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土工合成材料在黄土地区公路工程中的应用技术研究 |
一、研究背景
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，但也有不少失败的教训，致使这一先进技术没有得到进一步的推广。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。
二、主要研究目标和研究内容
开展本项目研究，目的在于：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。
主要研究内容包括以下6个方面：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。
三、主要研究成果
本项目主要取得了以下研究成果：
1、在对黄土地区道路病害及其成因的调查研究中证实黄土特殊的工程特性，特别是湿陷性与水的溶蚀和冲刷作用是导致黄土地区道路病害产生的主要原因。
2、阐述了土工合成材料在道路工程中的应用范围和形式，根据黄土地区道路病害的类型和成因，提出利用土工合成材料防治病害的适宜性、方法、应用机理和选型原则。
3、在试验和现场调查的基础上，用极限平衡理论和数值分析方法研究了加筋路堤的变形、破坏和稳定性，提出加筋路堤的加固方案和现场观测技术；总结出加筋高路堤的设计方法、施工工艺和应注意的问题；铺设复合土工膜，结合三七灰土结构有效避免了沉陷和陷穴的发生；旧路加宽的填方路段采用土工格栅补强，可以有效控制新旧路基的差异沉降。
4、用数值分析方法和室内试验研究沥青路面温度收缩裂缝的发生、发展过程及其规律；比较加铺与不加铺玻璃纤维格栅以及加铺聚酯长丝烧毛土工布三种情况下，沥青混合料的压缩、低温及疲劳性能，证实加铺玻纤格栅效果明显；对试验路段现场试验、观测与评价，证实玻璃纤维格栅对抑制路面裂缝、车辙和路面变形的有效性以及长丝烧毛4抑制路面裂缝的有效性；提出了玻纤格栅与长丝烧毛土工布的设计方法和施工工艺。
5、揭示了黄土的浸水破坏机理及其对黄土地区道路破坏的影响，提出采用土工格室与三维土工网结合的方式护坡，不仅可以保护路基边坡表面免受雨水冲刷、减缓温差及温度变化的影响，而且还能防止坡面失稳，保护路基边坡的整体稳定，并兼顾路基美化和协调自然环境的效果；在易造成地表水下渗及侵蚀的部位，加铺防水土工材料，必要时对构造物地基用三七灰土进行处理。
6、在经济评价中，土工合成材料应用到公路工程中的价格应包括材料运到工地价格以及施工时的人工费和机械费；应在经济寿命期内评价运用土工合成材料的经济性。
四、推广及应用
土工合成材料及其应用技术正是当前西部开发实施基础设施建设行之有效的工程材料和技术手段。多年来土工合成材料已在国内数以万计的大小工程中应用，特别在公路工程各个方面的应用都充分地显示出其优越的工程性能。
项目针对黄土地区陡坡高填方路堤在不同高度、不同性质黄土中使用土工格栅进行加筋应用的理论以及试验研究具有较显著的新颖性；用玻璃格栅防止路面温缩裂缝的机理研究方面有较显著的新颖性；针对土工合成材料的道路应用而考虑其经济性的思路和方法，在国内尚属首次。
项目通过调查、研究、试验理论计算分析等得出了有关的结论，找出了利用土工材料预防黄土地区公路病害的方法，提出了在不同公路环境中应用土工材料的类型和技术指标。项目成果经济技术价值显著，并具有广泛的应用前景，可以在西部广大的黄土地区的公路工程中广泛推广。
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