底根治，切不可头痛一头，脚痛医脚。

实践经验表明，基床病害整治的成败很大程度上取决于整治方案，几种病害同时存在时尤其突出，而合理方案的诞生来源于对病害路段全面系统的调查研究。因此，在确定基床病害整治方案前，应收集病害地区的地质、水文资料，考察病害地段的排水系统，调查了解病害的发生发展过程，并选取代表性土质进行物理力学性质的试验，最后根据成因确定相应的整治方案。

2 土工合成材料路基基床病害的整治中的应用

土工合成材料在岩土工程中的应用始于50年代，由于其原料丰富、轻质高强、耐腐蚀等优点可以弥补土质的许多缺陷，提高土的强度和增加土的稳定。这些新型材料置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥着加筋、加固、防渗、隔离、排水、反滤以及防护等作用，因而得到十分广泛的应用。

2.1 土工纤维

土工纤维按制造方法分为编型、织型和无妨型，目前使用最多的是无妨型。无妨型是将高分子材料挤拉成纤维，按不规则排列，用机械方法或热处理以及化学粘结等方法制造而成。在土工纤维上敷以不透水材料制成不透水的土工膜。

(1)土工纤维的主要特点

①质量轻：每平方米最轻的仅10 g;

②整体性好，施工方便：土工纤维一般卷成卷状，长度数十米到百米，宽度一米至十几米，施工时只需平铺即可;

③抗拉强度、伸长率、抗撕裂和耐冲压强度较大，纵横方向性质差别小;

④垂直方向和水平方向的透水系数较大(K大于10-2cm/s，相当于中、细砂);

⑤当量有效直径小，渗滤性好;

⑥质地柔软能与土很好结合为一体;

⑦耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好，据有关资料，埋在地下的土工纤维的寿命可达30年或更长;

⑧缺点是土工纤维若不经过处理，抗紫外线能力差，经过30～60 d日光照射将发生老化。

(2)土工纤维的应用

70年代，我国铁路开始使用土工纤维整治基床翻浆冒泥，经过十几年的研究和实践，取得了较满意的效果，积累了丰富的经验。土工纤维除了整治基床翻浆冒泥外，还可配合其它土工合成材料加固基床。

2.2 土工网格

土工网格分为土工网和土工格栅，是具有不同大小孔眼和形状的网状材料。土工网又称挤出网，其生产工艺是：原材料经温控加热后，通过一特制的模具，经挤压、热粘合及冷却制造而成。土工格栅又称拉伸网，其生产流程是：挤出、冲孔、冷却、加热、拉伸，其中拉伸是最重要的一个环节，它将高分子材料链重新定向排列，从而大幅度提高了土工格栅的强度，其抗拉强度可达12～110 kPa，是土工网的10倍甚至更高。

土工网格加固土体的原则同土工纤维，但土工网格的抗拉强度更高，且成网状，上下土体存在机械咬合作用，可将土体与土工网格形成一个高强度的整体，以提高土体的抗剪强度，并能将承担的荷载分担到更大的范围。因此，其加固效果比土工纤维高许多。

目前，土工网格在路基方面的应用有两个。一是新线路堤两侧边坡每隔一定厚度铺设一层土工网格，作为边坡加筋材料，起到加固稳定路堤的作用。二是加固整治基床病害。将土工网格铺设在基床垫层上，土工网格同道碴连锁在一起，增强道床稳定性，阻止道碴下陷，避免产生道碴陷槽，使荷载分布更均匀。若配合土工纤维使用，土工格栅铺设在土工纤维与道床之间，起隔离作用，防止土工纤维被道碴刺破，将取得更好的整治效果。

2.3 土工格室

土工格室是由强化的聚氯乙烯宽带经过超声焊接而成的网状格室结构，如图1。条宽8 ～20 cm，厚1.2 ～1.6 mm，格室尺寸为20 cm×20 cm。土工格室的力学性能为：拉伸强度21 MPa，拉伸冲击强度67 N/cm，焊缝剥离强度＞100 N/cm，低温脆点-220℃。其特点是：伸缩自如，运输时可缩叠，使用时张开并充填土石等材料。构成具有强大侧向限制的大刚度的结构体。

图1 土工格室的结构

(1)土工格室加固土体的基本原理

如图2所示。没有土工格室，土体的承载能力取决于滑动面的抗剪强度。土工格室除了具有土工纤维加强土体的作用外，格室侧向限制能大幅度提高土体的承载力;格室侧壁与土体的摩擦力大大提高土体本身的抗剪强度。

图2 土工格室加固土体的原理

(2)土工格室的铺设

如图3，土工格室加固基床时，一定要做好基面的排水坡，铺5 cm砂垫层，砂垫层上最好再铺一层土工纤维，张开格室置于土工纤维上，往格室内填筑粗砂高出格室5～10 cm，回填道碴即可。铺设土工格室时，应用钢钎之类的工具在格室周边固定，使网格尽量成型。土工格室加固基床施工简便，除提高基床的承载力外，还有助于减少路基的变形。1993年广州铁路集团公司在焦柳线使用土工格室整治基床下沉，经过三年的运行，两侧路肩完好，下沉基本稳定，养护工作较少，线路质量明显提高。土工格室加固基床在我国尚处于试验阶段。随着我国能够自行生产，价格的下降，其应用将会很快普及。

图3 土工格室加固基床

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