土工合成材料應用范文
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0前言
土工合成材料是一種新型的建筑材料，由于其具有質量輕、施工簡易、運輸方便、料源豐富等優點，自問世以來，發展非常迅速，尤其是近二三十年在全世界范圍內得到迅速的發展和廣泛的應用，取得了良好的經濟、社會和環境效益，國內外已廣泛應用在水利、交通、電力、堤壩、防止沙漠化和水土保持等工程建設中，其中我國電力能源系統新建電廠粉煤庫90％以上采用土工合成材料修建灰庫堤，40％的老灰庫維修和擴建也均采用了土工合成材料。
1土工合成材料在黃石火電廠灰庫加高子壩工程中的應用
用于儲存火電廠粉煤灰的地方稱為灰庫，其相應擋灰的建筑物稱為灰壩。在火電廠運行過程中，灰庫將逐漸被粉煤灰填滿，因此，許多電廠在原來灰壩上加筑子壩，從而提高了灰庫的庫容，延長灰庫的使用壽命。湖北黃石火電廠分別對其所屬的筲箕窩灰庫和百沙灘灰庫進行了加高子壩的工程。在這兩項工程中，均采用了土工合成材料，下面具體介紹一下土工合成材料在這兩項工程中的應用和施工。
1.1筲箕窩灰庫加高子壩工程
1.1.1工程情況。該工程由1號、2號兩座土石代料子壩，兩座排水豎井組成。加高子壩高6m，由混合代料經分層填筑碾壓而成。在壩體的排水盲溝、壩基以及迎灰面均鋪設有400g/m2的無紡土工布，共計28550m2。
壩底排水盲溝尺寸為50cm×50cm，溝中充填瓜米石。為保證排水盲溝的反濾排水，在溝底三個側面均鋪設無紡土工布。由于地基是粉煤灰，為防止滲透破壞，故沿整個壩基也鋪設了無紡土工布，把粉煤灰與上部填筑代料隔離開來，同時又增強了地基承載能力。壩體迎灰面鋪設的無紡土工布主要起到反濾排水的作用，以防止粘土鋪蓋和粉煤灰中細小顆粒進入到后部代料區。
1.1.2無紡土工布施工。在施工中，無紡土工布的鋪設采用人工操作，設專人負責。具體方法是：在碾壓平整后的壩基面和壩坡面上，垂直壩軸線方向鋪設，鋪設過程中采用撤退式方法鋪設。垂直壩軸線方向上的土工布必須是整塊，不允許連接。平行壩軸線方向允許土工布連接，連接采用專用縫合機和滌綸線雙線縫接，為保證整體性，搭接長度大于10cm。土工布和岸邊基巖結合處考慮沉陷引起的張拉現象，各邊應留0.5m左右的余量，可供伸縮變形，以杜絕漏灰問題的發生。
1.2百沙灘灰庫加高子壩工程
1.2.1工程情況。該工程為一長約1300m、高1m的子壩。子壩直接修筑在原灰壩上，一面擋灰，一面擋水，采用“HEC”固化粉煤灰分層填筑、碾壓而成。在該工程中，為防止加高子壩與老壩結合面的滲透破壞，在壩身內部加設一道垂直的土工膜，土工膜在老壩和子壩中各插入25cm。選用土工膜為“F-5”型（580g/m2），其物理力學指標為：抗拉強度19KN/m，延伸率53.6％，CBR頂破強度3.41KN，垂直滲透系數4.76×10-13cm/s。
1.2.2土工膜施工。在鋪設垂直防滲土工膜時，設計深度應深入老壩內0.25m。先由人工在老壩壩面開挖10cm×25cm的槽縫，然后將土工膜垂直放入槽內，鋪完塑的溝槽采用粘土漿充填。每兩塊土工膜之間采用搭接，搭接長度30cm，待搭接部位洗凈擦干后采用自走式熱熔雙縫焊機焊接。局部破損的土工膜補漏，采用PVC膠合劑粘接，粘接寬度不小于15cm，要求粘貼牢固、均勻、可靠。土工膜槽口外漏段，應敷土加以保護，避免陽光直接照射。
上述兩工程由于采用了土工合成材料，簡化了設計和施工程序，一定程度上為工程的順利完工創造了有利條件。工程投入正常使用一年后，經實地復檢表明兩座灰壩均運行正常，沒有出現滲透破壞現象，這說明土工合成材料在灰壩工程中的運用是成功的。新晨
2結束語
土工合成材料作為一種全新的工程材料應用時間不長，經驗不足，目前還存在一些問題，如測試設備的升級滯后于該材料在工程中的應用，部分類型材料易老化以及該材料價格過高，提高了工程造價等，這些都限制了它的進一步推廣應用。但我們相信，隨著土工合成材料研究工作的深入，隨著生產的批量化和生產技術的改進，更重要的是人們對這種材料優良技術性能的進一步認識，土工合成材料在工程實際中，特別是灰庫工程中會得到越來越廣泛的運用。
參考文獻：
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關鍵詞：土工合成材料 防汛搶險 新的應用
Abstract: the geosynthetics used in civil engineering application is the floorboard of the synthetic materials. Since since introduced into China, because of its material properties for engineering application with the new technology and new methods. Especially in flood control and emergency rescue, the strengthening of geosynthetic materials (reinforcement), thin water flow, segregation filtering and other practical function, can be a very good improving engineering quality, will be difficult problem easier, and can produce larger production and social benefits, save engineering capital, on the ecological environment protection has also played a positive role.
Keywords: geosynthetic materials flood control and rescue the new application
中圖分類號：O434.19文獻標識碼：A 文章編號：
1引言
我國是一個洪澇災害頻發的國家，每年水災造成的經濟損失巨大，面對無情的洪澇災害，國家每年都在不斷提高防汛搶險技術與設備，其中，土工合成材料等新型材料的應用，得到了國家的大力支持，到目前為止，由于土工合成材料在大小水災險情中的出色表現，國家防汛抗旱總指揮部已將土工合成材料作為防汛主要物料，各水災頻發流域都大量儲備了土工合成材料。長期以來，我國由于科研資金投入不夠和現實技術落后等多方面原因，采用的防汛搶險方法較為原始和低效，通常采用填裝沙石，土料的麻袋等，這種方法成本低廉，效果優良，目前任然是大家樂于采用的方法。但是由于這些材料體積大，重量重的特性，造成了沙袋質量不一，人工勞動強度大，運輸十分不便等種種困難。而土工合成材料密度小，極強的透水性，良好的耐腐蝕性等特點，很好地完成了傳統材料無法完成的任務。另外，土木合成材料的使用 ，大大減少了沙石，土料等自然資源的消耗，符合循環發展的自然規律，對環境保護作用明顯，因此，在我國的發展前景十分寬廣。
2 土木合成材料在防汛搶險中的實際應用
2.1堤壩坍塌閑情的搶護
堤壩坍塌是堤壩臨水面在水流長期沖刷下，岸堤段形成頂沖，頂沖沖刷岸腳，在高水位時，岸底的土壤長期浸泡，吸水飽和，抵抗剪力強度大大降低，當堤壩內水流在人工引流等操作下，水位突然下降，堤岸底部突然失去水的壓力的支持，松軟的土壤脫落，使水流從堤壩的迎水面大量流出，威脅整個壩體安全，這時如果不及時排除險情，將造成整個壩體潰崩。這時可以采用在壩體臨水面墊大塊石料、高強度的土工材料網籠、編織袋土枕等措施進行搶險。如堤岸發生的險情嚴重，可以在堤岸的臨水面填土還坡，使臨水面的外邦頂面與坡面齊平。
實例：安徽淮河花家湖段500米堤壩全線坍塌。2007年7月，淮河花家湖段堤壩連續發生4次大規模坍塌，花家湖段堤壩最大坍塌距離200米，最短的一段也有35米。此段堤壩保護著一萬畝良田、一個大型煤礦和一個大型發電廠。目前塌陷的老壩已經基本失去抵擋作用，一旦搶護不力，可能導致整個工程壩體自上而下逐個坍塌，由于失去了大壩的阻擋，淮河水已經將大堤內側斜坡沖垮，河水正在吞噬大堤。在這種危急形勢下，搶險指揮部按照“先急后緩，搶修大壩”的原則，采用4層木樁所代替原來的舊壩體，各層木樁和每一根木樁之間都用鐵絲緊密連接，各層木樁之間再用沙袋填實，形成新的堤壩對大壩進行搶護，其中采用填充土工反濾布長管袋對坡體和岸根進行了加固，效果很好，使險情較快得到了控制。
2.2 堤壩管涌和流土險情的搶護
由于水流的滲流作用，在汛期，堤壩的堤岸和壩底的根基的薄弱處的土壤顆粒被水流帶走，這是往往是管涌和流土險情的高發期。如果不及時處理，會造成地面沉降，壩體坍塌等危害。對于管涌，流土搶險，主要措施是在災情發生地點構筑圍井和反濾層，傳統的搶護技術大致可分為圍井反濾法，反濾鋪蓋法和透水滲壓法等。近年來，隨著土工合成材料的出現，一些新的管涌，流土搶護方法在淮河，長江流域防汛搶險救災中得到應用。
實例：江蘇省徐州市銅山區張集鎮楊洼水庫潰堤決口南堤壩塌。2011年10月下旬，銅山區張集鎮境內楊洼小型平原水庫南堤壩放水發生管涌坍塌險情，左右涵洞的堤壩被水沖開，造成部分庫水下泄，該堤段由于使用時間較長，造成壩體面失修，整個壩體抗水壓強度大大降低，如果管涌擴大，很有可能發生決堤，搶險開始時，采用傳統的技術，險情并沒有得到很好的控制，后采用裝備式圍井，才起到了很好的效果。與傳統方法相比，裝配式圍井安裝便捷，效果好，省時間，能大大提高搶險速度，節約搶險時間，并降低搶險強度。裝配式圍井法搶險主要過程為：1，確定裝配式圍井的安裝位置，以管涌處為中心，設定圍井大小。2，開設溝槽，使用開槽機開一條深20~30cm的溝槽。3，將預算設定的單元圍板置于溝槽中。4，將單元圍板上的止水復合土工膜依次固定。5，用土將單元圍板內外的溝槽進行回填。6，檢查驗收。采用由土工合成材料為基礎的新型管涌土流處理辦法，使得此次險情得到了很好的處理。
2.3 裂縫險情的搶護
堤壩裂縫較為常見，按照其裂縫走向，可以分為龜裝裂縫，橫向裂縫，縱向裂縫，內部裂縫等四種，壩體裂縫的出現，是堤壩由于沉降，水體沖刷，壩體材料變形等原因造成的壩體開裂現象，如不及時處理，在汛期，壩體很可能會坍塌，裂縫隱患的排除，是汛期險情搶護的基礎保障工作。對于輕微的裂紋，可以采用從裂縫口灌干沙土的方式，之后用土工薄膜覆蓋裂縫口，再用高粘度的土質覆蓋在土工薄膜表面封口，防止水體進入。對于較為嚴重的裂縫，要在壩體的迎水面覆蓋土工薄膜，在壩體上隔3~5米與裂縫方向垂直挖槽，填上與壩體相同的材料，并用粘土封口。
實例：江蘇石港抽水站出水池北堤一公里內現9處堤頂裂縫險情。2003年8月，在石港抽水站出水池巡視時發現大壩上開了許多裂縫，如果不及時處理會造成滑坡甚至垮堤，進而可能造成入江水道淮水倒灌，導致引江洞破裂.最寬的裂縫至少有4mm寬，長約50米。該水出水站下游還有10多戶村民，一旦裂縫坍塌，將帶來巨大財產損失。對于4mm的裂縫，采取了在堤壩的另一側打樁進行封堵，4米高的樹樁間隔一米，纏上鐵絲網一字排開，然后填補土袋封死等方式搶修。采用這種方式，很好地排除了裂縫險情，保障了大壩安全。
2.4：較大面積散浸險情的搶護
散浸是當堤壩質量差，或者年久失修時，水從壩體的被水坡面滲出呈現窖潮現象，容易出現混水，壩體被水坡面土質松軟，壩體坍塌等險情。散浸險情處理方式一般分兩種：1用土工合成材料貼坡排水。2堤坡開挖導滲。
實例：監利縣長江干堤盧家月嚴重散浸。1998年8月，在監利縣長江干堤盧家月樁號563十085～563十105長20m范圍內，堤內肩向下垂0.7m以下堤內坡嚴重散浸。險情發生后，對嚴重散浸采取堤內坡開溝砂石導濾處理，溝寬0.3m，內填黃砂、碎石；在渾水洞上用袋土筑直徑lm的圍井，高0.5m，內填黃砂、碎石各0.2m；堤外用防汛袋土外幫長30m截滲，面寬5m，高出水面0.5m。經8個多小時搶護，嚴重散浸滲水減輕，渾水洞變成死水，并用土工材料在坡面實施了貼坡排水作業，有效的處理了險情。
3、結語
與傳統的防汛搶險材料相比，土工合成材料擁有使用簡單，消耗資源較少，節省操作時間，降低工作強度，提高經濟和社會效益等優點，雖然在我國起步較晚，但是，發展較快，已經在我國長江，黃河，淮河等洪災頻發流域顯現出了較大的優勢，同時，也得到了國家的大力支持，國家每年為土工合成材料的研究與推廣設立了專門的經費，相信土工合成材料在我國的前景是十分廣闊的。
參考文獻：
[1]孫亞林．堤防工程土工合成材料應用技術．北京：中國建筑出版社，2000
[2]《現代鋼管混凝土結構》(2003年4月第1版)人民交通出版社蔡紹懷著．
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【關鍵詞】土工合成材料；公路工程；作用
近幾年來，隨著我國公路里程的持續增加和改擴建工程的增多，越來越多的土工合成材料用于新舊路基填筑。土工合成材料（Geosynthetics）開始大量用于巖土工程是近三十年發展起來的一項新技術。土工合成材料是一種以塑料、化學纖維、合成橡膠等原材人工合成的聚合物，具有強度高、成本低、質量輕和實用性強的優點，主要有加筋、排水、防滲、過濾等功能。目前，具有代表性的土工合成材料有土工格柵（Geogrid）、土工網（Geonets）、土工膜（Geomembrane）和及其組合產品。土工合成材料在巖土工程的應用極大地推動了路基填筑技術的發展。
1 土工合成材料的種類
土工合成材料根據功能和工藝的不同，總體上可以分為4類，即土工織物、土工膜、土工復合材料和土工特種材料。土工織物可分為四種類型：有紡土工織物、無紡土工織物、針織土工織物和復合土工織物。土工膜主要由透水性低的材料制成，具有較強的防水性、耐久性和抗變形性，厚度一般在0.25～4mm之間。土工復合材料是將兩種或兩種以上的材料相互結合起來的一種材料，將不同性質的材料組合起來，可以更好的滿足工程的實際需要。土工特種材料主要包括土工格柵、土工網、土工膜袋、土工墊、土工格室等。
2 土工合成材料的作用
土工合成材料一般具有多種功能，在實際應用中根據工程的具體情況往往只有一種功能起主導作用，其他作用則在一定程度上發揮作用。土工合成材料在工程中有多種作用，總體上可以分為以下六種。
2.1 排水作用
土工合成材料（如土工織物）具有多孔隙的性質，可以將土體中的水分匯集并排出。有的針織型無紡織物或復合型土工材料可以沿平面方向和垂直其平面方向排水。這種土工織物本身具有的排水通道可以把土體中的水分緩慢排出。在填筑路基時，可以鋪設厚的無紡織物墊層，可起到固結排水的作用，防止翻漿。同時，在擋土墻、隧道燈構造物中，多采用土工織物作為排水設施。
2.2 過濾作用
由土工織物做成的過濾層可以起到代替砂石、砂礫的作用，具有造價低、施工簡單，質量容易得到保證的優點。有紡織物和無紡織物都可以起到過濾的作用，防止土顆粒的流失，但在過濾要求不高時通常采用無紡織物作為過濾層。
2.3 隔離作用
在巖土工程中，為防止不同層之間的顆粒發生相互混雜，造成污染，通常將土工合成材料鋪設在不用粒料層之間，起到隔離作用。如在軟基路段，在鋪設碎石層之前，在路基上鋪設一層土工織物，可以有效的防止層間相互傾入和控制不均勻沉降。
2.4 加筋作用
土工合成材料（如有紡織物、土工格柵和土工網等）一般具有較強的抗拉強度，埋在土中形成土―土工合成材料復合體，可承受一部分拉應力，限制土體側向位移，從而增強土體的穩定性。其中，土工格柵具有較強的抗拉強度和張拉模量，同時因土顆?？梢郧度敫駯诺目锥粗?，產生較大的摩阻力，是一種比較理想的加筋材料。
2.5 防護作用
土工合成材料不僅可以擴散集中應力，還可以將應力由一種物體傳遞到另一物體，使應力分解，防止土體破壞，起到防護作用。如較厚的無紡織物和復合材料可以減緩和防止路面反射裂縫的發展。
2.6 防滲作用
土工材料中如土工膜，因具有良好的防滲功能，可以與無紡土工布形成復合材料，其中，土工膜可以起到防水，防滲的作用，而土工布可以起到導流的作用。
目前公路工程中使用較多的土工復合材料有以下幾種，各類土工材料主要作用如表1所示。
表1 不同土工材料的主要功能
3 土工合成材料在公路中的應用范圍
土工合成材料和以土工合成材料為基材制成的材料，因其優良的力學性能、耐腐蝕性、耐久性能和良好的抗變形性能，從而廣泛的用于路基路面加固工程，軟基處理和邊坡防護工程。
（1）在道路改擴建工程中的應用；為了保持新老路基銜接處出現不均勻沉降，從而導致縱向裂縫的產生，采用土工格柵等作為加筋材料的應用可以有效的防止不均勻沉降的發生。
（2）在路面工程中的應用；在柔性路面中，采用土工合成材料，可以增強基層或底基層的整體強度。同時，在舊路路面進行罩面處理時，可以有效防止和減緩路面反射裂縫的發展。
（3）在軟件處理中的應用；軟基因其承載力低，如果在其上面直接修筑構造物或路基，容易導致沉降的發生。但如果在軟基處理時，采用土工合成材料加固，則可以迅速提高地基承載力，減少沉降量，縮短工期。
4 結語
目前，土工合成材料在公路工程中的應用越來越廣泛，具有廣闊的應用前景。但土工合成材料還有很多性質和功能并沒有完全得到應用，我們需要從實際工程中進行進一步的探討。
【參考文獻】
[1]葉飛.公路隧道工程建設質量管理研究[D].長安大學，2004.
[2]王永東.公路隧道運營安全技術研究[D].長安大學，2007.
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關鍵詞 土工合成材料；防滲；排水；應用
中圖分類號TU5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）56-0155-01
土工合成材料是以人工合成的聚合物（包括各種塑料、合成纖維、合成橡膠）為原料制成的土工織物和土工膜等產品。土工合成材料具有重量輕、整體性好、產品規格化、強度高、耐腐蝕性強、運輸和儲運方便、施工簡易等優點。應用于土石壩工程可收到節省工程投資、縮短工期的效果。土工合成材料具有防滲、排水、過濾、加筋、隔離、防護等多種功能，是一種很有發展前景的新型壩工材料。隨著其日益廣泛的應用，產品品種不斷增加，質量性能不斷提高。我國國家技術監督局與建設部也已了GB50290――98《土工合成材料應用技術規范》。
1土工膜
土工膜為高分子聚合物或由瀝青制成的一種相對不透水薄膜。聚合物薄膜所用的聚合物有合成橡膠和塑料兩類。合成橡膠薄膜可用尼龍絲布加筋，其抗老化及各種力學性能都較好，但價格比塑料薄膜貴。水利工程上采用的塑料薄膜主要是聚氯乙稀和聚乙烯制品，此外，還有各種復合型土工膜，如將土工薄膜與土工織物復合成一體，土工織物能起緩沖受力作用，可彌補土工膜強度的不足，又能改善接觸面的抗磨性能。土工膜的滲流系數一般都在1×10-8cm/s以下。土工膜早期應用于渠道防滲，20世紀60年代以后應用于土石壩，在前蘇聯及法國等歐洲國家應用較多。據報道，前蘇聯曾在150多座土石壩中使用土工膜防滲，效果良好。1984年西班牙建成的波扎弟洛斯拉莫斯堆石壩，壩高97m，使用土工膜防滲運行良好，現已加高到期134m。
應用土工膜作土石壩防滲體時，可以鋪設在上游面，并在其上部和下部分別設置上墊層和下墊層，再在表面加防護層。防護層可采用砂礫料、干砌或漿砌塊石、混凝土塊等；上墊層可采用砂礫料、瀝青混凝土、土工織物或土工網等；下墊層可采用壓實細粒土、土工織物、土工網、土工格柵等。當土工膜具有足夠強度和抗老化能力時，也可不設防護層、上墊層；復合土工膜可不設下墊層。采用土工膜的壩坡坡度受墊層和土工膜間的摩擦系數所控制，一般比較平緩，用料較多，但鋪設和檢修較方便。也可將土工膜直立鋪設于壩體中部，此時壩坡坡度可不受其影響，薄膜也不易損壞，但以后的維修更新不便。土工膜多用于斜墻壩。在土工膜防滲體設計施工中，要注意許多細部構造問題，以保證其防滲效果，如盡量采用復合型土工膜，膜厚不宜小于0.5mm,對于重要工程應適當加厚；對于次要工程,可以適當減薄,但最小不得薄于0.3mm；做好底部、周邊與不透水地基或岸坡的結合，一般采用錨固槽的連接方式；鋪設時應保持松弛狀態，以避免高應力造成的破壞；注意薄膜的粘結或焊接工藝，以保證連接質量。土石壩上游防滲土工膜鋪設通常有平直坡形、折坡形、鋸齒形、臺階形4種方式。施工工序主要有準備工作、鋪設、拼接、質量檢驗和回填。土工膜防滲系統應進行穩定性驗算及膜后排滲能力校核。
土工膜的老化和使用壽命問題為工程界所關注。通過大量室內和現場試驗研究表明，薄膜埋設于土石壩內中，與溫度、紫外線、大氣等老化因素基本隔絕，加上抗老化劑的應用，可以認為，老化并不嚴重。前蘇聯在有關規程中規定：聚乙烯薄膜可用于使用年限不超過50年的建筑。從試驗室加速老化試驗的結果推算，埋在壩內的聚乙烯薄膜可使用100年。歐美國家也有類似的經驗。
2土工織物
土工織物為用聚酯（PES）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚乙烯醇（PVA）等高分子聚合物纖維制造的透水性織物，但其中不得摻有棉、毛、絲、麻等天然纖維，因其強度較低，耐久性能較差。按加工工藝的不同，可區分為織造土工織物和非織造（無紡）土工織物兩類。用途較廣的是非織造土工織物，它的纖維呈不規則或隨意排列，用化學粘合、熱力粘合、機械粘合等方法制成。其最大優點是強度沒有明顯的方向性，不像紡織物沿經線、緯線的強度高，與經線、緯線斜交方向的強度低。土工織物已較普遍地應用于排水反濾系統與護坡墊層。土工織物的滲流系數一般為10-3~10-4cm/s，與面板堆石壩對墊層料的要求相近。但應用土工織物作反濾層，要防止其被細粒土淤堵失效，宜盡可能用在易修補部位，如護坡下面的墊層、壩下游排水溝下面的反濾層、下游貼坡排水的反濾層等處。應用土工織物加筋墊層，可增加壩坡的穩定性。在施工中應特別注意：當有往復水流時,織物后面的土料不易形成天然濾層,需要鋪薄砂層予以改善.此外,土工織物是聚合材料,紫外線直接照射會引起降解等破壞作用,故應盡早覆蓋保護.傳統用粒狀材料建豎向或斜向反濾或排水體質量很難保證,采用土工織物不僅能保證質量而且施工方便.
3其它土工合成材料
由兩種或兩種以上土工合成材料復合而成的土工復合材料，包括復合土工膜、復合土工織物、復合防排水材料（排水帶、排水管）等，可用于防滲、反濾、排水、加筋及防護等方面。土工特種材料為根據特殊需要加工而成的制品，包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網、土工模袋、土工網墊、土工織物膨潤土墊（GCL）、聚苯乙烯（EPS）等，主要用于防護、加筋等方面。
土工合成材料是一種很有發展前景的新型壩工材料，隨著其產品品種的不斷增加，具有防滲、排水、過濾、隔離、防護等多種功能，越來越得到廣泛的應用，值得在土石壩工程中大面積推廣使用。
參考文獻
篇5
關鍵詞：土工合成材料；南水北調；膨脹巖渠加固；應用
中圖分類號： TU41 文獻標識碼： A 文章編號：
南水北調工程由于跨域范圍廣，干渠沿線長，因特殊性質的巖土導致的的工程地質問題也十分突出,其中,有數百公里渠段將穿越膨脹土(巖)地區,這些渠段的斷面設計以及相應的工程處理措施,一直是工程技術人員所關注的問題。
1概述
根據初步設計報告,中線一期工程總干渠沿線地表至渠底板以下5 m范圍內分布有膨脹土(巖)的渠段累計長約300余km,主要分布在陶岔—北汝河段,輝縣—新鄉段,淇河—洪河南,邯鄲—邢臺段,此外潁河及小南河兩岸,安陽河北—東稻田,沙河,臨城,高邑,石家莊等地也有零星分布。
膨脹性土(巖)分布區地貌形態多為丘陵,壟崗和山前沖洪積、坡洪積裙,渠道挖深以小于10 m為主,部分渠段挖深可達10~15 m,局部渠段挖深15~30 m,少數渠段挖深可超過30 m。
上述膨脹性土(巖)渠段中,分布有膨脹巖的渠段長169.7 km,分布有膨脹土的渠段長279.7 km(部分渠段既分布有膨脹土,又分布有膨脹巖)。在膨脹巖渠段中,強膨脹巖渠段長34.2 km,中等膨脹巖渠段長58.73 km,弱膨脹巖渠段長76.79 km;在膨脹土渠段中,強膨脹土渠段長5.69 km,中等膨脹土渠段長103.5 km,弱膨脹土渠段長170.5 km。不同地域膨脹土(巖)的分布、時代、成因等存在一定的差異。
2膨脹土渠道處理原則
膨脹土邊坡失穩主要有2種類型:淺層滑動和深層滑動。觀測資料顯示,膨脹土渠道坡腳部位的位移比坡肩部位的位移大得多,這表明邊坡的失穩一般先從坡腳開始發生,然后逐步向上牽引式發展;膨脹土在非飽和狀態下的吸力是影響渠坡穩定的重要因素,降雨導致含水量增大和吸力降低,并導致抗剪強度(主要是凝聚力)的衰減,這是淺層滑坡的重要原因之一。另外,膨脹土含水量的變化還會導致膨脹土脹縮性的顯現,這也是影響膨脹土邊坡穩定的重要因素。
2.1裂隙處理:膨脹土體的破壞,主要源于水對土的作用,而水首先是通過土體的裂隙入滲的。地表部的膨脹土因受氣候的影響裂隙最為發育,其深度約在2 m左右的范圍內。這些裂隙面失水開裂,吸水膨脹,并導致裂隙不斷擴展,因此,膨脹土的治理應首先著眼于土體的裂隙問題。處治裂隙的最佳措施就是通過開挖破壞土體的原有結構,消除由于裂隙引起的潛在滑動面。
2.2 脹縮性處理:盡可能避免膨脹土與外界的水分交換,保持土體水分恒定(即保持吸力恒定)。
2.3 淺層滑動和深層滑動的破壞機理是不同的,因此,它們的處理方法也不一樣。
2.4中、強膨脹土工程危害性大,是渠道工程的重點防治對象;弱膨脹土脹縮性較弱,對工程危害性較小,處理中也應區別對待。
2.5渠道過水斷面以上和過水斷面以下的膨脹土渠坡有不同的特點,處理也應有針對性?？紤]到膨脹土邊坡的上述特點,在膨脹土渠坡處理工程中應遵循以下幾個原則:
2.5.1坡頂(上)以防護為主,防止土體開裂和雨水入滲;坡腳(下)以支擋和排水為主,提高土體抗滑能力。
2.5.2水下和水位變動區域設置混凝土襯砌,并在襯砌下部鋪設柔性墊層,吸收膨脹勢能。
2.5.3開挖緩坡,破壞大氣影響深度范圍的土體裂隙結構,然后,按一定的設計坡比回填,形成穩定的坡型。渠坡坡的回填可考慮采用大型機械翻挖原土,再根據需要設置土工合成材料加筋等處理措施。
3膨脹巖渠段處理措施
鑒于土工合成材料已廣泛應用于地基基礎處理、邊坡支擋等巖土工程,中線工程膨脹巖土渠坡,將考慮采用土工合成材料的加固措施,以替代換土處理方案。根據既有工程的加固處理經驗,主要采用土工格柵、土工袋2種材料。
3.1土工格柵加筋處理
3. 1. 1材料及技術指標
格柵處理層施工主要材料為膨脹土(巖)開挖料、土工格柵、粗砂、編織袋、草種等。土工格柵應選用耐久性能、耐溫性能和施工性能均較好的HDPE土工格柵(幅寬大于1. 0 m),根據渠道的不同部位,選擇合適的格柵材料。根據現有室內試驗成果,材料的抗拉強度宜50~80 kN/m;延伸率≤12%; 2%應變對應的強度≥10~20 kN/m; 5%應變對應的強度≥24 ~40 kN/m;蠕變強度(20℃)≥20 ~25kN/m;碳黑含量≥2. 0%。土工格柵回填采用開挖中-弱膨脹性土料,其最大粒徑應≤100 mm,控制含水率為最優含水率+(1~2)%。
3. 1. 2施工過程
土工格柵處理層的施工過程可分為清基、放樣、格柵鋪設、鋪土、碾壓5個步驟。首先應按照施工圖要求開挖邊坡,清除坡面及渠底浮土,要求基層平整度不超過±5 cm。遇地表積水應提前進行抽排,并清挖被水浸泡后的軟土,換填黏性土壓實,保證基坑清潔、干燥。然后嚴格按照施工圖放樣,做好邊樁、填土高度、格柵邊線、邊坡坡比控制等。土工格柵采用人工分層鋪設,在坡面向上層包裹形成反包搭接,反包長度(從土工袋尾端起)不小于100 cm,相鄰兩塊格柵之間為平接;格柵之間用連接棒搭接、格柵與土體之間用U型鋼筋錨接。格柵鋪設完成后,應先對鋪土巖土料的含水量、自由膨脹率進行檢測,在含水量、自由膨脹率滿足回填開挖料基本要求以后方可填筑施工。若開挖料實測含水率低于規定的含水率,應將篩下土料用灑水車噴灑濕潤,用挖掘機翻拌均勻(不少于3遍),直至達到以上要求后方可填筑施工。含水率調整后的土料,應及時用土工膜包裹,以防止含水率再次變化。最后,進行碾壓施工,其碾壓施工控制參數如表1所示。
3. 1. 3施工質量控制
土工格柵處理層施工應重點控制原材料、碾壓工藝和壓實效果3個環節。其中,原材料應嚴格按照相關材料的技術指標進行控制;碾壓工藝應根據實際工程情況,在施工前通過碾壓試驗確定。格柵處理層坡面形成后的平整度不超過±5 cm;粗砂找平層按0. 7的相對密度控制;處理層的壓實效果按照表2所規定的指標控制。
3.2土工袋處理
3. 2. 1材料及技術指標
土工袋施工主要材料為土工袋、膨脹土(巖)開挖料、水泥、中粗砂、草種等。土工袋采用2種規格,大土工編織袋120 cm×147 cm,小土工編織袋45cm×57 cm,可根據施工條件適當增加小土工編織袋尺寸。土工編織袋原材料的主要成分是摻有1%老化劑(UV)的聚丙烯(PP)。土工袋應在克重、經緯紗UV含量,經向、緯向拉力標準等項目上滿足相關技術指標。大土工袋裝袋料的最大粒徑應≤100mm,小土工袋裝袋料最大粒徑應≤50 mm。膨脹土(巖)袋裝土料和填縫土料含水率應控制在最優含水率+(1~2)%。采用具有良好級配的中粗砂進行找平。
3. 2. 2施工過程
土工袋處理層的施工過程中可分為清基、放樣、土工袋裝袋、土工袋和水泥土鋪設碾壓4個步驟。在土工袋鋪設施工前,應首先清除開挖斷面表層的浮土,接著嚴格按照施工圖放樣,做好邊樁、邊線和邊坡坡比控制等。土工袋裝袋時,應盡可能采用機械裝袋,如挖機裝料。裝袋土料應按照材料的技術要求進行控制,不同的裝袋料源需做含水率和自由膨脹率等參數檢測。在進行土工袋和水泥土鋪設碾壓時,土工袋采用逐層鋪設、逐層找平的方式施工,土工袋找平采用小型振動平板夯或輕型碾壓機械。土工袋鋪設后遇天氣變化或隔夜施工時,應注意場地的保護,避免已完成的結構體長時間暴露在大氣中。
3. 2. 3施工質量控制
土工袋處理層施工應重點控制原材料、碾壓工藝和壓實效果3環節。其中,原材料應嚴格按照相關材料的技術指標進行控制;碾壓工藝在滿足壓實效果的前提下可根據實際情況進行施工優化或調整,土工帶處理層坡面形成后的外切平整度不超過±2 cm,粗砂找平層按0. 7的相對密實度控制;處理層的壓實質量控制標準見表3。
結語
土工格柵具有高強度、低延伸率和耐久性好等特點,而土工袋的優點是可以裝填膨脹土,同時單個土工袋的體積較小,便于施工。針對兩種材料不同的特點，選擇合適的材料應用于膨脹巖渠加固工程中去。
參考文獻:
篇6
【關鍵詞】FRP復合材料；土木工程；工程技術
[ Abstract ] this article mainly according to their years of related working experience, discuss the application of composite materials in the civil engineering. This article main research object is the FRP composite material, firstly analyzes the current FRP application in civil engineering condition, and then introduced the FRP in civil engineering application in several special fields and some key technology, introduced in detail the FRP composite material of some excellent characteristics, so that the FRP can be applied more widely.
[ Key words ] FRP composite materials; civil engineering; engineering technology
中圖分類號：S969.1文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
前言
在過去，高級復合材料具有較好的工程性質，比如具有高比強度系數、高比剛度系數、高耐疲勞度、高阻尼、低密度、抗腐蝕、沿著纖維方向具有低熱膨脹率等特征。正是由于該材料的這些優良特征，使得這種材料在航空、汽車工業、海洋造船業等領域得到了廣泛的應用。最近，土木工程師和建筑工業研究者在研究基礎設施退化問題時，認識到復合材料在這方面有很大的發展潛力。近幾十年，FRP符合材料在建筑領域的應用越來越廣泛，并且，由于它的成本也在不斷地降低，FRP被認為是鋼筋混凝土中鋼材料的取代品。
FRP在土木工程中的應用技術現狀
FRP復合材料在土木工程中的應用比其在其他領域中的應用晚，造成這種現象的主要原因有兩個：首先是建筑物造價方面受到一定的限制，造價不能夠過高；另一個就是在這方面缺少經驗。工程師會經常遇到一些實踐性問題，就是關于FRP在加強結構方面的預期效果的設計。他們在混凝土結構或鋼結構方面具有一系列的規程和標準以及很豐富的設計經理論，然而在FRP加固結構方面卻缺乏相關的規程和設計經驗和理論。不過，自上個世紀九十年代起，FRP在土木工程的一些特殊領域得到了十足的發展。另外，自上世紀九十年代起，國際上已經開始使用FRP，用纖維增強復合材料代替鋼材，將其使用于土建結構的修補和加固。碳纖維材料具有優越的物理力學性能，還具有高彈模、重量輕、耐腐蝕、易施工、高強度等優點，整體性能高于鋼筋材料。
因此，到1998年為止，在國際上至少已經有2000多個大型土木工程中使用到了FRP材料作為修補加固材料，僅僅是在日本，每年就要生產好幾百萬平方米的CFRP片做結構加固之用。據統計，我國現有的橋梁和一些大型土木建筑多是在上世紀80年代以前所建，由于當今承載要求的不斷提高，裂縫的不斷產生，因此，加固修補工作顯得越來越重要。
FRP在土木工程中應用的幾個特殊領域
3.1FRP―混凝土組合結構
現如今，鋼和混凝土成功組合，形成了一種新型的結構，正是受到它們組合成功的啟發，在考慮到經濟因素的前提下，一個混凝土和FRP組合的新概念變成了一個具有很大潛力的可行性解決方案。當前，在這個領域的研究主要集中在將FRP外包混凝土上，這樣的形式類似于鋼管混凝土。有學者研究了這個體系，使用GFRP的外殼填充混凝土替換橋的主梁，支撐由FRP組合而成的橋面板。這種FRP―混凝土組合結構使得FRP和混凝土的性能得到了最佳的發揮。這種結構具有強度高、重量輕、剛度高、成本低等優良特性。正是它的這些特性將使得這種結構在建筑行業得到廣泛推廣。
3.2純FRP復合材料的大型結構
FRP復合材料具有多功能和可制造的特點，正是該材料的這些特性，在一些功能要求抗腐蝕或者磁電屏蔽的特殊建筑中給工程師們提供了一個去開發使用這種材料的機會。例如一些電磁試驗操作的建筑結構，或者是一些感光電路金屬板房間。現在已完成的純GFRP建筑是美國蘋果計算機公司的電磁干涉試驗室。
3.3FRP在負載環境下部結構中的應用
近些年來，環境的變化給我們帶來了很多的影響，比如水邊碼頭的地下基礎部分的結構性能開始出現提前劣化及抵抗力下降的現象，這些現象得到了各界人士的廣泛關注。仔細的研究這種現象發現，造成這種情況產生的原因是比較復雜的，因此，土木工程師們越來越意識到FRP復合材料作為一種解決復雜環境下部結構存在一些問題可行性的優勢。比如，增加FRP復合材料的層數可以加強現有結構的強度，或者使用GFRP材料代替原有的鋼筋，這些措施都可以大大提高原始結構的結構性能。
3.4FRP橋面板的優勢
橋梁的結構的性能會劣化，它的抵抗力也會衰減，造成這種現象的一個重要原因就是侵蝕作用。在原來的設計中，冬季使用防凍劑會使結構中的鋼筋劣化。FRP具有良好的抗腐蝕能力，因此它便成為了解決這個問題的一個可行的辦法。很多結構性能已經劣化，抵抗能力已經衰減的橋梁都處在重要的交通路線中，因此，迅速地替換那些橋梁，減少交通中斷的時間是很重要的。由于FRP橋面板可以在工廠中批量化生產，并且它的現場安裝時間也很短，所以用它去代替那些結構性能劣化以及抗力衰減的橋面是一個很適用的辦法。另外，適用FRP橋面板將會大大減少地震的損壞，因為，這種橋面板的重量比較輕，在地震過程中會減少慣性力的作用，從而減弱了地震對橋面板的破壞程度。正是由于FRP橋面板相比傳統橋面板有太多的優勢，所以近些年，人們都致力于研究和開發這種有FRP制成的高性能、輕質、經濟的橋面板系統。
FRP在土木工程中關鍵技術的應用
4.1高性能FRP復合材料設備與關鍵配套材料的研究開發
在土木工程中使用FRP復合材料的形式是多種多樣的，所以它的應用環境和應用方法也是多種多樣的。所以，我們如果僅僅是解決復合材料的的改進技術、生產出適用于土木工程特點的材料是遠遠不夠的，還必須要解決其配套設備技術和配套的生產問題。在這方面的開發研究主要包括兩個方面的內容：第一個是高性能FRP復合材料筋/索錨具及預應力張拉設備研制，第二個是特種粘貼樹脂基體結構設計及材料合成技術。
4.2在新結構中關鍵技術的應用
高性能FRP復合材料應用于新結構之中是當前現代土木工程中應用最為廣闊的一個領域。基于該復合材料的優良特性，它將為現代土木工程的建設帶來革命性的變化。使用FRP材料代替原先的混凝土鋼材的話，設計理論與設計方法也要隨之改變。因此，針對FRP復合材料的混凝土設計和理論成為了當前該材料得到推廣的技術關鍵。在該材料在土木工程的應用中，關鍵點是該材料的連接錨固性能與構造要求。
4.3結構加固補強的關鍵技術
FRP復合材料，尤其是CFRP復合材料，是當前土木工程中應用最為廣泛的。它在基礎設施的結構加固補強方面最為突出。盡管該項工作已經取得了不錯的進展，并且得到了廣泛的應用，但是仍然有很多課題有待解決，這些課題也是制約其更為廣泛地發展的“絆腳石”。具體主要包括兩個方面：一是在預應力加固補強技術研究；另一個是界面受力性能研究。
結語
復合材料在土木工程中的應用于材料的研究開發已經成為材料界和土木界一個研究熱點。該項研究的成果將會極大的推動現代土木工程技術的發展，它還會給現代復合材料產業創造一個更大的市場。
【參考文獻】
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篇7
【關鍵詞】 纖維復合材料 基礎結構 應用發展
纖維復合材料從20世紀60年代就開始應用于建筑業之中，那時只用做建筑物的預制組件、屋頂材料等，如火車站站臺一類建筑。一般站臺頂長50m，寬8～9m，纖維復合材料非常適合制作輕質高強的要求。1999年在瑞士Basel的一座5層建筑是使用纖維復合材料構件建筑精品。這座建筑的框架、門窗及部分室內設施完全由纖維復合材料組成。它的成功應用實踐了纖維復合材料在中型建筑的應用。
在近些年來，纖維復合材料由于它特有的功能，被引入土木建筑的基礎結構中，主要應用在高速公路、隧道、港口、橋梁、溝槽、護堤壁、機場、水壩、水處理設施及下水道工程。據統計現已占纖維復合材料市場的30%左右。這主要源于纖維復合材料的特殊性質，它自身結實而有剛性，提供了優良的比強度及高抗蠕變性，優越的抗候性與溫度變化的承受力，抗紫外線、潮濕及大氣污染，高抗沖擊強度，同時，選擇合適的樹脂還可具有阻燃性，良好的尺寸穩定性及耐熱性。用戶可以從很廣的范圍中選擇顏色與外型，具有很大的設計多變性。目前土木建筑結構中纖維復合材料新產品的使用開發主要有兩大類，其一是用做混凝土鋼筋，尤其是在那些防腐維修費用高的工程中；其二是修理或加固目前使用的混凝土結構，如受損的橋面或者提高基礎的強度等，都可以應用纖維復合材料增強。
1 纖維復合材料與橋梁設計
在橋梁設計中，纖維復合材料已逐漸被土木工程師應用到設計中。步行橋是橋梁使用纖維復合材料的一個起點，尤其是由于地理環境復雜，大型起重設備無法進入的地區或，在這時纖維復合材料的使用價值就明顯體現出來。利用它輕質高強的特點，橋的主體結構可以在制造廠中預裝成構件，在現場只需進行安裝。許多纖維復合材料步行橋在世界各地建造起來。例如，1992年蘇格蘭建成的一座113m長的斜拉橋，它是當時世界上第一座完全用擠拉復合材料建成的最長步行橋。1998年美國肯塔基州建成130m長的Sandy River橋打破了這一紀錄。而目前世界上最大、最長的車行纖維復合材料橋于2000年11月在美國西弗吉尼亞建成，橋面長58m，寬17m，使用增強纖維復合材料制成的梯形/六邊形型材及美國亞什蘭化學公司生產的聚氨酯粘合劑膠接制成。美國圣地亞哥加州大學為軍隊設計的一座浮橋充分揭示了增強纖維復合材料在基礎結構中的潛在用途。這座橋跨距15·3m，以軟木做芯材的碳纖維/環氧樹脂結構僅重5500kg，比鋁質的還輕，兩片這樣的橋面可以通過105t的軍用履帶運輸車，而相應的鋁橋載重僅70t。該橋橋面及側壁使用的是JOHNSTON增強復合材料公司的12K碳纖維束及BALTEK公司生產的軟木夾心芯材。采用SCRIMP工藝，環氧樹脂以多注口低壓注入到預成型的纖維布中，輔以真空袋成型，并在170℃固化。通過測試，承載了70t重的坦克及100t重的運輸車進行了5000次的測試。纖維復合材料以自身的性能優勢證明了它的應用前景。
2 纖維復合材料的補強作用
建筑界出于環保及經濟的考慮，很希望在基礎結構中使用簡便而有效的結構補強技術。對于城市基礎設施中最常見的鋼混結構，使用外部粘接鋼板補強的方法已經很多年。其不便之處在于鋼板的運輸與安裝不便及鋼板的易腐蝕。使用復合材料就克服了這方面的問題。在歐美一些國家，很多橋梁已使用了50年左右，橋梁結構已有破損。據統計，美國大約有100，000座橋梁需要徹底檢修或更新；歐洲科學家們重點對早期在鐵路沿線上建成的鑄鐵橋及鋼鉚釘橋進行了大量研究后認為，這些橋在全歐洲有100，000座，其中三分之一以上需要進行升級或補強以承載新發展起來的高速列車。因此，復合材料將大有用武之地，也為復合材料進一步推廣提供了一個非常好的機會。
3 復合材料防護層的作用
另外一種對建筑物及橋梁的支柱、鐵梁、鋼梁加固的措施是對其外加保護層。建筑物支柱的外部增強使用纖維復合材料意義重大。加固的防護層能提高柱體的抗剪切及抗壓縮應力，提高抗沖擊性。這項應用在地震頻發區如日本、臺灣及美國的許多州已經逐步推廣。美國舊金山、洛杉磯地震及日本阪神地震后，大批的建筑、高架橋、高速公路毀壞，因此這項技術最早是在美國及日本發展起來。約有150項補強新技術在日本、加拿大、美國用于實際施工中。超過3000座以上的橋已經用包括玻纖、芳綸纖維及碳纖維增強環氧或聚酯復合材料防護層進行了加固，我國近年地震災害較大，也可以利用新興的纖維復合材料進行加固維修。國外在對鋼結構建筑的鋼梁進行加固時，采用碳纖維/環氧樹脂預浸工藝。這種方法可以在狹窄的環境下使用最簡單的施工步驟。首先對鋼梁表面進行處理，去除表面腐蝕層，清洗表面，去除油脂并涂硅膠衣以保持干燥；然后用環氧粘接劑噴涂在清潔而干燥的表面。將碳纖維預浸料沿著鋼梁的形狀放置好后，對其加熱升溫，促使樹脂向纖維中滲透并充分固化；在預浸料固化期間，還要將其置于真空狀態下強化復合材料層面，盡可能多地將空氣去除。復合材料上施加的壓力通過纏繞在鋼梁上的真空袋獲得，確保材料與鋼梁在外形上保持一致。
4 結語
纖維復合材料的使用量在不斷增長，尤其是在復古維修的建筑中，許多土木工程師都可以利用纖維復合材料不僅可以使建筑物的外貌煥然一新，而且可以極大的增強其強度。因此，雖然新型的纖維復合材料結構初期投入比較昂貴，但它的作用是其它原料不能比擬的。
參考文獻：
篇8
關鍵詞:公路工程;土工合成材料;施工技術
1土工合成材料介紹
土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格柵等都屬于土工合成材料。在制造土工合成材料時，首先需要加工聚合物原料，使其形成絲、短纖維、紗或條帶，然后將其連接制作形成平面結構。有紡土工織物和無紡土工織物是按照制作方法分成的兩大類土工織物材料，兩者排列形式存在一定不同之處。有紡土工織物交織的方式為正交或斜交的經線和緯線，而無紡土工織物是定向隨意排列然后加工形成的。土工織物的聯結方式主要包括三類，分別為化學聯結、熱力聯結和機械聯結。重量輕、連續性好、施工方便、抗拉強度高、耐腐蝕、抗微生物等都是土工織物突出的特點。由于土工合成材料的抗拉力學性能較好，尤其是土工布和土工格柵，可以在工廠批量生產，質量便于控制，當前在土木工程各個領域中已經得到了較為廣泛的應用。土工布在公路工程中主要用以路面罩面的形式應用，可以將路面發射裂縫發生的概率降低，有助于反射裂縫發生和發展的控制。在公路工程軟土路基中，利用土工格柵還能夠達到快速固結地基、地基承載力優化的效果。
2土工合成材料的基本功能
隔離、加強、排水、過濾是土工合成材料的最為基本的四個功能。在公路工程中，土工材料廣泛地應用于路基排水、防護、裂縫防治等工作中。不同的材料的性能存在一定差別，但是其基本功能相差不大。
2．1隔離功能
在不同材料的交界面鋪設土工合成材料能夠達到隔離的作用，避免這些材料相互摻雜。通過設置土工合成材料，能夠實現擴散應力的作用，從而均勻控制地基土沉降量，為地基排水固結創造有利條件。
2．2加強功能
在地下鋪設土工合成材料能夠實現材料和土層摩擦力的增強，進而將拉伸強度提高。通過鋪設土工合成材料，能夠約束材料變形，增加土工合成材料復合體在外表上層的強度，達到下沉效果抑制的作用。
2．3排水功能
多孔隙透水是土工材料的特點之一，在土體內部埋設土工合成材料能夠借助材料的平面滲透性將土體中的水分排出，讓內部水沿著垂直于平面的方向流動。
2．4過濾功能
相比于過去天然骨料過濾層，土工合成材料的過濾排水作用、功能形態都有著很大的改善。土工合成材料可以利用被過濾土層中形成的濾餅層打到過濾的效果而不是利用自身的透水性進行過濾。換言之，土工合成材料并不需要自身具備較強的透水性，通常只要是相鄰土透水系數的十倍就可以滿足工程過濾功能的要求。
3土工合成材料在公路工程中的應用
3．1路堤加筋及軟弱地基的處理
如果公路所在地區為軟土地基，那么在高填土路堤施工中會導致表面受到側向土壓力的影響出現水平剪應力，進而可能發生路堤位移、失穩等不良現象。通過在路堤中使用土工合成材料可以利用加筋作用將路堤的穩定性有效提高，從而將路堤不均勻沉降問題大大減小。通?？梢栽诘躺淼撞夸佋O土工合成材料完成加筋工程施工。其中土工格柵嵌入到土體中能夠緊密貼合土體，利用自身較高的強度以及材料和土體的膜材料實現路堤或者軟弱地基強度優化的效果。熱熔擠壓方法也是制作土工格柵的一種常用方法，和冷拉格柵相比，熱熔擠壓方法制作的格柵各項性能有所降低，所以在質量要求較低的公路工程中可以應用熱熔擠壓土工格柵。近些年土工格柵材料也在不斷改進創新，當前有一種纖維土工格柵主要是由滌綸或者玻璃纖維制作而成，有著較強的強度和較低的延伸率，在公路工程中可以發揮良好的效果。
3．2臺背路基處理
橋涵、隧道等是公路工程建設中常見的構造物，在此類建筑物修建時如果沒有合理處理臺背路基填土很容易導致剛度出現較大的差異，進而導致臺背出現不均勻沉降的問題，久而久之，路橋結構穩定向降低，橋頭跳車問題嚴重。在臺背路基處理中合理地應用土工合成材料能夠將回填材料和構造物形成一個整體，將不均勻沉降問題發生的概率大大降低，從而將公路工程的施工質量提升。當前土工泡沫聚苯乙烯塊是公路工程臺背路基施工處理中常用的材料，它能夠填筑或者換填臺背路基材料，可以將路基的自重大大減小，有助于路基穩定性的改善，降低發生橋頭跳車的現象。
3．3路基防護
公路工程中路基是非常重要的一部分內容，路基防護主要包括兩方面內容，一是沖刷防護，二是坡面防護。對于土質坡面的防護措施常用的包括拉伸網草皮、固定草種布以及網格固定撒種等;在防護巖石邊坡時常常采用的防護方式包括土工網或土工格柵;在防護沿河路基時常常采用的防護方式為土工織物軟體沉排、土工模袋。通過沖刷防護能夠將路基穩定性提升，通?？梢圆捎弥苯蛹庸痰姆绞郊毙云掳兜臎_刷防護。另一種間接防護主要是將水流的方向、速度等進行干預。當前土工網墊、土工格室、土工格柵等都是常見的路基防護措施。土工網比土工格柵強度低，但是有著更小變形量，所以此類交叉黏結的復合土工材料在坡面防護中得到廣泛應用。在路基沖刷防護工程中應用土工網需要配合填充土石、混凝土材料等，將其剛度和側限提升，保證結構整體的穩定性。
3．4排水
排水是公路工程中非常關鍵的一項工作，其直接影響著公路結構整體穩定性。在公路防排水施工中，土工合成材料能夠將結構的排水能力改善和提升。將土工合成材料應用于公路工程中能夠充當排水體和過濾體，當前土工復合材料、土工模袋等常常在暗溝、滲溝中應用，是公路穩定性提升、路基排水性能優化的常用方法。在應用土工模袋時，需要在模袋中灌入混凝土或砂，使其形成具有一定透水性和強度的結構，在地基或者護坡中可以應用此結構。和設置泄水孔相比，土工模袋的施工更加便捷，并且反濾和排水效果更好。可以用薄形的土工織物包裹土工復合排水材料，實現土工織物排水性能優化、降低排水結構內部滲透入小顆粒的概率，避免阻塞排水通道。在路基路面縱橫向排水系統中或者支擋結構墻后的反濾排水系統中可以應用復合土工排水材料。
3．5對新、舊路基銜接應用
公路工程改擴建施工各種常常需要進行新舊路基路面的銜接，在結合位置非常容易出現的一種現象就是不均勻沉降?？梢哉f，不均勻沉降已經成為困擾公路改擴建施工的一大難點。如果施工人員沒有合理處理新舊路基接合位置，一旦在后期運行中發生錯臺現象就會進而造成開裂，對公路質量安全產生嚴重不良影響，甚至引發交通事故。為了將不均勻沉降問題盡量減少，需要合理處理新舊路基交接部位。首先需要處理新路基部分，然后按照臺階形狀挖掘原路基，開挖按照0．5～0．8m臺階高度、1．0～2．0m臺階寬度逐級完成，到最后一級臺階寬度應當≥2m。然后將土工合成材料順著路線鋪設，將其鋪平扯直，避免重疊、扭曲、褶皺。新路基鋪設的土工合成材料長度大于2m從而實現土工合成分別落在原路基和新路基尚，盡量保持新就路基填料一致。采用分層填筑的方式填筑臺階，逐層壓實。
3．6對隧道內的路面應用
隧道內巖層局部會存在較高的水位和較大的水壓力，容易出現地下水反滲的情況，如果沒有采取有效的排水設施，那么長此以往會導致路面遭受地下水的浸泡腐蝕，影響路面結構。隧道路面的結構層大多為混凝土材料，基層防水性不佳，將土工合成材料鋪設在混凝土路面和基層之間，同時做好排水管的設置可以有效避免地下水對路基產生侵蝕，降低地下水對路基路面的影響。土工合成材料能夠將反滲的水繞到兩側排水溝中將路面干燥性提高，保證通車安全。
4結語
在公路工程中，土工合成材料能夠解決很多施工中的難題，能夠達到排水、加固、隔離等諸多效果，有助于工程成本的控制，有助于施工效率和工程質量的優化。當前土工合成材料已經在很多公路項目中應用，取得了良好的效果。在未來發展中，應當進一步改進創新，提升土工材料的各項性能。
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篇9
關鍵詞：路堤；軟基；加筋土；施工工藝；質量控制
1、路堤加筋土施工工藝與質量標準
路堤加筋可依據邊坡坡度及設計目的等情況，采用堤身全斷面加筋及邊坡長短筋間隔加筋的方式。加筋材料主要是常用的土工合成材料，即土工格柵、土工織物、土工格室及土工網等。路堤加筋一般以土工格柵的使用最為普遍，尤其用于加筋用途時，宜選用強度高、蠕變小及粗糙度大的土工格柵。
1.1 施工工序與要求
1.1.1 施工放線
按照設計要求準確地放出路堤邊線的標志線，用石灰或其他方式進行標志并保護。為保證路堤土充分壓實，施工時路堤實際填筑邊線要寬于設計邊線，每邊不少于30cm。根據相關規范和設計文件的要求，在鋪設土工格柵前，首先應清除表土，然后進行路堤填筑，按照文獻的要求對每層填土進行壓實。為保證土工格柵不被填土表層堅硬凸出物刺破，填土表面嚴禁有碎石、塊石等堅硬凸出物。
1.1.2 鋪設土工格柵工序
（1）按照要求剪裁相應的加筋層的土工格柵長度，對于包裹式土工格柵加筋路堤，其土工格柵的長度應包括筋帶穩定長度、筋帶包裹長度和筋帶外露長度三者之和。
（2）鋪設包裹式土工格柵時，土工格柵的長度要滿足錨固要求，尤其在坡面外側必須預留出包裹所需的格柵長度；土工格柵的下承層路堤表面填土要平整、密實，且不能有堅硬的凸出物；土工格柵鋪設要平順，在路堤橫向傾斜度不宜大于5%，保證土工格柵拉緊、拉直和不褶皺。順路線方向，相鄰土工格柵應合理搭接，并用U 形鋼筋釘固定。土工格柵之間的摩擦力要小于土工格柵與填土之間的摩擦力，故要求相鄰土工格柵之間的搭接寬度盡量小，搭接長度一般不小于10c，。
（3）為使土工格柵在碾壓過程中少出現褶皺，除在相鄰兩幅格柵搭接處使用U 形鋼筋釘固定外，還需要在一副格柵中用U形鋼筋釘固定。U形鋼筋釘按照梅花形布設，布設間距以90cm左右為宜。
1.1.3路堤填土壓實
填土的鋪筑、壓實按照公路路基設計、施工規范要求進行，填土厚度一般不超過30cm，填土含水量應控制在最佳含水量范圍內，填土壓實度要滿足設計要求。除以上正常的路基施工要求外，還應注意以下事項：
（1）土工格柵鋪設好以后，要及時填土覆蓋及碾壓，防止土工格柵受陽光等紫外線照射老化。
（2）接觸土工格柵面10cm以內的路基填料，不可有大的堅硬粒料，其最大粒徑不大于6cm，以防止填料在碾壓過程中損傷土工格柵，從而使單位寬度的土工格柵強度降低。
（3）路堤填筑過程中，首先填筑路堤邊坡處，然后依次填筑到路堤內，這樣可防止格柵隆起，以免影響土工格柵的鋪筑質量。
（4）施工車輛不可在剛鋪筑好的土工格柵上行駛，嚴禁車輛在土工格柵上掉頭。
（5）土工格柵加筋路堤，其土體填筑質量不應因加筋而降低質量標準。碾壓前先檢查填土的厚度和平整度，確定其符合要求后，方可進行碾壓。選擇碾壓機具時，嚴禁使用羊足碾，以免損傷土工格柵。碾壓順序是先邊坡后堤身，碾壓輪跡重疊不小于30cm，嚴禁出現漏碾壓的現象。
1.1.4 土工格柵反包裹
將土工格柵折過來包裹住土袋，同時鋪設在路堤填土上，并張緊格柵。剪裁下一層土工格柵，重復步驟2～步驟4，鋪筑下一層土工格柵。
1.2 施工質量控制與檢查標準
由于土工格柵加筋路堤施工過程中，有些步驟難于量化，因此，施工全過程需要安排旁站人員進行外觀檢查。外觀檢查項目主要有：土工格柵的張緊程度；土工格柵的破損情況；土工格柵的固定情況，包括U形鋼筋釘的固定；填土的粒徑控制。
2、加筋土處理軟基的工藝與質量標準
土工合成材料應用于處理軟土地基時，主要目的是約束地基的側向變形；均勻化地基基底應力分布；提高地基的承載力；增強路堤的抗滑穩定性。處理軟基所用的土工合成材料，應選用強度較高、蠕變較小的機織土工織物或土工格柵，處理方法一般是在路堤的底部鋪設單層或多層土工合成材料。
2.1 加筋土處理軟基的施工工序與要求
2.1.1 施工放樣
按設計要求放出路堤的坡腳線，并做好標志保護工作。進行填筑前的清除表土、回填土的壓實及整平工作，同時檢驗基底土及其承載力是否與設計相符。
2.1.2鋪設土工合成材料
（1）鋪設土工合成材料之前，首先要檢查土工合成材料的破損情況，如織物破裂、格柵斷肋等。如有破損應進行修復，破損嚴重的嚴禁使用。
（2）盡量采用幅度較寬的土工合成材料，鋪設時使其強度高的方向置于垂直于路堤軸線方向，有利于發揮土工材料縱向強度高的優勢。
（3）鋪設的土工合成材料不允許有褶皺，要盡量張緊，必要時也可用U形鋼筋釘固定。
（4）土工合成材料與其下層表面盡量緊貼，不得因其上填土碾壓而移動。
（5）當鋪設2層或多層土工合成材料時，相鄰的上、下層土工材料接縫要交替錯開，錯開距離不小于50cm。
2.1.3 鋪設砂（礫石）墊層
嚴格按照設計要求的厚度鋪筑砂（礫石）墊層并整平壓實，表面嚴禁有碎石、塊石等堅硬凸出物。砂墊層用砂盡量采用中砂，其含泥量不大于5%；墊層所用礫石最大粒徑不超過8cm，含泥量不超過10%。與土工合成材料接觸的墊層材料，10cm以內最好用砂，否則，在碾壓過程中容易損傷土工合成材料。
2.1.4 路堤填筑
加筋砂墊層施工完成后，可在其上進行正常的路堤土填筑。與土工合成材料接觸的10cm以內的填土材料，其最大粒徑不超過6cm。另外，根據不同軟基的具體情況，采取不同的填筑方式。
2.1.5 施工觀測
軟土地基在填筑過程中，應設置沉降板進行沉降量觀測；同時，根據不同的觀測目標，布設相應的觀測儀器，按時進行測量、記錄。通常情況需要測量地基中的孔隙水壓力及軟基在填筑過程中的側向變形等。在觀測中，一旦發現異常情況，應及時調整填筑進度或修改施工方案。
2.2 加筋土處理軟基的施工質量控制
處理軟基的加筋墊層的施工質量控制內容主要有加筋材料的物理力學性能、砂（礫石）墊層鋪設寬度、厚度和平整度、加筋材料鋪設長度、寬度及其搭接寬度等。經檢查，物理力學性能指標符號設計要求。同樣，應安排旁站人員進行外觀檢查，即土工合成材料鋪設的張緊程度、土工合成材料本身的破損情況、填土粒徑的控制及填土攤鋪、碾壓的施工順序控制。
3、結束語
本文在現行市政道路加筋土設計、施工規范及成果基礎上，結合加筋土工程的施工實際過程，通過仔細分析梳理，提出了加筋土路基在施工過程中所需檢查的項目及標準。一般情況下，基本上能滿足加筋土路基施工的質量控制要求。根據不同的工程情況，可適當增加特殊檢查項目，如加筋材料鋪設偏離路基軸線、軟基處理時加筋材料的包裹長度偏差范圍等。
參考文獻
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關鍵詞: 土工合成材料 加筋土擋土墻 設計 破壞
中圖分類號：TU476+.4文獻標識碼： A 文章編號：
1 擋墻的破壞形式
土工合成材料加筋土擋墻的破壞形式主要有三類: ①外部穩定性破壞; ②內部穩定性破壞; ③加筋土擋墻的變形破壞。目前國內外加筋土擋墻的設計主要是基于①、②進行穩定性驗算的。
外部破壞一般表現為結構的整體失穩、傾覆等, 其力學行為與重力式擋墻相似, 破壞的主要表現形式有平面滑動、傾覆破壞、地基破壞和深層滑移。內部破壞發生在加筋土體的內部, 主要表現為拉筋材料的拉斷破壞、拔出破壞以及由于拉筋和面板連接處的局部應力超過構件的構造強度發生的連接件破壞。變形破壞是指加筋土結構雖未發生整體失穩, 但由于其變形過大而喪失正常的使用功能, 主要包括加筋土擋墻墻面的過大變形和地基的沉降破壞兩種形式。在實際工程中, 加筋土支擋結構的破壞往往表現為綜合性的破壞,各種破壞形式互相交叉、互相轉化。
2 設計方法概述
土工合成材料加筋土擋墻的設計方法很多, 但可歸納為極限平衡法、極限狀態法和有限單元法三種。極限平衡法和極限狀態法是用于分析加筋土擋墻極限破壞時的穩定安全系數, 有限元法則用于分析加筋土擋墻在工作應力狀態和極限破壞狀態時拉筋材料的拉力分布與土體變形情況。一個完整的加筋土擋墻的設計分析應包含極限平衡分析、工作應力狀態分析及墻體變形量的估算等內容。
2．1極限平衡法
目前, 土工合成材料加筋土擋墻的設計方法普遍采用極限平衡分析方法。該方法是對加筋土擋墻進行穩定性驗算, 即分析計算墻體整體結構內、外部穩定破壞所需的拉筋材料強度及應力分配。外部穩定性設計分析是將加筋土體視為具較高強度的復合土體, 再依據傳統重力式擋土墻外部穩定性設計分析方法進行計算。內部穩定性設計分析是以錨固楔體法為基礎的設計方法, 先假設側向土壓力分布狀況, 再計算不同深度處平衡該側向土壓力所需的拉筋材料的強度及應力分配。
德國建筑研究所的DIBt ( Deutches Institutefur Bautechnik) 設計方法已在歐洲廣泛使用, 并流行到其它地方。該方法基于錨固楔體法, 但其又有自身的特點。加筋土體墻背側向土壓力設計采用庫侖土壓力理論, 土體強度采用有效內摩擦角, 基礎承載力則采用Meyerhof 分布形式。計算時考慮了改進的太沙基承載力公式, 且考慮由主動土壓力產生的合力偏斜作用。內部穩定型分析采用雙楔體法, 先估計拉筋的布置, 只著重考慮拉筋的拔出破壞, 采用的破裂面是折線型的,假設滑動面上部沿加筋體邊緣且在墻面的不同高度
處, 每隔3°即有一個計算面。此外還有兩種特殊的面,在兩層拉筋之間而不與拉筋相交的面以及滑動面為拉筋面, 見圖1、圖2。按照以上各個不同的計算面來驗算拉筋的拔出穩定性, 從而確定拉筋的布置。
極限平衡法簡單、易行, 所以設計單位多采用該方法。但是由于極限平衡法需要對拉筋、土體、滑動面做出許多假定, 加上人為隔離強度與變形, 與實際情況差異較大, 導致極限平衡法計算結果精度較差, 只能將極限平衡法看作半經驗半理論的方法。因此, 通過積累工程經驗和進行試驗研究、理論分析, 對極限平衡法進行合理的修正, 使其更接近工程實際。
2．2 極限狀態法
在極限平衡設計方法中, 直接以土的峰值強度( 或殘余強度) 為指標, 給定一個保證結構不發生破壞的總體安全系數, 沒有或很少考慮結構的變形。而對于廣泛應用的土工合成材料加筋土擋墻來說, 如果在設計中不考慮其變形, 顯然是不合理的。
極限狀態法自20 世紀80 年代在結構工程中開始使用, 90 年代在巖土工程得到應用。在極限狀態法中, 一個特點是同時考慮強度和變形, 即臨界極限狀態ULS( ultimate limit state) 承受靜載荷與活載和功能極限狀態SLS( serviceability limit state) 。另一個特點是引入風險系數( 即分項安全系數) 來代替整體安全系數。對基于極限狀態設計方法的土工合成材料加筋土擋墻來說, 一是可以考慮不同極限狀態下的各種材料之間的應變兼容性, 同時還可以考慮內外部環境對材料耐久性的影響。
隨著土工合成材料在加筋土結構中的應用和發展, 其特殊張拉應變特性要求設計上將加筋土結構的邊界變形及內部應變協調性直接( 而不再是間接) 作為設計準則來控制和評價結構設計。極限狀態設計法的設計思想因此應運而生, 其核心是引入了臨界極限狀
態分析、功能極限狀態分析以及分項修正系數PF( Partial Factors) 的概念。規范BS8006(1995)/FHWA(1997)/AASHTO(1997)/NCMA(1997)等部分采用了極限狀態法的思想或在不同程度上已初步解釋了極限狀態設計法以及分項修正系數的概念。按照BS8006, 對平面狀或條帶狀拉筋材料的加筋土擋墻來說, 其設計方法分為錨固楔體法與粘結重力式法( Coherent Gravity) , 采用的方法與拉筋材料的延伸性有關。BS8006 規定在所有設計情況下, 分項安全系數在考慮完全破壞的極限狀態下其值應> 1.0, 若改為功能極限狀態, 則其值為1.0; 設計荷載則由土體及拉筋材料的復合性質來提供阻抗能力, 土體強度乘以分項安全系數則為設計強度。拉筋材料若為金屬時, 其設計強度
僅需將材料極限抗拉強度除以分項安全系數即得; 至于土工合成材料拉筋, 則需將拉伸蠕變斷裂強度與拉伸蠕變應變控制強度分別除以分項安全系數后, 取最小者為設計強度。
2.3 有限元分析方法
土工合成材料加筋土擋墻的有限元分析是一個十分復雜的問題, 涉及到填料、拉筋、地基以及拉筋與填料和拉筋與地基的相互作用等因素。土工合成材料加筋土擋墻的數值計算方法主要分為三類: ①將拉筋單元與土單元分開考慮, 拉筋單元與土體單元之間設接觸面單元; ②拉筋與土體合成為一體, 作為復合材料考慮;③將拉筋作為外荷載考慮, 直接作用在土體單元上(僅土體單元)。與極限平衡法相比, 有限元分析的優越性是將加筋土擋墻的變形協調和應力平衡結合在一起, 克服了傳統的極限平衡法將兩者完全分開的局限。該方法不僅能計算出土體中各點的位移、應力、應變和應力水平, 提供受荷后土體與拉筋的應力場和位移場,還能在計算中考慮土體的非均質和非線性、土體與拉筋隨時間的變化、施工程序和荷載變化情況, 而且還可以模擬某些復雜性質和過程。這些都彌補了極限平衡法的不足, 但是由于有限元法的參數需要進行復雜的試驗來確定, 加上難以對破壞進行定量的判斷, 限制了有限元法在實際工程中的應用。
