土工合成材料在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用
一、項(xiàng)目概況
根據(jù)寧夏××公路工程建設(shè)指揮部與交通部簽訂的《西部交通建設(shè)科研項(xiàng)目合同書》，本項(xiàng)研究計(jì)劃于2001年8月開始。寧夏古王公路鹽興公路工程建設(shè)指揮部與北京工業(yè)大學(xué)的合作研究合同于2002年7月簽訂。事實(shí)上，實(shí)際的研究工作始于2001年7月。
古王高速公路試驗(yàn)路段于2001年7月至同年10月進(jìn)行土工玻纖格柵在路面的設(shè)計(jì)與鋪設(shè)。2003年8月16~20日和2003年9月19~ 23日，開展寧夏黃土地區(qū)公路病害調(diào)查，并對(duì)典型地段黃土取樣，用于分析黃土的物理力學(xué)性質(zhì)。2001年10月開始土工合成材料的性能及應(yīng)用研究調(diào)研，歷時(shí)近兩年，先后走訪了河北滄州東塑集團(tuán)華通工程材料公司、銀川地區(qū)各高速公路、寧夏交通廳銀－古高速公路指揮部、泰安永佳土工合成材料廠、青島頤中格柵股份有限公司等土工材料生產(chǎn)廠家及設(shè)計(jì)、施工單位和現(xiàn)場(chǎng)。2003年3月課題組對(duì)銀古路、中郝路進(jìn)行調(diào)研并制定試驗(yàn)方案，4月試驗(yàn)方案開始實(shí)施，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)取土樣進(jìn)行試驗(yàn)。2003年7月，對(duì)銀古輔道開展調(diào)研并制定試驗(yàn)方案，同年8月試驗(yàn)方案實(shí)施并現(xiàn)場(chǎng)取樣委托試驗(yàn)，同時(shí)，課題組成員進(jìn)駐試驗(yàn)路段工地，至11月底工程完工后撤回。其間的主要工作為，對(duì)土工膜和土工格柵的施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和監(jiān)督；埋設(shè)壓力盒、沉降板；建立觀測(cè)控制網(wǎng)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)（包括沉降觀測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)、側(cè)向位移觀測(cè)等）；補(bǔ)充土工試驗(yàn)等。2004年4月，完成加筋路堤、路面裂縫方面的數(shù)值分析和計(jì)算。2004年5月完成了項(xiàng)目研究報(bào)告的初稿。
2003年12月，交通部在西安對(duì)研究項(xiàng)目進(jìn)行中期驗(yàn)收。
2004年4月，對(duì)試驗(yàn)路段補(bǔ)充了彎沉測(cè)量。目前該試驗(yàn)路段正在進(jìn)行長(zhǎng)期定時(shí)觀測(cè)。
2004年5月，課題組完成研究報(bào)告初稿。
2004年8月，由寧夏回族自治區(qū)交通廳組織區(qū)內(nèi)專家對(duì)研究報(bào)告初稿及課題進(jìn)行了內(nèi)部評(píng)審，來(lái)自寧夏交通廳和設(shè)計(jì)院的專家對(duì)課題的研究及報(bào)告提出了評(píng)審意見。課題組在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了較大幅度的修改，并根據(jù)專家意見，增加了部分研究?jī)?nèi)容，加強(qiáng)了部分內(nèi)容的總結(jié)，并按“西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目驗(yàn)收要求”，準(zhǔn)備了有關(guān)的材料。
2004年8月，由寧夏回族自治區(qū)交通廳組織區(qū)內(nèi)專家對(duì)研究報(bào)告初稿及課題進(jìn)行了內(nèi)部評(píng)審，來(lái)自寧夏交通廳和設(shè)計(jì)院的專家對(duì)課題的研究及報(bào)告提出了評(píng)審意見。課題組在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了較大幅度的修改，并根據(jù)專家意見，增加了部分研究?jī)?nèi)容，加強(qiáng)了部分內(nèi)容的總結(jié)，并按“西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目驗(yàn)收要求”，準(zhǔn)備了有關(guān)的材料。
二、研究目標(biāo)
1、項(xiàng)目總體目標(biāo)
經(jīng)2001年8月審查會(huì)專家評(píng)審，項(xiàng)目可行性研究報(bào)告中原制訂的總體研究目標(biāo)修訂為：
?、?利用土工合成材料提高黃土地區(qū)高路堤、深路塹的整體穩(wěn)定性；
?、?利用土工合成材料預(yù)防黃土地區(qū)公路的路面裂縫；
?、?利用土工合成材料防治黃土地區(qū)公路地下水侵蝕；
?、?根據(jù)黃土地區(qū)公路工程應(yīng)用特點(diǎn)，研究選用適合的土工合成材料的類型。
2、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
?、?通過對(duì)黃土地區(qū)的舊路進(jìn)行調(diào)查分析，確認(rèn)黃土地區(qū)產(chǎn)生公路病害的原因，確定利用土工合成材料治理及預(yù)防黃土地區(qū)公路病害的方法，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的目標(biāo)；
?、?調(diào)查、了解黃河中游黃土地區(qū)利用土工合成材料的情況及經(jīng)驗(yàn)，確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；
?、?根據(jù)調(diào)查、試驗(yàn)、觀測(cè)和分析結(jié)果，得出在黃土地區(qū)選用土工合成材料的合適類型；
?、?確定土工合成材料在黃土地區(qū)高路堤、高邊坡應(yīng)用的合理層次。
三、項(xiàng)目研究目的及意義
黃土是一種顆粒級(jí)配均勻、多孔隙、天然含水量小、呈黃色、含有大量碳酸鹽的土，具有滲透性、濕陷性、易崩解等特性，在外荷載和自重作用下受水浸濕后容易濕陷變形。
我國(guó)的黃土分布面積約64萬(wàn)km
2，占國(guó)土總面積的6.6％以上。主要分布在甘肅、寧夏、青海、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南和河北等?。▍^(qū)）。其中以秦嶺以北、長(zhǎng)城以南、太行山以西、日月山以東的黃河中游地區(qū)的關(guān)中、陜北、寧夏、豫西、隴東及隴中的黃土高原最為典型。厚層黃土連續(xù)覆蓋所形成的地貌景象，世所罕見。
在西北地區(qū)，作為帶狀工程的公路大部分都處于不同時(shí)代、不同成因和不同地貌單元的黃土區(qū)。而黃土區(qū)在降雨作用下，土壤侵蝕，黃土沖溝及河谷區(qū)谷坡陡峻，滑坡、崩塌、滑塌、泥流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)公路路基造成了嚴(yán)重的病害和毀壞，帶 來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，公路工程在溝壑縱橫、谷坡陡峻的地貌背景下，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制，不可避免地要進(jìn)行大量的開挖或填筑，形成黃土高路堤、深路塹。另外，公路路基和邊坡大面積地暴露于野外，長(zhǎng)期受自然因素的強(qiáng)烈侵蝕作用，在不利的水文條件下，物理力學(xué)性質(zhì)經(jīng)常發(fā)生變化。公路由于受黃土本身特殊的工程特性（多孔隙、濕陷、滲水、收縮、抗剪強(qiáng)度各向異性等）和黃土地區(qū)特殊的氣候特征的影響，在各種自然營(yíng)力，尤其是雨水侵蝕作用下，極易引發(fā)和加劇路基及邊坡的水毀病害，引起公路路基、路面產(chǎn)生不均勻沉降、沉陷和開裂，影響公路的正常使用。
黃土地區(qū)公路病害嚴(yán)重影響了公路的使用功能，甚至導(dǎo)致公路結(jié)構(gòu)的破壞。借鑒國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，利用土工合成材料所具有的抗拉強(qiáng)度高、彈性模量大、熔點(diǎn)高等優(yōu)良的力學(xué)性能，防治公路病害是行之有效的途徑之一。目前，在新建、改建公路中，雖然土工合成材料已得到比較廣泛的應(yīng)用，加筋補(bǔ)強(qiáng)、排水防滲等方面在理論和實(shí)踐中都取得了很大進(jìn)展。但應(yīng)該看到的是對(duì)于黃土地區(qū)土工合成材料的理論方面的研究幾乎是空白，過去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也有待進(jìn)一步總結(jié)。
土工合成材料在西部黃土地區(qū)雖有應(yīng)用，并取得一定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，但也有不少失敗的教訓(xùn)，如西部某省的一處加筋高路堤坍塌后，一直沒有很好總結(jié)原因，致使這一先進(jìn)技術(shù)沒有得到進(jìn)一步的推廣。由于缺乏總結(jié)和提高，理論遠(yuǎn)落后實(shí)踐，設(shè)計(jì)上存在盲目性。因此，系統(tǒng)開展土工合成材料在黃土地區(qū)公路工程中應(yīng)用的理論研究，對(duì)于提高西部地區(qū)交通工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)、施工和管理水平具有指導(dǎo)作用。
寧夏地區(qū)黃土分布廣泛，因路基濕陷、邊坡滑坍等引起的公路病害時(shí)有發(fā)生。結(jié)合寧夏黃土地區(qū)公路工程建設(shè)，開展土工合成材料在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用研究，形成綜合防治技術(shù)， 對(duì)防止黃土地區(qū)公路病害、提高黃土地區(qū)公路修筑質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題正是在這種背景下提出的。
四、主要研究?jī)?nèi)容及實(shí)施方案
1. 項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容
本項(xiàng)目主要開展了以下幾個(gè)方面的研究工作：
?、?黃土地區(qū)公路病害及其成因研究；
?、?土工合成材料及其路用適宜性；
?、?土工合成材料防治路基病害的應(yīng)用研究；
?、?土工合成材料防治路面病害的應(yīng)用研究；
?、?土工合成材料防治公路邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用研究；
?、?經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益及推廣應(yīng)用前景分析。
2. 采用的研究方案、技術(shù)路線
本項(xiàng)目涉及面廣、內(nèi)容多，根據(jù)研究?jī)?nèi)容和研究目標(biāo)，將本項(xiàng)目分解為五個(gè)子課題。各子課題在內(nèi)容和進(jìn)度上相互關(guān)聯(lián)和依托，具體實(shí)施方案和技術(shù)路線如下：
⑴ 黃土地區(qū)公路病害及其成因研究
對(duì)選定的寧夏境內(nèi)業(yè)已建成的公路開展調(diào)查，主要收集公路設(shè)計(jì)、施工的基本情況和運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)的各種病害，以及沿線的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和氣候情況。分別建立不同線路的病害數(shù)據(jù)庫(kù)，通過整理分析，總結(jié)出病害的類型和成因，為進(jìn)一步對(duì)病害進(jìn)行整治奠定基礎(chǔ)。
⑵ 土工合成材料及其路用適宜性
廣泛收集國(guó)內(nèi)外土工合成材料方面的研究成果、工程實(shí)例和生產(chǎn)廠家的現(xiàn)狀，總結(jié)土工合成材料在公路工程中的應(yīng)用范圍和形式，根據(jù)黃土地區(qū)公路病害的類型和成因，提出利用土工合成材料治理病害的方法、應(yīng)用機(jī)理、選材和選型原則。
?、?土工合成材料防治路基病害的應(yīng)用研究
在試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，掌握試驗(yàn)路段黃土的物理、力學(xué)和水理特性，用理論方法和極限平衡理論分析加筋路堤的變形、破壞和穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上，提出加筋路堤的加固方案，選擇加筋材料，并付諸實(shí)施。同時(shí)，制訂詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，對(duì)加筋和未加筋的試驗(yàn)路段的變形演化、應(yīng)力分布等進(jìn)行系統(tǒng)的觀測(cè)，以評(píng)價(jià)加固效果、認(rèn)識(shí)加固機(jī)理，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和防治路基病害提供依據(jù)。
通過對(duì)試驗(yàn)路段的系統(tǒng)研究，充分認(rèn)識(shí)加筋體的變形和性態(tài)，提出加筋高路堤的設(shè)計(jì)方法和施工工藝。
?、?土工合成材料防治路面病害的應(yīng)用研究
詳細(xì)調(diào)查黃土地區(qū)典型路面病害并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，總結(jié)出路面病害的類型和成因。用數(shù)值分析方法研究瀝青路面溫度收縮裂縫的發(fā)生、發(fā)展過程及其規(guī)律。同時(shí)開展室內(nèi)試驗(yàn)，考察不同的土工合成材料對(duì)路面的加固效果，篩選出效果明顯、經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的土工合成材料。在現(xiàn)場(chǎng)開展試驗(yàn)，評(píng)價(jià)防治裂縫、車轍和路面變形的效果，進(jìn)而提出路面加固的設(shè)計(jì)方法和施工工藝。
?、?土工合成材料防治公路邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用研究
在野外調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，揭示黃土的浸水破壞機(jī)理 及其對(duì)黃土地區(qū)公路破壞的影響，提出公路邊坡坡面防護(hù)和排水構(gòu)筑物病害的防治方法。
3. 依托工程
本項(xiàng)研究的依托工程為銀（川）—古（窯子）—王（圈梁）高速公路、中（寧）—郝（家集）高速公路、鹽興二級(jí)公路、國(guó)道109線、黑（城）—海（原）二級(jí)公路、惠（安堡）—預(yù)（旺）三級(jí)公路以及在建和即將開工建設(shè)的其它黃土地區(qū)公路。由于實(shí)際的施工計(jì)劃和工程進(jìn)度發(fā)生變動(dòng)，只在銀古路和中郝路進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
4. 研究進(jìn)度與達(dá)到的目標(biāo)
根據(jù)寧夏古王公路鹽興公路工程建設(shè)指揮部與交通部簽訂的《西部交通建設(shè)科研項(xiàng)目合同書》，本項(xiàng)研究計(jì)劃于2001年8月開始。寧夏古王公路鹽興公路工程建設(shè)指揮部與北京工業(yè)大學(xué)的合作研究合同于2002年7月簽訂。實(shí)際研究工作于2001年7月業(yè)已開始。
⑴ 應(yīng)用土工合成材料防治路面病害的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究
古王高速公路試驗(yàn)路段于2001年7月至同年10月進(jìn)行土工格柵的路面鋪設(shè)。在鋪設(shè)的4個(gè)月期間，課題組成員分別于2001年7月上旬、7月下旬、8月上旬、8月下旬、9月上旬、9月下旬、10月下旬共7次到施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行施工指導(dǎo)，解決鋪設(shè)中出現(xiàn)的問題。
試驗(yàn)路段完工后，定期對(duì)試驗(yàn)段路面的外觀狀況、裂縫樁號(hào)、裂縫總道數(shù)、裂縫總長(zhǎng)度、裂縫寬度、裂縫變化規(guī)律、路面彎沉等指標(biāo)進(jìn)行了觀測(cè)分析，共觀測(cè)5次，時(shí)間安排如表1所列。
銀古高速公路試驗(yàn)路段于2003年7月至同年9月進(jìn)行土工布鋪設(shè)。2003年10月課題組到長(zhǎng)安大學(xué)聯(lián)系作對(duì)比實(shí)驗(yàn)事宜。并開始定期對(duì)試驗(yàn)段路面的外觀狀況、裂縫樁號(hào)、裂縫總道數(shù)、裂縫總長(zhǎng)度、裂縫寬度、裂縫變化規(guī)律等指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)分析，時(shí)間安排如表2所列。
?、?黃土地區(qū)公路病害調(diào)查研究
2003年8月16~ 20日和2003年9月19~ 23日，課題組先后兩次對(duì)寧夏黃土地區(qū)公路病害進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并對(duì)典型地段的黃土取樣，用于分析黃土的物理力學(xué)性質(zhì)。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究主要根據(jù)寧夏黃土地區(qū)公路建設(shè)的實(shí)際情況，對(duì)已建成通車的高速公路及一、二、三級(jí)公路，采取實(shí)地調(diào)查、室內(nèi)資料分析和工程相關(guān)人員座談?dòng)懻摰姆椒ㄟM(jìn)行。主要了解黃土的分布狀況；黃土地區(qū)公路的主要病害、危害程度及其范圍等；影響黃土地區(qū)公路病害的主要因素。為公路病害類型和成因分析及土工合成材料在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用研究提供科學(xué)依據(jù)。
調(diào)查路線選擇銀（川）—古（窯子）—王（圈梁）高速公路、姚（伏）—葉（盛）—中（寧）—郝（家集）高速公路、國(guó)道109線、省道202線興（仁）—海（原）、海（原）—同（心）二級(jí)公路、黑（城）—海（原）二級(jí)公路、國(guó)道309線寧夏段（宜蘭二級(jí)公路）、省道203線以及該區(qū)其它有代表性的公路。
?、?土工合成材料的性能及應(yīng)用研究調(diào)查
該項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了三次集中性調(diào)查。
?、?調(diào)查時(shí)間：2001年10月
調(diào)查地點(diǎn)：銀川地區(qū)各高速公路、寧夏交通廳銀－古高速公路指揮部。
調(diào)查內(nèi)容：寧夏地區(qū)高速公路中土工合成材料的應(yīng)用情況，包括材料的種類、性能指標(biāo)、工程使用及施工情況等。
調(diào)查目的：了解土工合成材料在寧夏高速公路防治公路病害的應(yīng)用情況，以便進(jìn)一步研究土工合成材料的性能并將土工合成材料應(yīng)用于寧夏黃土地區(qū)的病害防治工程中，如防止路堤沉降、防止路基不均勻沉降、防治路面縱向開裂、防止排水設(shè)施濕陷破壞、防止邊坡破壞、防止瀝青路面反射裂縫等。
?、?調(diào)查時(shí)間：2002年8月
調(diào)查地點(diǎn)：河北滄州東塑集團(tuán)華通工程材料公司。
調(diào)查內(nèi)容：該廠生產(chǎn)的土工合成材料如三維土工網(wǎng)墊、土工膜、土工格柵等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于寧夏公路，因此調(diào)查該廠產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)，如抗拉強(qiáng)度、彈性模量、蠕變性能等。
調(diào)查目的：深入研究土工合成材料的性能，進(jìn)一步提供防治 寧夏公路病害的選材依據(jù)，并為試驗(yàn)路段設(shè)計(jì)方案及路面數(shù)值計(jì)算提供可靠的參數(shù)。
?、?調(diào)查時(shí)間：2003年7月
調(diào)查地點(diǎn)：泰安永佳土工合成材料廠、青島頤中格柵股份有限公司。
調(diào)查內(nèi)容：調(diào)查土工網(wǎng)在公路軟地基中的應(yīng)用，了解相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)。調(diào)查玻纖格柵的特點(diǎn)，如高抗拉強(qiáng)度、長(zhǎng)期蠕變性、與瀝青混合料的相容性、與集料嵌鎖作用等。
調(diào)查目的：了解該廠產(chǎn)品的性能特點(diǎn)，獲取有關(guān)性能指標(biāo)，研究適合于寧夏黃土地區(qū)的路基加固和防止反射裂縫方案。
⑷ 應(yīng)用土工合成材料防治路基、邊坡及排水構(gòu)造物病害的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究
2003年3月課題組開始聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)路基試驗(yàn)和黃土特性試驗(yàn)事宜，對(duì)銀古路、中郝路進(jìn)行調(diào)研并制定試驗(yàn)方案。2003年4月銀古路、中郝路試驗(yàn)方案開始實(shí)施，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)取土樣進(jìn)行試驗(yàn)。
2003年7月，對(duì)銀古輔道開展調(diào)研并制定試驗(yàn)方案。8月，試驗(yàn)方案實(shí)施并現(xiàn)場(chǎng)取樣委托試驗(yàn)，同時(shí)，課題組成員進(jìn)駐試驗(yàn)路段工地，至11月底工程完工后撤回。其間的主要工作為，對(duì)土工膜和土工格柵的施工進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督；埋設(shè)壓力盒、沉降板；建立觀測(cè)控制網(wǎng)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)（包括沉降觀測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)、側(cè)向位移觀測(cè)等）；補(bǔ)充土工實(shí)驗(yàn)等。
2004年4月，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行了彎沉測(cè)量。目前該試驗(yàn)路段正處于長(zhǎng)期定時(shí)觀測(cè)階段。
⑸ 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究
?、冱S土物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)
包括顆粒分析、天然含水量、天然密度、干密度、土粒比重、飽和度、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、天然孔隙比等。
?、?黃土力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)
包括壓縮性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、擊實(shí)實(shí)驗(yàn)等。
?、?黃土水理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)
包括滲透實(shí)驗(yàn)、濕陷實(shí)驗(yàn)、黃土的變形量與浸水時(shí)間、含水量及飽和度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)等。
?、?土工合成材料路用性能實(shí)驗(yàn)
分別對(duì)加鋪與不加鋪玻璃纖維格柵以及加鋪聚酯長(zhǎng)絲燒毛土工布三種情況，進(jìn)行瀝青混合料的壓縮、低溫及疲勞性能實(shí)驗(yàn)，以考察格柵鋪設(shè)不同位置以及鋪設(shè)不同的土工合成材料對(duì)瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)的影響。
主要內(nèi)容包括小梁彎曲實(shí)驗(yàn)、劈裂實(shí)驗(yàn)、單軸壓縮實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)等。
?、?土工合成材料防治黃土路基病害的理論研究與數(shù)值分析
本項(xiàng)工作主要是對(duì)黃土地區(qū)加鋪土工合成材料（以下簡(jiǎn)稱加筋）路堤的加筋機(jī)理和效果等進(jìn)行研究。通過數(shù)值模擬計(jì)算分析，得出加筋路堤的應(yīng)力分布、沉降變形等變化規(guī)律。同時(shí)，對(duì)不同路堤高度的加筋效果，以及圍繞著低溫下加筋對(duì)瀝青路面開裂的抑制效果也進(jìn)行了研究。
五、主要研究成果及其所突破的關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介
1、主要研究成果
基于上述研究目標(biāo)所進(jìn)行的系統(tǒng)研究工作，取得了以下主要成果：
⑴ 黃土地區(qū)公路病害及其成因
通過大量的野外調(diào)查和廣泛的資料收集，證實(shí)黃土特殊的工程特性導(dǎo)致了黃土地區(qū)公路病害的產(chǎn)生，其中黃土的濕陷性是引起路基破壞的主要因素，而黃土濕陷性與水（地表、地下水）的潛蝕作用導(dǎo)致的路基濕陷，對(duì)公路危害極大。
總結(jié)出黃土公路病害的主要類型，即：路面、路基和路堤路塹邊坡的破壞。由于路基陷穴、強(qiáng)度不足或過分沉降，以及溫度變化等造成路面開裂、車轍和路面變形。由于設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，將會(huì)引起黃土路基陷穴、路基沉降，甚至引起路面縱向開裂，公路結(jié)構(gòu)破壞。強(qiáng)烈的沖刷、剝蝕和防排水設(shè)置不當(dāng)可造成坡面滑溜、路堤局部滑坍和整體滑坡、土橋病害等。雨水的強(qiáng)烈沖刷作用引起路堤邊坡表層黃土濕陷、漿砌片石局部下沉，從而導(dǎo)致橋臺(tái)護(hù)坡體失穩(wěn)滑塌，涵洞破壞。
?、?土工合成材料及其適宜性
廣泛收集了國(guó)內(nèi)外資料，研究了土工合成材料的種類及性能，提出了土工合成材料在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用機(jī)理及選材原則，并基于黃土地區(qū)公路病害特征和成因，優(yōu)選出土工合成材料防治黃土地區(qū)公路病害的基本方法。
⑶ 土工合成材料防治路基病害的應(yīng)用技術(shù)
在試驗(yàn)路段，開展了詳細(xì)的路基病害防治研究。對(duì)試驗(yàn)路段的黃土進(jìn)行了翔實(shí)的室內(nèi)測(cè)試，在有限元分析的基礎(chǔ)上，提出了黃土路堤的土工格柵加固方案和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)，開展了包括變形、沉降、土壓力等在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)監(jiān)測(cè)。掌握了加筋黃土路堤的變形特點(diǎn)和內(nèi)部應(yīng)力分布特征，以及格柵的加固機(jī)理，在此基礎(chǔ)上 進(jìn)行了加筋高路堤的理論分析，提出了設(shè)計(jì)方法、適用范圍和觀測(cè)技術(shù)、施工工藝和應(yīng)注意的問題。為黃土地區(qū)高路堤加固的合理設(shè)計(jì)和施工奠定了基礎(chǔ)。
通過鋪設(shè)復(fù)合土工膜，結(jié)合三七灰土結(jié)構(gòu)，既可增加地基的承載能力，又可防止地表水下滲，有效避免了沉陷和陷穴的發(fā)生。舊路加寬的填方路段采用土工格柵補(bǔ)強(qiáng)，可以有效控制新舊路基的差異沉降。
?、?土工合成材料防治路面病害的應(yīng)用技術(shù)
詳細(xì)調(diào)查了黃土地區(qū)路面病害，總結(jié)出路面病害的類型和成因。用有限元法分析了有、無(wú)玻纖格柵時(shí)瀝青路面溫度收縮裂縫的發(fā)生、發(fā)展過程和規(guī)律。同時(shí)，在室內(nèi)開展了試驗(yàn)，考察在加鋪與不加鋪玻璃纖維格柵以及加鋪聚酯長(zhǎng)絲燒毛土工布三種情況下，瀝青混合料的壓縮、低溫及疲勞性能，證實(shí)加鋪玻纖格柵效果明顯。在現(xiàn)場(chǎng)開展了大規(guī)模試驗(yàn)，有效抑制了裂縫、車轍和路面變形。提出了玻纖格柵和長(zhǎng)絲燒毛土工布在路面工程中的鋪設(shè)原則、設(shè)計(jì)方法和施工工藝。
?、?土工合成材料防治公路邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用技術(shù)
在野外調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，掌握了黃土的浸水破壞機(jī)理及其對(duì)黃土地區(qū)公路破壞的影響，提出了公路邊坡坡面防護(hù)和排水構(gòu)筑物病害防治方法。
采用土工格室與三維土工網(wǎng)結(jié)合的方式護(hù)坡，不僅可以保護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷、減緩溫差及溫度變化的影響，而且還能防止坡面失穩(wěn)，保護(hù)路基邊坡的整體穩(wěn)定，并兼顧路基美化和協(xié)調(diào)自然環(huán)境的效果。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于地表水的局部滲漏而導(dǎo)致濕陷性的破壞是黃 土地區(qū)公路排水構(gòu)造物進(jìn)出口處破壞的主要原因。因此，防治公路排水構(gòu)造物破壞的關(guān)鍵重點(diǎn)是防水。在易造成地表水下滲及浸蝕的部位，加鋪防水土工材料，必要時(shí)對(duì)構(gòu)造物地基用三七灰土進(jìn)行處理，實(shí)踐證明可以取得良好的防治效果。
2. 關(guān)鍵技術(shù)
基于上述研究目標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，取得了以下主要研究成果和關(guān)鍵技術(shù)：
?、?黃土地區(qū)公路病害及其成因
黃土的濕陷性與水（地表、地下水）的潛蝕和沖刷作用是導(dǎo)致黃土公路破壞的主要原因。黃土公路病害的主要類型有由于路基陷穴、強(qiáng)度不足或過分沉降，以及溫度變化等造成的路面開裂、車轍和路面變形；由于設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)引起的黃土路基陷穴、路基沉降，甚至引起路面縱向開裂，公路結(jié)構(gòu)破壞；強(qiáng)烈的沖刷、剝蝕和防排水不當(dāng)造成的坡面滑溜、路堤局部滑坍和整體滑坡、土橋病害等；雨水的強(qiáng)烈沖刷作用引起的路堤邊坡表層黃土濕陷、漿砌片石局部下沉，從而導(dǎo)致橋臺(tái)護(hù)坡體失穩(wěn)滑塌，涵洞破壞等。
?、?土工合成材料性能及其應(yīng)用研究
提出了土工合成材料在黃土公路工程中的應(yīng)用機(jī)理及選材原則，基于黃土公路的病害特征和成因提出了選用土工合成材料防治黃土地區(qū)公路病害的基本方法。
?、?土工材料防治路基病害的應(yīng)用技術(shù)
?、?黃土路基土工格柵加固技術(shù)；
?、?高路堤加筋設(shè)計(jì)方法；
?、?黃土加筋機(jī)理的數(shù)值分析方法；
?、?黃土路基加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)；
?、?黃土公路沉陷和陷穴防治技；
?、?舊路加寬的填方路段應(yīng)用土工格柵補(bǔ)強(qiáng)控制新舊路基的差異沉降技術(shù)。
?、?土工材料防治路面病害的應(yīng)用技術(shù)
① 瀝青路面溫度收縮裂縫的發(fā)生、發(fā)展過程及其規(guī)律的數(shù)值模擬方法；
?、?黃土公路路面病害的類型和成因；
?、?用土工合成材料加固瀝青路面的試驗(yàn)方法；
?、?玻纖格柵加固瀝青路面的設(shè)計(jì)方法和施工工藝。
?、?土工材料防治公路邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用技術(shù)
采用土工格室與三維土工網(wǎng)相結(jié)合的護(hù)坡技術(shù)，保護(hù)路基邊坡的整體穩(wěn)定性，并兼顧路基美化和協(xié)調(diào)自然環(huán)境的效果。
排水構(gòu)筑物進(jìn)出口防滲水與侵蝕技術(shù)。
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文章名稱：《土工合成材料在黃土地區(qū)公路工程中的應(yīng)用》
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