土工合成材料的优点精品(七篇)

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篇(1)

【关键词】土工合成材料 应用现状 发展趋势

中图分类号：TU3文献标识码： A

土工合成材料是近几十年发展起来的一种新型岩土工程材料。它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、表面和各层土体之间，起着加强和保护土体的作用。虽然土工合成材料问世历史不长，然而整个土木工程却因之发生了巨大变化，许多土木工程领域中的新概念也应运而生。土工合成材料是一种多功能的材料，利用合成纤维高强性、整体连续性、良好水理性和抗腐蚀等特性，可开发成透水的工程材料。目前已在水利、公路、铁路、工业与民用建筑、海港、采矿、军工等工程的各个领域得到广泛的应用。

一、土工合成材料的种类

土工合成材料（Geosynthetics）是一种新的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间， 发挥增强或保护土体的作用。“土工合成材料”是一概括性术语，标识很广泛的产品，土工合成材可分为土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型。目前已广泛应于水利、水电、公路、铁路、建筑、海港、采矿、军工等各个领域的工程建设。

1、土工织物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分为：（1）有纺土工织物；（2）针织土工织物；（3）无纺土工织物；（4）复合土工织物。

2、土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、沥青以及合成纤维和织物另加一定的填充料和外加剂制成的材料。它具有很好的防渗和防水性能及很强的抗变形能力和耐久性。它的厚度一般为0.25~7.50mm，它主要有以下优点：（1）改进荷载分布状况；（2）减少填料层厚度，并能满足抗剪强度的要求；（3）限制土体的侧向位移；（4）抗拉性能高，能避免产生裂缝；（5）增加土层刚度。

3、复合型土工合成材料。它包括土工格栅、土工网、超轻型土工合成材料、土工膜袋、土工垫、土工格栅等。常用的土工合成材料为前3种。

4、特种土工合成材料。土工特种材料包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管、土工模袋、三维网垫、E P S 等, 均由聚合物按需要分别以不同加工方法制成。如土工格栅是聚合物片材经冲孔和单向或双向拉伸，形成具有条格形或长方形格栅状的抗拉材料；土工带由聚合物经挤压拉伸，再加筋材复合制成的条带抗拉材料；土工网由聚合物经挤塑成网或由粗股条编织或由合成树脂压制成的具有较大孔眼和一定刚度的平面结构网状材料；土工模袋由双层化纤织物(织造型)制成连续的不同间距(厚度)的平面袋状结构材料。

二、工材料应用现状

1、加筋

（1）加筋土坡

将土工合成材料(土工格栅或土工织物)加入土坡中可以起加筋作用。就加筋功能而言,同针织土工织物相比,土工格栅和有纺土工织物可以在较小的应变下发挥作用,针织土工织物则具有土工格栅和有纺土工织物所不具有的土工合成材料平面内的透水性。在实际应用过程中,可将不同的土工合成材料组合使用,使得加筋效果更加良好。例如可将针织土工织物与土工格栅叠合铺设、针织土工织物与有纺土工织物叠合铺设结合,具有加筋和排水功能;土工合成材料作为土坡内排水系统(竖向和水平向)和土工格栅、有纺土工织物结合。土工合成材料在加筋土坡中的应用前景是将土工合成材料作为含有活性炭纤维的载体,使土工合成材料成为具有导水性的填充聚合物或金属纤维。从而,通过电泳、离子转移和电渗改善加筋区内细粒土的性质。

（2）加筋土挡墙

与加筋土坡类似,加筋土挡墙可以形成直立墙面。加筋材料可以是土工织物,但采用更多的是土工格栅。土工合成材料在加筋土挡墙中的应用前景是在锚固区设置聚合绳、条带和锚具(或土钉),将墙面单元通过加筋体锚固在锚固区。实质上,这一概念在20 世纪80 年代在我国的加筋土挡墙上已经采用。如果加筋土挡墙距岩体较近,也可以将锚具(或土钉)锚固在岩石上。

2、排水

土工织物主要是无纺织物，是良好的透水材料。无论是织物的法向或水平向，均具有较好的排水能力，能将土体内的水积聚到织物内部, 形成一排水通道，排出土体。较厚的针刺无纺土工布和一些具有较多孔隙的复合土工布都可以起排水作用。在岩土工程中很多情况下需要采取排水措施, 以降低渗透压力，或加速土体的固结,或降低无压渗流场的浸润线的位置。过去所采用的常规措施是在适当的部位(如两种透水性不同的土层的交界面，或土料与混凝土建筑物表面的交界面等)铺放在碎石层进行排水。用土工织物则可取代这种碎石层。这种取代不仅可以收到排水效果，而且施工特别简单(特别对倾斜或垂直方向的施工面) ，工程造价也可以大为节省。可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，挡土墙后面的排水等。

3、防渗

（1）混凝土坝防渗

在混凝土坝的上游面粘贴土工膜。沿垂直方向每隔2 米设一水平不锈钢槽,以夹紧土工膜。该方法的改善是先在混凝土坝上游面设置土工网格,然后将土工膜粘贴在土工网格上。由于紫外线和氧化作用,土工膜的寿命受到限制。如遇高温,这些作用对大多数聚合材料的影响非常大。这方面的发展前景应是开发改善型的聚合材料,以提供寿命更长的土工膜。

（2）隧道防渗

现行的方法是将土工膜用于永久性混凝土里侧的防渗体,与克重较大的针刺非织造土工织物一起,将水导入设在隧道底脚的排水出口,形成封闭的排水系统。然而,土工膜及其下面的土工织物的布置是很困难的。土工合成材料会从临时的护顶下垂,在永久性混凝土衬砌施工时容易遭到破坏。土工合成材料应和永久性混凝土衬砌同时施工,以避免在永久性混凝土衬砌施工时损坏土工合成材料。将来的发展是开发寿命在100 年以上的土工合成材料,以抵抗隧道周围的不利环境,因而施工方法的改进和材料的寿命是最关键的问题。

4、隔离

将土工合成材料放在不同的材料之间或同一材料不同粒径之间及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来。当受外部荷载作用时,虽然材料受力互相挤压，而由于土工织物在中间隔开，不使互相混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。隔离用的土工织物必须有较高的强度来承受外部荷载作用时而产生的应力，保证结构的整体性。可用于道路基层与路基之间或路基与地基之间的隔离层，在土石混合坝中隔离不同的筑坝材料，用作坝体与地基之间的隔离体，堆场与地基间的隔离层等。

工程土工合成材料的发展趋势

目前国内一些较大的工程，跨世纪工程中均不同程度地应用了土工合成材料。如长江三峡工程，长江口深水航道整治工程，上海浦东国际机场等，由此可以看出中国正成为土工合成材料应用与销售的最大市场。世界各国对中国土工合成材料的应用与发展都十分关注，积极筹划将设备和产品打入中国市场，这也充分说明中国土工合成材料市场的潜在能力很大。虽然近几十年来土工合成材料总的发展趋势是不管在产品的种类、数量和质量上都有大幅度的提高，而对这一新型材料的认识和应用还不普及，土工合成材料的利用和研究还比较少，有些材料的品种还是空白，与世界上的先进国家相比，还有一定的差距。但是随着工程建设的大规模发展，土工合成材料的推广应用必将在工程建设中得以迅速发挥，发挥巨大的经济效益和社会效益。

四、结束语

土工合成材料具有其独特的力学性能,应用范围广泛，各类土工合成材料已经应用到水利、土建所有的领域中。在某些种类的特定工程中应用土工合成材料，不仅可以减少造价，而且效果都优于其他材料。

参考文献

篇(2)

关键词:公路改建 土工合成材料 施工工艺

中图分类号:U4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0055-01

公路改扩建工程是在原有道路的基础上,提高道路等级或改善通行能力而进行的建设工程。它包括两个方面的含义,其一是因现有道路及其附属设施不适应交通流量需求而进行的道路技术等级的提高;其二是因交通量轴载需求而进行的道路结构强度的提高。为了保证新旧路基连接部填土之间的紧密结合,因此,要对新填土进行充分的压实或加固,以减少新老路基的差异沉降。

土工合成材料是一种新型的建筑材料,由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、料源丰富等优点,得到迅速的发展和广泛的应用,取得了良好的经济、社会和环境效益。土工合成材料分为四类:土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料,其原材料主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等各种高分子聚合物。土工织物分为有纺土工织物和无纺土工织物两种类型,其中,针刺无纺土工织物,具有孔隙率高、渗透性大、排水性能较好的特点,在大坝工程中常作为排水反滤设施广泛使用。土工膜防渗性能较好,价格便宜,但其CBR顶破强度较低,对于防渗要求较高的工程部位不宜使用,一般常用于坝基垂直防渗。

目前,土工合成材料主要应用在铁路地基、建筑物地基、沥青路面的修补、挡土墙、隧道、桥梁、地铁、临时道路、机场跑道、排水管道、油田、水库堤坝、治理环境污染等工程建设中广泛采用土工合成材料。在公路上主要应用在路堤防护、软土地基的处理等,但在公路改建路基加宽处理上的应用研究较少。如果加铺土工合成材料,增强填土与加筋材料之间的摩擦力,由于加筋材料与填土的共同作用,使土工合成材料和新旧路基土体整体强度明显提高,从而保证新旧路基有良好的衔接,提高路基的整体稳定性。通过本文的研究,为土工合成材料在公路改造路基上的应用提供一套工艺方案,减少和预防公路加宽过程中,造成的各种路基病害。

1 使用机理

将土工合成材料埋在土体之中,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;还增加土体和其它材料之间的摩擦阻力,提高土体及有关构造物的稳定性。研究认为,砂性土在自重作用或外荷作用下易产生严重的变形或坍塌,若在土中沿拉应变方向埋置有挠性的加筋材料,则土与加筋材料产生摩擦,使加筋土犹如具有某种程度的粘聚力,从而改良了土的力学特性。

2 施工工艺

(1)在路槽纵向开挖的台阶上铺设土工合成材料,土工合成材料的宽度不应小于2m,且跨在老路基一侧的格栅宽度应为其总宽度的1/3～1/2。

(2)土工合成材料两端应设置锚固端,采用开沟压端法锚固,沟宽l00cm,沟深50cm,锚固沟位于土工合成材料平面线以外,土工合成材料在沟面倒翻转压实端长度l00cm为宜。

(3)如不设锚固沟,可采用“U”形钉固定。施工中通常横向铺设,并用专门施加预应力张拉机施加预应力,每次以75kg/m为宜,如无专门机械,可用人工拉紧,也以接近75kg/m为宜。

(4)土工合成材料搭接以铺上碾压前进方向为准,铺设方向与碾压方向相反,搭接头为顺压方向。如是铺设双层以上土工合成材料,则上、下层接缝位置应交替错开,错开长度应大于50cm。

(5)铺设完成土工合成材料后,在台阶上填土时,应采用推土机进行推平到允许厚度。

3 施工应注意的问题

(1)运输、贮存中不得沾污、雨淋、破损,远离火源,周围不得有酸、碱等腐蚀性介质,不得长期和直立。

(2)材料进场时,应进行抽检。施工时应有专人随时检查清基、材料铺放方向、材料的接缝或搭接、材料与结构物的连接,每完成一道工序应按设计要求及时验收,合格后,方可进行下道工序。

(3)施工场地应平整干净,防止损坏土工膜;铺设应平顺,松紧适度。不平地、软土上和水下铺设搭接宽度应适当增大。

(4)铺设人员不得穿硬底鞋操作。

(5)尽量采用宽幅,使膜在施工时接缝最少;每卷材料的重量不宜超过1t;膜与膜相连时,应采用同种土工膜。高坝应垂直于坝轴线铺膜,低坝应平行于坝轴线铺膜,以减少拼接量;接缝应尽量与最大拉力方向平行。

(6)垂直铺塑应严格按照工艺要求进行施工,PE塑膜施放速度应迅速,防止槽孔坍塌,影响铺塑效果。

4 工程应用

通过在某试验路铺筑后,采用BZZ-100型标准汽车、5.4m长杆弯沉仪,每隔20m测定路基弯沉值,共测定10个点,有土工合成材料的路基平均弯沉为1.04mm,无土工合成材料的路基平均弯沉为1.96mm。检测结果表明,前者的弯沉仅是后者的53%,大大地增强了路基的强度,从而降低了新老路基的沉降差。

5 结语

使用土工合成材料处理改造公路的路基,使新路基与老路基有良好的稳定性,能极大地减少地基的不均匀沉降。通过竣工后的观测,在新老路基的连接部很少发生裂缝,而在没有铺设土工合成材料的连接部,路面上出现了纵向裂缝。所以,从工程效果和经济因素两方面综合来考虑,可以在路堤底部只铺设二、三层格栅来达到减少路堤总沉降量的目的,但要对路堤进行稳定性验算。

参考文献

[1] JTJ/T019-98,中华人民共和国行业标准,公路土工合成材料应用技术规范[S].北京:人民交通出版社,1999.

[2] 周志刚,郑健龙.公路土工合成材料设计原理及工程应用[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 郭忠印,潘正中.土工织物在路面工程中的应用技术综述[J].公路,2000(9).

[4] 《土工合成材料工程应用手册》编写委员会,土工合成材料工程应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

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【关键词】水利工程；施工；土工合成材料

水利工程在目前我国的社会发展起着越来越重要的作用，对于促进工农业生产十分关键。然而我国作为一个水资源较为紧张的国家，因此在目前的水利工程建设中对于节能环保要求也提出了新的看法。因此，在目前的水利工程建设中，以新材料、新技术为主进行施工受到人们的关注。土工合成材料作为目前工程项目中最为常见的一种，成为当前水利工程施工人员研究和探讨的热点话题之一。

1.土工合成材料概述

1.1材料概念

土工合成材料是随着科学技术和各种化学材料综合形成的一种新型岩土工程，这种工程模式是以合成纤维、塑料和橡胶等化学聚合物为基础原料形成的一种综合性材料体系，是通过将这些合成材料置放在土体以及各种土体结构之间，从而形成一种具备保护条件和土体土体条件的工作模式和方法。这种方法在目前的应用中已经形成了土工膜、土工织物和土工符合材料等多种类型体系，同时在水工建筑结构的施工中应用较为广泛，已成为了目前建筑工程施工项目中最值得我们关注和研究的话题。这主要是由于土工合成材料在应用的过程中具备着重量轻、施工和搬运方便且施工强度高、耐腐蚀性能好以及价格低廉的优势而引起的。

1.2使用范围

近年来的社会发展中，随着人们对于各种建筑结构施工要求的不断提高，其施工质量和施工技术也得到了人们的高度重视和关注。就目前的社会发展而言，这种材料已成为目前土木工程和岩土工程施工的关键所在。尤其是在水利工程的基层施工中，其主要使用者防渗墙结构、坝体结构和渠道衬砌施工之中。同时，伴随着节能、环保和可持续发展社会观念的提出，这种材料在施工中由于其节能环保优势好而得到得到人们的关注与重视。我国作为一个农业大国，在改革开放的多年时间里，由于水利工程整体性和抗渗性不科学而造成了施工质量和施工效益影响，更是造成严重的水资源浪费现象。因此，在目前的水利工程建设中，各种新材料的应用受到人们的重视，而土工符合材料也得到人们的关注。

2.土工合成材料施工技术

土工合成材料的应用是出自于岩土工程建设的一种新型材料体系，其在水利工程建设中发挥着不可忽视的作用与意义，同时其在应用的过程中不仅是在各种基础结构之中的应用，同时更是广泛的应用在各种主体结构施工模式。而且在施工的过程中，由于施工材料的不同而对于工程的设计原理、物料使用量的计算以及施工工艺等方面都提出了新的认识和要求。防渗土工合成料作为目前最为常见的一种，其在目前工程施工中得到了人们的重视，同时对于施工方法的研究也成为我们关注的重点。下面就施工中存在的各方面要求进行了系统、深入的总结和研究。

2.1坡面铺膜防渗

在目前的土工合成材料施工的过程中，坡面铺膜是最为常见的工程模式，其在施工的过程中，施工技术和施工体系是最为关键的模式。就当前的就当前的水利工程施工而言，其多数工程项目都是以土石坝为主的坝体结构模式，这种施工方式的选用对于整个工程的施工而言极为关键，同时在施工的过程中还需要对焊接工艺进行系统控制。焊接技术的应用直接决定着焊接工程质量，同时也决定着整个工程的施工效益要求。因此，在施工的过程中复合土工膜的施工极为关键和重要。

2.2堤身削坡与堤脚开挖

堤身削坡和堤脚开挖可采用人工配合机械施工，堤身按设计要求进行削坡，使其坡度达到设计标准，削坡后仔细清面，尽可能将坡面清理干净，整体上满足平整度要求，堤身堤顶分别开挖止滑槽。堤脚基础按设计断面开挖，达到相对不透水层后再向下开挖1m，宽1m深的沟槽，并清理开挖断面，同时做好基坑排水及基坑边坡稳定工作。完成以上工作后，施工和测量人员再进行堤坡规格检查，并做好实地施工记录和填写堤坡工程验收单，请监理工程师验收签证后，即可铺膜。

2.3施工铺设复合土工膜

在进行坝体土工膜铺设时，可以是顺坝轴方向铺设，最好是垂直坝轴线铺设。但是为了减少焊缝的长度，通常采用顺坝坡铺方案。对于高坝来讲，土工膜铺设通常采用坝上部分垂直坝轴线来铺设，不但能满足应力最小要求，也能满足焊缝少的特点；坝底可采用顺坝铺设，以减少焊缝。复合土工膜铺设时，要按设计及规范要求，从堤顶铺到坡底基槽，并埋入相对不透水层。铺设完毕后，应尽快回填堤脚和上部护坡，以避免开挖断面局部土质差而产生滑坡，铺膜时，注意张驰适度，避免应力集中和人为损伤，要求土工膜与地基结合面务必吻合平整，切不可有上、下游方向凸出的褶皱。

3.渗土工合成材料在工程施工中常出现的问题

防渗土工合成材料在工程施工中经常出现的问题有：经常遭受石块或其他尖棱物的穿刺破坏；由于土工薄膜缺少约束支撑，在承受水压力和土压力时易于被鼓破；薄膜受到下层气体或液体的顶托产生应力集中导致破坏；铺设在支撑土与混凝土面板之间的土工薄膜由于受到温度、重力、土移、浪击和水位变化等因素的影响，可能引起界面滑动，使土工薄膜产生过度拉伸、撕裂或擦伤；在斜面上用土或混凝土面板保护土工薄膜，当水位骤降时，土体中的孔隙水压力和库水位失去平衡而造成失稳滑动。只要按照施工规范和施工组织设计施工，确保施工质量，就可避免或减少类似问题的出现。

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关键字：复合土工材料； 水利工程；应用

Abstract: The composite geotextile material is a general term for synthetic materials for civil engineering applications. As a civil engineering material, which is based on synthetic polymers (such as plastic, chemical fiber, synthetic rubber, etc.) as raw material, made ​​of various types of products, placed within the soil and surface, to strengthen or protect the soil. Because of its filtration, drainage, seepage, and scour protection and soil reinforced reinforcement, soil isolation effects are widely used in water conservancyKey words: composite geotextile material; water conservancy projects; application

中图分类号：F407.9 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）02-

土工合成材料是应用于岩土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各种产品的统称。因其具有反滤，排水、防渗、防冲和土加筋加固、土层隔离等作用，而被广泛用于水利工程。

一、复合土工材料的含义

复合土工材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种土木工程材料，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。《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工特种材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工膜、复合土工织物、复合土工布、复合防排水材料（排水带、排水管）等。

二、复合土工材料的分类

应用到水利工程中的土工合成材料主要有土工织物、土工膜，土工特种材料和土工复合材料4大类。

1、土工织物

土工织物是将合成纤维以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分为织造型和非织造型土工织物。织造型土工织物又分编织、平织和针织，它们是由单丝或多丝织成的，或者由薄膜形成的扁丝编织成的布状卷材；非织造型土工织物由短纤维或喷丝长纤维按随机排列制成絮垫，经机械缠合(针刺)或热粘或化学粘合而成的布状卷材(即无纺布)。

2、土工膜

土工膜是20世纪70年代出现的，它是由聚合物或沥青制成的一种相对不透水卷材。取用聚合物需要在工厂采用吹塑，压延或涂敷法制造；用沥青则可在现场或厂内以喷涂或浸渍法形成。

3、土工特种材料 土工特种材料包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管，土工模袋、三维网垫、EPS等，均由聚合物按需要分别以不同加工方法制成。

4、土工复合材料

土工复合材料包括复合土工膜和复合防排水材料，均由两种或两种以上土工合成制品复合或组合而成，如复合土工膜由土工膜与土工织物经加热滚压而成，主要是为了增加材料的强度。承受更大的荷载，复合防排水材料由排水带、排水管、排水防水材料等组成，

三、工程作用及其应用

1、加筋作用

加筋作用是指在土体中的一定部位埋设水平方向的土工合成材料，也称加筋材料，将土体压实后，土与加筋材料密切结合成一复合土体(加筋土)，当在复合土体表面施加荷载时，由于加筋材与周围土之间有较大的摩阻力(有时尚有咬合力)，限制了土的侧向变形，相当于在土体侧面上施加了约束力，从而提高了土体的承载能力，增加了土体的稳定性。这种作用在水利工程中能够稳定、限制各种结构中的岩土体在长时间使用过程中的位移发生，并能使作用在土壤的局部应力传递或分配到更大的面积上，增加土体和土工布之间的摩擦阻力。

一般地，土工织物，塑料拉伸土工格栅、经编土工格栅、玻纤土工格栅和土工网可以作为水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效应主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和应力扩散作用等，而在多层加筋的情况下，应分别考虑筋土界面的摩擦作用(即各层筋土界面作用对填料产生侧向约束作用)和最下一层筋土界面作用产生整理的界面剪应力对其下面土体产生的附加水平约束作用(提高土体的稳定性和承载力)。

2、防渗作用

防渗是防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。水利工程中要修建大量的挡水蓄水、引水和输水等建筑物，均有防渗、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液体渗漏、气体挥发以保护环境或建筑物安全。用于防渗的土工合成材料主要有土工膜和复合土工膜，后者应用更为广泛，更能适应各种复杂工程的情况。

3、防护作用

防护是指为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡造成的危害，而采取适当的防护措施，土工合成材料的发展，为岸坡防护提供了新的途径。在被保护的土面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即可有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏，可代替传统的护坡材料。

4、隔离作用

土工布可将不同的土质结构进行分离，形成稳定的分界面，使各层结构分离，按照要求发挥各自的特性和整体作用，以避免相互混杂产生不良效果。在土石混合坝中，可作为隔离不同的筑坝材料。在裂隙发育的岩基或卵石地基修筑土石坝，可用作坝体与地基之间的隔离。

5、反滤作用

在水工建筑物中，当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的逸出处，需要设置反滤层，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，土粒过量流失会造成管涌和流土破坏。传统采用砂砾粒作为反滤材料，一般采用粒径不同的砂砾石分2-3层铺设，施工工艺较复杂。土工织物的过滤功能和传统的颗粒层完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水渗流作用下，既防止土颗粒过量流失而造成破坏，同时又使水流顺利排泄，以免由于孔隙水压力升高而造成土体失稳。

6、排水作用

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关键词：土工膜防渗；复合土工膜；土工膜铺设；接缝；KS 热熔胶粘剂；土工膜粘接

中图分类号：TU592 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

例如，南水北调选择两布一膜型PE复合土工膜（PE厚度0.30毫米，上下层长丝非织造土工布各重150g/m2）整体防渗。施工中采用膜焊接、非织造土工布缝合的接缝方法，测得接缝拉伸断裂强度仅为母材强度的27％。在试验研究基础上提出了膜焊接后，膜与非织造土工布、非织造土工布与非织造土工布之间采用KS热熔胶黏剂黏合的接缝加固方法。加固后的接缝强度达到母材强度的97％，满足《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》SL / T 225-98中接缝强度不低于母材强度80％的技术要求。

1、接缝方法的优点

聚乙烯复合土工膜具有重量轻、强度高、无毒、价格便宜等优点，被广泛应用于各种防渗工程。复合土工膜的接缝处理是施工建设的最重要的一步。若接缝不当，则将成为防渗系统的薄弱区，接缝质量控制是防渗施工质量控制的关键之一，直接影响整体防渗效果和工程质量。复合土工膜出厂时一般预留施工接缝，接缝处的聚乙烯膜与无纺布是分离的。目前施工中，接缝大都采用膜与膜双缝焊接，非织造土工布之间缝合的方法见图 1 所示。

2、目前接缝方法的缺点

目前使用的PE防渗膜一般都很薄，现场受风力、湿度、电压、尘土、基层平整度、坡度等多种因素的影响，膜焊接后存在烧洞、局部粘接强度过低等现象，尤其是 0.3 mm以下的膜焊接质量非常差，现场采用热焊枪修补效果并不理想。接缝处的土工布与防渗膜之间是脱离的、松弛的，试验测得接缝强度仅为复合土工膜母材强度的 20 % ～40 ％，达不到应用技术规范 SL/T 225—98 《水利水电工程土工合成材料应用技术规划》 中不低于 80 %的技术要求。针对目前复合土工膜接缝焊接缝合法存在的缺陷，研究接缝的加固方法对于提高防渗工程质量具有重要的意义。

3 试验材料及方法

3.1 试验材料

试验选用两布一膜型 PE 复合土工膜，PE 膜厚 0.30mm，上下层为长丝非织造土工布，各重 150 g/m2。其主要技术指标见表 1。

接缝加固选用 KS 热熔胶黏剂 （简称 KS 胶），粘接防渗膜技术指标见表 2。

3.2 试验方法

为便于接缝与母材力学性能对比，评价接缝效果，按照 GB/T 15788—2005 《土工布及其有关产品宽条拉伸试验》 的试验方法测定接缝拉伸断裂强度。在直径 200 mm抗渗仪上，按 GB/T 19979.1—2005 《土工合成材料 防渗性能 第 1 部分：耐静水压的测定》 标准测定接缝处耐静水压力；以 900 ml/min 进水速度测定接缝处水胀破压力。

4 接缝加固方法

1） 先将紧邻预留接缝处膜与土工布之间结合不牢固的母材膜布剥离，这是母材的强度薄弱部位 （可能是膜与土工布热合过程中，粘接不牢造成的）。见图 2、 图 3 中 A部位。

2） 预留接缝中膜双缝焊接后，采用 KS 热熔胶黏剂将膜与土工布、土工布与土工布粘合成一体。见图 2、图 3。

5试验结果及分析

5.1 接缝强度试验结果

按照上述试验方法测定了接缝、加固后的接缝以及母材的断裂强度，结果见表 3。

从表 3 可以看出接缝实施加固措施后，效果是显著的。膜焊接、膜与上部土工布、土工布与土工布之间采用KS 胶粘合的接缝方法比膜焊接、膜上部土工布缝合的接缝法断裂强度提高 159 %，达到母材强度的 70 %；膜焊接，膜与上下土工布、土工布与土工布之间采用 KS 胶粘合的接缝方法比膜焊接、膜上部土工布缝合接缝法断裂强度提高 257 %，达到母材强度的 97 %，断裂点发生在 A 处。接缝强度达到不低于母材强度 80 %的技术要求。

试验绘出了母材、不同接缝方式拉伸应力应变曲线，见图 4 所示。

在图中：①是基材的拉伸应力应变曲线；②是膜焊接、上部土工布缝合接缝的拉伸应力应变曲线；③为膜焊接后、膜与上部土工布、土工布与土工布之间采用 KS 胶粘合加固后接缝拉伸应力应变曲线；④为膜焊接后、膜与上下部土工布、土工布与土工布之间采用 KS 胶粘合加固后接缝拉伸应力应变曲线。

图 4 中曲线②的第一个峰值为防渗膜拉伸屈服点， 第二个峰值为防渗膜断裂点，第三个峰值为缝合土工布断裂点。在第二个峰值时测定的强度应为接缝的断裂强度，在第二个峰值后，防渗膜已断裂失去防渗功能，在第三个峰值时测定的极限强度不能为接缝的断裂强度。

5.2 抗渗性能试验结果

按照上述试验方法测定了接缝、加固后的接缝以及母材的抗渗性能，试验结果见表 4 所示。

从表 4 中可以看出，不同强度的接缝和母材均可以达到 0.6 MPa 静水压下不渗漏。在试验中试件背水面设置有孔径 3 mm 的垫板，细孔垫板的支撑作用致 0.6 MPa 静水压下抗渗性能表现不出差异，难以反映出真实的抗渗性能。

表 4 中胀破压力是在无垫板无支承情况下测定的，可以真实地反映出复合土工膜抗渗强度的相对大小。从表 4中可以看出目前工程常用的膜焊接、膜上部土工布缝合的接缝方法接缝抗渗强度仅为母材抗渗强度的 36 %，采用KS 胶加固后的接缝抗渗强度超过母材抗渗强度。主要原因：一方面接缝处膜与土工布粘结成一体，KS 胶层又具有一定的厚度，可使接缝抗渗强度大大提高；另一方面预留接缝处防渗膜厚度高于母材体内膜的厚度；工厂在复合土工膜生产过程中膜没受高温老化及辊压破坏的影响。

6结语

1)目前复合土工膜采用的膜焊接、膜上部土工布缝合的接缝方法，接缝处断裂强度和抗渗性能与母材相比偏低，接缝成为复合土工膜防渗系统中最薄弱的部位，接缝存在的问题要引起重视。提高复合土工膜施工中接缝的强度和抗渗性能，有利于确保防渗工程的系统性和整体性，提高工程质量。

2） 在试验研究的基础上，提出了膜焊接后、膜与土工布、土工布与土工布之间用 KS 热熔胶黏剂粘合加固的接缝方法是可行的，接缝强度达到了 《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》 要求，同时修补了膜焊接后的缺陷，提高了接缝抗渗性能。

3） 试验研究中发现有些复合土工膜预留接边与母材相邻部位的强度会远远低于母材的强度。建议复合土工膜生产厂家改进生产工艺，提高该部位膜与布的结合强度。

参考文献：

[1] 蒋学行，杜明，尹向东. PE 复合土工膜快速粘结技术在防渗工程施工中的应用研究[C]//全国第六届土工合成材料会议论文集，2004：407-411.

[2] 杨建平，寿伟，王铁强. 浅论复合土工膜在南水北调工程中的应用技术[J]. 南水北调与水利科技，2009，7（3）：109-116.

[3] 王春燕，余梁蜀，马斌，等. 复合土工膜在南水北调工程中的防渗作用[J]. 水利科技与经济，2009，15（8）：738-746.

103-104.

篇(6)

【关健词】加筋技术；本构模型；数值分析；弹塑性应变

1.加筋土基本理论的研究

1.1问题的提出

加筋土就是在土中埋设抗拉强度比较高的材料而形成的一种复合体，其基本原理为土与加筋材料之间存在着摩擦作用，此摩擦作用限制了土的变形，从而提高了土体的抗剪强度。

自七十年代加筋挡土墙技术引入我国以来，全国累积已完成千余座加筋土工程。79年矿业系统在云南修建一座高2米的储煤仓下挡土墙，80年在淮南铁路枢纽建成了第一座铁路加筋挡土墙，国内已建成的西包线古邑加筋挡土墙高达35米，为当时国内之最、世界高挡墙之一。而98年在云南楚大高速公路建设中建成的三级加筋挡土墙总高度已达到43.75米。近几年在公路建设和水利、矿山工程建设中软弱土地基处理和挡土墙结构中加筋土技术应用较多，全国加筋土技术在具体工程中建设中得到了相当成功的运用，但加筋土理论却相对落后。完善加筋土理论，指导具体工程实践，将进一步促进加筋土加筋土技术的推广和应用。

1.2加筋土理论简介

1.2.1 加筋土的概念

把筋材沿主应变方向铺设以弥补土体抗拉性弱的特点，这样的土体就是加筋土。加筋复合材料具有下列特性：a. 应力沿筋材和土体接触面连续传递；b. 筋材按一定角度铺设在整个土体中，而不是某一局部通过土和筋材的摩擦力或被动阻力传递。

1.2.2 加筋土的破坏原因

加筋土的破坏可能由以下几种情况引起：

筋材断裂；b. 筋材从土体中被拔出；c. 土体本身的剪切破坏；d. 整个土体沿筋材滑动。

1.3 加筋土的分析方法

目前对加筋土的计算分析主要分为复合模式和分离模型。

1.3.1 复合模式

把筋、土当作复合材料。把加筋土看成宏观上均匀的复合型材料，土与筋材的相互作用

表现为内力，只对复合材料的性质产生影响，而不直接出现在应力应变计算中，在有限元的计算中需要建立一个复合的本构模型。但它一般只考虑了筋材的抗拉力作用，能够提高土体在拉力作用方向的刚度，但未考虑其在压力和扭转作用下对土体的影响。因此复合模型有一定的局限性，但仍不失为一种有效的计算方法。

1.3.2 分离模型

把筋、土分开考虑。一般将加筋体用一维线性单元或薄层矩形单元进行模拟，土体仍采用未加筋时的本构模型，土与筋之间的相互作用常采用接触单元进行模拟。这种方法应用比较广泛，但对某些结构不适用，如土钉墙、格栅加筋等结构。

1.4 加筋土的本构模型

1.4.1 加筋土的弹塑性硬化——软化模型

由于土是一种弹塑性材料，加筋土也应是弹塑性体，因此在加筋土的本构模型中，一些研究者开始寻求加筋土的弹塑性模型。在土工合成材料加筋土软化试验研究的基础上，提出了纱窗加筋土以及土工织物加筋土的应变硬化—软化的应力应变三轴实验结果。从应力应变曲线可以看出，随着荷载的增加，应力应变表现为曲线形式，为弹性非线性变形，在此阶段，土体不断被压密，随着荷载的增加，土体的变形一方面呈现增大的趋势，另一方面加筋土又限制土体的变形，使得加筋土的强度提高。在峰值之后，加筋土表现出塑性变形，出现负坡度的变形曲线，并逐渐达到流体状态，此时表现为一水平线。在第一阶段，应力应变表现为弹性非线性，用Duncan-Chang模型来处理，其应力应变关系满足广义胡克定律；第二阶段，处于塑性状态，本构方程按应变能原理推导；第三阶段，即为流体阶段，当最大主应力和最小主应力为常量时，加筋土的残余强度保持不变。

1.4.2 加筋土的弹塑性应变硬化模型

对于加筋土的本构关系，当筋土复合材料初始屈服后，其状态为部分弹性、部分塑性，对于任何应力增量，应变增量假定为弹性增量和塑性增量两部分之和。假定塑性应变增量和和塑性势的应力梯度成正比，加筋土材料一般不遵循关联流动法则，但目前尚不能有根据的确定塑性势函数，且由非关联流动法则所得到的弹塑性矩阵为非对称的，使计算工作量增大，因此在加筋土弹塑性分析中仍采用相关联流动法则，再根据这些假设得到加筋土的弹塑性应力—应变关系。

1.4.3 加筋土的动弹塑性模型

许多加筋材料是且有蠕变性的，如土工合成材料。如果要考虑加筋土体的应力应变随时间的变化，就应当采用与时间相关的流变模型。1999年，波兰的萨维基（swicki)建立了适用于土工合成材料的流变模型。此模型建立在连续介质的基础上，模型中假设土工合成材料是粘弹性体，土是塑性体。在弹性阶段中，筋材的初应力增大，致使土体中宏观应力的重组，直到土体达到屈服条件。土体刚产生塑流对应的时间可以由模型确定，在塑性阶段，加筋土单元的总应变增大。在此阶段可以确定描述加筋土的塑性应变率和加筋土单元的水平变形。

1.5加筋土理论存在的问题

加筋土技术的应用领域不断扩大，但理论研究总的说来严重滞后于工程应用。对加筋土的基本性状、机理、新的设计计算理论，十多年来未见有新的突破、新的发现。对加筋挡土土墙的结构、内部稳定计算一直采用局部应力平衡法，对高大挡土墙的设计，这一方法显然不太适用。对外部稳定计算，一直采用刚性墙假定，计算过程虽大大简化了，但与实际工作状态的差距也加大了。近来来做了一些现场实验，并用有限元方法进行数值计算，但土体本构方程的准确描述不容易，弹塑性模型模型选择上争议较大。实验获取土性指标与实际有差距，筋、土的界面处理困难，而且繁杂的数值计算并不为大众所理解和掌握，使得数值计算的结果具有更多的学术意义而工程意义较小。筋—同工作机理的阐述和简洁的设计计算才是工程应用所企求的。

2.结语

经过数十年的工程应用，土工合成材料取得了迅速的发展，也积累了大量的经验。但是，由于对加筋材料特性认识的不充分，未能真正弄清楚筋同作用机理，建议今后的理论研究应从以下两个方面努力：a. 材料物理力学性质的确定，特别是对新型土工材料的认识亟待提高，应对材料的耐久性和耐腐蚀性的测试和设计提出要求和建立标准，以满足工程需要；b. 理论计算和设计方法的完善。特别是对加筋土坡和地基的设计方法和施工规范亟待出台，从理论上完善计算方法和设计理论，减少盲目性。

参考文献：

[1] 何光春. 加筋土工程设计与施工.[M] 北京. 人民交通出版社. 2000.5.

[2] 张孟喜. 土工合成材料加筋土应变软化特性及弹塑性分析[J]土木工程学报..2003.3.

[3] 王钊. 土工合成材料的蠕变试验 [J] 岩土工程学报. 1994.16(6).

篇(7)

【关键词】：路堤、加固、防护

中图分类号： U213.1+1文献标识码：A 文章编号：

前言

我国是一个多山的国家，在山区修建高速公路时，不可避免地会遇到大量高填方路堤以及纵向和横向斜坡地形。按目前常用的路基边坡坡度填筑路基，将造成边坡坡面高阔，占用大量的土地。在横向半挖半填路基、纵向填挖路基交界处易出现不均匀沉降，造成路面结构开裂破坏和行车不适。

本文主要是从公路修筑前路堤填料的选择和公路建成后路堤的防护和加固两方面来进行探讨的。

第一章 公路修筑前路堤填料的选择

1.1 在路堤中加入粉煤灰

近几年来，一种轻质的路基填料——粉煤灰，已经大量地应用于高速公路路堤填筑工程中。作为路堤填料，粉煤灰有它独特的优点。它是由煤炭燃烧后而形成的，它一般在电厂中常见，属于废弃料。用它作为路堤填料，既可以节省填料，又可以保护环境、节约耕地，尤其是在山区。粉煤灰由其自重较一般土体小三分之一以上，在相同的路堤填筑中，粉煤灰填筑的路堤比一般土路堤的自重荷载明显减少，地基附加力及沉降变形量变小，有利于路基稳定。

1.2 在路基中铺设土工格栅

在公路修筑路基的时候，可以在路基中铺设土工合成材料。利用土工合成材料加筋来提高路基的稳定性。人类早在几千年前就开始用天然植物纤维铺路和筑城。后来上升为理论，法国工程师分析了加筋的机理。随着塑料等合成材料的发展，土工合成材料被用于加筋工程。最常用的一种是土工格栅。

利用土工合成材料加筋路基，可以在保证路基稳定的前提下有效收缩边坡坡脚，减少对耕地的占用。土工合成材料在处治路基不均匀沉降方面也取得了较好的效果。国内许多学者都对其进行了研究。中科院地质研究所的李志清等人对土工格栅加固高速公路路堤进行了研究，得出了加筋对路堤沉降有不同程度的改善作用，土工格栅加筋能使路基承载力显著提高，并改善土体应力环境，有效地减少沉降量。

第二章 公路建成后路堤的防护和加固

在公路建成以后，路堤的防护与加固主要是指坡面的防护与加固。

2.1坡面的防护

植物防护和工程防护是目前最常用的坡面防护设施。前者可视为有“生命”防护，后者属于无机物防护。当边坡为土质边坡时，多采用生命防护；当边坡为石质路堑边坡时，多采用无机物防护。

2.1.1植物防护植物防护也可叫做生物防护。生物防护的优点为：美化路容，协调环境，调节边坡土的湿度和温度，起到固结和稳定边坡的作用。它多适用于坡高不大，边坡比较平缓的土质边坡。生物防护主要包括：种草、铺草皮和植树。除植树(主要用于下边坡)属传统防护形式外，植草或铺草皮是近年来才在高等级公路上兴起的一种绿色防护形式。其优点是能在短期内恢复公路沿线的绿色和防止边坡冲刷，但养护费用高,，随时保持绿色有一定困难。

土质边坡防护也可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种。

拉伸网草皮是在土工网或是土工垫等土工合成材料上铺设3-5cm的种植土层经过撒种、养护后形成的人工草皮。固定草种布是在土工织物纺织时将草种固定于土工织物中，然后到现场铺筑以促进草皮生长的一种边坡防护方法。网格固定撒种是先将土工网固定于需防护的边坡上，然后撒种形成草皮的一种边坡防护方法。

2.1.2工程防护当高速公路的两侧不适宜用植物防护时，宜采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护。主要包括砂浆抹面、勾缝、喷涂、石砌护坡和护面墙。石质挖方坡面多用砂浆抹面防护。这些石质挖方坡面的岩石表面易受风化，但比较完整，尚未剥落，如页岩、泥沙岩、千枚岩的新坡面。 出现此种情况应及时予以封面，以防止风化形成病害。石灰浆是最常用的抹面材料，其中石灰为胶结材料，要求精选。混合料如加纸筋或竹筋，可提高强度，防止开裂。抹面厚度视材料与坡面而定，一般2-10cm。操作前，把坡面的风化层、浮土与松动的碎

块都清理掉，填坑补洞，洒水润湿。抹面之后，及时拍浆，抹平和养生。

易风化且坡面不平整的岩石挖方边坡应采用喷浆施工，该方法简便，效果较好。厚度一般为5-10cm。此种方法由于水泥的用量大，重点工程宜采用此法。目前有一种比较经济的砂浆：水泥，石灰，河沙及水，它们按质量比为1：1：6：3配合。喷浆的处治方法和抹面相同。对坡面较陡或易风化的坡面，可以在喷浆前先铺设加筋材料，加筋材料可以用铁丝网或是土工格栅，喷浆坡面应设置排水孔。

对于比较坚硬的岩石坡面，为防水渗入缝隙造成病害，视缝隙深浅与大小，分别予以灌浆，勾缝或嵌补等。

为了防止地面水冲刷，宜采用石砌护坡或护面墙。浆砌和干砌是石砌护坡的两种形式。护面墙比护坡厚，有一定的抗推力作用，其优点是能就地取材、工艺简单，但自重大，不宜在高边坡上使用。下面介绍几种石砌护坡的形式：

(1)菱形网格护坡，这种护坡可采用预制安装，也可采用水泥混凝土现浇的形式。这种方法工艺简单，便于施工，可在网格里种草。但仅限于填方边坡和土质挖方边坡。

(2)六角空心砖护坡。这种护坡是近几年来才发展起来的，是一种用水泥混凝土预制安装的边坡防护形式，似蜂巢状。施工工艺简单，空洞内可填土绿化，有一定观赏价值，但自重大，费用高，还会阻碍边坡水的排出，对边坡稳定不利，要慎重选用。

(3)窗孔肋式护坡。一般用浆砌片石或片石混凝土做肋，用水泥预制混凝土块做成拱形窗台，坡面水从肋上排出，窗内可植草，目前是一种较为理想的防护形式，但肋厚容易被偷工减料，应加强施工管理和质量监理。

(4)喷射混凝土护坡。对一些较高的风化岩石边坡，采用喷射混凝土作护坡可阻止风化，且重量轻，施工所需设备简单，但费用较高，厚度难以控制，对景观有一定影响，应尽量少采用。

2.2 坡面的加固

坡面的加固形式有以下几种：

(1) 护脚墙与抗滑墙

在本质上，护脚墙与抗滑墙没有太大区别，只有断面大小和埋深不同(有时也加锚杆或锚索)。护脚墙的作用是保护坡脚不受冲刷和破坏，不能抵抗推力；抗滑墙除有护脚墙的作用外，具有抗推力作用，施工时可根据具体情况选用。

(2) 抗滑桩

对于处理滑坡或防止边坡下滑，多采用抗滑桩，一般是钢筋水泥混凝土结构。

它是一种较理想的抗滑设施，但投资较大。抗滑桩埋入地层以下深度，按一般经验，软质岩层中锚固深度为设计桩长的三分之一；硬质岩中为设计桩长的四分之一；土质滑床中为设计桩长的二分之一。当土层沿基岩面滑动时，锚固深度也有采用桩径的2-5倍。

(3) 预应力锚索

对于处理单斜构造岩石边坡应采用预应力锚索。根据工程经验，对该类边坡的稳定性具有较好的效果。[5]但被锚固体得下滑力和张拉控制应力不易准确计算。

第三章结语

总之，在山区修建高速公路，高填深挖比较多，路堤边坡加固和防护措施若是不得力，很容易引发边坡病害。从而影响到路堤的整体稳定性。因此对于山区高速公路路堤加固和防护技术的研究还需进一步探讨，以提高山区公路的承载力和使用年限，进一步满足不断发展的交通需求。

参考文献

[1] 姜明文，吴静.粉煤灰在长余高速公路路基工程中的应用［J］.辽宁交通科技，2002，25（4）：21-22.

[2] 李志清.土工格栅在加固高速公路路堤中的应用研究. 岩土力学, 2008, (3).25.

[3] 徐国平，杨剑锋.襄荆高速公路粉煤灰路堤施工［J］.水力水电施工，2003，(2)：36.