土工合成材料范文

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關(guān)鍵詞：土工合成材料；灰?guī)欤粦?yīng)用

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(zhì)量輕、施工簡易、運(yùn)輸方便、料源豐富等優(yōu)點，自問世以來，發(fā)展非常迅速，尤其是近二三十年在全世界范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益，國內(nèi)外已廣泛應(yīng)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(shè)中，其中我國電力能源系統(tǒng)新建電廠粉煤庫90％以上采用土工合成材料修建灰?guī)斓蹋?0％的老灰?guī)炀S修和擴(kuò)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?guī)旒痈咦訅喂こ讨械膽?yīng)用

用于儲存火電廠粉煤灰的地方稱為灰?guī)欤湎鄳?yīng)擋灰的建筑物稱為灰壩。在火電廠運(yùn)行過程中，灰?guī)鞂⒅饾u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?guī)斓膸烊荩娱L灰?guī)斓氖褂脡勖：秉S石火電廠分別對其所屬的筲箕窩灰?guī)旌桶偕碁┗規(guī)爝M(jìn)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(yīng)用和施工。

1.1筲箕窩灰?guī)旒痈咦訅喂こ?/p>

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(jīng)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(shè)有400g/m2的無紡?fù)凉げ迹灿?8550m2。

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(cè)面均鋪設(shè)無紡?fù)凉げ肌Ｓ捎诘鼗欠勖夯遥瑸榉乐節(jié)B透破壞，故沿整個壩基也鋪設(shè)了無紡?fù)凉げ迹逊勖夯遗c上部填筑代料隔離開來，同時又增強(qiáng)了地基承載能力。壩體迎灰面鋪設(shè)的無紡?fù)凉げ贾饕鸬椒礊V排水的作用，以防止粘土鋪蓋和粉煤灰中細(xì)小顆粒進(jìn)入到后部代料區(qū)。

1.1.2無紡?fù)凉げ际┕ぁＴ谑┕ぶ校瑹o紡?fù)凉げ嫉匿佋O(shè)采用人工操作，設(shè)專人負(fù)責(zé)。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(shè)，鋪設(shè)過程中采用撤退式方法鋪設(shè)。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(jī)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(jié)合處考慮沉陷引起的張拉現(xiàn)象，各邊應(yīng)留0.5m左右的余量，可供伸縮變形，以杜絕漏灰問題的發(fā)生。

1.2百沙灘灰?guī)旒痈咦訅喂こ?/p>

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(jié)合面的滲透破壞，在壩身內(nèi)部加設(shè)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(xué)指標(biāo)為：抗拉強(qiáng)度19KN/m，延伸率53.6％，CBR頂破強(qiáng)度3.41KN，垂直滲透系數(shù)4.76×10-13cm/s。

1.2.2土工膜施工。在鋪設(shè)垂直防滲土工膜時，設(shè)計深度應(yīng)深入老壩內(nèi)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(nèi)，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(jī)焊接。局部破損的土工膜補(bǔ)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(yīng)敷土加以保護(hù)，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(shè)計和施工程序，一定程度上為工程的順利完工創(chuàng)造了有利條件。工程投入正常使用一年后，經(jīng)實地復(fù)檢表明兩座灰壩均運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)滲透破壞現(xiàn)象，這說明土工合成材料在灰壩工程中的運(yùn)用是成功的。新晨

2結(jié)束語

土工合成材料作為一種全新的工程材料應(yīng)用時間不長，經(jīng)驗不足，目前還存在一些問題，如測試設(shè)備的升級滯后于該材料在工程中的應(yīng)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(jìn)一步推廣應(yīng)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(chǎn)的批量化和生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，更重要的是人們對這種材料優(yōu)良技術(shù)性能的進(jìn)一步認(rèn)識，土工合成材料在工程實際中，特別是灰?guī)旃こ讨袝玫皆絹碓綇V泛的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞 土工合成材料；試驗；土工； 施工；問題；措施

中圖分類號 TV871 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)051-0143-01

土工合成材料是20世紀(jì)出現(xiàn)的一種新型的巖土工程材料，使用初期品種較少，主要為土工織物和土工膜兩大類。早在20世紀(jì)50年代土工織物被成功地作為濾層材料替代砂石粒料反濾層，而土工膜應(yīng)用得更早，在30年代末40年代初即用于水池、水渠的防滲。我國于60年代中期將土工膜用于渠道防滲、裂縫堵漏，70年代應(yīng)用土工織物作防沖材料及加固地基等取得良好效果。土工合成材料的大規(guī)模應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。這種新型材料以其良好的工程性能，及其具有重量輕、強(qiáng)度高、生產(chǎn)工廠化、質(zhì)量穩(wěn)定、施工方便，價格低等優(yōu)點深受巖土工程師們的歡迎。

1 土工合成材料種類及工程應(yīng)用

土工合成材料是以高分子聚合物為原材料，用人工合成的方法制成的合成材料。高分子聚合物的種類很多，最常用的聚合物有聚乙烯醇、聚酰胺、聚酯、聚丙烯和聚乙烯5種，在實際工程中通常根據(jù)這5種原材料的纖維強(qiáng)度、相對密度、軟化點、耐酸堿及耐久性等特性供工程選材時參考。土工合成材料制品近年發(fā)展很快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出早期土工織物和土工膜兩大類，眾多產(chǎn)品如何分類至今沒有統(tǒng)一準(zhǔn)則。在《土工合成材料應(yīng)用手冊》將土工合成材料分為4大類：①土工織物，包括機(jī)織土工織物和非織造（無紡）土工織物；②土工膜；③特種土工合成材料，如土工格柵、土工網(wǎng)、土工墊、土工格室、土工膜袋，土工泡沫塑料等；④復(fù)合型土工合成材料，如復(fù)合土工膜、塑料排水帶等。這種分類的好處是概括性強(qiáng)，不斷出現(xiàn)的新產(chǎn)品可方便地歸人，例如近年用得較多的高強(qiáng)加筋帶、玻璃纖維土工格柵可歸入特種土工合成材料一類中，而軟式排水管、塑料盲溝可歸人復(fù)合型土工合成材料一類。土工合成材料的功能是多方面的，通常把它概括為6種基本功能：①反濾功能；②排水功能；③隔離功能；④加筋功能；⑤防滲功能；⑥防護(hù)功能。這6種功能有的可以明確分清楚，有的不易分清。實際應(yīng)用中土工合成材料往往同時兼?zhèn)鋷追N功能。任何應(yīng)用土工合成材料的工程幾乎都存在隔離作用，用于過濾作用的土工織物往往同時伴隨排水作用。在進(jìn)行土工合成材料設(shè)計時，需明確主要的、次要的和附帶的功能。

2 土工合成材料常規(guī)試驗

常規(guī)試驗為最常用的、操作較簡單的基本試驗，包括物理、力學(xué)和水力學(xué)性能試驗。目前用土工直剪儀進(jìn)行小尺寸的土與土工合成材料界面摩擦試驗用得也比較多。

1）物理和力學(xué)性能：物理指標(biāo)為土工織物的重量和厚度。力學(xué)指標(biāo)內(nèi)容較多，單向受力有條帶拉伸、握持拉伸和撕裂3種試驗；周向受力試驗有圓球頂破、脹破、CBR頂破、刺破及落錐等5種試驗。這10項指標(biāo)測定均可遵循紡織系統(tǒng)頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。土工合成材料的早期產(chǎn)品土工織物是應(yīng)用于工程的紡織物。土工織物應(yīng)用紡織技術(shù)制造，因而用紡織品試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，土工織物沿用了紡織品大多數(shù)試驗方法直到今天。

2）水力學(xué)性能：土工織物的水力特性在巖土工程應(yīng)用中十分重要，在20世紀(jì)80年代由巖土工程師們研究和制定了測定土工織物滲透系數(shù)和孔徑兩項試驗。不久ISO國際標(biāo)準(zhǔn)通過了滲透系數(shù)和孔徑試驗標(biāo)準(zhǔn)。

3）土一土工合成材料相互作用的界面摩擦特性：工程設(shè)計中常需要提供土一土工合成材料之間摩擦系數(shù)。在20世紀(jì)80年代開展了這方面的研究。其試驗設(shè)備大多采用土工試驗直剪儀和土工試驗箱。利用直剪儀作界面直剪摩擦試驗，將土工織物固定在上盒底部或下盒頂部，盒內(nèi)填土進(jìn)行直剪試驗。利用土工試驗箱進(jìn)行拉拔摩擦試驗，箱內(nèi)填土，土工合成材料埋在土中，進(jìn)行拉拔。這種試驗制樣較困難，一般常規(guī)試驗僅用小尺寸直剪儀進(jìn)行砂土一土工織物的直剪摩擦試驗。

3 土工合成材料耐久性試驗

1）老化問題：土工合成材料在大氣環(huán)境中光、水、氧、熱作用下，聚合物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，力學(xué)性能逐漸緩降，產(chǎn)生老化。目前常用老化試驗有自然老化法和人工老化法兩種。自然老化試驗是對鋪設(shè)在某特定地點及在當(dāng)?shù)刈匀粭l件作用下的土工合成材料，按時定期取樣進(jìn)行物理力學(xué)性能測試，可得到強(qiáng)度隨時間的衰減情況。這種試驗資料能可靠地反映實際情況，得到較可靠的長期強(qiáng)度，然而非常花時間。另一種人工老化試驗利用人工氣候箱對土工合成材料進(jìn)行加速老化試驗，氣候箱可調(diào)控光源種類，光照溫度和強(qiáng)度等因素。利用光源強(qiáng)度和光照時間，人工老化速度大大高于自然老化，但它與實際有差距，可靠性較差。

2）蠕變問題：土工合成材料具有明顯的蠕變特性。材料在某一恒定荷載作用下發(fā)生徐變，變形隨時間不斷增大，達(dá)到某一應(yīng)變后，應(yīng)變速率逐漸減小，應(yīng)變緩緩趨向穩(wěn)定。蠕變研究試驗表明，影響蠕變特性的主要因素有：原材料種類，材料承受的荷載水平，材料約束條件，溫度等。

3）淤堵問題：淤堵主要發(fā)生在用于過濾和排水工程的針刺無紡?fù)凉た椢镏校谶^濾過程中織物的孔隙被堵塞。產(chǎn)生淤堵原因可以是物理的、化學(xué)的、生物的或其他凍融、干濕等。最常見的是物理淤堵，通過織物的水中所夾帶的細(xì)粒土滯留在孔隙中或封住孔口；化學(xué)淤堵是過濾的水中含有化學(xué)溶液，合成化合物滯留孔中；生物淤堵是有的微生物對某種材料有親和力，滯留土工織物進(jìn)行繁殖堵塞孔隙。這些淤堵現(xiàn)象可交叉同時發(fā)生。

4 討論與總結(jié)

常規(guī)試驗主要對象是片狀土工織物、土工膜。由于這些產(chǎn)品具有良好工程性能，用量逐年增多，其試驗方法日趨統(tǒng)一和規(guī)范化。此外，為進(jìn)一步探索材料基本性能的蠕變試驗得到廣泛重視。土工合成材料問世至今短短幾十年，期間產(chǎn)品的種類、用量和使用領(lǐng)域飛速發(fā)展，發(fā)生了翻天覆地的變化。然而對比土工合

成材料測試情況，似乎有些不相稱，有關(guān)物理、力學(xué)性能指標(biāo)測試方法基本還是沿用當(dāng)年紡織品的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的特點是能簡單、方便且可靠地反映織物自身的力學(xué)性能；可以評價土合成材料的質(zhì)量、均勻度、強(qiáng)度和延性；可對同類產(chǎn)品進(jìn)行比較和選擇。施工現(xiàn)場土工合成材料是埋在土中的，是在土的約束下工作的，顯然紡織品標(biāo)準(zhǔn)不能滿足此要求，大多試驗仍僅對織物自身參數(shù)進(jìn)行比較，主要是試樣尺寸和形狀的變化，邊界條件變了，就方法而言無本質(zhì)上的突破。其中主要變化是，土工織物拉伸強(qiáng)度試驗中，以寬條（寬200 mm）試樣代替紡織品窄條（寬50 mm）試樣，其他無甚變化。大部分物理、力學(xué)性能紡織品測試項目繼續(xù)沿用。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：土工合成材料；鋪設(shè)損傷；強(qiáng)度折減系數(shù)；現(xiàn)場試驗

土工合成材料鋪設(shè)損傷是加筋土工程中廣為關(guān)注的問題，國外研究結(jié)果表明：在路堤加筋工程中，壓實機(jī)械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的主要因素之一，相對于國外的深入研究，國內(nèi)對該領(lǐng)域的研究工作較少，用于指導(dǎo)工程實踐的研究成果更為缺乏，而隨著國內(nèi)高等級公路建設(shè)的不斷深入，公路穿越的不良地基也越來越復(fù)雜，導(dǎo)致土工合成材料用量急劇增加。因此，對土工合成材料鋪設(shè)損傷進(jìn)行研究，已成為工程建設(shè)的一項迫切需求。本文依托某高速公路擴(kuò)建工程，對土工合成材料鋪設(shè)損傷進(jìn)行了現(xiàn)場試驗研究，從而為土工合成材料鋪設(shè)損傷研究提供了現(xiàn)場試驗依據(jù)，對于進(jìn)一步深入研究以及工程實踐，都具有重要的實際意義和參考價值。

1 工程概況及現(xiàn)場試驗

在某高速公路施工現(xiàn)場選擇一塊15m×4.5m的平坦的場地，去除表層雜草及腐殖土，用施工機(jī)械整平并用重型壓路機(jī)（本試驗采用徐州工程機(jī)械廠生產(chǎn)的18t光輪壓路機(jī)）碾壓4～6遍，以前后兩次的碾壓不再出現(xiàn)明顯輪跡為止。

根據(jù)現(xiàn)場路堤施工所確定的松鋪系數(shù)，在壓實好的場地上用路基填筑材料鋪筑一定厚度的填料并壓實至30cm厚的下臥層，然后用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，在碾壓初始不斷用人工來找平，下臥層的施工完全按照現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF10-2006）進(jìn)行。

將事先裁好的土工布和土工格柵按試驗方案要求平鋪在已碾壓好的下臥層上，試樣的裁剪嚴(yán)格按照現(xiàn)行《公路土工合成材料試驗規(guī)程》（JTG E50-2006）進(jìn)行。并用人工在上面鋪筑一定厚度的同一種填料，不同厚度之間保留0.5m的過度段，試驗段兩側(cè)填料各寬出土工合成材料1m，以保證合成材料上面填料的壓實度。本試驗采用壓實后10cm、20cm和30cm的不同對比厚度。鋪筑完畢后進(jìn)行壓實，然后用灌砂法測定碾壓后的壓實度，所有的碾壓和試驗方法皆按現(xiàn)行有關(guān)公路技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。除地基外，下臥層及上層填料的壓實度皆保證93%且最低碾壓次數(shù)不低于10次。

圖1 現(xiàn)場鋪設(shè)試驗路段碾壓前照片

本次試驗共用兩種填料，分別為礫類土（粗顆粒為花崗巖）和砂類土（粗顆粒為砂巖）。每種填料各做了壓實后10cm、20cm、30cm三種不同鋪設(shè)厚度的對比試驗，共做了5個不同廠家的 12塊試樣。除土工織物的每塊尺寸均為1.2m×1.2m外，其他幾種土工格柵的鋪設(shè)用試樣尺寸分別為：A土工格柵0.8m×1.6m，B土工格柵的尺寸約為1m×1.8m，C土工格柵的尺寸為2.4m×3.6m。

圖2 現(xiàn)場試驗路段碾壓后情況

2 試驗結(jié)果分析

為了解碾壓后土體顆粒粒徑變化，用四分法取試驗前后不同碾壓厚度的礫類土各100kg左右進(jìn)行篩分試驗，表1給出了砂巖砂類土的物理指標(biāo)，表2給出了花崗巖礫類土篩分后D50的變化值，圖3則給出了花崗巖礫類土未碾壓前及碾壓后的篩分曲線。

圖3 花崗巖礫類土篩分試驗曲線

由表2可以看出花崗巖礫類土經(jīng)碾壓后D50迅速降低，鋪設(shè)厚度越小，D50降低的也越小，30厚填料經(jīng)碾壓后，D50下降了近一半，由此可以看出，土工合成材料在碾壓過程中所承受損傷也將相當(dāng)嚴(yán)重，圖4為試驗后塑料土工格柵照片。

圖4 30cm花崗巖礫類土下B土工格柵

壓實后10cm厚礫類土下的塑料土工格柵，掘出后共有7根斷肋，占整個肋數(shù)的21.8%，并有超過一半的粘結(jié)點出現(xiàn)滑動脫落；壓實后20cm厚花崗巖礫類土下的塑料土工格柵，亦有近一半的接點遭到破壞，但未發(fā)現(xiàn)斷肋，這說明20cm以上礫類土的填筑厚度對土工格柵有較好的保護(hù)作用，但由此造成的損傷仍很明顯；壓實后30cm厚礫類土填料下的塑料土工格柵，亦未發(fā)現(xiàn)因碾壓而造成的斷肋現(xiàn)象，但遭到破壞的接點數(shù)亦近1/3，在此種填料和厚度下鋪設(shè)的兩塊土工織物，上層表面明顯的搓松起毛，特別是規(guī)格為250g/m2的土工織物，上表面破壞更為明顯，粗估其強(qiáng)度降低有一半左右，但與下臥層相接觸的下表面卻仍非常光滑，幾乎未有什么改變，由此可見下臥層的光滑和平整對于土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有一定影響。同時，這兩塊土工織物經(jīng)鋪設(shè)碾壓后各有多處孔洞，比較嚴(yán)重的一塊有明顯10多處較大的孔洞。在30cm厚砂巖砂類土下鋪設(shè)的塑料土工格柵，外表無明顯變化，既無斷肋也無結(jié)點破壞。在該類填料下鋪設(shè)的兩塊土工織物，其下表面變化不大，但上表面亦被搓動起毛，這顯然會對土工織物的強(qiáng)度造成影響。由此可見，即便在土工合成材料上面鋪筑30cm厚的砂類土，其損傷情況亦比較明顯。在10cm和20cm厚砂巖砂類土下鋪設(shè)的塑料土工格柵，亦未發(fā)現(xiàn)斷肋或結(jié)點破壞，由此可見，填料的顆粒大小和硬度對土工合成材料鋪設(shè)損傷具有一定影響。

將鋪設(shè)前后的土工合成材料進(jìn)行寬條樣拉伸，其中塑料土工格柵亦應(yīng)用20cm的夾具，所得拉伸試驗結(jié)果見表3。

注：強(qiáng)度折減系數(shù)為原始試樣最大拉伸強(qiáng)度與鋪設(shè)損傷后試樣的最大拉伸強(qiáng)度比值。

由表3可以看出，兩種土工織物在砂巖砂類土下的強(qiáng)度折減系數(shù)都在1.5左右，而在花崗巖礫類土下的強(qiáng)度折減系數(shù)都大于2.0，亦即鋪設(shè)后最大拉伸強(qiáng)度損失了50%以上，由此可見，鋪設(shè)損傷對土工合成材料強(qiáng)度降低的影響非常顯著。

針對單向粘結(jié)式C塑料土工格柵CATTDG40，現(xiàn)場還用花崗巖礫類土和砂巖砂類土做了壓實后10cm、20cm和30cm三種不同厚度的對比試驗，試驗所得的強(qiáng)度折減系數(shù)見表4。

由上表可以看出，當(dāng)填料壓實后厚度為10cm時，試驗用土工合成材料強(qiáng)度降低極為明顯，這說明過薄的填料鋪設(shè)厚度會對土工合成材料產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷，國外研究結(jié)果表明：土工合成材料上面覆蓋15cm厚的填料松鋪厚度是施工時的最低鋪設(shè)厚度，虛鋪厚度低于此值，土工合成材料鋪設(shè)損傷后強(qiáng)度將急劇下降。本次現(xiàn)場鋪設(shè)用18t重型振動壓路機(jī)，對以上兩種填料的有效壓實厚度皆在30cm左右，故當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在20cm左右時，塑料土工格柵仍承受了較大的鋪設(shè)損傷。由此可見：在路堤加筋工程中，當(dāng)填料的鋪設(shè)厚度在壓實機(jī)械有效壓實厚度附近時，不僅可有效利用壓實機(jī)械，而且對降低土工合成材料的鋪設(shè)損傷具有重要意義，過薄的碾壓層厚不僅會導(dǎo)致施工機(jī)械的浪費(fèi)，而且對土工合成材料的強(qiáng)度保持也不利。

3 結(jié)語

通過土工合成材料鋪設(shè)損傷現(xiàn)場試驗，驗證了室內(nèi)模擬試驗結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性，也證明本文所得出的土工合成材料鋪設(shè)損傷折減系數(shù)建議值獲得了工程實踐驗證，該系數(shù)具有可推廣性和工程實用性。同時通過對不同鋪設(shè)厚度的現(xiàn)場鋪設(shè)損傷試驗結(jié)果進(jìn)行分析表明，過薄的填料鋪設(shè)厚度會對土工合成材料造成過大鋪設(shè)損傷，在加筋土工程施工中，根據(jù)填料和壓實機(jī)具類型合理確定出填料的有效攤鋪厚度，不僅可充分發(fā)揮壓實機(jī)具的有效性能，而且對于避免土工合成材料遭受過大的鋪設(shè)損傷具有重要意義。

在路堤加筋工程中，壓實機(jī)械的碾壓是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的主要因素之一，歐美等發(fā)達(dá)國家通過研究發(fā)現(xiàn)，土工合成材料的最不利狀態(tài)是在施工鋪設(shè)階段，如果土工合成材料經(jīng)受得了施工鋪設(shè)過程中引起的應(yīng)力，那么也就能經(jīng)受使用階段的應(yīng)力。由此可以看出鋪設(shè)損傷對土工合成材料工程應(yīng)用有著重要的影響。試驗結(jié)果不僅證明了鋪設(shè)損傷是導(dǎo)致土工合成材料強(qiáng)度降低的一個主要影響因素，同時也土工鋪設(shè)損傷的研究提供了重要的現(xiàn)場試驗依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 交通運(yùn)輸部.公路工程土工合成材料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2006.

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隨著水利工程建設(shè)的不斷發(fā)展，與水利工程相關(guān)的技術(shù)工藝也都在不斷提高，新型材料施工技術(shù)也不斷應(yīng)用到了水利工程的建設(shè)當(dāng)中。在水工建筑項目施工的過程里，土工合成材料因為具有施工效果好、成本低、抗腐蝕性、防滲性等優(yōu)點得到了越來越廣泛的應(yīng)用和提升，與此同時，土工合成材料的應(yīng)用也讓水利工程建設(shè)的工程質(zhì)量變得越來越有保障。

2土工合成材料

2．1意義與特點

作為土工工程材料當(dāng)中的一種常見材料的土工合成材料，其是利用人工制造合成的聚合物作為原始材料，繼而通過加工制造成各式合成產(chǎn)品，在施工的時候固定在巖石或土體表面或者里面來達(dá)到加強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度目的，并讓土體結(jié)構(gòu)有足夠的保障且更加穩(wěn)定。土工合成材料中的土工主要指的是巖石工程與土工工程，而合成材料即是通過合成材料加工制造出來的合成產(chǎn)品。土工合成材料在巖石與土工工程中的應(yīng)用很廣泛。通常來說，制造合成產(chǎn)品的原材料主要是高分子聚合物，且大部分是從煤、石油、天然氣等提煉出來，再通過后續(xù)的加工將其處理成合成材料，繼而制作成合成產(chǎn)品。土工合成材料在巖石工程、土工工程當(dāng)中的應(yīng)用，帶來了很多方便之處。與類似的建筑施工材料進(jìn)行對比，土工合成材料擁有施工效果好、施工成本低、自重輕等優(yōu)點，此外，它還具有很好的抗腐蝕性，能夠提高工程或產(chǎn)品的使用壽命。

2．2適用范圍

因為土工合成材料的功能特性，其在水工建筑物施工中的應(yīng)用尤為廣泛，這也是緣于水利工程的基礎(chǔ)、防滲墻結(jié)構(gòu)等，使得它能夠得到很好的施工效果并且能夠讓施工的成本與造價在一定程度上降低。水利工程基礎(chǔ)建設(shè)的投資逐年加大，工程建設(shè)的規(guī)模和數(shù)量也同樣不斷在增加，在這樣的情況下，如何保障施工的質(zhì)量、發(fā)揮工程的防洪排澇功能，增加使用壽命等都是現(xiàn)階段面對的重要的問題。土工合成材料的運(yùn)用，無疑能夠在一定程度上發(fā)揮出作用，促進(jìn)水利工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

3水利工程中土工合成材料的應(yīng)用和施工方法

3．1水利工程中水工合成材料的應(yīng)用

(1)防滲。防滲亦即是防止流體滲透流失，在水利工程中的防滲可以利用復(fù)合土工膜來達(dá)到效果。一般情況下，水利工程都會有大量引水蓄水的工程建設(shè)，一般防滲處理最為重要，而土工合成材料具有很好的防滲性能，正好可以運(yùn)用到水利工程當(dāng)中。在這里，防滲性能的好壞需要通過物理力學(xué)指標(biāo)來決定，而對于土工合成材料來說又大部分是弱透水材料，也就是土工膜以及復(fù)合水工膜，它們都具有預(yù)防滲水與氣體侵蝕的作用。大多數(shù)的時候，利用土工合成材料進(jìn)行的防滲都是在土石壩上游的壩面來進(jìn)行的，這就需要先放干凈水庫里面的水，之后在壩的上游進(jìn)行貼土工膜的處理，并且利用鋼槽對其進(jìn)行加固。現(xiàn)在，這種過去的方式逐漸在被水工網(wǎng)格粘貼土工膜進(jìn)行處理，讓土工合成材料的防滲效果變得更好了。除此之外，利用漿砌石壩或者是碾壓混凝土壩的上游壩面也可以應(yīng)用這種方式來進(jìn)行防滲處理。

(2)防護(hù)。通常在水利工程的建設(shè)當(dāng)中，堤坡或者岸坡被破壞的情況時有發(fā)生，這對于水利建設(shè)工程來說等于是埋下了安全隱患。堤坡或者岸坡被破壞的情況有來自于大自然的不可抗拒因素，也有人為導(dǎo)致的因素，無論如何，必須要加強(qiáng)對于堤坡和岸坡的保護(hù)才行。此外，采用的防護(hù)措施應(yīng)該是具有持久性的，最好是無需長期進(jìn)行維護(hù)更新的，從而減少成本的投入也提升對堤坡或者岸坡的保護(hù)效果。水工合成材料恰恰具有這樣的優(yōu)勢，能夠適合這方面的要求。采取在需要被保護(hù)的土面上進(jìn)行土工織物覆蓋，并且利用重物壓住以防移動的可能。土工織物具有很好的反濾性能，對于預(yù)防水流沖刷對于堤坡、岸坡的破壞很有效用。同時，采用土工織物的辦法比較簡單可行，成本相對比較低，且無需維護(hù)維修，是一種十分可取的辦法。

(3)排水。土工合成材料不但具有抗腐蝕性、能夠防滲，起到防護(hù)以及隔離的作用之外，還能夠幫助水利建筑物進(jìn)行排水。通常來說，處理的辦法就是用土工合成材料在水利建筑的土體中建立起一條專門的供土體中水流流動的通道，由此將水流導(dǎo)出水利建筑內(nèi)。這種排水辦法也需要在土壩內(nèi)部垂直或者是防滲水工膜后面或者土壩內(nèi)部水平排水以及土壩混凝土護(hù)面下部的排水才更具有可行性。

3．2水利工程中水工合成材料的施工方法

(1)坡面鋪膜。坡面鋪膜可以說是當(dāng)下土工合成材料施工時最為普通的施工方式，但它在施工時的技術(shù)與質(zhì)量的控制卻起著重要作用。目前的水利工程施工項目是以土石壩壩體結(jié)構(gòu)模式為主，在進(jìn)行施工的過程中，土工膜的施工十分關(guān)鍵。一般來說，要進(jìn)行壩體的水工膜鋪設(shè)采用順壩軸方向是沒有問題的，但是垂直壩軸方向的效果要更加的好一些。只是，垂直壩軸方向鋪設(shè)的焊縫長度要比順壩軸方向鋪設(shè)更長，綜合來說，順壩軸方向鋪設(shè)的方案要更好一點。對于比較高的壩坡，水工膜鋪設(shè)大部分利用壩上部分垂直壩軸線進(jìn)行鋪設(shè)，如此及能夠讓應(yīng)力最小，還能夠減少焊縫的長度;而壩底則可以利用順壩軸方向鋪設(shè)的方案，既減少焊縫長度也能夠讓基槽邁進(jìn)不透水層。當(dāng)鋪膜完畢了之后，無論是回填堤腳還是上部護(hù)坡都應(yīng)該動作迅速，免得出現(xiàn)開挖斷面局面土質(zhì)太差而出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。在鋪膜的時候，更應(yīng)該注意動作適度，盡量不要出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，更要避免人為損傷，而這之外的土工膜和地基結(jié)合面應(yīng)該保證平整無褶皺。

(2)堤腳的開挖和堤身削坡。在水利工程建設(shè)當(dāng)中，如果要進(jìn)行堤腳開挖或者是堤身削坡就必須涉及到機(jī)械的使用。同時，這也需要根據(jù)堤壩本身的情況來分析處理，不能夠偏離了施工前的項目規(guī)劃設(shè)計才行。如果進(jìn)行了削坡，在那之后應(yīng)該要把坡面進(jìn)行清理，保證坡面的平整度沒有受到破壞。對堤身以及堤頂進(jìn)行開挖必須要分開進(jìn)行，止滑槽堤腳基礎(chǔ)必須根據(jù)原先規(guī)劃好的斷面來進(jìn)行施工。當(dāng)工程進(jìn)行到抵達(dá)不透水層之后，還需要繼續(xù)向下開挖一個深一米、寬一米的溝槽，并再次進(jìn)行斷面清理。基坑排水與邊坡穩(wěn)定的工作也要及時處理好，當(dāng)這些都做好了以后，相關(guān)的工作人員再檢查堤坡的規(guī)格并做好記錄，最后報監(jiān)理工程師來進(jìn)行驗收。

(3)土壩防滲。垂直鋪膜與坡面鋪膜都是為了達(dá)到防滲的目的，在這兩個方向進(jìn)行鋪膜的施工與鋪設(shè)的工藝也有所不同。如果存在尖棱物，水工合成材料很容易受到破壞，而水壓力或者土壓力過大也可能因為沒有約束支撐而受到破壞，包括下層氣體與液體的頂托作用都可能造成破壞，甚至是溫度、浪擊與水位線都可能會對薄膜造成破壞。因此，在施工的過程中，應(yīng)該盡量避免類似的情況發(fā)生，嚴(yán)格按照施工規(guī)范與項目的規(guī)劃設(shè)計來進(jìn)行施工。

4結(jié)束語

篇5

【關(guān)鍵詞】土工；合成材料；土界面；特性；試驗

一、前言

土工合成材料發(fā)展十分迅速，而且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益在工程中廣泛使用。土工合成材料與土界面的強(qiáng)度參數(shù)更是成為學(xué)者們研究的重點。

二、試驗概況

1、試驗設(shè)備

拉拔試驗設(shè)備為南京土壤儀器廠生產(chǎn)的TZY-1型土工合成材料綜合測定儀。豎向荷載是由高精度調(diào)壓閥和滾動隔膜汽缸組成的閉環(huán)反饋穩(wěn)壓系統(tǒng)；水平荷載采用應(yīng)變控制加荷方式，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動變速箱均勻施加，應(yīng)變速率從0.07～8.67mm/min分12檔；數(shù)據(jù)由單片微機(jī)自動采集及處理。直剪試驗設(shè)備為ZJ型應(yīng)變控制直剪儀。

2、試驗材料

試驗中土工織物采用250g黑色裂膜絲（LMS）以及380g白色機(jī)織土工布（WGT）。試驗中填料有吹填砂和軟土，均取自汕頭澄海吹填工程，根據(jù)規(guī)范吹填砂定名為中砂，軟土定名為淤泥質(zhì)黏土。

3、試驗方法及內(nèi)容

根據(jù)不同的筋材和填料設(shè)計了3種筋-土界面：①吹填砂與裂膜絲（砂-LMS-砂）；②吹填砂與白色機(jī)織土工布（砂-WGT-砂）；③上盒軟土、下盒吹填砂與裂膜絲（軟土-LMS-砂）。針對界面①分別進(jìn)行了4組不同拉拔速率的試驗，對界面③進(jìn)行2組不同拉拔速率的試驗，具體試驗方案見表1。對于吹填砂則開展了4組不同剪切速率的直剪試驗（0.4，0.8，1.2，2.4mm/min），均進(jìn)行2～3次的重復(fù)試驗以保證結(jié)果的穩(wěn)定性。濕土樣用噴壺灑水?dāng)嚢柚苽洌员ＷC含水率均勻。填料分層壓實，試驗時，控制風(fēng)干吹填砂的干密度為1.60g/cm3，吹填軟土的濕密度為1.9g/cm3、含水率為42%。填料在每級荷載下固結(jié)一定時間后方進(jìn)行拉拔，純砂固結(jié)時間為15min，上軟土下砂固結(jié)時間為24h。在長度方向上試樣自由端伸出剪切盒以保證剪切過程中接觸面積大小不變，剪切界面長度為20cm，寬度為10cm。

表1拉拔試驗方案

三、試驗結(jié)果與分析

1、吹填砂-裂膜絲工況

不同拉拔速率下吹填砂-裂膜絲-吹填砂拉拔試驗結(jié)果見圖1（a）～（d）。由圖可以看出，筋-土界面無明顯剪應(yīng)力峰值，其剪應(yīng)力-位移關(guān)系曲線呈硬化型，這說明筋-土界面在大變形條件下仍能保持較高的殘余強(qiáng)度，拉拔速率的改變對拉拔曲線的形態(tài)無明顯影響。

讀取圖1最大剪應(yīng)力出現(xiàn)的位移值繪于圖2。不難發(fā)現(xiàn)，隨著正應(yīng)力的增大，最大剪應(yīng)力位移明顯增大，但增幅逐漸減小，而隨著拉拔速率的增大則是明顯減小的，當(dāng)速率超過4.33mm/min后，該值變化不明顯。拉拔過程中，筋土相對位移是漸進(jìn)性發(fā)揮的，筋材拉力及界面剪應(yīng)力也是由施力端逐步傳向末端的，拉拔速率越小，正應(yīng)力越大，傳遞越慢，達(dá)到最大剪應(yīng)力所需的位移也就越大。

由圖3可看出，隨著拉拔速率的增大抗剪強(qiáng)度呈快速下降、逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律。從0.53mm/min增至8.67mm/min，4組正應(yīng)力（25～100kPa）下抗剪強(qiáng)度分別下降52.8%，42.8%，45%和33%，即拉拔速率的影響隨著正應(yīng)力增大逐步減小。另外，抗剪強(qiáng)度隨正應(yīng)力增大而增大，且在快速剪切時獲得較大的增幅。綜上所述，筋-土界面抗剪強(qiáng)度受正應(yīng)力和拉拔速率的共同影響。為了探究拉拔速率的影響機(jī)制，根據(jù)試驗結(jié)果繪制強(qiáng)度包線于圖1（e）。線性擬合后得到各速率下的似黏聚力c和內(nèi)摩擦角，相關(guān)指數(shù)均在0.98以上。

可以看出，似黏聚力隨著拉拔速率的增大迅速減小，當(dāng)速率超過4.33mm/min時，似黏聚力為0。內(nèi)摩擦角有一定的減小，但逐漸趨于穩(wěn)定值。究其機(jī)制，主要是裂膜絲與吹填砂的相互作用以摩擦為主、嵌鎖咬合為輔，隨著速率的增大，砂粒滾動較快，沒有充分的時間嵌入裂膜絲的經(jīng)緯縫隙中，嵌鎖咬合效應(yīng)減弱，宏觀上表現(xiàn)為似黏聚力的突然喪失和一定摩擦特性的衰減（內(nèi)摩擦角包括滑動摩擦角和咬合摩擦角，后者由嵌鎖咬合作用引起），抗剪強(qiáng)度則大幅度減小。

四、土工合成材料界面應(yīng)變軟化模型

應(yīng)變軟化特性是一些土工合成材料界面具有的顯著力學(xué)特性之一.許多有關(guān)土工合成材料界面的常規(guī)剪切試驗以及大型剪切試驗的研究中都強(qiáng)調(diào)了這一特性.圖4給出了一個糙面土工膜與土工織物間界面應(yīng)變軟化現(xiàn)象的典型示例。從圖中可以看到，隨著剪切位移的發(fā)生，界面剪應(yīng)力沿曲線上升并在一定位移處達(dá)到峰值，然后隨著剪切位移的繼續(xù)增大，剪應(yīng)力反而下降并最終趨近于一定的殘余強(qiáng)度值。

在與土工合成材料界面有關(guān)的數(shù)值分析中，很多學(xué)者根據(jù)試驗資料，針對應(yīng)變軟化特性提出了不同的計算模型.Jones和Dixon利用傳統(tǒng)的摩爾庫侖理論，定義摩擦角和粘聚力為總剪切位移的函數(shù)，并且隨著剪切位移的變化而變化，最終剪切應(yīng)力剪切位移關(guān)系被簡化為多段折線形式.

土工合成材料界面的力學(xué)特性因為材料種類、制造工藝、應(yīng)力狀態(tài)、環(huán)境條件等的不同有很大的差異，即使表現(xiàn)出應(yīng)變軟化特性的界面，其剪應(yīng)力相對位移關(guān)系也在顯著程度等方面存在很大的不同.因此，在數(shù)值計算中，針對不同特點的界面采用與之相適應(yīng)的、能夠準(zhǔn)確模擬界面應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)模型是保證計算精度的關(guān)鍵.本文根據(jù)一部分土工合成材料界面剪應(yīng)力位移曲線特點，提出了一種新的應(yīng)變軟化特性本構(gòu)模型，并給出了界面剪切剛度計算表達(dá)式，以實現(xiàn)其在數(shù)值計算中的應(yīng)用.對于應(yīng)變軟化現(xiàn)象不明顯的土工合成材料界面，若忽略應(yīng)變軟化現(xiàn)象，則界面應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通常采用Clough和Duncan雙曲線模型模擬，其峰值后應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系簡單地用水平直線代替.本文考慮界面的應(yīng)變軟化特性，以剪應(yīng)力峰值對應(yīng)剪切位移為分界點，將剪應(yīng)力剪切位移曲線前后兩部分分別處理，在剪應(yīng)力達(dá)到峰值之前，剪應(yīng)力剪切位移關(guān)系依然采用經(jīng)典的Clough和Duncan雙曲線模型模擬.剪應(yīng)力達(dá)到峰值之后，即界面應(yīng)變軟化階段的剪應(yīng)力剪切位移關(guān)系以剪應(yīng)力峰值為原點，用另外一條倒置的雙曲線進(jìn)行模擬。

五、結(jié)束語

總之，通過試驗分析，我們對土工合成材料與圖界面的作用特性有了一定了解，隨著技術(shù)水平的發(fā)展，我們的研究也將更加深入，推動該項技術(shù)更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

篇6

【關(guān)鍵詞】水利工程；施工；土工合成材料

水利工程在目前我國的社會發(fā)展起著越來越重要的作用，對于促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分關(guān)鍵。然而我國作為一個水資源較為緊張的國家，因此在目前的水利工程建設(shè)中對于節(jié)能環(huán)保要求也提出了新的看法。因此，在目前的水利工程建設(shè)中，以新材料、新技術(shù)為主進(jìn)行施工受到人們的關(guān)注。土工合成材料作為目前工程項目中最為常見的一種，成為當(dāng)前水利工程施工人員研究和探討的熱點話題之一。

1.土工合成材料概述

1.1材料概念

土工合成材料是隨著科學(xué)技術(shù)和各種化學(xué)材料綜合形成的一種新型巖土工程，這種工程模式是以合成纖維、塑料和橡膠等化學(xué)聚合物為基礎(chǔ)原料形成的一種綜合性材料體系，是通過將這些合成材料置放在土體以及各種土體結(jié)構(gòu)之間，從而形成一種具備保護(hù)條件和土體土體條件的工作模式和方法。這種方法在目前的應(yīng)用中已經(jīng)形成了土工膜、土工織物和土工符合材料等多種類型體系，同時在水工建筑結(jié)構(gòu)的施工中應(yīng)用較為廣泛，已成為了目前建筑工程施工項目中最值得我們關(guān)注和研究的話題。這主要是由于土工合成材料在應(yīng)用的過程中具備著重量輕、施工和搬運(yùn)方便且施工強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好以及價格低廉的優(yōu)勢而引起的。

1.2使用范圍

近年來的社會發(fā)展中，隨著人們對于各種建筑結(jié)構(gòu)施工要求的不斷提高，其施工質(zhì)量和施工技術(shù)也得到了人們的高度重視和關(guān)注。就目前的社會發(fā)展而言，這種材料已成為目前土木工程和巖土工程施工的關(guān)鍵所在。尤其是在水利工程的基層施工中，其主要使用者防滲墻結(jié)構(gòu)、壩體結(jié)構(gòu)和渠道襯砌施工之中。同時，伴隨著節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展社會觀念的提出，這種材料在施工中由于其節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢好而得到得到人們的關(guān)注與重視。我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，在改革開放的多年時間里，由于水利工程整體性和抗?jié)B性不科學(xué)而造成了施工質(zhì)量和施工效益影響，更是造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。因此，在目前的水利工程建設(shè)中，各種新材料的應(yīng)用受到人們的重視，而土工符合材料也得到人們的關(guān)注。

2.土工合成材料施工技術(shù)

土工合成材料的應(yīng)用是出自于巖土工程建設(shè)的一種新型材料體系，其在水利工程建設(shè)中發(fā)揮著不可忽視的作用與意義，同時其在應(yīng)用的過程中不僅是在各種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之中的應(yīng)用，同時更是廣泛的應(yīng)用在各種主體結(jié)構(gòu)施工模式。而且在施工的過程中，由于施工材料的不同而對于工程的設(shè)計原理、物料使用量的計算以及施工工藝等方面都提出了新的認(rèn)識和要求。防滲土工合成料作為目前最為常見的一種，其在目前工程施工中得到了人們的重視，同時對于施工方法的研究也成為我們關(guān)注的重點。下面就施工中存在的各方面要求進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的總結(jié)和研究。

2.1坡面鋪膜防滲

在目前的土工合成材料施工的過程中，坡面鋪膜是最為常見的工程模式，其在施工的過程中，施工技術(shù)和施工體系是最為關(guān)鍵的模式。就當(dāng)前的就當(dāng)前的水利工程施工而言，其多數(shù)工程項目都是以土石壩為主的壩體結(jié)構(gòu)模式，這種施工方式的選用對于整個工程的施工而言極為關(guān)鍵，同時在施工的過程中還需要對焊接工藝進(jìn)行系統(tǒng)控制。焊接技術(shù)的應(yīng)用直接決定著焊接工程質(zhì)量，同時也決定著整個工程的施工效益要求。因此，在施工的過程中復(fù)合土工膜的施工極為關(guān)鍵和重要。

2.2堤身削坡與堤腳開挖

堤身削坡和堤腳開挖可采用人工配合機(jī)械施工，堤身按設(shè)計要求進(jìn)行削坡，使其坡度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，削坡后仔細(xì)清面，盡可能將坡面清理干凈，整體上滿足平整度要求，堤身堤頂分別開挖止滑槽。堤腳基礎(chǔ)按設(shè)計斷面開挖，達(dá)到相對不透水層后再向下開挖1m，寬1m深的溝槽，并清理開挖斷面，同時做好基坑排水及基坑邊坡穩(wěn)定工作。完成以上工作后，施工和測量人員再進(jìn)行堤坡規(guī)格檢查，并做好實地施工記錄和填寫堤坡工程驗收單，請監(jiān)理工程師驗收簽證后，即可鋪膜。

2.3施工鋪設(shè)復(fù)合土工膜

在進(jìn)行壩體土工膜鋪設(shè)時，可以是順壩軸方向鋪設(shè)，最好是垂直壩軸線鋪設(shè)。但是為了減少焊縫的長度，通常采用順壩坡鋪方案。對于高壩來講，土工膜鋪設(shè)通常采用壩上部分垂直壩軸線來鋪設(shè)，不但能滿足應(yīng)力最小要求，也能滿足焊縫少的特點；壩底可采用順壩鋪設(shè)，以減少焊縫。復(fù)合土工膜鋪設(shè)時，要按設(shè)計及規(guī)范要求，從堤頂鋪到坡底基槽，并埋入相對不透水層。鋪設(shè)完畢后，應(yīng)盡快回填堤腳和上部護(hù)坡，以避免開挖斷面局部土質(zhì)差而產(chǎn)生滑坡，鋪膜時，注意張馳適度，避免應(yīng)力集中和人為損傷，要求土工膜與地基結(jié)合面務(wù)必吻合平整，切不可有上、下游方向凸出的褶皺。

3.滲土工合成材料在工程施工中常出現(xiàn)的問題

防滲土工合成材料在工程施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有：經(jīng)常遭受石塊或其他尖棱物的穿刺破壞；由于土工薄膜缺少約束支撐，在承受水壓力和土壓力時易于被鼓破；薄膜受到下層氣體或液體的頂托產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致破壞；鋪設(shè)在支撐土與混凝土面板之間的土工薄膜由于受到溫度、重力、土移、浪擊和水位變化等因素的影響，可能引起界面滑動，使土工薄膜產(chǎn)生過度拉伸、撕裂或擦傷；在斜面上用土或混凝土面板保護(hù)土工薄膜，當(dāng)水位驟降時，土體中的孔隙水壓力和庫水位失去平衡而造成失穩(wěn)滑動。只要按照施工規(guī)范和施工組織設(shè)計施工，確保施工質(zhì)量，就可避免或減少類似問題的出現(xiàn)。

篇7

關(guān)鍵詞：土工合成材料；公路工程；軟基；技術(shù)措施；質(zhì)量

中圖分類號：TU文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2012）06-0190-01

1 工程概況

某公路線路穿過魚塘、稻田、蘆葦濕地、蝦池，地下水位高，地基為軟弱土，地基承載力低無法滿足設(shè)計及施工要求。經(jīng)研究采用土工合成材料處理公路工程軟基。

2 材料方法及原理

（1）合成材料法：在合成材料沒有問世之前，最初在處理淺層軟土地基時，在軟土地基上鋪設(shè)一層砂，稱之為砂墊層，然后在其上鋪筑路堤，或挖出部分軟土，進(jìn)行換填材料。在路堤填土和軟土之間的砂礫墊層，可起到排水作用，其厚度一般為50cm。或者在軟土層上，也可挖去一部分軟土，再換填上砂墊層，以起到持力層作用。砂礫墊層橫斷面，一般為梯形，為減少砂礫墊層用量，亦可做三角形、梯形，甚至做成砂窗格式砂礫墊層以節(jié)省材料。用于砂墊層材料，宜采用無雜物的中、粗砂，含泥量應(yīng)小于3％；也可采用天然級配砂礫料，其最大粒徑應(yīng)小于50mm，礫石強(qiáng)度不低于四級（即洛杉磯法磨耗率小于60％）。砂墊層應(yīng)比路基邊腳寬出500-1000mm，兩側(cè)宜用片石護(hù)砌，或采用其他方式防護(hù)。鋪筑時應(yīng)分層鋪筑分層碾壓，避免粒料離析，以達(dá)到規(guī)定的壓實度。然而，隨著土工材料問世，砂礫墊層和土工格柵、土工布聯(lián)合應(yīng)用，在處理淺層地基上，收到良好的效果，得到了廣泛的應(yīng)用。土工材料作為一種新材料問世，使軟土地層處理技術(shù)邁上一個新臺階。土工材料不是一種單獨(dú)承重材料，它必須與傳統(tǒng)的處理方法相結(jié)合，才能收到事半功倍的效果。特別是土工格柵、加筋帶、土工布等產(chǎn)品，它們與砂墊層、路基填筑聯(lián)合作用，才能在提高路堤強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。

（2）格柵材料法：在公路上，無論處理淺層軟土地基，還是深層軟土地基時，都廣泛使用土工格柵材料。這種材料是在擠壓制成的塑料板材上，成排的沖上孔洞，然后，采取單向或雙向拉伸。單向拉伸制成橢圓形孔和單向肋條，則為單向拉伸格柵。雙向拉伸成為正方圓角形孔和雙向肋條，稱為雙向拉伸格柵。經(jīng)過沖孔的塑料板，經(jīng)過拉拔作用使聚合物分子重新排列，加強(qiáng)了分子之間的聯(lián)結(jié)力，提高了材料抗拉強(qiáng)度5―10倍。為此，用聚烯烴套把芯材纖維套上，組成筋帶并拉緊產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，又提高了其抗拉強(qiáng)度，把兩組這樣的筋帶用在交叉處熔接上，組成筋帶格柵，或稱經(jīng)編粘焊土工格柵。土工格柵根據(jù)制作材料不同，有單向塑料土工格柵、單向鋼塑土工格柵、玻璃纖維和滌綸土工格柵。無論哪種土工格柵埋在土和砂中，作為路堤加筋帶，土和砂嵌入土工格柵的孔眼中，比土工織物與土砂之間摩擦系數(shù)增大80％―90％，能顯著地提高路堤整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（3）鋼塑復(fù)合土工格柵：鋼塑復(fù)合土工格柵，以鋼絲（或其他纖維），經(jīng)特殊處理，與聚乙烯（PE），并添加其他助劑，通過擠出使之成為復(fù)合型抗拉條帶，且表面有粗糙壓紋。由此單帶縱、橫按一定間距編織或夾合排列，采用特殊強(qiáng)化粘接的熔焊技術(shù)焊接其交接點而成為加筋土工格柵。由鋼塑復(fù)合拉筋帶，按平面經(jīng)緯成直角，經(jīng)超聲波焊接成型的土工合成材料。由于其抗拉強(qiáng)度大、延伸率低（小于3％）、蠕變小，對土體有較強(qiáng)的嵌鎖、咬合作用，它能有效地對軟土地基和陡坡路堤進(jìn)行處理，約束土體的側(cè)向位移，克服土體的不均勻沉降，極大程度地增強(qiáng)地基的承載能力，提高基礎(chǔ)的整體性能。適用于各種情況下的地基加固增強(qiáng)措施。

（4）土工合成材料作用機(jī)理：在砂墊層中間，鋪設(shè)一層具有一定強(qiáng)度的土工合成材料，進(jìn)而使土工合成材料與砂墊層組成的復(fù)合體能承受較大拉力，增加了地基土的抗剪強(qiáng)度，提高了路堤的穩(wěn)定性，同時復(fù)合體具有一定的剛度，使上部荷載得到有效地調(diào)整，減少土體各部位的沉降差異、提高路堤受力均勻度。由于土工格柵和砂礫墊層組成的復(fù)合整體，能承受較大拉力，地基受力變小而均勻，不僅減少了路堤不均勻沉降，而且還可減少地基的總沉降，適應(yīng)路堤的快速填筑，而荷載的迅速增加，加快了軟土的固結(jié)作用，從而使沉降加快，減少后期沉降，形成一種良性循環(huán)。

3 公路軟土地基處理模式

土工合成材料在公路、鐵路、水利工程上都得到了廣泛應(yīng)用。公路路基和港口工程規(guī)范中規(guī)定了其應(yīng)用方法和技術(shù)要求。目前，是用于加固路堤的常見土工材料。土工合成材料屬于高分子聚合物，也就是說是有機(jī)化合物，用其制成的土工材料，已廣泛用作強(qiáng)化路基和路面強(qiáng)度，提高路堤和邊坡穩(wěn)定材料，用作過濾層、排水、防滲、隔離、加筋、防護(hù)等方面，收到了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在處理淺層軟土地基時，時常在砂礫墊層上可鋪一層土工布，砂礫墊層厚度可減薄到30cm，當(dāng)?shù)乇韺訛檐浲習(xí)r，則先鋪土工布后，再鋪砂墊層、土工格柵、再鋪筑上砂墊層，土工格柵加強(qiáng)了砂墊層整體作用。當(dāng)表層為非軟土?xí)r，則先鋪砂墊層，后鋪土工布，其應(yīng)用非常靈活。土工布起到過濾作用，土工格柵起到整體作用。公路在處理軟土地基時，當(dāng)軟土地層位于地表層，且厚度不大時，按以下一般模式進(jìn)行處理。

（1）第一種處理模式：砂礫墊層+土工格柵+砂礫墊層。

（砂礫墊層+土工格柵+砂礫墊層）+堆載和超載預(yù)壓

上述處理模式，適宜一般的、而且比較薄的軟土地層處理。當(dāng)軟土地層比較厚，且不超過3m，再輔以堆載和超載預(yù)壓，加快軟土地基固結(jié)，加快路堤沉降速度，減少工后沉降量。（2）鹽池、魚塘、泥沼處理方式。

鹽池、魚塘、泥沼甚至稻田地段，雖然地基軟弱，但是軟土地層位于地表，且厚度小于3m，一般采用采取以下處理模式：

拋填片石+（砂礫墊層+土工格柵+砂礫墊層）+堆載和超載預(yù)壓

即先拋填片石，輔以重型甚至強(qiáng)夯方式，將片石強(qiáng)行擠入到硬土層上，然后，鋪筑砂礫墊層+土工格柵+砂礫墊層，通過預(yù)壓加速路堤沉降，以達(dá)到工后路基穩(wěn)定的目的。預(yù)壓法適用處理淤泥、淤泥黏性土和沖填土等飽和黏性土地基。

4 不良地基公路施工技術(shù)措施

（1）施工放樣:施工前放出線路中心樁、原地面高程、路基邊線路基坡腳加寬0.5m，并撒出白灰線，控制鋪筑土工格柵的寬度。

（2）土工格柵鋪設(shè):第一層砂墊層碾壓完畢后，經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格后鋪設(shè)土工格柵。施工用的土工格柵為雙向鋼塑土工格柵，土工格柵的屈服力、伸長率及外形尺寸，符合設(shè)計要求，其存放、運(yùn)輸滿足規(guī)范規(guī)定。鋪設(shè)土工格柵前，應(yīng)將場地平整好，清除碎塊石等堅硬凸出物。鋪設(shè)時，應(yīng)將強(qiáng)度高的方向置于垂直于路堤軸線方向，網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接20cm，橫向搭接30cm，并在接頭上每隔2m釘一枚釘，使一幅格柵網(wǎng)形成一個整體。土工格柵上第一層填料攤鋪壓實時，采用輕型推土機(jī)或裝載機(jī)碾壓。當(dāng)填料填筑厚度大于60cm后，才能采用重型壓路機(jī)。一切車輛、施工機(jī)械只容許沿路堤軸線方向行駛。填筑時沿土工格柵兩側(cè)邊緣輕卸填料，形成施工便道，再由兩側(cè)向中心平行于路堤中心對稱填筑。

（3）施工主要技術(shù)控制措施：距離土工格柵8cm以內(nèi)的路堤填料，其最大粒徑不得超過6cm。用人工配合平地機(jī)和壓路機(jī)整平鋪設(shè)土工格柵的路基表面，確保路基表面平整度小于10mm，表面嚴(yán)禁有碎、塊石等堅硬凸出物，以免對土工格柵造成損害。土工格柵鋪設(shè)過程中，在有褶皺的地方用人工拉緊，必要時采用插釘?shù)却胧┕潭ㄍ凉じ駯庞谔钔翆颖砻妗Ｍ凉じ駯艛備佉院螅⒓催M(jìn)行路基填筑，避免在陽光下長時間直接曝曬。一般情況下間隔時間不應(yīng)超過48h；路基填筑過程中，嚴(yán)禁將石料直接拋落于土工格柵上，嚴(yán)禁機(jī)械設(shè)備直接在土工格柵上進(jìn)行作業(yè)。路基填料應(yīng)分層攤鋪、分層碾壓，所選填料及壓實標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。砂墊層的材料為中砂及粗砂，含泥量不大于3％，砂墊層的寬度要適當(dāng)大于路堤底寬，一般兩側(cè)各寬出0.5m左右，以防止在施工過程中由于施工機(jī)械的破壞影響墊層的有效作用。砂墊層施工時，要將砂加密到設(shè)計要求的密實度（95％），加密的方法有平振、夯實、插振、碾壓法等。砂墊層要無明顯粗、細(xì)粒料分離，最大粒徑不宜大于5cm。

5 結(jié)語

公路工程中軟基有極大的危害性，如果不處理或處理不當(dāng)，就會造成地基失穩(wěn)，對道路成不同程度的危害，具體施工還要根據(jù)工地的實際情況來選用，有時幾種方法可以交替或一起使用。

篇8

1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外對碳纖維復(fù)合材料的研究起步比較早。結(jié)合研究需要成立了相應(yīng)的碳纖維復(fù)合材料研究協(xié)會，制訂了相應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)、實施規(guī)范、檢測標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)程等，制訂了研究發(fā)展方向，加大經(jīng)碳纖維復(fù)合材料再實際中的應(yīng)用研究，經(jīng)過多年的研究，目前國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有較為成熟的碳纖維復(fù)合材料理論、研究體系和研究成果，并且通過實驗性應(yīng)用獲得了第一手資料，通過大量實驗已經(jīng)有了一定的應(yīng)用實例。目前由于碳纖維復(fù)合材料特有的可根據(jù)工程需要加工成各種織物材料，滿足工程需要，而且織物表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度的特點，因此碳纖維復(fù)合材料大量應(yīng)用在房屋建筑工程的加固工程中、橋梁工程等的加固、維修和保養(yǎng)上。從研究現(xiàn)狀來看，我國對碳纖維復(fù)合材料的研究起步比較晚，缺少系統(tǒng)化、本土化的研究體系，主要理論和研究標(biāo)準(zhǔn)、方法借鑒先進(jìn)國家的研究成果，缺少實際使用經(jīng)驗的搜集和整理，施工規(guī)范上過于依賴國外成熟經(jīng)驗，缺少本土化的實踐經(jīng)驗和研究體系，研究方向主要集中碳纖維增強(qiáng)聚合物片材加固和修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而且應(yīng)用也比較成熟。例如采用碳纖維增強(qiáng)聚合物片材對上海財經(jīng)大學(xué)24m跨度的木結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，采用碳纖維布對天安門城樓上的大型木柱進(jìn)行加固[1]；等等。單麗萍《碳纖維布在建筑結(jié)構(gòu)加固中的施工措施淺析》（民營科技2012.8）研究指出，碳纖維增強(qiáng)聚合物加固技術(shù)是一種新型高效的土木工程加固修復(fù)技術(shù)，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高強(qiáng)、施工簡單等優(yōu)點。并對碳纖維布在加固和維護(hù)建筑結(jié)構(gòu)中的施工措施進(jìn)行分析，之處隨著對新材料碳纖維(CFRP)的研究的深入，用CFRP取代鋼板作為外貼對建筑物進(jìn)行加固是一種必然趨勢。并現(xiàn)針對碳纖維加固的原理、依據(jù)、前提進(jìn)行了探討，并對施工工藝進(jìn)行了簡要的論述。張勇《CFRP加固混凝土梁的凍融試驗研究》（河北建筑工程學(xué)院學(xué)報2012.1），碳纖維(CFRP)雖然在加固工程中已得到廣泛應(yīng)用，但其長期的加固性能尚未得到證實。尤其在我國北方較寒冷地區(qū)，因此研究凍融循環(huán)對碳纖維加固的混凝土構(gòu)件的影響。試驗研究顯示碳纖維基本能夠滿足寒冷地區(qū)的加固要求。舒亞《碼頭改造工程中碳纖維加固技術(shù)的運(yùn)用》（水利建設(shè)與管理2014.3）一文中研究指出：伴隨著材料研究的深入，混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)也日益提高，結(jié)合工程實例，闡述在碼頭改造工程中如何將碳纖維加固技術(shù)運(yùn)用到水工結(jié)構(gòu)物的主要受力構(gòu)件，為碼頭水工結(jié)構(gòu)物的加固修復(fù)帶來新的舉措，保障了碼頭水工建筑物的安全。整體上來說，碳纖維復(fù)合材料在土木工程中的使用研究目前基本集中在混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)和加固上，相信隨著研究的深入，碳纖維加固技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)用日益廣泛。

1.2最新研究進(jìn)展和趨勢

日本開發(fā)研制成功一種帶有鋁合金接頭碳纖維聚合卷管。研究發(fā)現(xiàn)這種聚合卷管具有高效的結(jié)構(gòu)體系，在實際應(yīng)用中可以獲得特殊的建筑效果[1]。也有學(xué)者提出利用碳纖維優(yōu)良的導(dǎo)電性，通過相應(yīng)手段監(jiān)測碳纖維復(fù)合材料加固部位導(dǎo)電性能的變化情況，實現(xiàn)對對土木建筑物或橋梁等的無創(chuàng)口健康監(jiān)測和診斷，而目前利用碳纖維優(yōu)良的導(dǎo)電性，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測應(yīng)用研究不多，鄭立霞《局部疊層碳纖維水泥基材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)研究》（四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版)2011.2）研究指出利用不同將碳纖維所具有的特有的導(dǎo)電特性，將不同碳纖維取代鋼筋加入普通混凝土中，普通混凝土便成為具有自診斷功能特性的智能混凝土。利用這些功能特性可望實現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測。并通過實驗研究局部疊層碳纖維取代鋼筋形成的三點彎曲梁在單調(diào)和循環(huán)拉應(yīng)力作用下電阻的變化規(guī)律，分析了局部疊層碳纖維水泥基材料的應(yīng)變-電阻效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋瑢嶒灲Y(jié)果表明，局部疊層碳纖維水泥基材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)是連續(xù)碳纖維水泥基材料應(yīng)變靈敏系數(shù)的近23倍，但穩(wěn)定性要差一些；局部疊層碳纖維水泥基材料的電阻和拉伸應(yīng)變成正比例，因此利用這一特性把可望把局部疊層碳纖維用于土木工程，便于實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測。

2碳纖維復(fù)合材料在構(gòu)件承載力不足的情況下的應(yīng)用

雖然在土木工程施工過程中在施工階段，從上到下有嚴(yán)格的施工規(guī)范和要求，但是實際過程中卻常常存在由于施工管理不嚴(yán)、施工人員能力缺陷、致使施工質(zhì)量不能達(dá)到要求，特別是混凝土構(gòu)件承載力不足導(dǎo)致在建工程或建成工程使用時在安全隱患，存在一定的潛在質(zhì)量風(fēng)險，可能導(dǎo)致傷害事故的發(fā)生，在這種情況下，如何在不拆除現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)的條件下對混凝土構(gòu)件進(jìn)行范圍內(nèi)的加固和修復(fù)是要解決的問題，使用碳纖維復(fù)合材料為主要原料的纖維增強(qiáng)聚合布進(jìn)行加固，可以在不毀壞現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使混凝土結(jié)構(gòu)得到理想的增補(bǔ)效果。加上纖維增強(qiáng)聚合布施工過程中無需任何重型機(jī)械，施工空間不受限制的優(yōu)點，因此在維護(hù)和加固現(xiàn)有建筑中得到大量應(yīng)用。

2.1碳纖維復(fù)合材料在民用建筑加固方面的應(yīng)用

由于碳纖維增強(qiáng)聚合布的材料性能的特點，碳纖維增強(qiáng)聚合布大量應(yīng)用在民用建筑中，如梁、板、柱、頂、梁腹裂縫發(fā)展過大的構(gòu)件加固中。碳纖維增強(qiáng)聚合布加固可有效控制裂縫的發(fā)展。在使用碳纖維復(fù)合材料對不同部位進(jìn)行加固時，操作手段、方法有一定差異。目前通常使用碳纖維布對鋼筋混凝土裂縫等進(jìn)行加固時首先選取合適粘合劑，以免造成粘合不緊密，加固效果差，在此基礎(chǔ)上注意粘貼在混凝土裂縫處。在對鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件進(jìn)行加固時，通常采用特殊粘合劑將碳纖維布粘貼于混凝土構(gòu)件強(qiáng)力受拉區(qū)，通過碳纖維布增加受拉區(qū)域強(qiáng)度，實現(xiàn)碳纖維布分擔(dān)工程結(jié)構(gòu)中混凝土鋼筋的承受拉力，提高混凝土構(gòu)件的抗彎承載力和受拉承載力。碳纖維復(fù)合材料加固損傷的受彎構(gòu)件時，結(jié)果表明，通過碳纖維布的加固，檢驗結(jié)果顯示，加固部位剛度恢復(fù)非常顯著，加固部位強(qiáng)度和加固量、損傷程度具有一定關(guān)系，通過加固，兩者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行抗剪力加固時，一般要求將碳纖維復(fù)合材料粘貼于加固構(gòu)件的受剪力區(qū)，力求形成整體的拉力，促使碳纖維復(fù)合材料的作用類似于箍筋，從而形成一定的加固力量，有效控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。目前研究結(jié)果表明，理論上推算碳纖維復(fù)合材料的隨著外界條件變化應(yīng)變發(fā)展比較緩慢，在實踐中用于加固混凝土構(gòu)件時，碳纖維復(fù)合材料達(dá)到的最大應(yīng)變值比較小。在加固混凝土構(gòu)件屈服后，碳纖維復(fù)合材料逐漸取代混凝土構(gòu)件箍筋的作用逐，從而有效提高構(gòu)件抗剪承載力，碳纖維復(fù)合材料對工程質(zhì)量提高程度與加固方式、加固量、帶間距及粘貼層數(shù)密切相關(guān)。因此實踐中使用碳纖維復(fù)合材料對一定的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修和加固時，要區(qū)別對待，不同位置、強(qiáng)度的部件進(jìn)行加強(qiáng)所需粘貼量不同，過多過少都不利于加固效果的最優(yōu)化，如粘貼過量碳纖維增強(qiáng)聚合布，可能會導(dǎo)致不能充分的發(fā)揮碳纖維增強(qiáng)聚合布的優(yōu)勢。由于碳纖維增強(qiáng)聚合布的可設(shè)計性的優(yōu)勢它與所加固構(gòu)建之間粘貼比較緊密，可以在不改變現(xiàn)有建筑外觀形狀的基礎(chǔ)上進(jìn)行整體加固，因此在一些對整體構(gòu)件加固質(zhì)量要求比較高，碳纖維聚合布在得到大量應(yīng)用，如對歷史建筑的搶救、保護(hù)和維護(hù)和原有建筑，同時構(gòu)件的整體抗震性能得到提高。

2.2橋梁建設(shè)加固方面碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用

由于碳纖維復(fù)合材料的使用特點，碳纖維增強(qiáng)聚合布可以應(yīng)用在橋梁加固方面。如磨損、裂縫、局部塌陷的橋面，可以在保持現(xiàn)有混凝土構(gòu)件的情況下，通過適當(dāng)修補(bǔ)后加貼碳纖維增強(qiáng)聚合布，從而提高橋面堅固程度和增加使用壽命，如一般采用將碳纖維增強(qiáng)聚合布粘貼于橋面板下面，在提高橋面整體平整的基礎(chǔ)上可以增強(qiáng)橋面板的抗彎及抗剪能力，延長橋梁使用壽命，目前碳纖維復(fù)合材料在橋梁建設(shè)方面的用途主要有兩類，現(xiàn)有橋梁的加固方面和新橋梁的建設(shè)使用。在橋梁加固方面碳纖維復(fù)合材料主要用于混凝土橋梁的基本構(gòu)件、節(jié)點、裂縫受彎構(gòu)件、抗彎構(gòu)件等的加固，加固的目的主要是提高橋梁的面板、構(gòu)件的抗彎、受彎、抗剪、軸向抗壓承載力等，橋梁建設(shè)加固方面碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用在國外應(yīng)用廣泛，我國在這方面的工程實踐是在引進(jìn)吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國橋梁工程和新材料發(fā)展?fàn)顩r，2003年7月對1971年建成的“寶成橋”進(jìn)行了加固維修。提高了大橋承載強(qiáng)度，同時對大橋基本構(gòu)件提供了抗裂防腐的保護(hù)作用[2-5]。但是碳纖維增強(qiáng)聚合布加固混凝土橋柱、橋梁時，應(yīng)注意原有混凝土構(gòu)件橫向膨脹性能促使外包碳纖維增強(qiáng)聚合布的局部環(huán)向剛度增大，導(dǎo)致混凝土原有構(gòu)件的脆性破壞，因此在應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)聚合布維修橋梁加固混凝土柱時要注意完全粘貼整個構(gòu)件。

3結(jié)論和建議

篇9

1958年，我國因鋼材短缺，曾探索過用GFRP筋代替鋼筋的研究。20世紀(jì)七八十年代，F(xiàn)RP在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用與研究逐漸增多。1972年在云南建造了一座直徑為44m的球形GFRP雷達(dá)天線罩。1982年在北京密云建成了跨徑20.7mGFRP簡支蜂窩箱梁公路橋，設(shè)計荷載等級為汽-15、掛-80，并進(jìn)行了現(xiàn)場荷載試驗，這是國際上第一座GFRP公路橋。此后，F(xiàn)RP材料，尤其是價格比較便宜的GFRP，在工結(jié)構(gòu)程中應(yīng)用的范圍越來越廣。但是這些應(yīng)用大多數(shù)都是附屬性、臨時性的構(gòu)件，F(xiàn)RP材料的優(yōu)越性能沒有得到充分發(fā)揮，即使用FRP作為結(jié)構(gòu)材料也都是嘗試性的，沒有形成規(guī)模。同時，多數(shù)的土木結(jié)構(gòu)工程師不了解FRP材料性能和設(shè)計方法，大大限制了它在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和推廣。

2FRP復(fù)合材料在土木工程中的實踐效果

2.1用于結(jié)構(gòu)加固

我國對FRP加固技術(shù)的研究始于1997年，中冶建筑研究總院有限公司(國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心)于1997年10月進(jìn)行了國內(nèi)首批外貼碳纖維布加固梁試驗。隨后在短短幾年中，外貼FRP片材加固技術(shù)已成為全國土木建筑行業(yè)研究和應(yīng)用的熱點，很快為市場所接受，而市場的擴(kuò)大使材料的成本大幅下降，這為FRP材料在建筑中的應(yīng)用發(fā)展提供了更大的可能，在我國已迅速發(fā)展成為建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的主要技術(shù)。至2012年，國內(nèi)從事FRP試驗研究及技術(shù)開發(fā)的科研單位幾十所，用于土木建筑行業(yè)中的碳纖維制品生產(chǎn)銷售的廠家?guī)资畟€，從事于碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的專業(yè)公司上百個，已經(jīng)形成了相當(dāng)大的研發(fā)、生產(chǎn)、設(shè)計、應(yīng)用的社會群體。目前FRP材料在土木建筑中的應(yīng)用以加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，加固的形式又以外貼FRP片材為主，但FRP技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，以及采用FRP筋材、網(wǎng)格材、預(yù)應(yīng)力FRP片材加固技術(shù)的應(yīng)用已有很多，新的應(yīng)用形式、新的產(chǎn)品、新的規(guī)范規(guī)程的研究正在世界各地廣泛開展。

2.2FRP筋在新建結(jié)構(gòu)中代替鋼筋

傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中配置非預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力鋼筋，在處于惡劣環(huán)境條件時，如干濕交替、化學(xué)介質(zhì)等作用下，極易引起鋼筋的腐蝕，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性和適用性，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低。相比之下，防腐性能好、粘結(jié)性能與鋼筋相差不多且抗拉強(qiáng)度高的FRP筋成為代替鋼筋的一個較好選擇。20世紀(jì)80年代初開始，F(xiàn)RP筋逐漸大量應(yīng)用于有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)物中代替鋼筋，如有磁共振醫(yī)療設(shè)備的建筑及海堤、工業(yè)廠房屋面板等受嚴(yán)重化學(xué)侵蝕的結(jié)構(gòu)物中。1985年，美國SanAntonio醫(yī)院大樓的MRI設(shè)備的樁、柱和梁中均采用了GFRP筋。1986年，SanAntonio的大學(xué)建筑中的邊墻和鋼筋混凝土梁中配置了GFRP筋。FRP筋的另一個應(yīng)用對象是巖土工程，目前已用于因潮汐變化等干濕交替的擋土墻、地基錨桿及地鐵沉井等工程中。

2.3FRP結(jié)構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)

由于FRP材料具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)和FRP組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也日益受到工程界的重視。

（1）早期試驗性的FRP結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)60年代，英國已開始生產(chǎn)GFRP復(fù)合材料的屋蓋結(jié)構(gòu)，運(yùn)往中東和北非建造使用，1968年一個采用GFRP夾心板與鋁質(zhì)骨架的圓頂結(jié)構(gòu)建于利比亞Bengazhi；1972年阿聯(lián)酋的Dubai國際機(jī)場，采用GFRP傘狀屋頂。20世紀(jì)70年代及80年代初期，英國的一些建筑采用了GFRP作為除梁柱以外的承重或半承重構(gòu)件。1974年，第一個全復(fù)合材料建筑在英國Lancashire落成，外形為三棱錐體組成的空間結(jié)構(gòu)。早期的FRP結(jié)構(gòu)，大多帶有一定的試驗性質(zhì)，尚未在土木工程中形成規(guī)模。

（2）橋梁工程中的FRP結(jié)構(gòu)構(gòu)件

隨著FRP生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品形式的迅速發(fā)展，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)在橋梁工程中得到迅速發(fā)展。英國、瑞士、丹麥、日本、美國及中國等國家，均成功建造了一系列全FRP結(jié)構(gòu)的人行天橋。同時，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)也被應(yīng)用于承受較大反復(fù)動載的公路橋梁中。1982年，我國在北京密云建成了一座跨徑為20.7m的GFRP蜂窩箱梁公路橋。1994年，英國建造的BondMill橋采用GFRP拉擠型材組合而成，是一座可通過40t卡車的活動橋。1996年，美國堪薩斯州Russell架起了第一座采用FRP橋面板的公路橋。此后不到十年的時間里，采用FRP橋面板的中小型橋梁在美國已有數(shù)十座。FRP橋面板還被用于替換老化的混凝土橋面板。此外，F(xiàn)RP索還可替代鋼索用于斜拉橋和懸索橋。

3FRP復(fù)合材料在土木工程中的實踐展望

篇10

關(guān)鍵詞：裝飾工程, 涂料色彩, 應(yīng)用

中圖分類號： TU238 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

前言：

建筑涂料是涂料的重要品種之一, 它借助特定的施工方法,涂覆于建筑物表面, 并形成牢固附著的連續(xù)薄膜, 對建筑物起裝飾和保護(hù)作用。建筑涂料色彩豐富、質(zhì)感逼真、裝飾典雅, 并具有自重輕、工期短、工效高、成本低、施工簡單、維修方便等優(yōu)點, 是重要的建筑裝飾材料之一。在城市建筑飛速發(fā)展和人們對居住環(huán)境要求日益提高的今天, 色彩對于建筑裝飾工程的重要作用,已越來越受到人們的重視。

在中國建筑涂料市場日益發(fā)展成熟的今天, 涂料的作用還僅僅停留在功能方面, 僅僅是為了保護(hù)和裝飾墻面或家具表層。而國外的油漆市場已發(fā)展到注重色彩的運(yùn)用, 追求家居享受等更高層面的消費(fèi), 隨著人們對涂料裝飾功能需求的日益增長, 涂料的色彩將在中國發(fā)展成為一種流行時尚。

色彩的效應(yīng)

隨著審美水平的提高, 人們對環(huán)境的要求越來越高, 對色彩的要求也越來越講究, 現(xiàn)在的涂料擺脫了傳統(tǒng)的單調(diào), 以豐富多彩的色彩面貌出現(xiàn)在設(shè)計中, 不同色系列的涂料被人們用在不同空間營造著不同的氣氛。

色彩的效應(yīng)是一個很廣泛的概念, 它是建筑裝飾中涂料色彩配置心理效應(yīng)的反映。所謂色彩的心理效應(yīng), 也就是色彩給人的視覺效果。色彩的心理效應(yīng)亦受地域傳統(tǒng)文化和人文文化的差異而有所不同, 在色彩的配置應(yīng)用上也存在著差異。涂料色彩的心理效應(yīng)是相當(dāng)明顯的。

一般而言, 冷色調(diào)的色彩會產(chǎn)生一種寧靜深沉的氣氛, 而暖色調(diào)則會營造出熱情奔放的效果。對于建筑物的外墻來說, 明亮的暖色調(diào)會使人感覺到建筑物的雄偉高大, 活潑前衛(wèi); 溫馨的暖色, 賦予建筑人格化的特征。而偏深的冷色調(diào)會使人感覺到建筑物的古樸與穩(wěn)重。對于內(nèi)墻而言, 可根據(jù)不同的功能、用途及使用者的特點愛好, 選用不同的涂料色彩搭配來表示其整體效果。如白色, 使人感到明快、潔凈、樸實和純真; 黃色, 讓人感到活潑、柔和、尊貴;綠色, 讓人感到健康、寧靜、清新; 藍(lán)色, 讓人感到深沉、柔和、廣闊;而紫色, 讓人感到富貴、壯麗和神秘。

不同涂料的色彩使人們做出不同的主觀反映, 并產(chǎn)生不同行為, 可以說使用合理的涂料色彩會成為有益健康的營養(yǎng)劑, 反之會變成損害健康的毒素 ; 暖色調(diào)主要包括紅、黃、橙等系列。它們讓人聯(lián)想到火、太陽等暖洋洋的物體, 會使人感到溫暖。

1. 紅色: 使人興奮, 血壓升高、心率加快, 能激發(fā)親密的情感活力和激情, 但也易使人焦慮和疲勞, 因此, 多用在飯店或家中的餐廳, 不宜用在臥室和其他休息空間。

2. 橙色: 并有助于鈣的吸收, 它充滿活力但比紅色少一些夸張和激情, 更令人感到親切和友好, 多用于兒童房間或娛樂運(yùn)動場所, 也可用于客廳和廚房, 但不宜用于臥室和書房。

3. 黃色: 有很強(qiáng)的視覺沖擊力, 刺激神經(jīng)和消化系統(tǒng), 但黃色太強(qiáng)烈會使人產(chǎn)生焦慮感和不穩(wěn)定感, 不宜過多的用在休息場合和公共場所。

冷色調(diào)主要包括藍(lán)色、綠色、紫色及中間色, 冷色使人想起海洋、綠地, 有平和、放松、寧靜和涼爽之感。

1. 綠色: 令人想起美麗的原野, 可以令人平靜, 并對疲勞和消極情緒有一定克制作用, 在學(xué)校、醫(yī)院和工作環(huán)境中應(yīng)用較多.

2. 藍(lán)色: 可調(diào)節(jié)人體平衡, 消除緊張情緒, 藍(lán)色環(huán)境使人感到優(yōu)雅寧靜, 用在臥室可以有助于安神、睡眠, 因此多用于休息場合.

3. 紫色: 對運(yùn)動神經(jīng)和心臟有一定壓抑作用, 有寧靜、高貴、浪漫的感覺, 可用在酒吧、茶座和游戲室等場合。墻壁色彩的選擇還受到空間大小高低、光線變化、房屋朝向和季節(jié)的影響, 但掌握涂料基本的色彩心理效果, 對于涂料的選擇有重要的指導(dǎo)作用, 選擇適當(dāng)色彩的涂料對人們?nèi)粘＝】涤兄匾囊饬x。

色彩的配置要求

色彩配置的要求和特點是以使用功能與精神功能為出發(fā)點,以色彩與光照相統(tǒng)一、色彩與質(zhì)地相統(tǒng)一、色彩與環(huán)境相統(tǒng)一為原則。就住宅色彩配置來說, 客廳因其具有會客、休閑和娛樂等多種使用功能, 色彩配置多采用中性色彩( 如灰白、淺米黃、淺灰綠等) , 以避免強(qiáng)烈的個性特點; 也可根據(jù)自己的個性、工作和對客廳的功能要求選擇色彩, 并根據(jù)空間大小特點與色彩相協(xié)調(diào),一般小空間客廳多選用淡雅的色調(diào), 面積寬裕的空間可選用較深色調(diào)( 如紅褐、中黃、灰綠等) 。比如餐廳的色彩對人們的就餐心理影響很大, 其色彩配置就因個人性格和愛好不同而存在較大差異, 但總體上應(yīng)以明快為主, 較適用的是黃色和橙色及相同的姊妹色, 這兩種色彩不僅給人以溫馨感, 而且有刺激食欲的功效, 能提高進(jìn)餐者的興趣。

建筑裝飾工程涂料色彩的應(yīng)用

色彩應(yīng)用是建筑裝飾工程的重要組成部分。色彩的應(yīng)用技巧其實也就是色彩的搭配技巧。當(dāng)將涂料作為建筑主要裝飾材料時, 應(yīng)將涂料和其他裝飾材料作為一個色彩組合來處理, 了解不同裝飾材料本身的特點, 考慮它們彼此之間的相互作用, 色彩的和諧統(tǒng)一, 相對建筑空間的情高和氣氛, 色彩對調(diào)節(jié)視覺空間的作用等問題, 也必須考慮到在自然光的作用或燈光作用下, 涂料色彩會怎樣變化的問題.無論是高樓大廈、鄉(xiāng)間別墅、公共設(shè)施, 還是家居裝飾, 色彩的正確合理運(yùn)用將演繹出了無限的遐想空間, 給人帶來內(nèi)外皆美的享受, 創(chuàng)造生活的無限愜意。通常, 建筑室內(nèi)裝飾工程相比于室外裝飾工程而言, 其選擇的方式也各有不同。

室內(nèi)裝飾工程涂料色彩的應(yīng)用

就室內(nèi)裝飾工程而言, 涂料色彩的應(yīng)用更有講究。盡管家庭居室裝飾采用塑料壁紙, 各種墻布的日見增多, 但絕大多數(shù)家庭仍保留著居室粉刷涂料的習(xí)慣。室內(nèi)涂料的色彩選擇至關(guān)重要。一般說來室內(nèi)墻壁的色彩構(gòu)成了裝飾的色彩基調(diào), 色彩可創(chuàng)造和改善室內(nèi)裝飾的氣氛和格調(diào)。朝北的居室房間, 因為一年四季曬不到太陽溫度較低. 因此最好刷一層暖色。家庭人口比較少屋內(nèi)冷清的。最好刷成淡淡的紅色或黃色, 這樣就會感到房間里暖和一些, 同時還會有一種愉快、舒適的感覺。東西朝向的房間, 夏天往往被太陽曬得火熱, 墉壁千萬不能刷成桔黃色或淡紅等暖色, 而應(yīng)刷上冷色涂料, 如淡淡的綠色或藍(lán)色。朝南的居室房間一般冬暖夏涼墻壁涂料比較好配, 用淡綠或桔黃、奶油色均可。可由各人的愛好自由選擇。如果房間小, 想讓它看上去大一些或者天花板太低想讓它感覺上高一些。不妨刷成淡藍(lán)色或天藍(lán)色。居室內(nèi)墻壁涂料的顏色還應(yīng)當(dāng)與室外的環(huán)境和季節(jié)相宜。

2. 室外裝飾工程涂料色彩的應(yīng)用

就室外裝飾工程而言, 要根據(jù)各建筑物外觀( 形狀、大小、高低) 、風(fēng)格、功能等因素及周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)而加以綜合考慮, 即考慮色彩的心理效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。如上海商城大酒店, 在簡潔、規(guī)整的建筑物上涂以綠灰色, 顯得高大雄偉, 大廳中幾根涂上深紅色的立柱, 更使上海商城大酒店增添了沉穩(wěn)、厚實的感覺。正因為表面裝飾材料質(zhì)感與色彩不同, 互相搭配后, 每一種材料在發(fā)揮自身色彩特點的同時, 又與其他材料在同一空間或不同空間中互相作用, 折射出不同的色彩效果。合理搭配的顏色, 在突出建筑物個性方面起著重要作用。

參考文獻(xiàn)：