土工合成材料
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土工合成材料范文第1篇
中图分类号 TV871 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0143-01
土工合成材料是20世纪出现的一种新型的岩土工程材料，使用初期品种较少，主要为土工织物和土工膜两大类。早在20世纪50年代土工织物被成功地作为滤层材料替代砂石粒料反滤层，而土工膜应用得更早，在30年代末40年代初即用于水池、水渠的防渗。我国于60年代中期将土工膜用于渠道防渗、裂缝堵漏，70年代应用土工织物作防冲材料及加固地基等取得良好效果。土工合成材料的大规模应用始于20世纪80年代。这种新型材料以其良好的工程性能，及其具有重量轻、强度高、生产工厂化、质量稳定、施工方便，价格低等优点深受岩土工程师们的欢迎。
1 土工合成材料种类及工程应用
土工合成材料是以高分子聚合物为原材料，用人工合成的方法制成的合成材料。高分子聚合物的种类很多，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种，在实际工程中通常根据这5种原材料的纤维强度、相对密度、软化点、耐酸碱及耐久性等特性供工程选材时参考。土工合成材料制品近年发展很快，远远超出早期土工织物和土工膜两大类，众多产品如何分类至今没有统一准则。在《土工合成材料应用手册》将土工合成材料分为4大类：①土工织物，包括机织土工织物和非织造（无纺）土工织物；②土工膜；③特种土工合成材料，如土工格栅、土工网、土工垫、土工格室、土工膜袋，土工泡沫塑料等；④复合型土工合成材料，如复合土工膜、塑料排水带等。这种分类的好处是概括性强，不断出现的新产品可方便地归人，例如近年用得较多的高强加筋带、玻璃纤维土工格栅可归入特种土工合成材料一类中，而软式排水管、塑料盲沟可归人复合型土工合成材料一类。土工合成材料的功能是多方面的，通常把它概括为6种基本功能：①反滤功能；②排水功能；③隔离功能；④加筋功能；⑤防渗功能；⑥防护功能。这6种功能有的可以明确分清楚，有的不易分清。实际应用中土工合成材料往往同时兼备几种功能。任何应用土工合成材料的工程几乎都存在隔离作用，用于过滤作用的土工织物往往同时伴随排水作用。在进行土工合成材料设计时，需明确主要的、次要的和附带的功能。
2 土工合成材料常规试验
常规试验为最常用的、操作较简单的基本试验，包括物理、力学和水力学性能试验。目前用土工直剪仪进行小尺寸的土与土工合成材料界面摩擦试验用得也比较多。
1）物理和力学性能：物理指标为土工织物的重量和厚度。力学指标内容较多，单向受力有条带拉伸、握持拉伸和撕裂3种试验；周向受力试验有圆球顶破、胀破、CBR顶破、刺破及落锥等5种试验。这10项指标测定均可遵循纺织系统颁布的国家标准进行试验。土工合成材料的早期产品土工织物是应用于工程的纺织物。土工织物应用纺织技术制造，因而用纺织品试验标准进行检测，土工织物沿用了纺织品大多数试验方法直到今天。
2）水力学性能：土工织物的水力特性在岩土工程应用中十分重要，在20世纪80年代由岩土工程师们研究和制定了测定土工织物渗透系数和孔径两项试验。不久ISO国际标准通过了渗透系数和孔径试验标准。
3）土一土工合成材料相互作用的界面摩擦特性：工程设计中常需要提供土一土工合成材料之间摩擦系数。在20世纪80年代开展了这方面的研究。其试验设备大多采用土工试验直剪仪和土工试验箱。利用直剪仪作界面直剪摩擦试验，将土工织物固定在上盒底部或下盒顶部，盒内填土进行直剪试验。利用土工试验箱进行拉拔摩擦试验，箱内填土，土工合成材料埋在土中，进行拉拔。这种试验制样较困难，一般常规试验仅用小尺寸直剪仪进行砂土一土工织物的直剪摩擦试验。
3 土工合成材料耐久性试验
1）老化问题：土工合成材料在大气环境中光、水、氧、热作用下，聚合物的分子结构发生变化，力学性能逐渐缓降，产生老化。目前常用老化试验有自然老化法和人工老化法两种。自然老化试验是对铺设在某特定地点及在当地自然条件作用下的土工合成材料，按时定期取样进行物理力学性能测试，可得到强度随时间的衰减情况。这种试验资料能可靠地反映实际情况，得到较可靠的长期强度，然而非常花时间。另一种人工老化试验利用人工气候箱对土工合成材料进行加速老化试验，气候箱可调控光源种类，光照温度和强度等因素。利用光源强度和光照时间，人工老化速度大大高于自然老化，但它与实际有差距，可靠性较差。
2）蠕变问题：土工合成材料具有明显的蠕变特性。材料在某一恒定荷载作用下发生徐变，变形随时间不断增大，达到某一应变后，应变速率逐渐减小，应变缓缓趋向稳定。蠕变研究试验表明，影响蠕变特性的主要因素有：原材料种类，材料承受的荷载水平，材料约束条件，温度等。
3）淤堵问题：淤堵主要发生在用于过滤和排水工程的针刺无纺土工织物中，在过滤过程中织物的孔隙被堵塞。产生淤堵原因可以是物理的、化学的、生物的或其他冻融、干湿等。最常见的是物理淤堵，通过织物的水中所夹带的细粒土滞留在孔隙中或封住孔口；化学淤堵是过滤的水中含有化学溶液，合成化合物滞留孔中；生物淤堵是有的微生物对某种材料有亲和力，滞留土工织物进行繁殖堵塞孔隙。这些淤堵现象可交叉同时发生。
4 讨论与总结
常规试验主要对象是片状土工织物、土工膜。由于这些产品具有良好工程性能，用量逐年增多，其试验方法日趋统一和规范化。此外，为进一步探索材料基本性能的蠕变试验得到广泛重视。土工合成材料问世至今短短几十年，期间产品的种类、用量和使用领域飞速发展，发生了翻天覆地的变化。然而对比土工合
成材料测试情况，似乎有些不相称，有关物理、力学性能指标测试方法基本还是沿用当年纺织品的标准。这些标准的特点是能简单、方便且可靠地反映织物自身的力学性能；可以评价土合成材料的质量、均匀度、强度和延性；可对同类产品进行比较和选择。施工现场土工合成材料是埋在土中的，是在土的约束下工作的，显然纺织品标准不能满足此要求，大多试验仍仅对织物自身参数进行比较，主要是试样尺寸和形状的变化，边界条件变了，就方法而言无本质上的突破。其中主要变化是，土工织物拉伸强度试验中，以宽条（宽200 mm）试样代替纺织品窄条（宽50 mm）试样，其他无甚变化。大部分物理、力学性能纺织品测试项目继续沿用。
参考文献
[1]交通部公路科学研究院.公路工程土工合成材料试验规程[M].人民交通出版社,2006,9,1.
土工合成材料范文第2篇
【关键词】加筋；土工合成材料；加筋土挡墙；加筋土坡；加筋土垫层
1、概述
土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，是岩土工程应用合成材料产品的总称。土体的抗拉强度为零，使用加筋技术就是在土体中的拉伸变形区按一定方向铺设筋材，这些较高拉伸模量和抗拉强度的筋材就构成一种复合材料，从而以增强土体的强度和稳定性。近些年来，土工合成材料加筋技术已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等部门的岩土工程中。
2、加筋技术机理
（1）扩散应力，加筋垫层的刚度较大，有利于上部荷载扩散并较均匀地传递到地基土层上；
（2）调整不均匀沉降，加筋垫层加大了压缩层范围内地基的整体刚度，便于调整地基变形；
（3）增大地基稳定性，加筋垫层的约束，限制了地基土的剪切、侧向挤出及隆起。
3、土工合成材料加筋技术的工程应用
3.1 土工合成材料加筋技术在公路工程中的应用
作为试验工程，我国某高速公路k81+80～k81+180路段，采用了粉喷桩结合CE131土工格网进行软土地基加固，结果证实明显减少了路基的沉降量。后来工程施工中，采用水泥粉喷桩处治某高速公路 k127+305～k127+650 路段的饱和软粘土地基，在桩顶铺设一层砂砾垫层和一层土工布，再铺设两层土工格网，土工合成材料（土工布、土工格网）层间填土。我国较早使用桩承土工合成材料加筋垫层法的工程实例是南—昆线永丰营车站的软土地基加固，当年初原站场路基竣工后不久，就发现线路左侧水田隆起，路基多处变形严重并下陷开裂，多处浆砌片石护脚墙损坏。经勘探后查明，地基硬壳层下分布多层淤泥质粘土及层间硬粘土层，其下更有一个较厚淤泥质粘土层，地基变形正是由于此两层淤泥质粘土含水量大、各项物理力学指标极低导致。为确保铺架工期及考虑地层的复杂性和特殊性，决定采取三项加固措施：（1）线路向右侧移动30 m；（2）采用粉喷桩加固软土地基，减少桩的数量和深度；（3）为增加路基早期稳定性，加快填土速度，可以增设2～3层CE131型土工格网于软土区的路堤下部。对该段公路从填土开始到通车后的两个阶段进行了总共为时38个月的观测，观测结果表明，沉降和位移值都在设计范围之内，而且在填土达到设计标高10个月后不再有较大的发展，说明路基已趋向稳定。全站路基填土只用了4个月，为全线铺轨赢得了工期。这些工程实例都表明，应用土工合成材料加筋技术可处理复杂地基，缩短工期，经济效益高。
3.2土工合成材料加筋垫层作地基处理
本例为一座直径15m的钢筋砼圆筒仓，仓的基础为埋深-3.5m、直径20m的钢筋砼整体筏板。根据地质勘探资料，第2层粉质粘土层为持力层，fk= 230kPa，地下水位约在地下2m左右。根据设计提供资料，0.00m以上结构向基础传下总荷载90000kN，基底压力P = 357kPa。而该持力层地基承载力设计值为f，经计算为309kPa。由于P>f，说明选用-3.50m处作持力层的天然地基方案不能满足要求。该工程的处理方法则是，必须改用桩基等深基础方案， 或进行地基处理。经分析研究，决定采用土工合成材料加筋复合碎石垫层进行地基处理的方案。设计选用厚度为2.00m的加筋复合碎石垫层，施工过程中，每碾压0.50m的碎石垫层铺设1层土工筋带，共铺三次。
本工程加筋复合碎石垫层的主要施工工艺有：碎石垫层铺压和土工筋带布设。
3.2.1 碎石垫层施工
首先确定材料要求及最佳配比，图纸设计提供材质及配比参考： 2～5cm耐风化的硬质砂岩、灰岩等碎石，可掺入30%中粗砂，砂石含泥量不大于5%以保证碾压密实。
施工要点：（1） 清理干净基底表面浮土、淤泥、杂物，并做好排水措施。（2）将计量好的各组分材料搅拌均匀后，运入坑中，并逐层铺设碾压。每次铺厚度不应小于300mm，按标高进行摊平，每500mm层分两次施工。选用12t振动压路机进行碾压，先振动碾压1遍，然后再往返压实5遍。要求不得漏压，碾压轮迹前后次至少要重合一半，直至碾压到两次的沉落差小于1mm才停止该阶段的施工。（3）圆柱边缘部分碾压的密实性在施工中是很重要的一个环节，而碎石垫层设计上为圆柱体，从受力角度看是无须满坑充填，加之土方开挖时会造成边坡放坡，故要注意在边缘部分用袋装碎石围堵，装袋时不要太满；而且在压实前用粘性及含水率较好的土进行回填夯实，与碎石垫层同标高。
碎石垫层压实度的检验分析。采用大密度法检验垫层的压实度。根据要求，最大干密度应该大于20.5～21kN/m3，压实系数应不小于95%， 即试验干密度要达到19.5kN/m3以上。本工程面积为452m2，根据要求，检验点数多于1个/100m2，每500mm层厚需要检验5点。通过20点检验数据来看，以上的材料配合比和施工方法是完全可以满足的，许多抽样点干密度在22kN/m3左右，超过设计要求。经分析对比，影响干密度数据的因素有：各组分的级配， 干密度偏低一般是有细骨料含量大于试配的最佳级配含量造成的；含水量， 碾压法中良好的含水率，是自然状态下骨料含水量在8%左右。碾压时，干密度偏低可能是碎石含水率过大导致的。
3.2.2土工筋带的施工
（1）材料要求。本工程土工筋带选用产自重庆永固工程拉筋带厂的高分子塑料钢塑筋复合拉筋带， 筋带规格为宽×厚=50mm×2.5mm ，内含单排32根细钢丝，标准其拉强度与断裂延伸率分别达到120MPa和1.7%以上，筋带分散层布置，呈间距250mm×250mm的方格状。为了均匀扩散应力，注意每层铺设方向相对于下一层方向旋转60度。
（2）施工工艺。必须保证基层干净、平整才能进行筋带铺设布置，可用砂找平表面凸凹不平的部分，并撒上灰线以确定铺设位置；铺设时保持筋带平整的自一端向另一端进行，松紧适度，防止褶皱、卷曲，按设计要求将端部用袋装碎石压好，卷回钉好土工筋带并压袋，卷回长度不小于1.5m，钉子不少于3 根，在纵横交叉点每间距500mm钉钉固定，筋带在中间的搭接长度不小于1m，并用3根钉连接；然后铺20mm厚砂保护筋带， 以防止碎石对筋带造成顶破、穿剌、擦伤等；而且，为了防止筋带暴露暴晒，应该尽快施工上层碎石垫层，。
4、结语
土工合成材料加筋技术引入我国才接近30年的时间，但发展迅速，已经广泛的应用于很多部门多个方向， 在实际施工中，如在青藏铁路工程、长江防波堤、重庆加筋岸壁、京沪铁路客运专线等工程的兴建中已广泛应用加筋技术，并取得很大经济效益和社会效益。当前土工合成材料无论从品种还是质量上都有了很大的丰富和提高，这都离不开对该技术的深入研究和实际应用的总结，近年来的土工合成材料应用技术规范的国家标准和行业标准就是在大量总结研究的基础上颁布的，而这些标准的颁布也标志着此项技术走向成熟，可以获得进一步的推广。但是，由于起步时间较晚，加之应用领域广， 国内应用加筋技术的现实情况仍然是理论落后于实践。目前还存在一些亟需解决的问题：材料控制仪器和测试方法还未统一；对土工合成材料与土相互作用的机理不能说完全清楚；设计方法有的还不够完善；试验和观测还有些技术困难等。这些问题还有待继续深入研究和交流合作， 来充实、完善、提高土工合成材料加筋技术。
参考文献：
[1]姜晔.土工格栅在码头陆域软基处理中的应用[DB?OL].中国土木土工合成材料交易网—应用文库，2012，3.
[2]刘汉龙，吴维军.土工织物加固堤防非线性有限元分析[J].岩土工程学报，2003，24（1）：79282.
土工合成材料范文第3篇
关键词：防汛；土工织物；功能作用；具体应用
Abstract: This paper mainly from the two aspects of geosynthetics function and geotextile in flood control application are analyzed and discussed in detail, in order to provide reference for staff.
Key words: flood; geotextiles; function; application
中图分类号：TU5 文献标识码：文章编号：
前言
我国在利用天然纤维材料和织物进行防汛护堤、抢险、堵口方面已有很久的历史，但利用土工合成材料来防汛抢险还是一项新技术。随着我国经济建设的发展和对土工合成材料功能和特点的逐渐认识、研究、土工合成材料将越来越广泛地应用于水利工程的抢险等工程中。
1、土工合成材料的功能与作用
堤防、涵闸等各类建筑物的安全渡汛主要采取两个层次的措施：第一是防护，就是避免险情发生；第二是抢险，即一旦险情出现，要迅速采取有效措施消除险情。防汛、抢险最常用的传统材料主要为土料、砂料、石料以及草袋、麻包等，它们作为防汛用材已历史悠久，效果良好，仍然是当前防洪、抢险的主要材料。这些材料虽然有来源广、数量多能就地取材等许多优点，但也存在重量重、体积大、运输困难、施工劳动强度大、施工速度慢、工程质量不易保证等不足。
土工合成材料中的土工织物一般都具有较高的强度，单位质量轻、透水性强、防腐及耐磨性好的特点，同时它还具有以下几方面的功能和作用：
1.1 排水功能：土工织物能截断与汇集土体中的渗水，并能将渗水沿垂直织物平面或平行织物平面排出土体；
1.2 反滤功能：由于土工织物构造上的水力学特性，在它排出渗水的同时，能拦阻土体颗粒不被带出；
1.3 隔离作用：土工织物可能把不同性质或不同级配的土石料隔开，以免互相掺杂，从而可以保证施工质量；
1.4 对土体的加筋作用：土工织物有较高的抗拉强度，在土体中可以约束土体的应变，提高土体的综合变形模量，减小土体变形，改善土体的受力状况。
土工织物这些功能和特性，可以克服或改善传统材料的缺点或不足。此外 ，土工织物施工工艺简单，易保证工程质量，施工速度快，工程造价低（与传统反滤材料相比，可节约投资三分之一到二分之一）。因此对于防汛抢险这种时间性非常紧迫的工程，土工织物将成为一种十分理想的新材料，特别对一些缺土缺砂石料的地区更具有特殊的价值。
2、土工织物在防汛抢险中的具体应用
汛期江河水位高涨，常居高不下，有时还受到大风大浪侵袭，对于堤防薄弱环节，常容易酿成险情。堤坝工程的主要险情有：迎水坡发生大面积塌落，堤坝内出现贯通水流通道和裂缝，下游出现管涌、流土及成片泡泉，下游坡出现大面积散浸，洪水漫顶等。
2.1 堤坝坍塌险工的抢护。当堤坝上游有大面积塌落险情时，可采用覆盖软体排防护，这种险情大多要分秒必争地进行抢护。
沉排抢险施工方法如下：①展排体。将排体运到险工段，放在对应的堤顶上，并展开。②横枕装载。指抢险队要把装满土的编织袋放在横枕中心线上，折转枕布将对于尼龙绳头捆在一起，就成装土横枕。③滚排成捆。抢险队站在横枕一侧，滚排成捆，后将捆搭到迎水坡堤肩处。④打桩挂排。在纵枕对应的堤顶上打桩4-6根，将纵向拉筋绳拴在桩上，松紧要适度，使排体沉好后，上端超出水面为准。⑤沉排护险。抢险队面向迎水坡，往下推滚排体，使排体沉到预定位置，并在上游侧拉紧横向拉筋绳，固定排置，避免移位和翻转。⑤纵向压载。抢险队分成四组，同时向指定竖袋内投入装土的编织袋，直到装出水面为止。
2.2 管涌险情的抢护。由于渗流的作用，汛期堤坝及地基基础薄弱处往往发生渗透变形，产生管涌、流土、滑坡等险情，如不及时处理，就将危及堤坝安全。采用土工织物作为滤层，应对可能出现渗透破坏的堤段取土，进行试验计算，确定土工织物型号，然后选购所需土工织物。但在防汛抢险时，有时来不及试验，只能凭经验处理。
2.2.1 使用土工织物对管涌险情的抢护，其施工方法是：①将泉眼周围或严重散浸的地面整理平整，清除草皮杂物以及尖角石块。②如泉眼较小，可以用整块的土工织物盖住泉眼，如泉眼较大或连片泉眼，则应将土工织物互相搭接并用线缝起来，或采用化学粘合。搭接宽度一般为15-20cm。在松软的土基或水下施工时，搭接宽度应取40-60cm。③将土工织物盖在泉眼上面，即以重物将其固定，再由周围向中央压易透水的2-4cm粒径的小卵石或小石子，厚度30-50cm。石子上面再压块石或混凝土块，最后形成中心高，四周低的压重体。④铺放土工织物的面积取决于泉眼的大小和严重渗水段的范围，其面积应大于需要保护的渗水范围0.5m以上，
2.2.2 施工时应注意以下两点：①当管涌处水压较大，土工织物覆盖其上后，往往被水柱顶起来，一般说，这是压重不够，应当继续填压石子，也可以用草袋装石子压上去，直至压平为止。②当有些冒砂孔比较大时，将土工织物盖在上面，加压重后就会凹下去，甚至会将土工织物撕破。遇于这种情况，应当在孔内先用大石子，小石子瓜子片将孔洞填平（可略高于附近地面3-5cm）以分散集中的渗流。在瓜子片，石屑上面铺放土工织物并按前述办法加压重。土工织物铺放以后，开始由于土体中微粒子被渗水夹带出来，水色变浑浊，历经一段时间后，若水质变清，说明此时土体内部颗粒不再流失，土工织物已起导渗作用。
2.3 大面积散浸险情的抢护。有些土堤、坝构筑土料杂乱或施工质量差，挡水以后，随洪水位升高，水压增大，浸润线相应抬高，其渗漏也随之出现，最后水流从背水坡渗出。若渗流量过大，出现浑水，背水坡松软，有滑坡，塌陷等险情时，宜用土工织物反滤排水，以稳定坝身。土工织物用于土坝散浸排水方法有两种，一是用土工织物作贴坡排水，二是堤坡开挖导渗沟，沟内放土工织物，上面填塞小石子。
2.3.1 贴坡排水法。使用土工织物作贴坡排水，一般应考虑以下因素：①土工织物的物理特性（开孔大小和分布、厚度、压缩性）；②被保护土的物理力学特性（颗粒大小分布、孔隙率、渗透系数）；③水力条件（渗透方向是单向或往复渗透）；④作用于土工织物上的力及土工织物应具备的抗拉抗压、撕裂强度等。
用土工织物贴坡排水的施工方法是，先整平堤坡，或用砂填平，然后平铺土工织物。土工织物一般铺设在比逸出点高0.5-1m以上。然后在土工织物上铺放石子，石子上面可以放块石。施工时，不穿带钉子的鞋子作业，以免将织物扎破。织物之间搭接用线缝或用化学粘合剂粘合，搭接宽度一般为15cm左右.
当渗透水通过土工织物排出以后，可以在堤脚开挖一条导渗沟，将集流引出，同时沟内也铺放土工织物。排水沟要开挖平整，土工织物要紧贴排水沟底和两侧，并与堤坡，坝坡的土工织物搭接粘牢，最后在沟内填放石子和片石压重。
2.3.2 开挖导渗法。其施工方法是：从浸润线逸出点沿坡面至堤脚开挖若干横向沟（即垂直于堤身纵向轴线）沟的间距一般5m左右，沟深0.3-0.5m，宽0.3-0.8m，沟内必须开挖平整，然后铺放土工织物，在织物上面放小石子。土工织物放入沟内要预留一定宽度的织物在沟外，而且留在沟外的织物需盖上草席，以减少日光照射。
3、结论与建议
3.1 塌岸险工抢护、管涌、下游坡散浸、开沟导渗等险情抢护，排体透水编织布效果较好。
3.2 用土工织物防汛抢险，汛前必须缝制好各种抢险排体。根据可能出现的各种险情，相应备好抢险排体，一旦遇险就可立即抢护。否则会贻误时机，造成不必要的损失。
3.3 防汛备用土工织物材料，应按险情种类的需要去准备。
土工合成材料范文第4篇
关键词：土工合成材料；路基处理；施工特点；计算
深圳位于大陆架最南端，北面靠山南面环海，西部为滨海平原，软土层广泛分布。改革开放三十多年来，经济发展迅猛，土工合成材料早已被应用到路基处理中，相较其他路基处理方法，土工合成材料加筋法在路基的抗撕裂、耐久性等性能方面具有较高优势,同时并具有具有施工简单、工期短、效果显著的特点。
一、加筋法及其应用条件
加筋法处治是在路堤底部铺设土工合成材料,以加强路堤抵抗地基不均匀
沉降的能力,主要适用于软土厚度较小、分布范围较广(＞100m)的路段。软土
厚度d＜3m,其下为稍密，中密状卵砾石层或基岩,分布于开阔的冲积阶地或
剥蚀残积准平原中,连续分布长度l＞150m,可用此法处治。加筋法可避免大
面积的换填,处理效果较好,且利于环保。
由受力计算可知,筋带越靠下部对稳定性的贡献越大,这就是《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)第336条规定“土工合成材料应尽量设置于路堤底部”的原因；同时为了路堤排水条件良好和避免材料受不良化学物质侵蚀,第333条又规定了“材料不宜直接设置在原地面上”,因此加筋处理软基最好采用土工布+砂砾垫层+土工格栅(室)的形式。
二、土工合成材料加筋处理软基的机理
当路堤受到竖向荷载时会作竖向位移,土工合成材料就会产生一个轴向拉力,同时通过土工合成材料与软土地基的界面摩擦,对软地基施加了一个与轴向拉力同向的侧向约束力,限制土体的侧向变形,均化了地基应力的分布,限制了软土基的不均匀沉降,从而提高了软土基的承载力。
三、土工合成材料在路堤加筋处理中起到的作用
1.加筋
土工合成材料置于土体中,可以扩散土体的应力,传递拉应力,增加土体与筋材之间的摩阻力,限制土体的侧向位移,提高土体的稳定性。
2.隔离
土工布有效防止地基土与垫层粒料混杂,以免粒料挤入软地基中而加大沉降；同时其过滤了渗透上来的地下水中携带的泥浆成分,避免其污染砂粒垫层,削减砂粒间的咬合作用。
四、土工合成材料加筋路堤的稳定性简易计算
土工合成材料加筋路堤的稳定性包括地基与堤身的整体稳定性、堤身稳定性、平面滑动稳定性。各项稳定性的安全系数须符合相关规范要求,如地基为软基时,稳定安全系数应满足《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017)的有关规定。在各项稳定性验算时,均应考虑车辆荷载,车辆荷载应根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017)规定的方法计算。
1.路堤整体稳定性计算
加筋路堤整体稳定性,采用下式所示的圆弧条分法进行计算,且在计算时应假设若干个穿越地基土的滑弧,以求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。
式中: Wi：第i土条重(kN/m)；
Cqi、φqi：土条i 条底土体粘聚力(kPa)和内摩擦角(φ),由直剪快剪试验确定；
TGCJ：第j土条所受地震水平力(kN/m),按《公路工程抗震设计规范(JTJ004)计算。
其余符号意义如下图所示:
2.路堤堤身稳定性计算
加筋路堤的堤身稳定性,亦采用上式计算, 此时不考虑地震力；在计算时应在堤身范围内假定不同的滑弧,求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。
3.路堤的平面滑动稳定性计算
当堤下地基是浅层软弱土层或相对于路堤荷载浅层地基土强度较低时, 应验算加筋路堤的平面滑动稳定性。加筋路堤平面滑动表现为路堤与地基沿下卧硬土层顶面滑动和地基侧向挤出滑动。
3.1沿下卧硬土层顶面滑动的稳定性计算采用《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中的(3.4.6-1)式。
3.2地基土侧向挤出滑动的稳定性计算采用《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中的(3.4.6-2)式。
4．路堤锚固长度计算
《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)5.5.4条和《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)3.4.7条都指出路堤加筋应进行锚固长度的计算,要材料深入稳定土层中的锚固长度,不得小于按规范算出来的最小锚固长度Lm,土工合成材料的铺设长度L为滑动面内的长度Ls与锚固长度Lm之和。但在实际软基处理中应为全断面铺设,而不必考虑锚固长度的问题,因为软基稳定性计算时,特别应注意到滑动圆弧的对称性,通常计算成果中都只考虑滑动圆心在边坡左侧的情况,但边坡右侧应会发生相同情况,要兼顾考虑。路基全断面加筋, 路基的整体稳定才会有足够安全的保障,由此《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)的6.4.3.1条对此作了补充,要求按照路堤底宽全断面铺设, 具体设计、施工时应按此条执行。
5.加筋路堤的设计
土工合成材料加筋路堤的设计步骤如下:
5.1根据现场情况,《公路土工合成材料应用技术规范》( JTJ/T 019-98)的3.3.1条和图3.3.1-1~3.3.1-3拟定加筋材料铺设方式。
5.2根据加筋目的、位置初步确定加筋材料, 此材料应经过握持强度、刺破强度、梯形撕裂强度、CBR顶破强度等试验, 满足《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)中3.3.1~3.3.5条的要求。
5.3根据规范中规定的原则:多层土工合成材料加筋路堤,各层土工合成材料之间的间距不宜小于一层填土最小压实厚度, 且宜≯≯60cm,初步确定加筋层间距和层数。
5.4根据《公路土工合成材料应用技术规范》式(3.4.4)计算整体稳定性,求得稳定系数最小值。如满足要求则进行第5步,否则调整铺设方式、加筋层间距、层数,重新选定加筋材料,再验算,至稳定系数最小值达到规范要求为止。
5.5在锚固长度方面最好选择全断面铺设,否则按规范的3.4.7条确定锚固长度。
5.6视地基情况按3.4.6条验算平面滑动稳定性,如满足要求则进行下一步,否则调整处治方案。
5.7完善边坡防护、排水等有关措施。
五、软基路堤加筋施工要点
1.铺垫砂砾垫层前需按规范清理表面并平整场地,不允许地表存在突出的硬物。
2.土工布在铺设时,应将强度高的方向置于垂直于路堤轴线方向。曾有设计单位根据土工合成材料铺设试验结果分析认为:土工布在地基中的变形不超过1%,平铺而不张拉仅发挥材料强度的5%左右,这对材料功能发挥是一种巨大的浪费,说明了土工布的铺设应采取预应力张铺。预应力土工布张铺法是在土工布铺设时预先张拉,施工时用人工将其两端对拉绷紧,再将2m的回折部分用铆钉锚固在边坡上,在其上填筑时配合使用“U”型填筑法。这种做法符合土工布在地基中受力变形的规律,是一种值得提倡的做法, 实践的效果也比较好。
3.砂砾垫层为排水通道, 为了防止垫层石头刺破其上的土工布, 垫层不宜使用粒径过大的石头,宜用级配良好的粒径1~3cm砂砾,要求其含泥量＜3%,渗透系数为6×10-2~6×10-3cm/s,结合地基地面实际情况,砂砾垫层底面要求略向路基边缘倾斜,以利于排水,并以震动压路机碾压使之密实。
4.土工合成材料之间的联接应牢固。土工布的搭接方式比较简单,一般分平接缝、蝶型缝和丁型接缝等3种(见图2)。平接缝施工简便, 工程中采用较多；钉型接缝和蝶型缝施工相对复杂些,但由于用双道缝合线, 有较高的强度,且由于它们的折叠部位厚度较大,会更深入填料中,受拉力同时也受到填料对它的阻力, 从而能提供更大的抗拉力,而丁型接缝由于两块布缠叠在一起,应是最结实的接缝。土工格栅的搭接通常是用撕裂膜绑扎或U型柱钉锚固,撕裂膜的施工相对简便,但是搭接部位强度不高,所以重要工程应用U型柱钉锚固。土工合成材料在受力方向连接处的强度不得低于材料设计抗拉强度,且其叠合长度应≮15cm。
5.铺设土工合成材料的土层表面应平整,表面严禁有碎、块石等坚硬突出物；在距土工合成材料层8cm以内的路堤填料,其最大粒径≯6 cm。
6.土工合成材料铺设后应及时填筑填料,以避免其受到阳光过长时间的直接暴晒。一般情况下, 间隔时间不应超过48 h。
7.土工合成材料上的第一层填土摊铺宜采用轻型推土机或前置式装载机。一切车辆、施工机械只容许沿路堤的轴线方向行驶。
8.对软土地基, 应采用后卸式卡车沿加筋材料两侧边缘倾卸填料,以形成运土的交通道,并将土工合成材料两端压实。填料不允许直接卸在土工合成材料上面,必须卸在已摊铺完毕的土面上,再由推土机将土往前铺；卸土高度以≯1m为宜。卸土后应立即摊铺。填成施工便道后,再由两侧向中心平行于路堤中线对称填筑,宜保持填土施工面呈“U”形。第一层填料宜采用推土机或其他轻型压实机具进行压实；只有当已填筑压实的层厚＞60cm后,才能采用重型压实机械压实。软基上加筋路堤的填筑速率应符合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(TJ017)的有关规定。
9.加筋路堤的边坡防护应和路堤的填筑同步进行。在夏季施工防护工作,应及时对坡面的土工合成材料采取临时保护措施,以免土工合成材料被阳光长时间暴晒。
结语
土工合成材料加筋的软土路基处理方法具有工期短、施工方便、效果显著、耐久性较好、环保等特点, 具有很高的推广应用价值。
参考文献：
[1]JTJ/T019-98,公路土工合成材料应用技术规范[S].
[2]JTJ017,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].
[3]刘玉卓.公路工程软基处理[M].人民交通出版社,2004.
土工合成材料范文第5篇
关键词：土工合成材料；引黄灌区；渠道防渗
中图分类号：TU5 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）013-000-01
韩墩灌区全程土渠时代水渗漏严重，过水能力低造成渠道淤积，清淤任务繁重；灌区土地盐碱化严重。自节水改造以来，过水流速大幅提高，土地盐碱程度降低。因总干渠底未做抗冲防护，流量加大时渠底冲刷明显，渠道中线及弯道凸岸冲刷尤为严重，常导致设计渠底下0.5m深处的防渗塑膜被冲烂泛起。因长期小流量低水位引水使得渠底两侧淤土逐渐增厚密实，遇大流量时中线刷深，防渗膜被冲出后丧失防渗能力。如何依据实际条件调整设计思路，将是灌区续建工程亟需解决的重要环节。
一、土工合成材料应用的影响分析
1.对节水防渗的积极影响
灌区地处黄河下游冲积平原，地势平坦，为人工开挖所成，为地上或半地上型渠道，引水方式为自流输水，筑堤土质偏松、透水性强。土工合成材料作为天然材料及传统材料的代替材料大量应用于渠道衬砌工程有多年历史，如替代茹土的防渗土工膜、替代砂砾反滤料的针刺无纺布。土工合成材料与其他材料相比具有抗腐蚀、施工简便快捷及工程造价低等诸多优势，解决了以往不易解决的工程难题。由于渠道引水具有季节性、阶段性，停水后渠内不存留静水，对于野生动物的迁徙、水生生物的生存不产生负面影响；衬砌后对于沿渠树木生长未见影响；对于周边农耕地的无碱化改良有积极作用。
2.运行中的经验教训分析
防渗工程使用塑膜、编织袋、土工织物、无纺布、聚苯板等大多属不可降解物，因采用握手搭接，整体性差，经水流冲烂泛起后至下游或田间对环境造成污染，既成污染难以弥补。改扩建工程时对既有工程使用的合成材料拆除且未作回收处理，使之成为废弃料造成污染。
总干谷家节制闸至季姜渡槽段20.65km渠段边坡采用塑膜防渗，因塑膜存在易被刺破，与土的摩擦系数小等缺点，加之边坡设计坡度较大、未采取保温措施，运行后出现边坡鼓胀，砼板塌落泛起，板间杂草丛生的现象。各引水口在引水时，受挑流影响，口们下游边坡及底部齿墙受水流冲击明显，加上冬季冻融循环作用，衬砌及防渗结构遭受损坏。
3.对渠系建筑物的安全隐患
在节制闸、橡胶坝下游排水处使用针刺无纺布替代沙石反滤料，经运行数年后，部分下游底板、海漫塌陷。经查验，发现所有排水管全失效，渗水另由下游海漫溢出，带走细颗粒造成结构损坏。经分析，怀疑无纺布透水性，对无纺布做透水性试验。将河水倒在无纺布上，反复数次后，无纺布丧失透水性。究其原因，是无纺布本身缺陷导致过水细颗粒堵塞布间孔洞，使其失效。
二、改良措施
1.完善规划设计，延长工程使用年限，减轻污染
工程规划须具有前瞻性，若客观条件不成熟，决不仓促上马工程，避免急功近利。最大程度延长工程使用年限，降低环境污染。边坡采用塑膜防渗渠段在改建时可考虑缩窄渠道断面，加大坡比，改用热熔粘接的复合土工布，整体性好、防冲能力强，抗拉强度和抗穿刺能力优于塑膜；无纺布表面粗糙，增大了接触面摩擦系数，利于砼板及自身的稳定，并兼具水平导水的性能。维修翻建时宜成片替代塑膜，做好衔接。
工程翻建时尽量回收利用原防渗材料，能不拆除就不拆。如聚苯板作为保温材料用于护坡防冻，效果远不如采用砂砾料理想，而砂砾料造价高，改建时可考虑不拆除原衬砌；新衬砌可覆盖原结构，原结构经处理后充当新结构的保温层。不同防渗材料宜根据不同部位的水力特点结合使用。
2.条件容许则尽量与天然建筑材料组合使用
实践证明，天然建材经得起时间考验，对生态环境基本无害，可就地取材，重复利用性强。即便天然建材比合成材料造价稍高，也优先考虑使用天然建材。在防渗材料选用调查时应广开思路，以适宜的原则开发利用造价低廉、用量节约的防渗方案，减少自然资源的无谓浪费。
3.注重衬砌结构对防渗设施的保护
衬砌结构在防止渠道冲刷、淤积及坍塌的同时应做到保证自身及防渗、保温结构的安全，节约投资，减轻工程迁占，降低维护费用。提高设计及机械化施工水平，防止衬砌结构因外力、伸缩变形、冻胀等原因遭受损坏后松动脱落，进而导致保温、防渗设施失去防护。
三、发展趋势
1.可降解的土工防渗材料
水利工程关系国计民生、百年大计，应杜绝使用淘汰技术及劣质、非环保产品。在当前土地、水资源空前紧张的现实，土工防渗膜仍将是采用最多的水工防渗材料。着重研究开发可降解、无污染的土工防渗材料，达到既可防渗、又不污染生态的目的。如设计时预留一定的淤积量，使用可降解土工防渗膜，经降解后，又经一段时间运行，渠底淤积物将形成一定厚度的防渗层。淤积物作防渗体不破坏生态，同俱功效。
2.结合实际应用防渗新材料
（1）防渗复合土工合成材料黏土垫。利用膨润土的膨胀性防渗，以土工织物承载和护面。具有土工膜所有优点，具自愈合功能，抗张应变、抗干湿循环和抗冻融循环能力强，搭接方便、铺设简单、施工速度快。
（2）改性沥青砼。沥青砼具有高抗渗性、变形能力好、低温柔性和裂缝自愈合功能等优点。可以适应冻胀变形，具保温性、价格低廉。随着技术的发展变化，解决了低温抗裂性差的难题，有推广价值。
3.探索采用新型防冻胀技术
刚性材料衬砌渠道在寒冷地区易冻胀损坏。经过长期试验实践，“允许一定冻胀位移量”的工程设计标准和“适应、削减或消除冻胀”的技术措施因实施效果较好得到推广，且造价降低。随着设计标准的提高，还将进一步降低运营成本。高分子防渗保温卷材（SDM），吸水率小，保温效果较稳定，耐久性好，运输、施工方便，还可与无纺布复合，兼具防渗、保温、平面导水等综合功能。
4.积极推广机械化施工技术
新材料与新技术的推广与施工技术和施工机械的研制及应用密不可分。防渗施工当前正迈向半机械化及机械化，新型机械设备的研制应用，对提高衬砌防渗质量、加快度、降低造价和提高效益具有基础性作用。
参考文献：
[1]何武全，邢义川.渠道防渗抗冻新材料与新技术[J].节水灌溉， 2003（1）.
土工合成材料范文第6篇
【关键词】铁路路基 ， 施工，土工合成材料， 应用
【 abstract 】 railway roadbed construction progress in the wide application of geosynthetic materials, not only have the drainage, filtering, seepage control, reinforcement, isolation, protection and the action such as reducing load; And still can bring an implementation is simple and economic efficient technology way, at the same time, it also achieved good economic, social and environmental effect. I work with the actual, emphatically summarized and analyzed railway subgrade construction in the application of synthetic materials.
【 key words 】 railway roadbed, construction, geosynthetic materials, applications
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、新建张家口至集宁铁路是呼和浩特铁路局局管内第一条160km／h(预留200km／h)客货共线铁路，在管段DK83+529-DK98+700段路基土石方共295万m3，铺设土工格栅23万。按文件要求在路堤边坡水平宽度2.5m范围内自坡脚至基床表层下每隔0.6m铺设一层双向经编土工格栅，土工格栅抗拉强度不小于25Kn／m,延伸率小于10％，铺设表面平整，摊铺后及时填筑填料。个别地段铺设土工织物5.6万，根据地基承载力的不同情况需换填中粗砂，并与砂间铺设精编复合土工膜，其抗拉强度不小于20KN／m,顶破强度不小于2.0kN，其下换填0.5m厚二八灰土垫层。施工项目于2009年建成，2011年通车，在后期经过对普通路基、浸水路基、软土路基的检测和观察，发现铺设土工材料的地段对路基的稳定起到很好的作用，其土工材料的力学性能能够有效的充分发挥，确保了路基的稳定。
二、土工合成材料的含义及其应用简述
土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。
土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的，例如，土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点，例如，兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料，结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料，而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用，同时具有与土较高的界面磨擦系数。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中，土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙，塑料排水带代替砂井，土工膜用于防渗材料等。在应用的初期，最担心的是耐久性，忽视铺放的位置，认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的，相反，土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差，会降低作用，甚至适得其反。
土工合成材料的原材料是高分子聚合物。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。通过长时间的使用探索，人们发现材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。例如内蒙古卓资山旗下营大黑河的护岸工程，该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料，铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。随后的几年，铁路路基如：张家口至集宁铁路、集宁至包头增建第二双线铁路，还有地方专用线如西金铁路、东乌铁路等也都广泛的应用，增加了路基的稳定性。目前，品种繁多的人工合成材料陆续问世，它们可制成各种符合特定目的的产品，而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点，为土木工程和铁路建设提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为土工合成材料，以区别于天然材料。近些年来，土工合成材料在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效应。
三、土工合成材料的种类
（一）土工织物
1、土工织物的种类
土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造一般要经过两个步骤：首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。目前主要有有纺土工织物和无纺土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成，其主要缺点是沿经线和纬线的强度高，而与经纬线斜交方向的强度低，无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成，按照联结纤维的方法不同，可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种。其主要优点是强度没有显著的方向性，对变形的适应性较大，目前大部分企业使用的均属这种类型。
土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好(可做成较大面积的整体)，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，则抗紫外线能力低，如暴露在外受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。
（二）、土工膜
土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物土工膜和沥青土工膜两大类。为了适应工程应用中不同强度和变形的需要，两类中又各有不加筋(单一或混合材料)和加筋或组合的类型。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。制造土工膜的聚合物有热塑塑料(如聚氯乙烯)、结晶热塑塑料(如高密度聚乙烯)、热塑弹性体(如氯化聚乙烯)和橡胶(如氯丁橡胶)等。工厂制造土工膜的方法主要有挤出、压延或加涂料等。挤出是将熔化的聚合物通过模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。压延则是将热塑性聚合物通过热辊压成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是将聚合物均匀涂在纸片上，待冷却后将土工膜揭下来而成。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的粘滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。
制造土工膜时还需要掺入一定量的添加剂，使在不改变材料基本特性的情况下，改善其某些性能和降低成本。例如掺入碳黑可以提高抗日光紫外线能力，延缓老化；掺入铅盐、钡、钙等衍生物以提高材料的抗热、抗光照稳定性；掺入滑石等剂以改善材料可操作性；掺入杀菌剂可防止细菌破坏等。对于沥青类土工膜，其主要的掺入材料是一些填料或纤维。填料可为细矿粉，它能增加膜的强度且降低其成本；加入纤维，也是为提高膜的强度。
（三）、土工复合材料
土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜―土工织物组合物，称复合土工膜。土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵向横向排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。这里主要介绍复合土工膜和土工复合排水材料两类。
1 复合土工膜
复合土工膜是用土工织物或其他材料与土工膜结合而成的不透水材料。根据主要功能的不同，复合土工膜可划分为加筋型土工膜和横向排水型土工膜两种。
(1)加筋型土工膜
加筋型土工膜具有较高的强度和模量，以满足工程中防渗与受力的要求，如氯丁橡胶土工膜和经编土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三层压延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五层压延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。
(2)横向排水型土工膜
横向排水型土工膜一般由无纺土工织物与土工膜复合而成，常见的有“一布一膜”、“两布一膜”。其中，无纺土工织物不仅具有横向排水作用，而且对土工膜起保护作用。
2 土工复合排水材料
土工复合排水材料是薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成的一种复合型排水产品。这种产品克服了土工织物沿织物平面方向排水能力小的缺点，可以沿产品芯材水平方向的排水通道通畅地排水，而外包的土工织物作为滤层以阻止土颗粒进入排水通道。复合排水带主要用于软土地基竖向排水固结处理等，我国生产及工程上普遍采用的产品主要是塑料排水带。复合排水板具有广泛的用途，如路基纵向横向排水、支挡建筑物的墙后过滤排水、隧道衬砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等。
(1)塑料排水带
塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物(滤膜)而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多种型式，常见的有城垛式、口琴式和式等。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，面滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。
塑料排水带的施工是利用插带机将其埋设在土层中的预定位置。塑料带前端与锚靴相连，用插带机导杆顶住锚靴，插入土层中，达到预定深度后拔出导杆，但排水带仍留在预定位置，在高出地面一定高度(0.5 m左右)剪断排水带，施工时可用静荷或动荷送杆，静荷送杆对土层扰动小，较为常用。我国插带机的插入深度可达约25 m，入土速率可达6 m/min。排水带的平面分布间距可借理论计算确定，一般为1～2 m。排水带插入软基后，为排除土中的多余水量提供了捷径，多余水可水平向通过带的滤膜进入芯板沟槽，再向上由地表的透水料垫层排走。排水带在公路、码头、水闸等软基加固工程中应用广泛，以加速软土固结。
(2)软式排水管
软式排水管又称为渗水软管，是由高强钢丝圈作为支撑体，以及具有反滤、透水及保护作用的管壁包裹材料两部分构成的。高强钢丝由钢线经磷酸防锈处理，外包―层PVC材料，使其与空气及水隔绝，避免氧化生锈。包裹材料有三层，内层为透水层，由高强特多龙纱或尼龙纱作为经纱，特殊材料为纬纱制成；中层为非织造土工织物过滤层；外层为与内层材料相同的覆盖层。为确保软式排水管的复合整体性，支撑体和管壁外裹材料间，以及外裹各层之间都采用了强力粘结剂粘合牢固。软式排水管兼有硬水管的耐压与耐久性能，又有软水管的柔性和轻便特点，过滤性强，排水性好，可用于各种排水工程中。
(四) 土工特种材料
土工特种材料是为工程特定需要而生产的产品，品种多，现选择几种主要产品说明如下。
1 土工格栅
土工格栅是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。加热拉伸是让材料中的高分子定向排列，以获得较高的抗拉强度和较低的延伸率。按拉伸方向不同，格栅分为单向拉伸(孔近矩形)和双向拉伸(孔近方形)两种。前者在拉伸方向上有较高强度，后者在两个拉伸方向上皆有较高强度。土工格栅的品种和规格很多，目前开发的新品种有用加筋带纵横相连而成的，也有用高强合成材料丝纵横连接而成的等等。
2 土工网
土工网是以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。可因网孔尺寸、形状、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差异。一般而言，土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高。这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。一般说来，它只有在受力水平不高的场合，才能用于加筋。
3、土工模袋
土工模袋是由上下两层土工织物制成的大面积连续状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。这种袋体代替了混凝土的浇注模板，故而得名。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注在现场用高压泵进行。混凝土或砂浆注入模袋后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。按加工工艺的不同，可将模袋分为两类，即机织模袋和简易模袋。前者是由工厂生产的定型产品，而后者是用手工缝制而成的。
4 、土工合成材料粘土垫层
土工合成材料粘土垫层是由两层或多层土工织物(或土工膜)中间夹一层膨润土粉末(或其他渗透性材料)以针刺(缝合或粘接)而成的―种复合材料。它与压实粘土垫层相比，具有体积小、质量轻、具柔性、密封性良好、抗剪强度较高、施工简便、适应不均匀沉降等优点，可以代替―般的粘土密封层，用于水利或土木工程中的防渗或密封设计。国外大量用于废料坑的底部防渗衬砌和顶部封盖。
四、土工合成材料的工程特性
（一） 物理特性
1 、厚度
土工合成材料厚度用mm表示，厚度变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度是：土工织物一般为0.1～5 mm，最厚的可达十几毫米；土工膜一般为0.25～0.75 mm，最厚的可达2～4 mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达0.1 mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由0.5 mm至几十毫米。有些材料在受压时厚度变化很大，需规定在某固定压力下测定厚度。一般规定此压力为2 kPa。 根据工程需要还应测试在20 kPa、200 kPa压力下的系列厚度。土工织物厚度可采用专门的厚度测试仪，土工膜厚度可直接用千分尺测定，―般要求加压面积为25 cm2，试样面积应大于加压面积的2倍，加压时间30 s，试样不少于10块。
2、单位面积质量
单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工织物和土工膜单位面积质量受原材料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响，常用的土工织物单位面积质量一般在50～1 200 g/m2的范围内。测定单位面积质量采用秤量法，试样面积为100 cm2，数量不得少于10块，天平秤量读数应精确到0.01 g(现场测试为0.1 g)。测试前要求试样在标准大气压下恒温(20±2 ℃)，恒湿(65 %±2 %)24 h。
（二）、力学特性
反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度及握持强度等。
1 、拉伸特性及抗拉强度
土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的主要特性指标。土工合成材料的抗拉强度与测定时的试样宽度、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度是变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示，单位为kN/m或N/m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。
目前测定抗拉强度基本上是沿用纺织品条带拉伸试验方法，即把试样两端用夹具夹住，以一定的速率施加荷载进行拉伸直到破坏，测得试样自身断裂强度及变形，并绘出应力―应变曲线。目前条带拉伸试验的试样分宽条与窄条两种，宽条试样宽200 mm、长100 mm，宽长比B/L＝2；窄条试样宽50 mm、长100 mm，宽长比B/L=1/2。试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸过程中拉力和伸长量或直接记录拉力―伸长关系曲线的拉力机，同时要求试样的最大断裂力在满量程的10 %～90 %范围内。国内规定拉伸速率为50 mm/min。
目前关于土工合成材料的拉伸力学特性一般采用室内无侧限拉伸试验进行测试。但现场埋设在填料中的土工筋材的力学特性因填料的约束作用而不同，人们曾通过对不同宽带的试件进行拉伸试验，以评价筋材受侧向约束的影响。但更科学的是应将筋材埋在填料中进行测试。此时的力学特性所受影响因素较多。有约束的拉伸试验表明，约束力将增加土工织物的抗拉强度和模量，对于土工格网和土工格栅，约束力的影响更为显著，因为除了界面的摩擦阻力外，筋材横肋所受拉伸方向的土压力还将约束其变形，从而增大了模量。
2、 握持强度
土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度是反映其分散集中力的能力。握持强度试验选用的仪器一般与条带拉伸试验相同，但试验方法不同。握持强度试验是握持试样两端部分宽度而进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度；一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。它与条带拉伸强度之间没有简单的对比关系。由于各单位所采用的试样和夹具的尺寸不尽相同，试验的难度也较大，因此测得的成果相差很多。一般不宜作为设计依据。只可用作不同土工织物的抗拉强度的比较。土工织物握持力一般为0.3～6.0 kN。
3、 撕裂强度
土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。
目前撕裂强度试验仍沿用纺织品标准测试方法。常用的纺织品撕裂试验，按试样形状分为梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分为单缝与双缝两种。目前多采用梯形法测定土工膜及土工织物的撕裂强度，这种试验从其加力方式看，近似于张拉试验。土工织物梯形撕裂强度值一般为0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值一般为0.03～0.4 kN。
4 、顶破强度 刺破强度及穿透强度
在工程应用中，土工织物及土工膜常被置于两种不同粒径的材料之间，受到粒料的顶破作用，同样也将受到抛填粒料引起的法向荷载。根据粒径大小形状、土工织物及土工膜接触面的受力特征和破坏形式的不同，可分为顶破、刺破和穿透几种受力状态。
(1)顶破强度是反映土工织物及土工膜抵抗垂直织物平面的法向压力的能力。顶破试验与刺破强度试验相比，压力面积相对较大，材料呈双向受力状态。所用试验方法有液压胀破试验、圆球顶破试验和相CBR顶破试验。
(2)刺破强度是反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载(如有棱角的石子或树枝等)的能力。试验方法与圆球顶破试验相似，只是以金属杆代替圆球。
(3)穿透强度可通过穿透试验测得，这种试验是模拟工程施工中具有尖角的石块或其它锐利物落在土工织物或土工膜上的情况，用穿透试验所得孔眼的大小，评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力。
（三）、水力学特性
由于土工织物、细孔土工网等土工合成材料可以使水及空气自由地通过，并能有效地截留和控制土颗粒的流失，因此被广泛他用作排水和过滤材料。为此必须研究其水力学特性，其主要包括两方面：―是透水与导水能力；二是阻止颗粒流失的能力。这些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔径大小与分布情况、渗透特性等。土工织物的渗透特性是其重要水力学特性之一。在过滤标准及其它有关水力学中，是一项不可缺少的重要指标。根据工程的需要，通常要确定垂直于织物平面的渗透特性和平行于织物平面的渗透特性。垂直于织物平面的渗透特性，主要用垂直渗透系数 表示。该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流速度，一般服从达西定律，土工织物的渗透系数约为 ～ cm/s，其中无纺织物的渗透系数为 ～ cm/s。使用土工膜的目的在于防渗，它可以阻挡水、水气、气体及有害物质(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的渗透。土工膜在水压力作用下产生渗流的原因是由于制造时的不均匀性和缺陷等因素所造成的，有些细微的通道，则是在一定的水压力下被水冲破而形成的，温度变化引起水体积变化，土工膜的渗透系数愈小，温度对试验结果的影响愈大。
（四）、耐久性
土工合成材料的耐久性包括许多方面，主要是指对紫外线辐射、温度变化、化学与生物侵蚀、干湿变化、冻融变化和机械磨损等外界因素变化的抵御能力，材料的耐久性主要与聚合物的类型及添加剂的性质有关。
土工合成材料的老化现象主要是因为高分子聚合物具有链节结构，受外界因素的影响发生降解反应或交联反应的结果。使材料老化的各种因素中，阳光辐射起着最重要的作用。紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或者引发光氧化反应。其试验方法主要有自然老化和人工老化两大类，近几年采用了一系列措施以增加聚合物的抗老化能力，并取得了很好的效果。添加防老化剂、方法简便，效果显著，是当前防老化的主要途径。土工合成材料在有覆盖的情况下(或埋在土中)，老化速度缓慢。
聚合物对化学腐蚀一般具有较高的抵抗能力，但某些特殊的化学药剂或废品对聚合物有腐蚀作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或废物存储池的防渗材料时，对其化学稳定性要认真对待。土工合成材料在铺设过程中易受损伤，且不易被发现，国外试验研究发现，埋在土中的织物老化主要是由于机械伤引起的，铺设造成的孔洞是使材料强度降低的主要因素。孔洞数愈多，原始强度降低得愈多。在高温条件下，合成材料将发生熔融现象。有时温度虽未达到融点，聚合物分子结构也可能发生变化，影响材料的弹性模量和强度。有些聚合物在特别低的温度下，也使柔性降低、质地变脆，影响其力学特性，给施工及接缝造成困难。此外，干湿度和冻融变化可能使一部分空气或冰屑存在织物内部，影响其渗透特性。
五、土工合成材料的功能
土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即过滤作用、排水作用、隔离作用、防渗作用、防护作用以及加筋作用。
1 过滤作用
把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过。从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许土中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利后果。
土工织物可适用于土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层，土石坝或堤坝内的各种排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层。堤、坝、河、渠及海岸块石或混凝土护坡的滤层，水闸下游护坡下部的滤层，挡土墙回填土中排水系统的滤层，排水暗道周边或碎石排水暗沟周边的滤层，水利工程中水井、减压井或测压管的滤层等。
2 排水作用
有些土工合成材料可以在土体中形成排水通道，把土中的水分汇集起来，沿着材料的平面排出体外。较厚的针刺型无纺织物和某些具有较多孔隙的复合型土工合成材料都可以起排水作用。
它们可适用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水。埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水，各种建筑物后面的排水，排除隧洞周边渗水、减轻周边所承受的外水压力，人工填土地基或运动场地基的排水等。
3. 隔离作用
隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预期的良好效应，举例说明如下：
(1)通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。
(2)隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。
(3)隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。
(4)地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。
(5)在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。
(6)道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。
(7)隔离层还起一定的保温作用。
用于隔离的土工合成材料应以它们在工程中的用途来确定。应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，则需要土工膜或复合土工膜。
4 防渗作用
土工膜和复合型土工合成材料，可以防止液体的渗漏、气体的挥发，保护环境或建筑物的安全。它们可用于土石坝和库区的防渗，渠道防渗，隧道和涵管周围防渗，防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发，屋顶防漏，用于修筑施工围堰等。
5 防护作用
多种土工合成材料对土体或水面，可起防护作用。它们主要用于防止河岸或海岸被冲刷，防止垃圾、废料或废液污染地下水或散发臭味，防止水面蒸发或空气中灰尘污染水面，防止土体冻害等。
6 加筋作用
很多土工合成材料埋在土体中，可以分布土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移；还可以增加土体和其它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性，土工织物、土工格栅、土工网及一些特种或复合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它们可用于加强软弱地基，加强边坡稳定性，用作挡土墙回填土中的加筋或锚固挡土墙的面板，修筑包裹式挡土墙或桥台，加固柔性路面、防止反射裂缝的发展等。
六、结论
（一）土工合成材料应用中存在的问题
1、在工程实际应用中，设计对土工合成材料的技术指标、施工工艺和方法常有特定的要求，但个别工程实施后达不到预期效果。主要原因是施工技术问题，部分施工人员对这一新型材料还比较生疏，施工设备和方法比较落后，操作不规范，以致施工质量达不到设计要求。
2、土工合成材料本身制约着工程质量，有些产品工艺落后，成本较高，质量难以达到规定标准。
3、工程施工中，部分单位在购买材料时低价竟标，更有相当多的单位没有检测设备和检测人员，没有把好质量关。因此，土工合成材料在生产及施工应用上，还缺乏必要的、严格的行业管理。
（二）结论
《铁路路基土工合成材料应用技术规范》自实施以来，有力促进了铁路土工合成材料的应用，路基工程质量得到了质的提高。但由于设计理论的相对滞后，土工合成材料生产厂家众多，产品质量参差不齐，技术规范有关条款不易操作等诸多原因，限制了进一步的推广应用。我认为在规范修订时，如下方面予以考虑完善。
(1)增加土工合成材料生产原料的技术要求，分不同地区、不同的应用条件提出相应产品技术指标。对作为重要受力构件的材料(如加筋土挡土墙拉筋带)，要增加蠕变强度等指标。
(2)各类结构、构筑物的计算理论和方法要在规范中明确和进一步细化；随着工程实践的积累，宜增加高墙(如单级超过10 m的加筋土挡土墙)、包裹式加筋土挡土墙、加陡边坡加筋路堤、土工格室加固软基等计算方法。
(3)补充新型土工合成材料，如经编土工格栅、立体植被网、双向拉伸土工格栅的应用条件和技术要求。
(4)吸收近年来土工合成材料应用的成功经验和教训，进一步完善设计和施工质量检验条款。
(5)参照国标和其它标准，统一材料名称，制定较详细的技术指标、检验(测)项目和标准。
土工合成材料在工程应用中有着极为突出的优势，在公路、铁路、水利、环保工程等方面，就地取材，原来不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能变成坚固的路基和挡墙，无需开山取石取土修建，有效地保护了自然生态环境，防止了水土流失和山体滑坡。随着科技的不断发展土工合成材料的用途将不断延伸，推广土工合成材料的首要目的和优势就是保护生态环境，有着其他材料不可替代的优点。
土工合成材料范文第7篇
关键词：桥头跳车;台背回填;高填台背
中图分类号：U445.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0166-02
1 概 述
随着我国公路建设的飞速发展以及人们生活质量的提高，在车辆高速行驶的过程中，所要求的舒适度也在逐渐提高。
但在桥涵台背回填施工过程中，由于地基或路基本身的沉降、路基（柔性）与桥涵构造物（刚性）的承载力和沉降量不同，公路通行后，随着使用时间的推移，桥台与相邻路堤之间产生不均匀沉降，桥与路堤形成台阶，当车通过时，会产生跳跃现象。
2 桥头跳车的危害及成因分析
2.1 桥头跳车的危害
桥头跳车对行车安全和舒适度均产生影响。
①由于桥头跳车车辆不得不降低车速，使公路的使用功能和通行能力受到很大影响;
②另外桥头跳车使驾驶员和乘车者感到不适，心情不快易疲劳，所载货物易损坏;
③严重的桥头跳车会造成翻车、追尾等交通事故，威胁人、车和财物的安全，造成生命、财产的损失。
2.2 桥头跳车的成因分析
①桥头跳车台阶的产生和行成是多方面的，包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工方面的诸多因素。
②桥涵、通道与路基大都是同年进行施工的，桥面是刚性体，其地基强度有较高的要求，沉降较小或不沉降，而路基填土虽经压实仍会产生较大的工后沉降，最后形成错台;
对于软土地基部分，桥涵地基一般进行加固处理，但路基部分与桥涵部分的工后沉降仍不相同。
③在台背和路基的连接部分，因施工场地狭小以致压实不足，经长时间的车辆碾压及自身重量的作用，沉陷不一，造成错台。
④施工工期、工序安排不当，对桥头施工及台背回填不能有充足的时间安排，为赶工期不得不违章作业。
⑤对台背基坑的回填材料使用不当，对桥头和锥坡的压实控制不严。
⑥压实机具与压实厚度不能配套。
从桥头跳车成因分析上可看出：台背回填质量是防止桥头跳车的关键步骤，台背回填的好坏直接影响到道路施工质量，在实施过程中，施工单位应设质检、试验人员现场监督检查填筑质量。
3 施工准备
3.1 技术准备
①施工前做好安全技术交底。
②确认构筑物的强度满足回填要求，隐蔽工程验收合格。
③完成施工场地的清理、挖掘，以及必要的场地平整等。
④用红油漆在构筑物背墙上每隔15 cm由下至上水平标出层厚和层数，以利控制填筑厚度。
3.2 材料准备
①台背填筑材料一般均设计采用石灰土进行分层填筑。填筑前，灰土拌合按设计配合比要求采用集中机械拌和后，由运输车覆盖运输至施工现场。拌制灰土时，严格控制配合比、含水量和拌合的均匀性，避免出现含水量大形成大团粒和含水量小形成扬尘，污染环境。试验室在灰土拌合站配备试验人员检测含水量和灰土含量，达到设计要求后方可运输至施工现场，如灰土拌合站与施工现场较远，含水量可适当提高1%～2%。
②对选定的石灰和土进行原材料、土工等各项试验，保证原材料的质量必须符合要求。经过试验主要确认填料的重型击实、CBR、含水量、颗粒分析等技术参数，配制时确保充分拌合及颜色均匀一致，确保灰土的含水量达到最佳含水量。
4 施工工艺流程
施工准备测量放样桥台隐蔽工程检查（包括沉降缝防水等）填前碾压第0层验收（包括压实度等）第一层填料碾压压实度检测整平第一层交验拍摄工程照片第二层填料直至填筑设计标高交验台背回填完成。
5 施工方法
①承台台身（涵洞盖板）强度达到设计强度的75%以上时，台后方可进行石灰土填筑，填土时两个台背同时对称分层夯填。每层压实厚度不大于15 cm，分层填筑厚度不大于20 cm，测量工程师测出基底顶面处及构筑物顶面高程，根据回填料的分层厚度，测算出每处构筑物的回填层数，用红油漆在构筑物背墙上每隔15 cm由下至上水平标出层厚和层数，以利控制填筑厚度，每填筑一层需要对应留下施工照片，做好台账。划红色标线前保证台背表面已做完沉降缝的防水层。
②将涵洞基坑完全开挖至设计要求，并进行基坑清理。底部距基础外缘宽度不小于2 m，按1：1的比例放坡至涵洞盖板顶平齐（拱涵放坡至拱圈底上口平齐）。
③分层压实时设置2%～4%的横坡度以利排水，每层应于两侧各超填宽出设计宽度30 cm以利最终路堤边缘的压实。推土机进行粗平，人工控制厚度。粗平完成后，使用平地机进行细平。
④涵洞基础顶面以上回填要等盖板安装完成方可进行。采用振动压路机碾压时，第一遍应无振动静压，然后先慢后快，由弱振至强振，振动压路机一般重叠0.4～0.5 m。碾压由两边向中间进行碾压。距台背20 cm处改用平板振动夯（或其他满足施工要求的小型振动夯）人工夯实，应达到无漏压，无死角，确保碾压均匀。
施工中做到层层压实度检测，每50 m2检测一点，不足50 m2时应至少检验1点，台背回填压实度均按≥96%控制，合格率保证100%。碾压完毕后，由施工单位实验员先自检，合格后报驻地试验监理抽检，监理抽检率100%，抽检合格后方可进行下层灰土填筑的施工。
⑤涵洞台背回填每层填料施工完成后，由施工单位技术员和现场监理共同拍摄每层的工程照片，照片上要体现构筑物背墙上的红色标线所显示的层厚和层数（参照点）以及说明图板，能够直接、清楚地反映每层的填筑状况，照片将作为质量评定的部分资料归档。
⑥桥梁两端的台背路基填筑范围：施工图如图1所示，如无说明，可采用以下实施：底部处理长度为构造物基础外缘沿路基方向（填土高度+6 m）处，顶部长度为（填土高度的2.5倍+
4.5 m）处。
⑦桥梁台背路基填筑与一般路基采用台阶搭接，搭接台阶宽度为1.50 m，高1.0 m，自基底1：1.5的坡率向上搭接至路床顶面。
⑧桥梁台背填土高度大于3.5 m处以及路床顶以下40 cm处设置单向土工格栅，搭接部分可用U型钉连接或铁丝穿绑。
⑨填土高度≥3.5 m时，为防止台背填土较高处桥头差异沉降出现跳车，在台背墙面垂直增设L型（长边*短边*厚）
100 mm×63 mm×8 mm角钢将土工格栅固定，角钢上铺设土工格栅，土工格栅上用（长*厚）100 mm×6 mm的钢板压制，台背墙面的角钢与压条钢板用膨胀螺栓固定。土工格栅采用单向拉伸型，抗拉强度不低于80 KN/m，屈服伸长率不大于10%。
6 施工注意事项
①台背回填必须在隐蔽工程验收合格后方可进行，注意台背回填时，必须待台身强度达到设计强度的75%以上时，方可进行回填。
②按设计做好过渡段，过渡段路堤压实度不小于96%，并做好纵向和横向防排水系统。
③台背回填部分的路床宜与路堤路床同步填筑。
④桥台背和锥坡的回填施工宜同步进行，一次填筑到位并保证压实整修后能达到设计宽度要求。
⑤洞身两侧，要对称分层回填压实，填料压实后厚度不大于15 cm。
⑥配备合理的碾压机械，压路机达不到的地方，使用小型机动夯具。作业面比较窄小的台背回填，对于台背、涵背碾压不到位的死角与构造物的结合部，配置合理的小型夯实机具（分层厚度小于10 cm），方可进行大面积回填，小型夯实机具机振力不小于1 t。
⑦土工格栅上的第一层填料应采用轻型推土机摊铺，一切车辆、施工机械只容许沿路堤轴线方向行驶，不得在土工格栅上强制小角度调头。
7 施工质量保证措施
①施工前做好技术质量交底工作，施工中做好检查工作，确保每层回填工作标准化、规范性。
②严格执行“三检”制度，且认真落实每层隐蔽工程验收制度。
③台背填筑不能含有腐植土、树根、草、泥或其它有机质土，保证填筑质量。
④每层砂砾土的铺设宽度每侧宽出30 cm，以保证台背回填范围内的压实度。
⑤用红漆在台背上标示出每层填筑的压实厚度和层数。
土工合成材料范文第8篇
关键词：加筋土挡墙，土工合成材料，极限平衡理论
中图分类号：S611文献标识码： A
1引言
加筋土挡墙是由填土、填土中的筋材以及面板（有时包括基础）组成的整体复合结构。与传统重力式挡墙依靠自身重量抵抗墙后侧向土压力不同，加筋土挡墙是通过筋材与填土的摩擦作用限制土的侧向位移，等效于给土体施加了一个侧压力增量，使土的强度和承载力均有提高[1]。
加筋土所用筋材主要分为金属材料、钢筋混凝土材料和土工合成材料三类。本文主要探讨的对象为土工合成材料加筋土挡墙。土工合成材料加筋土挡墙的设计方法归纳起来可分为极限平衡法、极限状态法和有限元法三种[2]。前二者侧重分析加筋土挡墙极限破坏时的稳定安全系数，后者则侧重分析加筋土挡墙的工作开始至破坏时拉筋的应力分布和其与土体之间的受力与变形状态。目前，在国内实际工程中应用最为广泛的是极限平衡法。本文即介绍一种基于极限平衡分析理论的设计方法。
2双楔体理论
双楔体理论用以进行加筋土挡墙的稳定性计算，其基本要点是把加筋土体作为挡土墙结构，把加筋土体后面的填筑土体作为滑动棱体来看待。
图1双楔体理论分析示意图
如图1，将加筋土体abdc（视为整体挡土墙）设定为楔体B，将墙后的可能滑塌体设定为产生推动力的楔体A，从而建立“双楔体”分析体系。图中，G、V分别为楔体B、楔体A所受重力，E为总土压力，R为滑动面上的反力。“双楔体”模型建立后，即可按照挡土墙的各种要素求出墙后填土对加筋土体的侧向土压力，并进行抗水平滑动稳定和抗倾覆稳定校核。根据此模型进行土压力计算，可以给出加筋体抗力从而进行内部稳定分析，还能进行加筋体的外部稳定分析。
3加筋土挡墙的土压力
3.1 土压力计算公式
加筋土挡墙的主动土压力计算方法与普通重力式挡土墙的表示形式相同[3]：
（1）
式中：
―加筋土挡墙主动土压力（kN）；
―墙后填土重度（kN/m3）；
―计算墙高（m），取值方法见图1。当填土面为水平时，为墙的实际高度；当填土面为斜坡时，为墙的实际高度+墙背延伸高度；
―主动土压力系数，常将加筋体按竖直墙背来确定，即
。
土工合成材料可分为柔性筋材和刚性筋材，由于受力特性存在差异，故二者土压力计算有所不同。
图2加筋土挡墙破裂面
如图2（a）所示，对于柔性筋材加筋土挡墙，按式（1）计算的土压力是三角形分布，破裂面为一条斜直线，这与普通重力式挡土墙一致。而对于刚性筋材加筋土挡墙，其破裂面常分段考虑，由竖直线和斜线两部分组成，见图2（b）。竖直线部分与面板背面的距离，斜线部分与水平面的夹角。简化破裂面上、下两部分高度和按下式计算：
（2）
（3）
式中：
―简化破裂面上口宽度（m）；
―土的内摩擦角（°）。
抗震验算时，（为地震角），此时按下式计算：
（4-1）
或
（4-2）
3.2 主动土压力系数
由于柔性筋材加筋土挡墙和刚性筋材加筋土挡墙的破裂面不同，其主动土压力系数也存在区别。
图3加筋土挡墙土压力系数
如图3所示，对于柔性筋材加筋土挡墙，在墙的全高范围内，任何深度处的土压力系数均可按计算；对于刚性筋材加筋土挡墙，在墙的顶部等于静止土压力系数，从墙顶向下6m，由静止土压力系数逐渐过渡到主动土压力系数，6m处及其以下的墙高为主动土压力系数，即刚性筋材加筋土挡墙的土压力系数可表示为：
计算点在墙顶：
（5-1）
计算点在0~6m范围：
（5-2）
计算点大于6m：
（5-3）
式中：
―任意埋深处，第i层拉筋的土压力系数；
―静止土压力系数；
―主动土压力系数；
―任意埋深（m）；
―填料的内摩擦角（°）。
3.3 土压力作用方向
侧向土压力的作用方向与墙顶形式、筋材类别有关。侧向土压力作用方向与水平线夹角可按下式规定[4]：
（1）墙后填土表面水平
对可拉伸筋材：
对不可拉伸筋材：
（6-1）
（2）墙后填土表面倾斜
对可拉伸筋材：
对不可拉伸筋材：
（6-2）
式中：
―墙后填土的排水抗剪内摩擦角；
―墙后填土的倾斜坡角；
―加筋土挡墙面板后的底宽（m）；
―加筋土挡墙的计算高度（m）。
4土工合成材料的强度
加筋土工程设计首先应确定筋材的设计抗拉强度。土工合成材料的抗拉力应按下式计算：
（7）
式中：
―土工合成材料的设计抗拉强度（kN/m）；
―土工合成材料的极限抗拉强度（kN/m）；
―考虑了蠕变后的土工合成材料长期抗拉强度（kN/m）；
―土工合成材料强度的综合修正系数；
―施工及机械损伤的影响系数；
―材料蠕变的影响系数；
―化学损伤的影响系数；
―生物损伤的影响系数。
若土工合成材料采用土工织物，还应计算其刺破强度及顶破强度，并满足其最低强度要求值。
5加筋土的受力
土工合成材料筋材水平铺设在土中后，在荷载作用下复合体发生变形，通过土和筋材的界面咬合引起应力传递，力的传递方式有两个：一是表面摩擦，二是横向肋条被动抗力。
5.1 筋材表面的摩阻力
筋材与土层相对移动所产生的摩阻力为：
（8）
式中：
―筋材的摩阻力计算值（kN）；
―筋材上的有效垂直应力（kN/m2）；
―筋材有效宽度（m）；
―筋材有效（锚固）长度（m）；
―筋材与土的摩擦系数，；
―筋材与土接触面之间的摩擦角。
5.2 筋材横杆的被动抗力
当筋材为土工格栅、土工网等具有横向肋条或横杆的材料时，其与土体发生相对位移时会产生与位移方向相反的被动抗力，计算式为：
（9）
式中：
―筋材的被动抗力计算值（kN）；
―单位宽度格栅的横肋数目；
―格栅的横肋厚度（m）；
―格栅孔洞有效宽度（m）；
―单位土体的被动抗力（kN/m2），；
―筋材上的有效垂直应力（kN/m2）；
―承载力因数，与土的内摩擦角有关。
5.3 土工合成材料的抗拔力
抗拔力是指筋材从土中被拔出时所承受的最大拉力。根据加筋土的应力传递原理，土工合成材料的抗拔力应等于表面摩阻力和被动抗力之和，即。目前我国各专业规范在确定抗拔力计算时，主张筋材的抗拔力由试验决定；在不具备试验条件情况下，设计者在考虑对筋材抗拔力要求时，可以采用公式进行估算，但所用估算公式均都略去了横杆被动抗力，即[4]。《土工合成材料应用技术规范》GB 50290-98按下式估算筋材抗拔力。
当有试验资料并已计算出筋材锚固长度时，则应分别按下式计算抗拔力：
当有拉拔试验结果时：
（10-1）
当筋材与土的摩擦阻力由土的抗剪强度估算时：
（10-2）
式中：
―筋材的锚固长度计算值（m）；
―设计抗拔力（kN）；
―抗拔安全系数，，不小于1.3，重要永久工程可取2；一般永久工程可取1.5。
6土工合成材料加筋土挡墙设计步骤
6.1 未加筋挡墙的稳定计算
首先对未加筋前的挡墙工程进行稳定性校核，当校核结果为不稳定，即安全系数K不合要求时，则确定须进行加筋处理。
6.2 确定加筋土挡墙的总加筋力
确定加筋土挡墙的总加筋力，实际上就是计算加筋土挡墙的土压力，即，其中为单位宽度加筋体需要的总加筋力。如前所述，土压力的计算方法按照筋材的类别确定，具体计算公式参照式（1）得到后，即可进行布筋设计。
6.3 布筋设计
布筋设计的内容包括筋材类别选用、筋材竖向间距布置、筋材铺设总长度、无效长度及锚固长度计算、筋材抗拉强度计算、锚固抗拔力计算、层间总摩阻力计算等，相关计算方法如下：
1）筋材抗拉强度计算采用式（7）。
2）筋材锚固抗拔力计算应根据是否具有试验资料分别采用式（10-1）或（10-2），应注意在计算中应乘以筋材的总层数n。计算结果应满足：。
3）锚固长度计算。
当缺少拉拔试验结果而进行估算时，可应用下式计算：
（11-1）
当具备拉拔试验结果时，可应用下式计算：
（11-2）
当筋材与土的摩擦阻力由土的抗剪强度估算时：
（11-3）
4）筋材铺设总长度，式中为滑裂面以内的无效长度（m），为锚固长度，为筋材包裹长度或筋材与墙面连接所需长度（m）。
5）筋材竖向间距通常采用：单向土工格栅0.6~1.5m；双向土工格栅0.2~0.6m；土工带0.3~1m；土工织物0.3~0.6m，土工网0.5~0.7m。筋材间距与总拉力大小有关，如高度为H的坡堤，已知总拉力为T，筋材的抗拔力计算值（筋材容许拉力）为，则需要设置筋材的层数n为：；筋材的竖向间距为：。
6）层间总摩阻力计算。
层间总摩阻力与锚固抗拔力完全不同，锚固抗拔力是指从锚固段拔出筋材的力，是锚固段的摩阻力，它用来抵抗拔出力（水平外力），作用在于确保滑动棱体有下滑趋势时的结构整体平衡；而层间总摩阻力是指非锚固段的摩阻力，它也用来抵抗水平外力，保证结构正常使用中土体与筋材的整体性。因此，二者在一定的安全系数下均不得小于水平外力[4]。二者采用相同的计算公式和安全系数，仅计算长度不同，锚固抗拔力计算采用锚固段长度，层间总摩阻力计算采用无效长度或称非锚固段长度计算。
6.4 内部稳定计算
内部稳定计算包括抗拔稳定计算、筋材层间摩阻稳定计算、墙体稳定计算、整体稳定计算等。
1）抗拔及层间摩阻稳定计算
抗拔稳定安全系数：
层间摩阻稳定安全系数：
其中为层间总摩阻力。
2）刚性筋材挡墙的筋材强度计算
（12-1）
（12-2）
（12-3）
式中：
―某层筋材的水平拉力（kN）；
―筋材的抗拔力计算值（容许拉力）（kN）；
―超载引起的竖向附加压力（kN/m2）；
―水平附加荷载（kN/m2）；
―主动土压力系数，按式（5-1）~（5-3）确定。
3）墙体稳定计算
加筋土挡墙墙体稳定计算与未加筋挡土墙墙体稳定计算完全相同，均采用滑动圆弧条分法，只是加筋土挡墙的圆弧滑动分析中多了一项总加筋力，其对墙体结构起稳定作用，这就是加筋的优势。
4）整体稳定性计算
对于高度较大的工程，必须进行整体稳定性计算。整体稳定性计算也是采用圆弧滑动条分法，不过圆弧滑裂面位于加筋体及部分地基中。
地震发生时，加筋土挡墙将受到地震力的影响，必须进行地震情况的稳定性复核。地震时整体稳定性计算仍然按滑动圆弧法考虑，具体可根据下式计算[5]：
（13）
式中：
―加筋土挡墙地震深层整体稳定性安全系数，取1.1；
―地震土压力；
―的力臂。
6.5 外部稳定计算
加筋土挡墙的外部稳定性计算采用重力式挡土墙稳定分析法，即把加筋土挡墙作为普通重力式挡土墙（视为刚性体），然后按照普通重力式挡土墙进行基底平面滑动稳定性计算、绕墙趾倾覆稳定性计算及地基承载力计算。
7结语
在土体中添加筋材，其抗拉和抗剪强度会得到显著提高。与传统重力式挡土墙设计相比，本文叙述的基于极限平衡理论的加筋土挡墙设计方法主要考虑了加筋对土体受力情况、挡墙稳定性等内容的改善作用。这种设计思路类似于传统重力式挡墙，且计算过程较为简单，易于在实际工程中推广应用。
但是，这种设计方法忽略了拉筋的变形、挡墙不同部位的相互作用以及实际工作状态下地基和挡土墙之间的变形[2,6]，而因加筋土挡墙的过大水平变形导致墙体失稳的事故国内外均有发生[7]。因此，如何针对这些因素进一步完善加筋土挡墙设计方法，还需要做进一步的研究工作。
参考文献
[1]龚晓南等. 地基处理手册（第三版）[M]. 中国建筑工业出版社，2008.
[2]庞巍，杨广庆等. 土工合成材料加筋土挡墙设计方法的研究[J]. 铁道建筑，2007(2)：59-60.
[3]S/T 225-98，水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].
[4]薛殿基，冯仲林登. 挡土墙设计使用手册[M]. 中国建筑工业出版社，2008.
[5]JTJ015-91，公路加筋土工程设计规范[S].