土工合成材料在黄土地区公路_secret

西部交通建设科技项目合同号：密级：无土工合成材料在黄土地区公路工程中的应用技术研究研究报告简本宁夏××公路工程建设指挥部2005年1月一、项目概况根据宁夏××公路工程建设指挥部与交通部签订的《西部交通建设科研项目合同书》，本项研究计划于2001年8月开始。

宁夏古王公路盐兴公路工程建设指挥部与北京工业大学的合作研究合同于2002年7月签订。

事实上，实际的研究工作始于2001年7月。

古王高速公路试验路段于2001年7月至同年10月进行土工玻纤格栅在路面的设计与铺设。

2003年8月16~20日和2003年9月19~ 23日，开展宁夏黄土地区公路病害调查，并对典型地段黄土取样，用于分析黄土的物理力学性质。

2001年10月开始土工合成材料的性能及应用研究调研，历时近两年，先后走访了河北沧州东塑集团华通工程材料公司、银川地区各高速公路、宁夏交通厅银－古高速公路指挥部、泰安永佳土工合成材料厂、青岛颐中格栅股份有限公司等土工材料生产厂家及设计、施工单位和现场。

2003年3月课题组对银古路、中郝路进行调研并制定试验方案，4月试验方案开始实施，同时，现场取土样进行试验。

2003年7月，对银古辅道开展调研并制定试验方案，同年8月试验方案实施并现场取样委托试验，同时，课题组成员进驻试验路段工地，至11月底工程完工后撤回。

其间的主要工作为，对土工膜和土工格栅的施工进行现场指导和监督；埋设压力盒、沉降板；建立观测控制网并进行监测（包括沉降观测、应力应变观测、侧向位移观测等）；补充土工试验等。

2004年4月，完成加筋路堤、路面裂缝方面的数值分析和计算。

2004年5月完成了项目研究报告的初稿。

2003年12月，交通部在西安对研究项目进行中期验收。

2004年4月，对试验路段补充了弯沉测量。

目前该试验路段正在进行长期定时观测。

2004年5月，课题组完成研究报告初稿。

2004年8月，由宁夏回族自治区交通厅组织区内专家对研究报告初稿及课题进行了内部评审，来自宁夏交通厅和设计院的专家对课题的研究及报告提出了评审意见。

课题组在此基础上，进行了较大幅度的修改，并根据专家意见，增加了部分研究内容，加强了部分内容的总结，并按“西部交通建设科技项目验收要求”，准备了有关的材料。

项目研究历时三年多，联合课题组先后组织了20多人，分5个专题，开展了系统的研究，取得了一系列成果，为系统解决黄土地区公路病害提供了可行的技术方法，培养了多名公路建设人才，完成了预期的研究目标。

二、研究目标1、项目总体目标经2001年8月审查会专家评审，项目可行性研究报告中原制订的总体研究目标修订为：⑴利用土工合成材料提高黄土地区高路堤、深路堑的整体稳定性；⑵利用土工合成材料预防黄土地区公路的路面裂缝；⑶利用土工合成材料防治黄土地区公路地下水侵蚀；⑷根据黄土地区公路工程应用特点，研究选用适合的土工合成材料的类型。

2、主要技术经济指标⑴通过对黄土地区的旧路进行调查分析，确认黄土地区产生公路病害的原因，确定利用土工合成材料治理及预防黄土地区公路病害的方法，实现技术上可行，经济上合理的目标；⑵调查、了解黄河中游黄土地区利用土工合成材料的情况及经验，确定技术经济指标；⑶根据调查、试验、观测和分析结果，得出在黄土地区选用土工合成材料的合适类型；⑷确定土工合成材料在黄土地区高路堤、高边坡应用的合理层次。

三、项目研究目的及意义黄土是一种颗粒级配均匀、多孔隙、天然含水量小、呈黄色、含有大量碳酸盐的土，具有渗透性、湿陷性、易崩解等特性，在外荷载和自重作用下受水浸湿后容易湿陷变形。

我国的黄土分布面积约64万km2，占国土总面积的6.6％以上。

主要分布在甘肃、宁夏、青海、内蒙古、陕西、山西、河南和河北等省（区）。

其中以秦岭以北、长城以南、太行山以西、日月山以东的黄河中游地区的关中、陕北、宁夏、豫西、陇东及陇中的黄土高原最为典型。

厚层黄土连续覆盖所形成的地貌景象，世所罕见。

在西北地区，作为带状工程的公路大部分都处于不同时代、不同成因和不同地貌单元的黄土区。

而黄土区在降雨作用下，土壤侵蚀，黄土冲沟及河谷区谷坡陡峻，滑坡、崩塌、滑塌、泥流等地质灾害频繁发生，对公路路基造成了严重的病害和毁坏，带来了巨大的经济损失。

同时，公路工程在沟壑纵横、谷坡陡峻的地貌背景下，由于经济和技术条件的限制，不可避免地要进行大量的开挖或填筑，形成黄土高路堤、深路堑。

另外，公路路基和边坡大面积地暴露于野外，长期受自然因素的强烈侵蚀作用，在不利的水文条件下，物理力学性质经常发生变化。

公路由于受黄土本身特殊的工程特性（多孔隙、湿陷、渗水、收缩、抗剪强度各向异性等）和黄土地区特殊的气候特征的影响，在各种自然营力，尤其是雨水侵蚀作用下，极易引发和加剧路基及边坡的水毁病害，引起公路路基、路面产生不均匀沉降、沉陷和开裂，影响公路的正常使用。

黄土地区公路病害严重影响了公路的使用功能，甚至导致公路结构的破坏。

借鉴国内外的先进经验，利用土工合成材料所具有的抗拉强度高、弹性模量大、熔点高等优良的力学性能，防治公路病害是行之有效的途径之一。

目前，在新建、改建公路中，虽然土工合成材料已得到比较广泛的应用，加筋补强、排水防渗等方面在理论和实践中都取得了很大进展。

但应该看到的是对于黄土地区土工合成材料的理论方面的研究几乎是空白，过去的实践经验也有待进一步总结。

土工合成材料在西部黄土地区虽有应用，并取得一定的经济和技术效益，但也有不少失败的教训，如西部某省的一处加筋高路堤坍塌后，一直没有很好总结原因，致使这一先进技术没有得到进一步的推广。

由于缺乏总结和提高，理论远落后实践，设计上存在盲目性。

因此，系统开展土工合成材料在黄土地区公路工程中应用的理论研究，对于提高西部地区交通工程技术人员的设计、施工和管理水平具有指导作用。

宁夏地区黄土分布广泛，因路基湿陷、边坡滑坍等引起的公路病害时有发生。

结合宁夏黄土地区公路工程建设，开展土工合成材料在黄土地区公路工程中的应用研究，形成综合防治技术，对防止黄土地区公路病害、提高黄土地区公路修筑质量，具有重要的现实意义。

本课题正是在这种背景下提出的。

四、主要研究内容及实施方案1. 项目的主要研究内容本项目主要开展了以下几个方面的研究工作：⑴黄土地区公路病害及其成因研究；⑵土工合成材料及其路用适宜性；⑶土工合成材料防治路基病害的应用研究；⑷土工合成材料防治路面病害的应用研究；⑸土工合成材料防治公路边坡及排水构造物病害的应用研究；⑹经济、社会、环境效益及推广应用前景分析。

2. 采用的研究方案、技术路线本项目涉及面广、内容多，根据研究内容和研究目标，将本项目分解为五个子课题。

各子课题在内容和进度上相互关联和依托，具体实施方案和技术路线如下：⑴黄土地区公路病害及其成因研究对选定的宁夏境内业已建成的公路开展调查，主要收集公路设计、施工的基本情况和运营后出现的各种病害，以及沿线的工程地质条件、水文地质条件和气候情况。

分别建立不同线路的病害数据库，通过整理分析，总结出病害的类型和成因，为进一步对病害进行整治奠定基础。

⑵土工合成材料及其路用适宜性广泛收集国内外土工合成材料方面的研究成果、工程实例和生产厂家的现状，总结土工合成材料在公路工程中的应用范围和形式，根据黄土地区公路病害的类型和成因，提出利用土工合成材料治理病害的方法、应用机理、选材和选型原则。

⑶土工合成材料防治路基病害的应用研究在试验和现场调查的基础上，掌握试验路段黄土的物理、力学和水理特性，用理论方法和极限平衡理论分析加筋路堤的变形、破坏和稳定性，在此基础上，提出加筋路堤的加固方案，选择加筋材料，并付诸实施。

同时，制订详细的现场试验方案，对加筋和未加筋的试验路段的变形演化、应力分布等进行系统的观测，以评价加固效果、认识加固机理，为改进设计和防治路基病害提供依据。

通过对试验路段的系统研究，充分认识加筋体的变形和性态，提出加筋高路堤的设计方法和施工工艺。

⑷土工合成材料防治路面病害的应用研究详细调查黄土地区典型路面病害并建立数据库，总结出路面病害的类型和成因。

用数值分析方法研究沥青路面温度收缩裂缝的发生、发展过程及其规律。

同时开展室内试验，考察不同的土工合成材料对路面的加固效果，筛选出效果明显、经济技术合理的土工合成材料。

在现场开展试验，评价防治裂缝、车辙和路面变形的效果，进而提出路面加固的设计方法和施工工艺。

⑸土工合成材料防治公路边坡及排水构造物病害的应用研究在野外调查和室内试验的基础上，揭示黄土的浸水破坏机理及其对黄土地区公路破坏的影响，提出公路边坡坡面防护和排水构筑物病害的防治方法。

3. 依托工程本项研究的依托工程为银（川）—古（窑子）—王（圈梁）高速公路、中（宁）—郝（家集）高速公路、盐兴二级公路、国道109线、黑（城）—海（原）二级公路、惠（安堡）—预（旺）三级公路以及在建和即将开工建设的其它黄土地区公路。

由于实际的施工计划和工程进度发生变动，只在银古路和中郝路进行了试验研究。

4. 研究进度与达到的目标根据宁夏古王公路盐兴公路工程建设指挥部与交通部签订的《西部交通建设科研项目合同书》，本项研究计划于2001年8月开始。

宁夏古王公路盐兴公路工程建设指挥部与北京工业大学的合作研究合同于2002年7月签订。

实际研究工作于2001年7月业已开始。

⑴应用土工合成材料防治路面病害的现场试验研究古王高速公路试验路段于2001年7月至同年10月进行土工格栅的路面铺设。

在铺设的4个月期间，课题组成员分别于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次到施工现场，进行施工指导，解决铺设中出现的问题。

试验路段完工后，定期对试验段路面的外观状况、裂缝桩号、裂缝总道数、裂缝总长度、裂缝宽度、裂缝变化规律、路面弯沉等指标进行了观测分析，共观测5次，时间安排如表1所列。

银古高速公路试验路段于2003年7月至同年9月进行土工布铺设。

2003年10月课题组到长安大学联系作对比实验事宜。

并开始定期对试验段路面的外观状况、裂缝桩号、裂缝总道数、裂缝总长度、裂缝宽度、裂缝变化规律等指标进行观测分析，时间安排如表2所列。

表2 古王高速公路试验路段第二组观测时间安排⑵黄土地区公路病害调查研究2003年8月16~ 20日和2003年9月19~ 23日，课题组先后两次对宁夏黄土地区公路病害进行了现场调查，并对典型地段的黄土取样，用于分析黄土的物理力学性质。

现场调查研究主要根据宁夏黄土地区公路建设的实际情况，对已建成通车的高速公路及一、二、三级公路，采取实地调查、室内资料分析和工程相关人员座谈讨论的方法进行。

主要了解黄土的分布状况；黄土地区公路的主要病害、危害程度及其范围等；影响黄土地区公路病害的主要因素。