土工合成材料的工程應用范文

導語：如何才能寫好一篇土工合成材料的工程應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】土工合成材料 應用現狀 發展趨勢

中圖分類號：TU3文獻標識碼： A

土工合成材料是近幾十年發展起來的一種新型巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面和各層土體之間，起著加強和保護土體的作用。雖然土工合成材料問世歷史不長，然而整個土木工程卻因之發生了巨大變化，許多土木工程領域中的新概念也應運而生。土工合成材料是一種多功能的材料，利用合成纖維高強性、整體連續性、良好水理性和抗腐蝕等特性，可開發成透水的工程材料。目前已在水利、公路、鐵路、工業與民用建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個領域得到廣泛的應用。

一、土工合成材料的種類

土工合成材料（Geosynthetics）是一種新的巖土工程材料，它以人工合成的聚合物，如化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或各層土體之間， 發揮增強或保護土體的作用。“土工合成材料”是一概括性術語，標識很廣泛的產品，土工合成材可分為土工織物、土工膜、復合型土工合成材料和特種土工合成材料等類型。目前已廣泛應于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、采礦、軍工等各個領域的工程建設。

1、土工織物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分為：（1）有紡土工織物；（2）針織土工織物；（3）無紡土工織物；（4）復合土工織物。

2、土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、瀝青以及合成纖維和織物另加一定的填充料和外加劑制成的材料。它具有很好的防滲和防水性能及很強的抗變形能力和耐久性。它的厚度一般為0.25~7.50mm，它主要有以下優點：（1）改進荷載分布狀況；（2）減少填料層厚度，并能滿足抗剪強度的要求；（3）限制土體的側向位移；（4）抗拉性能高，能避免產生裂縫；（5）增加土層剛度。

3、復合型土工合成材料。它包括土工格柵、土工網、超輕型土工合成材料、土工膜袋、土工墊、土工格柵等。常用的土工合成材料為前3種。

4、特種土工合成材料。土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網、土工石籠、土工管、土工模袋、三維網墊、E P S 等, 均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。如土工格柵是聚合物片材經沖孔和單向或雙向拉伸，形成具有條格形或長方形格柵狀的抗拉材料；土工帶由聚合物經擠壓拉伸，再加筋材復合制成的條帶抗拉材料；土工網由聚合物經擠塑成網或由粗股條編織或由合成樹脂壓制成的具有較大孔眼和一定剛度的平面結構網狀材料；土工模袋由雙層化纖織物(織造型)制成連續的不同間距(厚度)的平面袋狀結構材料。

二、工材料應用現狀

1、加筋

（1）加筋土坡

將土工合成材料(土工格柵或土工織物)加入土坡中可以起加筋作用。就加筋功能而言,同針織土工織物相比,土工格柵和有紡土工織物可以在較小的應變下發揮作用,針織土工織物則具有土工格柵和有紡土工織物所不具有的土工合成材料平面內的透水性。在實際應用過程中,可將不同的土工合成材料組合使用,使得加筋效果更加良好。例如可將針織土工織物與土工格柵疊合鋪設、針織土工織物與有紡土工織物疊合鋪設結合,具有加筋和排水功能;土工合成材料作為土坡內排水系統(豎向和水平向)和土工格柵、有紡土工織物結合。土工合成材料在加筋土坡中的應用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體,使土工合成材料成為具有導水性的填充聚合物或金屬纖維。從而,通過電泳、離子轉移和電滲改善加筋區內細粒土的性質。

（2）加筋土擋墻

與加筋土坡類似,加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋材料可以是土工織物,但采用更多的是土工格柵。土工合成材料在加筋土擋墻中的應用前景是在錨固區設置聚合繩、條帶和錨具(或土釘),將墻面單元通過加筋體錨固在錨固區。實質上,這一概念在20 世紀80 年代在我國的加筋土擋墻上已經采用。如果加筋土擋墻距巖體較近,也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。

2、排水

土工織物主要是無紡織物，是良好的透水材料。無論是織物的法向或水平向，均具有較好的排水能力，能將土體內的水積聚到織物內部, 形成一排水通道，排出土體。較厚的針刺無紡土工布和一些具有較多孔隙的復合土工布都可以起排水作用。在巖土工程中很多情況下需要采取排水措施, 以降低滲透壓力，或加速土體的固結,或降低無壓滲流場的浸潤線的位置。過去所采用的常規措施是在適當的部位(如兩種透水性不同的土層的交界面，或土料與混凝土建筑物表面的交界面等)鋪放在碎石層進行排水。用土工織物則可取代這種碎石層。這種取代不僅可以收到排水效果，而且施工特別簡單(特別對傾斜或垂直方向的施工面) ，工程造價也可以大為節省。可用于土壩內垂直或水平排水，土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護面下部的排水，埋入土體中消散孔隙水壓力，軟基處理中垂直排水，擋土墻后面的排水等。

3、防滲

（1）混凝土壩防滲

在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2 米設一水平不銹鋼槽,以夾緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設置土工網格,然后將土工膜粘貼在土工網格上。由于紫外線和氧化作用,土工膜的壽命受到限制。如遇高溫,這些作用對大多數聚合材料的影響非常大。這方面的發展前景應是開發改善型的聚合材料,以提供壽命更長的土工膜。

（2）隧道防滲

現行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側的防滲體,與克重較大的針刺非織造土工織物一起,將水導入設在隧道底腳的排水出口,形成封閉的排水系統。然而,土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會從臨時的護頂下垂,在永久性混凝土襯砌施工時容易遭到破壞。土工合成材料應和永久性混凝土襯砌同時施工,以避免在永久性混凝土襯砌施工時損壞土工合成材料。將來的發展是開發壽命在100 年以上的土工合成材料,以抵抗隧道周圍的不利環境,因而施工方法的改進和材料的壽命是最關鍵的問題。

4、隔離

將土工合成材料放在不同的材料之間或同一材料不同粒徑之間及土體表面與上部建筑結構之間，使其隔離開來。當受外部荷載作用時,雖然材料受力互相擠壓，而由于土工織物在中間隔開，不使互相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。隔離用的土工織物必須有較高的強度來承受外部荷載作用時而產生的應力，保證結構的整體性。可用于道路基層與路基之間或路基與地基之間的隔離層，在土石混合壩中隔離不同的筑壩材料，用作壩體與地基之間的隔離體，堆場與地基間的隔離層等。

工程土工合成材料的發展趨勢

目前國內一些較大的工程，跨世紀工程中均不同程度地應用了土工合成材料。如長江三峽工程，長江口深水航道整治工程，上海浦東國際機場等，由此可以看出中國正成為土工合成材料應用與銷售的最大市場。世界各國對中國土工合成材料的應用與發展都十分關注，積極籌劃將設備和產品打入中國市場，這也充分說明中國土工合成材料市場的潛在能力很大。雖然近幾十年來土工合成材料總的發展趨勢是不管在產品的種類、數量和質量上都有大幅度的提高，而對這一新型材料的認識和應用還不普及，土工合成材料的利用和研究還比較少，有些材料的品種還是空白，與世界上的先進國家相比，還有一定的差距。但是隨著工程建設的大規模發展，土工合成材料的推廣應用必將在工程建設中得以迅速發揮，發揮巨大的經濟效益和社會效益。

四、結束語

土工合成材料具有其獨特的力學性能,應用范圍廣泛，各類土工合成材料已經應用到水利、土建所有的領域中。在某些種類的特定工程中應用土工合成材料，不僅可以減少造價，而且效果都優于其他材料。

參考文獻

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關鍵詞　土工合成材料 軟基處理 反射裂縫 加筋加固 排水隔離

0　前言

土工合成材料是土木工程應用的合成材料的總稱。作為一種土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纖、合成橡膠等）為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或各種土體之間，發揮加強或保護土體的作用。《土工合成材料應用技術規范》將土工合成材料[1]分為土工織物、土工膜、土工特種材料和土工復合材料等類型。土工特種材料包括土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格室、土工織物膨潤土墊、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工復合材料是由上述各種材料復合而成，如復合土工膜、復合土工織物、復合土工布、復合防排水材料（排水帶、排水管）等。本文著重介紹當前公路路基施工中土工合成材料類型和應用，以及就土工合成材料的各種性質適合處理哪些類型的軟土地基作簡要說明。

1 土工合成材料的種類

1.1　土工布

土工布的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。土工布按制造方法可分為有紡（織造）土工布和無紡（非織造）土工布。有紡土工布由兩組平行的呈正交或斜交的經線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經過加工而成。按照聯結纖維的方法不同，可分為化學（粘結劑）聯結、熱力聯結和機械聯結三種聯結方式。

土工布運用于路面裂縫的防治在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層，是一種常用的路面修復技術。它具有工期短、造價低、對交通影響小、修復路面服務性能好等優點。但其主要問題是瀝青加鋪層中容易出現反射裂縫，而設置土工布是延緩反射裂縫的主要措施之一。

1.2　土工膜

土工膜一般可分為瀝青和聚合物（合成高聚物）兩大類。含瀝青的土工膜目前主要為復合型的（含編織型或無紡型的土工織物），瀝青作為浸潤粘結劑。聚合物土工膜又根據不同的主材料分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。土工膜的不透水性很好，彈性和適應變形的能力很強，能適用于不同的施工條件和工作應力，具有良好的耐老化能力，處于水下和土中的土工膜的耐久性尤為突出。土工膜具有突出的防滲和防水性能。

1.3　土工格柵

土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效。土工格柵常用作加筋土結構的筋材或復合材料的筋材等。土工格柵分為玻璃纖維類和聚酯纖維類兩種類型。

土工格柵有一定的剛度，從而使上面的負荷得到擴散，提高了地基的承載力；土工格柵抗拉強度大，格柵墊層可增強路基的穩定性；土工格柵能適應地基變形，礫石又能與格柵網孔互相鎖合在一起形成穩固的平面防止礫石下陷，從而增加地基的抗剪強度，防止軟弱地基產生過大或不均勻沉降以至側向變形。

土工格柵在路基施工中的溝塘回填方面得到廣泛使用，首先溝塘挖除淤泥回填至原地面后，先鋪一層土工格柵并垂直路線鋪設，沿路線走向鋪滿整個溝塘范圍。橫向鋪網與路堤兩邊縱向盲溝相接，每相鄰兩幅土工格柵搭接長度為20cm，搭接邊用u型釘固定。然后在其上填筑土并壓實后再加鋪一層土工格柵，再回填一層土并壓實，最后再加鋪一層土工格柵，其上再按照正常路基填筑，總共需要加鋪三層土工格柵。這樣處理過后能防止地基不均勻沉降造成的路基反射裂縫和側向位移。

1.4　土工特種材料

1.4.1　土工膜袋

土工膜袋是一種由雙層聚合化纖織物制成的連續（或單獨）袋狀材料，利用高壓泵把混凝土或砂漿灌入膜袋中，形成板狀或其他形狀結構，常用于護坡或其他地基處理工程。膜袋根據其材質和加工工藝的不同，分為機制和簡易膜袋兩大類。機制膜袋按其有無反濾排水點和充脹后的形狀又可分為反濾排水點膜袋、無反濾排水點膜袋、無排水點混凝土膜袋、鉸鏈塊型膜

1.4.2　土工網

土工網是由合成材料條帶、粗股條編織或合成樹脂壓制的具有較大孔眼、剛度較大的網狀土工合成材料。用于軟基加固墊層、坡面防護、植草以及用作制造組合土工材料的基材。

1.4.3　土工網墊和土工格室

土工網墊和土工格室都是用合成材料特制的三維結構。前者多為長絲結合而成的三維透水聚合物網墊，后者是由土工織物、土工格柵或土工膜、條帶聚合物構成的蜂窩狀或網格狀三維結構，常用作防沖蝕和保土工程，剛度大、側限能力高的土工格室多用于地基加筋墊層、路基基床或道床中。

1.5　土工復合材料

土工織物、土工膜、土工格柵和某些特種土工合成材料，將其兩種或兩種以上的材料互相組合起來就成為土工復合材料。土工復合材料可將不同材料的性質結合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如復合土工膜，就是將土工膜和土工織物按一定要求制成的一種土工織物組合物。其中，土工膜主要用來防滲，土工織物起加筋、排水和增加土工膜與土面之間的摩擦力的作用。

2 土工合成材料的應用

2.1　土工格室的應用

土工格室在集中載荷作用下，　受力的主動區會把所受的力傳遞給過渡區，但由于格室壁的側向限制和相鄰格室的反作用力，以及填料與格室壁的摩擦力所形成橫向阻力，抑制了過渡區和被動區的橫向移動傾向，從而使路基的承載能力得以提高。經過試驗，在格室的限制作用下，中密砂的表觀粘聚力可以增加三十幾倍。很顯然，　如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三個區域移動就可以取得提高地基承載力的效果，　這就是土工格室的限制原理。

2.2　土工格柵的應用

土工合成材料是解決軟基處理問題的有效方法，可改進荷載分布狀況，減少填料層厚度，并能滿足抗剪強度的要求，限制土體側向位移，抗拉性能高，能避免產生裂縫，增加土層剛度，特別是土工格柵在處理軟土在路基中效果明顯，物理力學性能良好，其對軟土的加固作用主要體現在水平加筋上，復合地基中土工格柵在產生拉伸應力的同時，對土體產生了一個類似于側向約束壓力的作用，使得復合土體的具有較高的抗剪強度和變形模量，也就是說由于土工織物使其上部施加荷載能均勻分布在地層中，當地基可能產生剪切破壞時，鋪設的土工織物將阻止破壞面的出現，提高地基承載力。

2.3　土工復合材料

土工復合材料在公路工程中被廣泛應用在路堤加筋、臺背路基填土加筋、過濾與排水、路基防路、路面裂縫防治等方面。土工合成材料與土相互作用原理歸納為兩大類：一是準粘聚力原理；二是摩擦加筋原理。用土工復合材料提高新舊路堤的整體穩定性，其優點在于：壓實效果好；占地面積較少；路堤穩定性好；有效防止滑移、塌方、沉降等現象。具有施工簡便、易于推廣、節省資金等優點。

3 結語

通過對各種土工合成材料在路面、路基施工和軟土地基處理中的作用機理進行分析，可以得出土工合成材料可以顯著提高地基承載力、減小沉降量及不均勻沉降，增大路堤穩定性，在改善橋頭跳車方面具有明顯效果，并且能有效的防止和延緩瀝青路面反射裂縫的產生。土工合成材料理論在施工中的運用將更加完善，從而指導設計和施工。

參考文獻：

[1]　水利部.　土工合成材料應用技術規范（GB　50290–98）　[M]北京：中國計劃出版社，1998

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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．

篇4

[關鍵詞] 邊坡防護 邊坡病害 侵蝕機理 土工合成材料

問題的提出

從20世紀80年代開始，我國的公路基礎設施實現了跨越式的發展，取得了舉世矚目的成就。隨著我國基礎設施的大力發展，在公路、鐵路等部門都涉及到大量的邊坡問題，因此對邊坡的正確認識、合理設計、適當治理，把邊坡失穩造成的災害降到最低限度意義重大。目前，土工合成材料發展很快，應用范圍不斷擴大，工藝水平日新月異，使得新產品常常成為展覽品。各種土工合成材料，包括土工薄膜、土工織物、土工柵條、土工網格、土工模袋，在填土襯墊、陡坡和豎直擋土墻的加固、排水系統、軟土路基、侵蝕控制、堤防和大壩等方面補充或替代了傳統的設計。

路基邊坡病害分析及防護設計原則

1.邊坡破壞產生的危害。①邊坡破壞帶來系列的工程問題和環境問題，嚴重的中斷交通，甚至造成人員傷亡，給國家和人民的利益帶來巨大的損失。②邊坡的淺層破壞造成邊坡落石，還危及行車安全，導致人員傷亡事故有時發生。③邊坡深層破壞帶來的后果更加嚴重。除在公路建設和養護期間需要花費大量的人力和財力進行處治外，還往往中斷交通。處治后發生病害的邊坡在進行處治時，技術和施工難度增加。④路堤邊坡破壞往往導致路面斷板、開裂，這種現象較為普遍，嚴重的情況是出現路堤整體滑動和中斷交通，除給公路運營管理部門帶來直接的經濟損失外，還給用路者帶來難以估量的間接損失。

2.路基邊坡病害的原因分析。（1）氣候因素。氣候因素有氣溫、降水、風速、風向、最大凍土深度等。在大面積的土質或風化巖質坡面上，由于溫差對地表的影響，加上雨水直接沖刷坡面，極易風化剝落，導致塹坡水土大量流失，或坡面產生裂縫，發生淺層溜方。（2）水文因素。水文因素如地表水的排泄，河流常水位、洪水位，有無地表積水和積水時間長短，河岸淤積情況；水文地質因素有地下水埋深、移動規律，有無層間水、裂隙水、泉水等。（3）土質因素。沿線地質因素，如巖石的種類、風化程度和裂隙情況，巖石走向、傾向、傾角、層理和巖層厚度以及有無斷層或其他不良地質現象。

土是建筑路基及邊坡的基本材料，不同的土類具有不同的工程性質。砂粒土的強度構成以內摩擦力為主，強度高，受水的影響小；黏性土的強度形成以黏聚力為主，強度隨密實程度的不同變化較大，并隨濕度的增大而降低；粉土類土毛細現象強烈，強度和承載力隨著毛細水上升和濕度的增大而下降。對于黃土質砂黏土或其他黏土質土，因其透水性弱、崩解性強、經雨水浸泡后土體表層含水量達到和狀態時，易使邊坡失穩而溜方；若路堤填料不合格，又沒有進行土質改良，將導致邊坡結構層斷裂破壞。

土工合成材料在路基邊坡防護中的應用

土工合成材料的種類。土工合成材料大體可以分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料四大類，每類材料又都有各自的相關產品。

1.土工織物特點。土工織物是采用編織技術生產的透水性土工合成材料，他的特點是重量輕、整體連續性好。可做成較大面積的整體，長度可達數百米。并且施工簡便、抗拉強度高、耐腐蝕和微生物侵蝕性好。

2.土工膜的分類及特點。土工膜是一種不透水的土工合成材料，可分為瀝青土工膜和聚合物土工膜兩類。土工膜的主要特點是透水性極低，其工程特性隨類別、制作方法、產品類型的不同而發生很大的變化。土工膜還有很好的彈性和應變能力、良好的耐老化能力，尤其適用于水下工程。

3.關于土工材料的說明。土工格柵、土工網、土工模袋、土工墊和土工室以及輕型土工合成材料統稱為土工合成材料。土工格柵是經過拉伸工藝形成的具有方形或矩形格柵的聚合物板材，主要用作加筋材料。土工網是合成料條帶編織或合成樹脂壓制成的具有較大孔眼、剛度較大的網狀合成材料，是主要的加筋材料。土工模袋是一種雙層聚合物化纖織物制成的袋狀材料，他可以代替模板成型混凝土或砂漿。土工墊和土工室是合成材料特制的三維結構，前者多為透水聚合物網墊，后者多為蜂窩狀或網狀三維結構，主要用于護坡或植草綠化

4.土工復合材料。土工織物、土工膜和某些特種土工合成材料，以其兩種或兩種以上的土工材料互相結合起來，成為土工復合材料。土工復合材料可將不同構成材料的性質結合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如復合土工膜，將土工膜和土工織物按要求制成土工膜―土工織物組合物，稱復合土工膜。土工膜主要用來防滲，土工織物起加筋、排水和增加土工膜與土面之間的摩擦力的作用。不同的工程有不同的綜合功能要求，故土工復合材料的品種繁多，可以說土工復合材料是當前和今后一段時期發展的大方向。

土工合成材料發展前景

土工合成材料有諸多功能，又有重量輕，體積小，強度高，耐腐蝕等特點，尤其是缺砂少石的地區更有其用武之地。但土工合成材料畢竟是一門非常年輕的新技術，對其生產、試驗、設計、施工工藝等在世界范圍內還沒有完全統一，很多人對這種新型建筑材料還不甚了解，但土工合成材料畢竟是富有生命力的新生事物，況且世界對土工合成材料的研究與應用已達相當高的水平，在不遠的將來，其效能一定能蓬勃發展，為社會主義建設作出重大貢獻。

總之，搞好鐵路、公路建設，確保公路邊坡穩定、安全、搞好環境保護，要深入了解公路邊坡破壞的型式與機理，針對不同工程對象的土質、水文、氣候等特點，靈活采用不同的防護型式，加強設計，加強施工建設管理，建安全之路、建生態之路、優美之路。

參考文獻：

[1]楊航宇，朱贊凌，羅志聰.公路邊坡防護與治理[M].人民交通出版社.

[2]王道雄.土工合成材料在公路工程中的應用[M].人民交通出版社.

篇5

倪娜

天津新宇建筑工程有限公司 301600

摘要：伴隨著我國對于科學技術的發明與發展，國內的土木建筑工程中涌出了大量的新發明，并投入到了使用當中，為我國的土木建筑工程作出了巨大的貢獻。

在眾多的新材料的發明使用中，纖維復合材料作為土木建筑工程中應用的材料，有著很好的性能，有著很強的抗腐蝕性，同時，本身的質量很輕，但強度卻很

大，能夠抵抗很大的壓力，因此，纖維復合材料逐漸替代了傳統的建筑材料。本文主要分析了纖維復合材料的優勢及纖維復合材料在土木建筑工程中的應用情

況。

關鍵詞：土木建筑；纖維復合材料；應用分析

土木建筑業作為我國重要產業之一，為我國的社會經濟發展起著很大

的作用，同時也是人們生活空間的基礎，只有不斷地改進與創新，才能滿

足不同時代下人們對于生活空間質量的需求。纖維復合材料是一種新型的

建筑材料，有著承重大、質量輕、強度高等特點，同時，能夠順應時代的

發展，符合生態文明建設的理念，使用成本低，節約能源，具有綠色環保

的性能，對于土木建筑工程的發展有著很重要的意義。因此，纖維復合材

料逐漸得到土木建筑工程的廣泛應用。

一、纖維復合材料在土木建筑的優勢

纖維復合材料具有可設計性，較高的比強度和比剛度，抗疾勞性、抗

化學反應及抗腐蝕性良好的抗震性等。纖維復合材料之所以能夠在土木建

筑中得到廣泛使用，與其自身的材料優勢有著密不可分的關系。

(一)纖維復合材料有著較強的應用性

纖維復合材料由于兼顧基體材料和增強材料的材料優勢，因此其性能

既能夠保持原有材料的某些特性，又能夠將組合材料的材料優勢充分發揮

出來，這種材料特性使得纖維復合材料與其他單一建筑材料相比，有著極

為廣泛的應用范疇，因此能夠在很大程度上滿足各類土木建筑結構的設計

要求，滿足土木建筑項目的建筑要求。

(二)纖維復合材料較強的抗疲勞性與耐久性

一般來說金屬的疲勞強度為拉伸強度的40%～50%，而纖維復合材料

的疲勞強度則為其拉伸強度的70%～80%，因此纖維復合材料有著更高的

抗疲勞性，在土木建筑當中會表現出更好的建筑性能，滿足土木建筑的設

計要求，提升建筑項目的質量與水平。傳統建筑材料，例如鋼筋，其易與

空氣發生化學反應，造成建材耐久性與使用性能的降低，使得土木建筑難

以發揮應有的作用，而絕大部分纖維復合材料具有較強的抗氧化性能，材

料性質較為穩定，有著較強的使用壽命，可有效提升木土建筑的耐久性。

二、纖維復合材料的應用原則

（一）科學性原則

只有從科學的角度進行對土木建筑設計的規劃，從纖維復合材料性質、

土木建筑建設流程的制定以及生產硬件與軟件構成式等多個方面進行細致

而全面的考量，才能夠最大限度保證纖維復合材料在土木建筑中的應用能

夠滿足土木建筑項目生產實踐的要求，只有在科學精神、科學手段、科學

理念的指導下，才能夠以現有的技術條件為基礎，進行纖維復合材料在土

木建筑中高效應用的科學探索與研究。

（二）易操作原則

由于土木建設項目大多位于城市邊緣或者郊區，其操作環境較為簡陋，

難以實現土木建筑項目中纖維復合材料的細致處理與操作。因此為了適應

這一現實狀況，就要盡可能增加土木建筑項目中纖維復合材料使用方案中

的容錯率，減少外部環境對纖維復合材料使用實踐活動的影響。同時由于

從事土木建筑實踐活動的工作人員專業水平不足，而大多數土木建筑建設

工作又由他們承擔，因此纖維復合材料使用方案必須進行簡化處理，降低

操作的難度，使得在較短時間內，可以進行批量操作，滿足土木建設工程

設計規劃的要求，保證土木建設開發項目進行的速率，使纖維復合材料使

用方案在實踐中順利完成。

（三）實用性原則

土木建設項目作為一項重要的人類活動，經歷了從無到有，從小到大

的過程，而這一過程的實現就需要雄厚資金的支持。從實際來看，資金的

穩定供應與否能夠直接影響到土木建筑項目的質量與水平，因此纖維復合

材料在土木建筑中的應用必須要遵循實用性的原則，最大限度減少纖維復

合材料使用方面的成本投入，從而能夠將更多的資金利用于其他方面，保

證土木建設項目的順利進行。

三、常用的纖維復合材料及其應用

（一）混凝土型纖維復合材料的應用

在傳統的使用材料中，水泥的承重力小，而混凝土會容易受到環境中

的因素影響發生腐蝕現象，且抗拉力強度。纖維材料通過多種材料合集的

結合，通過各自的特性，形成高抗壓性、高強度、高抗腐蝕性等復合型材

料。因而可以根據建筑的不同需求進行相應的調配，使用相應的復合材料，

使其更加滿足工程的需要。例如C 纖維增強混凝等，通過其防水性能、機

械性能、抗腐蝕性等的提高，使其適合應用到物建筑工程中。與此同時，

它還有吸收震動波的性能，有很好的抗震性，更加適用于各種建筑工程中

的應用。

（二）纖維聚合物筋

纖維聚合物筋是由纖維通過特殊的工藝拉擠處理后形成的一種復合材

料，有著很大的強度和抗壓性能，常見的有碳纖維纖維聚合物筋和芳綸纖

維纖維聚合物筋。因其特有的性質，可以鋼筋的使用，應用到新建和

預應力混凝土結構中，使得土木工程的結構更加穩定，同時，也可應用到

建設建筑、維修建筑等方面工作中。

（三）智能型纖維復合材料

隨著不斷地發展，多功能型的建筑不斷被建立，對于建筑工程中使用

的材料要求也越來越嚴格，為了很好的順應建筑業的發展，智能型纖維復

合材料逐漸發明并投入使用。目前，智能型纖維復合材料主要有以下幾：

第一，屏蔽磁場水泥基復合材料，智能纖維材料可以有效的屏蔽電磁波對

于建筑物內的干擾，解決電磁波干擾所帶來的各種問題，彌補了傳統材料

的不足，使建筑的施工更加順利。第二，水泥基屏蔽電磁波復合材料，通

過加入碳纖、鋁纖維和鋼纖維三種材料，使水泥基體具有了屏蔽電磁波的

性能，進而使其應用到了交通導航系統中，增加了混凝土的使用功能。第

三，等溫差水泥基復合材料，將碳纖維的性能與混凝土的性能相融合，進

而增加混凝土的整體功能，利用其更多的性能，使其投入到建筑溫度的檢

測和電力情況的檢測工作中，最終給將于建筑提供了電能。第四，導電水

泥混凝土，即在混凝土中加入導電纖維，使其具有一定的導電性，進而使

混凝土的抗損傷力有所增加，同時，能夠使建筑更安全更耐用，延長其使

用壽命。在實際工程中，具有可以除掉建筑物的靜電的作用，下雪時，也

可以在一定程度上融化路面上的雪。除此之外，還有多種智能型復合材料，

需要我們不斷研究與開發，不斷地加入到土木建筑的應用中，推進我國建

筑工程業的發展。

（四）結構補強材料

結構補強材料通常應用到土木工程中纖維片的修補過程中，減少建筑

的安全隱患，彌補其不足。同時，因結構補強材料具有質密輕的特點，使

得其易于施工，減低了施工的繁瑣性，縮短了土木工程的工期，節省了施

工時間，受到業內人士的喜歡。

綜上所述，纖維復合材料的有效應用在保證建筑企業發展速度與規模

的同時，也保證了開發建設項目的質量，其從建筑層面促進了我國經濟的

進一步發展，保證了我國城市化進程的深度與廣度。

參考文獻

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[2]劉彬.淺談土木工程中碳纖維復合材料的應用[J].門窗,2014,11

[3]葛自力.土木工程中碳纖維復合材料的運用研究[J].當代化工,2015,01

篇6

【關鍵詞】碳纖維；混凝土結構；加固

碳纖維復合材料包含的方面又很多，其中主要有碳纖維、芳綸纖維以及玻璃纖維等，這些都是我們生活中經常用到的，而且它們都具有輕質、高強、耐腐蝕等特點。因此在80年代初，人們也將其作為主要的工程施工材料廣泛的應用在工程施工中。碳纖維材料起初主要用于軍事、航天、船舶等工程當中，并且取得了不錯的效果，后來隨著科學技術的不斷發展，人們在原有的基礎之上對其進行完善和改進，從而擴展到土木工程施工中來，對混凝土的修復和加固工作有著十分重要的意義。

1.碳纖維復合材料的特點及力學性能

碳纖維是當前工程施工中的一種新型的施工材料。它具有良好的物理力學性能，這也是當前用途最廣，性能最好的纖維材料。它在土木工程結構當中，有著極強的補強作用，可以對混凝土結構進行合理有效的修復和加固，從而提高土木工程的結構強度。目前，由于我國的碳纖維生產技術比較落后，因此在進行使用的時候，一般都是采用國外進口的碳纖維片。這種碳纖維片有很多種，其中比較常見的有：單向片、單向織布、雙向織布等，這些也是我們工程施工中常用到的施工材料。

當前，在土木工程中應用的最為廣泛的碳纖維復合材料就是碳纖維增強塑料，這種材料在制作過程中，對其物理力學性能有著十分嚴格的要求，而且在施工性和耐久性方面也有著相應的施工指標。

碳纖維增強塑料的質地比較輕，而強度比較高，經相關測試，碳纖維增強塑料的結構強度要超過普通施工鋼材的好幾十倍。而且它本身具有的彈性模量和建筑施工鋼材相比，碳纖維增強彈性模量更強，耐久性和耐腐蝕性也比一般的建筑施工材料要強。由此可見，這種碳纖維復合材料，有著極強的物理力學性能，有利于土木工程結構的加固與修復，極大程度上保障土木工程的質量。

2.碳纖維增強塑料在土木工程中的應用現狀

2.1國外應用現狀

目前在工程施工中，人們也開始嘗試著將碳纖維材料加入到混凝土當中，從而制成碳纖維混凝土，應用到工程項目當中，并且取得了不錯的效果。這種主要是將碳纖維的長絲制作成和鋼筋一樣的棒材，在混凝土施工中，將其用來代替鋼筋，從而形成一種新型的結構材料，這種碳纖維混凝土主要用在一些大型工程結構建設當中。而且在大型的土木工程建設的時候，人們將碳纖維材料加工成繩狀，將其作為工程施工的拉索結構，不過這種方法并沒有對錨具連接的問題進行很好的解決，但是在土方工程施工中，仍然在應用。而碳纖維混凝土在混凝土工程施工建設中強度比較高，而且具有極強的耐久性和耐腐蝕性，這也對混凝土的開裂現象進行了有效的控制，從而提高了土木工程的施工質量。

在上個世紀80年代，發達國家就已經開始將碳纖維材料應用到混凝土結構當中，從而增強混凝土的物理力學性能，并且在90年代初期，發達國家就將其碳纖維混凝土材料廣泛的應用到各個工程施工領域當中，而且更具碳纖維優異的物理力學性能，使的許多工程設施的結構質量都有著大幅度的提高。目前，國外發達國家不但將碳纖維施工技術應用到各個領域，還對其施工生產技術掌握得十分成熟，而且現在有許多施工單位將這種碳纖維施工材料，應用到了土木工程當中，并且為社會建設提供了良好的條件。

2.2國內應用現狀

碳纖維加固修補混凝土結構技術在我國起步較晚，但最近幾年系統地對碳纖維用于加固修補混凝土結構技術的研究也呈現不斷發展的趨勢，最初僅有國家工業建筑診斷與工程技術研究中心一個單位，相繼有清華大學、同濟大學、天津大學、東南大學、大連理工大學等十余家高等學校和科研設計單位嘗試地進行過國產和進口碳纖維織物加固混凝土構件主要包括板、梁、柱等的模型實驗、加固施工工藝及加固性能評價等方面的研究，已經取得了實質性成果，并在工業與民用建筑、橋梁與隧道以及公路工程中得到具體的應用，收到了良好的效果，現在部分單位著手從事纖維增強材料加固混凝土結構規范的研究。該課題已列入建設部研究開發課題及國家科技部“九五”重點攻關課題。目前這項工作還處于剛剛起步階段。自1997年5月，國家工程中心已制作了一些試件，分為20余個工況，取得了構件抗彎、抗剪和抗壓等一些有價值的實驗數據，進行了多項工程的試點與推廣。相信碳纖維增強材料在國內將有廣闊的發展前景。

3.目前存在的問題

3.1力學研究方面存在的問題

碳纖維加固混凝土結構的技術是得到國際上普遍認同的開發熱點，其力學研究已經取得了很大的進展，然而，截止目前這方面工作還存在一些問題：（1）盡管對加固結構的力學性能進行了一些試驗研究，但是系統的理論分析和數值計算研究卻很有限。而這對于創立和發展這種嶄新的加固技術是必不可少的。（2）碳纖維加強混凝土結構的破壞模式，如鋼筋屈服-碳纖維斷裂破壞、鋼筋屈服-混凝土壓碎、混凝土受壓破壞和碳纖維板于混凝土面的黏結破壞等各類破壞特性，尚需深入研究。（3）盡管對碳纖維加強構件的彎曲、剪切延性、剛度能力等幾方面性能分別進行了實驗研究，但有關它們的綜合因素對加固材料的登記、數量以及施工工藝的影響的研究尚欠缺。（4）有關疲勞和抗震性能的研究不足，這對于評價加固結構的綜合性能，預測其二次壽命至關重要。（5）碳纖維加強構件與結構其它部分或整體的協調性如何，荷載的重分布而引起的局部破壞可能、連接點的削弱程度等，尚待研究。

3.2尚待解決的技術關鍵

材料的國產化問題。盡管國外已有多種定型的碳纖維材料產品，但國內的大規模開發應用不能完全依賴于進口產品，從降低成本及發展民族工業來講，國產化是必須的條件，目前國內的PAN基碳纖維強度一般在2000～3000Mpa之間，彈性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本滿足加固要求，但在預浸料的生產和加工成品的質量方面仍有較大的欠缺，均勻性也較差。因此材料的國產化問題是一個關鍵問題。

碳纖維加固修補使用的技術方面的問題，這主要體現在國內相應標準與規程的制定上，盡管國外一些國家已有了較完善的標準和規程，但并不適合我國，我們應及早制定出自己的標準和施工指南，包括材料生產、使用、檢驗、加固設計、計算、工程施工與驗收的一系列標準化工作。

不過自碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功后，給土木建筑領域加固改造技術帶來重大變革，采用碳纖維加固修復混凝土結構技術將比以往從傳統的技術更優越、更有效率和更方便經濟，可以解決傳統的加固方法不能解決的技術問題，具有重大的經濟和社會效益。碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功，將為碳纖維材料及其它高性能纖維材料應用于建筑業打下深厚的基礎，開辟了新的產業途徑。

4.結束語

由此可見，碳纖維復合材料由于具有優異的特性，在土木工程中得到的廣泛的應用。它不但對土木工程中的混凝土結構有著良好的加固修復功能，延長了混凝土結構的使用壽命，還極大程度上推動了土木工程的發展，為是我國的經濟建設打下了扎實基礎。

【參考文獻】

篇7

一、前言

如今土工合成材料已經遍布我們生活的各個角落，土木合成材料拉伸強度、伸長率的高低也密切關系到我們許多設施的質量，因此對土木合成材料進行試驗來探討溫度和濕度對拉伸強度、伸長率的影響是必須的。不同的項目工程對土木合成材料有不同的要求，土工合成材料在我國廣泛應用。隨著技術水平的不斷發展，該項技術也更加成熟。

二、土工合成材料的概述

土工合成材料的總稱是土木工程應用的合成材，是一種建筑復合材料，一般是以人工合成的聚合物為原料制造的產品，這些聚合物包括塑料化纖等。土工合成材料一般大量應用于巖土工程和土木工程中，其作用是將這些材料置于土體內部和各種土體之間，用來加強和保護土體免收破壞的作用。

土工合成材料的原材料是從石油、煤和天然氣中提煉化學物質然后制成的高分子聚合物，再對這些材料進行加工最后制成纖維和材料片材直至成品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯（PE）、聚酯（PP）、聚酰胺（PER）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚苯乙烯（EPS）等。土工合成材料之所以被廣泛應用是因為其具有重量輕、方便施工、耐腐蝕、質優價廉等特點。

三、土工合成材料的特點

土工合成材料具有隔離、防滲、反濾、排水、防護、加筋等作用，廣泛應用于路、橋與支擋工程、閘、壩工程、護岸工程、港灣及海岸工程、防汛搶險工程、地下工程、農田水利工程、環境工程、建筑工程等領域。在生態保護方面，無論是作為一種防護結構，還是作為生態輔助措施，土工合成材料都發揮了積極的作用。應用土工合成材料作為防護結構，有利于維護河渠岸坡的穩定，防止水土流失，同時，它的多孔隙性還有利于構建適宜生物生存的生境條件，保護生物多樣性和生態完整性。應用土工合成材料作為生態輔助措施，可形成生物通道、生物浮島、生物沉床等生態結構措施，既有利于生物多樣性保護，又有利于提高溝渠的自凈能力，改善水質。

四、土工合成材料拉伸試驗的影響因素分析

1、試驗材料

本次試驗研究采用的石英砂由10～20目及20～40目的石英砂按照質量比例3：1拌勻混合而成，控制砂密度為1.6g/cm3.試驗研究采用6種不同類型和規格的土工合成材料，其中3種為無紡土工織物，分別記為GT1、GT2、GT3；1種為有紡土工織物，記為GT4；1種為玻纖土工格柵，記為GG5；1種為塑料土工格柵，記為GG6。

2、試驗結果分析與討論

（1）法向應力水平對試驗結果的影響

根據不同條件下材料的拉伸試驗結果，可得材料在不同延伸率時的拉伸割線模量.圖1和圖2分別為不同法向應力下GT2和GT4的側限拉伸曲線及割線模量隨伸長率的變化曲線.從圖1和圖2可以發現：法向應力的側限作用對GT2（無紡土工織物）和GT4（有紡土工織物）的拉伸特性均有較大的影響，即與空氣中拉伸曲線相比，側限作用下相同伸長率對應的單寬負荷和割線模量均有較大的增長；而且這種影響隨著法向應力的增大而增強。

圖1給出了GG5（玻纖格柵）單寬負荷和割線模量隨法向應力變化曲線.結果表明：玻纖格柵對應不同應變率的抗拉強度隨法向側限應力非線性增大，且均相較于空氣中相同應變率的抗拉強度；玻纖格柵不同應變率下的割線模量同樣隨側限壓力增長而增長，盡管增幅比無紡土工織物小得多.

（2）拉伸速率對試驗結果的影響

從圖2可以看出，不同速率和不同壓應力下GG6的拉伸曲線均可劃分為線彈性階段、屈服階段和破壞階段，而且對于不同的拉伸速率，其單位寬度最大負荷比較接近，拉伸速率快時最大單寬負荷略有增大.還可以看出，不管拉伸速率如何，格柵單寬最大負荷隨著法向應力的增大而增大.但是不同拉伸速率下土中拉伸的屈服階段表現出明顯的差異，即拉伸速率越慢，屈服過程越漫長，達到最大單寬負荷對應的應變越大；當拉伸速率達到4mm/min后，這種拉伸速率的影響就不再明顯。

五、土工合成材料的施工方法

1、坡面鋪膜防滲

關于如何運用土工合成材料在水利工程做到防滲，最主要的施工技術就是進行坡面鋪設防護膜的工程模式，這種模式對施工體系和施工技術的要求最高，直接決定了工程施工工作的成敗。當今工程施工中，大部分都以土石壩為主要的結構模式，因此施工方式的選用對于整個工程來說都至關重要和關鍵。

2、堤腳開挖和堤身削坡

堤身削坡和堤腳開挖先由人工設計，再由人工配合為輔機械施工為主的形式來完成。所以說，堤身的設計尤為關鍵。堤身設計一定要使坡度設計達到標準，削坡后做好仔細清理坡面的工作，做到坡面既干凈又在平整度上達到標準。坡面達標后，再在提身和堤頂都要開挖止滑槽。按設計斷面開挖堤腳基礎，當挖到相對不透水層后再向下開挖寬1m深1m的溝槽。上述工作都準備就緒后，測量人員要對堤坡的規格做好檢查備案。

3、施工鋪設復合土工膜

在鋪設土工膜的時候，一般最好沿著壩軸線方向垂直鋪設，也可以順著壩軸延伸的方向鋪設，效果都是一樣的，目的都是防滲。垂直鋪設一般是資金、人力、無力都充足的情況下進行的，這樣不用考慮成本問題。但是資金、人力物力短缺的情況下，就會考慮順壩坡鋪設的方案了，因為可以減少焊縫的長度。垂直鋪設往往適用于高壩的鋪設即通常采用壩上部分垂直壩軸線來鋪設，即可滿足因應力而不會導致變形的要求又能減少焊縫的特點。但是，壩底的鋪設一般情況下不區分垂直還是順壩，都會采用順壩軸方向輻射的模式，這樣即省工又減少焊縫數。施工過程中應該嚴格按照復合土工膜鋪設時的設計及規范要求，一般步驟是從堤頂鋪到坡底而不是從底部到頂部進行鋪設。鋪設到底部基槽出應埋入相對不透水層，之后迅速回填堤腳和上部護坡，這樣做是為了避免滑坡現象的產生造成人員受傷等情況的發生。

篇8

關鍵詞：土工合成材料；橋頭跳車；差異沉降

Abstract: in the use of the highway geosynthetic materials application technology norms of bridge reinforcement of calculation vehicle jump length, often appear larger deviation, the reason is specification only consider geosynthetic materials of solutions of the filled soil reinforcement effect, and did not consider reinforced part way in normal use has also played on the abutment and normal roadbed the transition of the differential settlement role. It should be taken into account in the design of geosynthetic materials of solutions of the filled soil reinforcement and reinforced part of the transition of the differential settlement of the two aspects of the role, the more reasonable design.

Keywords: geosynthetic materials; The bridge jumped; Different subsidence of

中圖文分類號： U416.1 文獻標識碼： A

1 引言

隨著高速公路的迅速發展，在公路建設中，橋頭出現的跳車現象，已成為高速公路的多發常見病害，嚴重影響行車的平穩性和安全性。橋頭產生跳車的主要原因是橋頭與路基的沉降差所致。國內外的科研院所就該問題提出了很多的解決辦法，其中利用土工合成材料解決橋頭跳車是一種較新的方法。由于土工格柵具有抗拉強度的特點，而無紡針刺類土工布具有排水效果較好的特點。因此，橋接坡處都普遍使用土工布和土工格柵。合理設置土工合成材料，既可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降，又可以提高地基承載能力，同時也不影響排水。我國1999年2月開始實施的《公路土工合成材料應用技術規范》中給出了設計方法，但該設計方法只著眼與土工合成材料對于臺后填土的加筋作用，即通過加筋來提高該處路基的回彈模量，改善橋（涵）臺臺背填土擴散荷載和降低沉降的能力。而實際上，臺后加固段還有對正常路基與橋臺差異沉降的過渡作用，所以在設計中應綜合考慮土工合成材料對臺后填土的加筋和加固段對差異沉降的過渡這兩方面的作用，更為合理的進行設計。

2《公路土工合成材料應用技術規范》的確定方法

《公路土工合成材料應用技術規范》（JTJ/T 019―98）中規定用土工合成材料加固臺背路基填土時，土工合成材料的縱向鋪設宜上長下短，可采用緩于或等于1∶1的坡度自下而上逐層增大縱向鋪設長度，最下一層的鋪設長度應不小于最小縱向鋪設長度Lmin，且最下一層宜鋪設于構造物基礎的頂面。Lmin按式（1）計算。

（1）

式中，Lmin為土工合成材料的最小鋪設長度（m）；CGS 為土工合成材料與土體交界面上的界面粘聚力（Pa）；φGS為土工合成材料與土體交界面上的界面摩擦角（°），CGS和φGS 可由土工實驗測得；Hm為路基頂面與構造物基礎頂面之間的高差（m），γm為填料壓實后的重度（N/m3）。

從《公路土工合成材料應用技術規范》土工合成材料縱向鋪設長度的確定方法可以看出，它是采用了經驗方式來進行了處理，而并沒有充分考慮在路基使用過程中加固段還起到了對正常路基與橋（涵）臺差異沉降的過渡作用。

3 考慮加固段對正常路基與橋臺差異沉降的確定方法

[作者簡介] 魏國安（1981－），男，河南鄭州人，碩士，主要從事建設工程設計、施工、管理及相關工作。

通常在橋（涵）臺后填土設計過程中只考慮由于臺后填土的壓實度不夠或該處出現軟土地基等原因而造成的路基下沉的加固設計，對臺后易產生沉降的路基進行加固，從而提高其承載能力，減小該處路基的沉降量。而實際上，正常路基在運營后也將產生沉降，而該沉降是由于土的逐漸固結而逐漸產生，整個過程會延續許多年。由于橋（涵）臺的承重大，所以在設計中常常采用樁等這些承載能力大的基礎，因而其沉降量較小，如將樁打到基巖上，則其沉降量幾乎為零，這樣便造成橋（涵）臺和正常路基產生了較大的差異沉降，所以橋頭的加固段也起到了從橋（涵）臺到正常路基的過渡作用，因而在設計加固段的長度時必須考慮過渡段需要的最短長度。

為了研究方便，通常做如下規定：假設橋端部剛度為k,加固段剛度為k’,當k／k’0.1時，

則可不考慮橋臺沉降，反之，應與考慮。設計控制橋臺基礎工后的沉降量一般為 2cm～3cm，一般路基容許工后產生的沉降量為30cm（高速公路和一級公路）或50cm（二級公路），所以正常路基與橋（涵）臺的最大容許沉降差h＝27cm或h＝47cm。

當汽車跳起瞬間，車輛受到的豎直方向的力有空氣阻力、滾動阻力和重力。由于空氣阻力在豎向車輛速度不大且運動軌跡長度較小時影響小，所以忽略不計。則車輛在豎直方向運動的軌跡方程為：

(2)

式中，v為汽車與空氣的相對速度，可取汽車的行駛速度（m/s）；G為車輛總重力；f為滾動阻力系數，瀝青混凝土路面可取0.01～0.02；θ為道路翹起坡角，由于θ很小，可將其近似等于道路縱坡度i，此處為橋頭過渡段的坡度，為正常路基與橋（涵）臺的最大容許沉降差h與過渡段長度L的比值。

由式（2）積分并代入初始條件（t=0時vy=v0sinθ，v0為設計車速），可得：

(3)

由式（3）積分并代入初始條件（t=0時X＝Y＝0），可得：

(4)

當vy=0這一時刻，汽車跳起的高度最大，則令vy=0，由式（3）可得：

（5）

將式（5）代入式（4）可得：

（6）

式（6）即為不同設計車速、坡度的道路汽車行駛時跳躍的高度。由于θ很小，所以可取，故式（6）可簡化為：

（7）

一般認為當Y＞2cm時乘客有明顯的顛簸感，故以Y＝2cm來控制道路坡度。

由上面的推導過程易知，橋頭跳車的跳躍高度與加固段長度和設計車速有密切關系，所以在確定加固段長度時應從限制車輛跳躍高度入手，依據不同設計車速和橋（涵）臺與普通路基的差異沉降h來確定，同時考慮規范規定的最短加固長度的限制，兩者結合來完成最終的加固長度的確定。

4結論

由以上分析可知，在利用土工合成材料加固臺后填土解決橋頭跳車的問題時，應綜合考慮土工合成材料對臺后填土的加固作用和加固段對正常路基與結構物差異沉降的過渡作用這兩個方面。若只按規范計算，則可能會出現算例中的加固段偏小的情況。所以在設計中應將結合以上兩個方面考慮，這樣得到的確定利用土工合成材料加固路基的長度的方法才較為合理。

參考文獻

［1］交通部第一公路勘查設計院.公路軟土地基路堤設計與施工技術規范［M］. 北京：人民交通出版社，1997.

［2］王曉謀，袁懷宇.高等級公路軟土地基路堤設計與施工技術［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］周志剛，鄭健龍.公路土工合成材料設計原理及工程應用［M］. 北京：人民交通出版社，2001.

篇9

關鍵詞：塑料扁絲編織土工布；濕度；拉伸試驗

Abstract：The influence degree of humidity for the tensile tests of the plastic biansi woven geotextile decides whether it needs temperature and humidity control or not before the tests. Through the compare between transverse and longitudinal tensile test results under the conditionsof five humidities and the results under the condition of standard test methods, it shows the tensile tests of the type of geotextiles is less affected by humidity and it doesn’t need temperature and humidity control before tests.

Key words：Plastic biansi woven geotextile; Humidity; Tensile tests

中圖分類號：TU5 文獻標識碼： 文章編號：

1.前言

隨著近些年來巖土工程材料的發展和需求，土工合成材料已經成為最常見的材料之一，在交通、水利、海港、水土保持、航道整治及維護等各項工程領域中得到廣泛應用，特別是長江航道整治工程中，近年來，土工合成材料已在護底、護坡等結構中得到廣泛應用，成為用量最大的材料之一，土工合成材料的質量直接影響了航道整治工程的質量，因此，對土工合成材料的質量檢測數據的及時性與準確性也將對直接影響施工進度和質量水平。

在《公路工程土工合成材料試驗規程》(JTG E50-2006)中，規定了試樣應在標準大氣壓條件下調濕24h，標準大氣為三級標準，溫度為20℃±2℃、相對濕度65%±5%。但其在寬條拉伸試驗時，規定如確認試樣不受環境影響，則可不就行調濕和狀態調節。由于調濕環節耗時長，嚴重影響了土工織物的檢測速度，特別是力學性能指標。

塑料扁絲編織土工布作為航道整治工程中最常見的土工合成材料之一，為提升該土工布拉伸性能的測試速度，進一步確保檢測數據的及時性，有必要對其受濕度影響的情況進行驗證，以便合理提升塑料扁絲編織土工布相關指標的檢測速度。

2.試驗條件

本試驗所選用的材料為武漢恒海土工工程材料有限公司生產的規格為200g/m2塑料扁絲編織土工布，該樣品質量均勻，無明顯外觀缺陷。

2.1標準方法試驗結果

嚴格按照《公路工程土工合成材料試驗規程》(JTG E50-2006)要求，在調濕24h后，在濕度為60%、溫度為20℃環境條件下，試樣尺寸、拉伸速度、夾持方式等各種條件嚴格按試驗標準要求開展試驗，試驗數據見下表：

表1 塑料扁絲編織土工布試驗結果

2.2對比試驗環境設計

為了研究測試環境濕度對土工合成材料拉伸性能的影響，本次試驗設定了5個不同的濕度測試環境，試樣在以下環境中放置24h，具體情況如下：

測試環境一：在標準大氣壓下，處于溫度20℃±2℃、相對濕度25%±5%條件下調濕24h；

測試環境二：在標準大氣壓下，處于溫度20℃±2℃、相對濕度45%±5%條件下調濕24h；

測試環境三：在標準大氣壓下，處于溫度20℃±2℃、相對濕度65%±5%條件下調濕24h（JTG E50-2006中要求的標準調濕環境）；

測試環境四：在標準大氣壓下，處于溫度20℃±2℃、相對濕度85%±5%條件下調濕24h；

測試環境五：濕態試驗，將試樣浸入溫度為20℃±2℃的蒸餾水中，浸潤時間應足以使試樣完全潤濕或至少24h。為使試樣完全濕潤，在水中加入了不超過0.05%的非離子型潤濕劑。

表2 拉伸性能試驗不同濕度測試環境

3.試驗結果

3.1試驗過程

對不同環境下處理24h后的試樣進行抗拉強度試驗，對比試樣數量按標準要求選取5塊，每個試驗樣品取出后，確保在3min內完成試驗，以避免測試環境變化對樣品的性質造成影響。

按計劃依次對5個不同濕度測試環境條件下的試樣進行了試驗，對不成功的試驗進行了補充，剔除不合理的試驗數據，對所有有效試驗數據進行了統計，試驗數據如下：

表3 濕度對塑料扁絲編織土工布拉伸性能影響試驗結果

圖1 濕度對塑料扁絲編織土工布縱向拉伸的影響

圖2 濕度對塑料扁絲編織土工布橫向拉伸的影響

3.2試驗結論

從試驗數據分析來看，5個不同測試環境條件下的縱向拉伸強度和縱向伸長率、橫向拉伸強度和橫向伸長率大小在一定幅度內隨機變化，沒有呈現出一定的規律性，兩者未見明顯對應關系，且其檢測結果平均值與標準環境下檢測結果基本一致。因此，根據本次試驗可以初步認為，短期的濕度變化所引起的測試環境不同對塑料扁絲編織土工布的拉伸性能沒有實質性的影響，或者短期的濕度變化對塑料扁絲編織土工布的影響程度小于土工布自身材料均勻性的影響程度。

分析其原因，由于扁絲編織土工布是由塑料扁絲組成，其質地密實，不吸水，因此，水對扁絲編織土工布的組成、受力均影響不大，因此，濕度對其拉伸強度影響不大。

4.意見與建議

根據本次試驗結果，濕度對塑料扁絲編織土工布的橫向及縱向抗拉強度及延伸率影響較小，依據《公路工程土工合成材料試驗規程》(JTG E50-2006)中要求，可在試驗過程中不進行調濕和狀態調節。

由于本試驗僅針對扁絲編織土工布，其它土工布在進行拉伸試驗時是否能不進行調濕和狀態調節尚未能確定，需通過進一步試驗驗證不受濕度等環境影響時才可省略調濕環節。

參考文獻：

[1] 孫鈞,遲景魁,曹正康等.新型土工材料與工程整治[M].北京:中國建筑工業出版社,1998: 29-30.

篇10

關鍵詞：土工格柵， 路基， 不均勻沉降

Abstract: the roadbed fill in taking on both sides of the mechanical structure dig quite different, appear easily uneven settlement, seriously affect the service life of the road, railway, therefore, this place become guarantee the quality of the key parts of the road. For such part of the way was using the conventional treatment RCC layer, but the effect is not good. This article through the examples of engineering application introduced in roadbed fill the dig imbuing laid grille reduce subsidence and control the uneven settlement construction method, construction to provide the reference for the similar projects.

Keywords: grille, roadbed, uneven settlement

中圖分類號：U213.1文獻標識碼：A文章編號：

土工格柵作為我過90年代從意大利引進的土工施工技術，在解決鐵路和高速公路填方路基不均勻沉降的問題上發揮了重要的作用。浙贛鐵路橫跨江西、浙江兩省，大部分位于江西省中部，地形較復雜，氣候潮濕，高填深挖比較多，線路經過地區以東部以平原、西部以丘陵山地為主，軟基多。山區地段填方高度達到了25米，浙贛鐵路提速改造工程對于路基的穩定性，工后沉降要求較高，解決路基的沉降量，和保持路基的穩定性成為路基施工中的重要的技術問題。浙贛鐵路提速改造工程九標段在路基填挖交界處以及半挖半填地段，除了采用A、B類土作為填料并按規范做好碾壓外，還鋪設了一定數量的土工格柵來控制路基的沉降。通過沉降觀測，路基經過一個雨季后的工后沉降量不到10mm。通過工程施工試驗證明，在路基的填挖結合部位鋪設一定數量的土工格柵可以改變土體的力學性能，有效的克服路基的不均勻沉降問題，保持路基的穩定性。

1 土工格柵的特點

土工格柵是一種用高密度聚乙烯（HDPE）等聚合物為主要材料，加入了一定的防紫外線，抗老化助劑，經擠壓加工再拉伸制作而成的格柵狀土工合成材料。或以高強度化纖為原料制作的格柵狀土工合成材料。根據材料在平面的兩個方向上抗拉強度的不同，有單向土工格柵（TGDG）和雙向土工格柵（TGSG），同時按抗拉強度的大小，又有多種型號的單向和雙向土工格柵。

本工程中使用的是TGSG25-35型雙向拉伸聚乙烯土工格柵，其縱向強度均勻，耐久性好，具有很高的抗拉強度、柔韌性、延展性以及較高的抗疲勞性能。在土木工程應用中，主要有加筋、壓實、抗變性和隔離作用。此外，其網狀結構可使空隙水壓力更快的消散，借助于格柵網面層的高摩阻力而產生的高抗拉強度，可以增加結構層材料的整體性和剪切強度。

2 理論依據淺析

按摩擦加筋原理解釋為：土工格柵布設于填挖交界、半填半挖部位的路基中，沉降量小的一端相當于錨固端，沉降量大的一端則相當于自由端，自由端下沉時的剪切破壞受土工格柵的約束，土工格柵企圖從錨固端拉出，而錨固端受到其上部土體的重力作用所產生的摩擦力的影響阻止了自由端的下沉，從而維持了土體的穩定性，也就控制了路基的不均勻沉降。摩擦力T的大小與上部土體的重量N，摩擦系數F以及錨固端長度成正比關系：T=2FLγ（γ代表覆蓋土的容重）。

3 土工格柵布設的一般規定

3.1 土工格柵布設地段

土工格柵布設在沉降量有差異的地段，主要包括路基填挖交界處（圖一）、半挖半填地段（圖二）以及路基幫寬填筑地段（圖三）。

圖一：路基縱向填挖結合部土工格柵布置圖

圖二：路基橫向填挖結合部土工格柵布置圖

圖三：并修、撥移路堤幫填地段

3.2 土工格柵布設層位

在進行路基施工過程中,布設土工格柵的最佳層位應使摩擦力T盡量靠近極限抗拉強度。充分考慮工程投資、工期及土工格柵在保證路基質量方面的輔助作用，確定土工格柵布設在路基頂面以下200cm（路基幫寬填筑地段為150cm）位置。路基縱向填挖交界處沿縱向設臺階，臺階寬度不小于1m，臺階底設置2～4%向內傾斜的坡度，按臺階設土工格柵。路基橫向填挖結合部在路槽頂面以下200cm位置設土工格柵，間距1.5m，設2～4層。

3.3 土工格柵布設方向

土工格柵的布設根據挖填結合部形式的不同采取不同的布設方向。在路基填挖交界處，土工格柵縱向與路線縱向平行布設；在路基半填半挖處，土工格柵縱向與路線縱向垂直布設。

4 土工格柵鋪設具體措施

4.1 土工格柵材料準備

本工程選用土工格柵材料的縱向屈服伸長度率≤13%，橫向屈服延伸率≤16%，每延米縱向拉伸屈服強度≥25KN/m，每延米橫向拉伸屈服強度≥35KN/m的雙向型土工格柵TGSG25-35。鋪設前對有褶皺的土工格柵，一定要拉直整平。

4.2 土工格柵鋪設

采用預拉加筋工藝鋪設土工格柵。鋪設時先整平清掃下承層，然后攤開土工格柵，沿土工格柵縱向利用人工預拉，使其承受一定的預應力，并利用U型釘固定在路基上。施工過程中不允許出現土工格柵鼓包、斷裂現象。

土工格柵鋪設要求幅之間縱向采取密貼排放，橫向采用連接棒連接或搭接法連接，連接強度不低于設計強度，橫向接縫錯開不小于1m。縱向搭接采用重疊或捆綁的方法，重疊搭接長度不小于30cm，捆綁搭接長度過不小于10cm，捆綁法用聚乙烯繩螺旋式的將上下格柵條捆綁在一起。鋪設時使格柵與土層密貼，每隔一定距離用U型釘將格柵固定。

格柵鋪設后及時用砂或其他滲水材料覆蓋40cm厚，并按設計要求鋪回折段砂，外邊逐幅回折1m，用砂壓住，然后進行整平、壓實達到設計要求。

4.3 鋪設土工格柵的路基碾壓

對鋪設土工格柵的路基進行碾壓時，禁止重車和其它施工機械直接碾過土工格柵表面。鋪設好土工格柵后，每一層填土可在土工格柵旁邊卸土，用推土機攤鋪土方，碾壓時采用輕型壓路機壓實，避免損傷土工格柵。

4.4 土工格柵保存

土工格柵保存在陰涼的地方，禁止將土工格柵長時間暴露在太陽光下超過48h。

5 實施效果

在路基施工過程中，通過在路基填挖交界、半填半挖地段以及路基幫寬填筑地段使用土工格柵不僅保證了路基穩定性，而且減小了沉降并控制不均勻沉降。從工程的實際情況看，路基質量穩定，無明顯的路基沉降現象，說明土工格柵在保證路基穩定性及減少沉降上起到了明顯的成效。

6 應用前景

由于土工合成材料所具有的功能和特征性及其在工程實踐中的卓越成效，現在土工合成材料己經廣泛應用于鐵路、公路工程的路基、路面、排水、防護等各種結構中。

——加筋土擋土墻公路旁邊和垂直擋土墻中加鋪土工合成材料，可提高擋墻的承載能力。

——路面、路基增強土工合成材料可用于公路路面、路基的補強，尤其是在軟地基的公路，解決了路面裂縫、車轍壓痕問題，可大大提高路面、路基的承載力和使用壽命。

——邊坡防護用土工合成材料鋪在鐵路、公路邊坡上，可防邊坡上的石塊和泥土滑落到路上，危及行車安全。