土工合成材料的工程应用范文

导语：如何才能写好一篇土工合成材料的工程应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【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

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关键词　土工合成材料 软基处理 反射裂缝 加筋加固 排水隔离

0　前言

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[1]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。本文着重介绍当前公路路基施工中土工合成材料类型和应用，以及就土工合成材料的各种性质适合处理哪些类型的软土地基作简要说明。

1 土工合成材料的种类

1.1　土工布

土工布的制造过程是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。土工布按制造方法可分为有纺（织造）土工布和无纺（非织造）土工布。有纺土工布由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。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联结方式。

土工布运用于路面裂缝的防治在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层，是一种常用的路面修复技术。它具有工期短、造价低、对交通影响小、修复路面服务性能好等优点。但其主要问题是沥青加铺层中容易出现反射裂缝，而设置土工布是延缓反射裂缝的主要措施之一。

1.2　土工膜

土工膜一般可分为沥青和聚合物（合成高聚物）两大类。含沥青的土工膜目前主要为复合型的（含编织型或无纺型的土工织物），沥青作为浸润粘结剂。聚合物土工膜又根据不同的主材料分为塑性土工膜、弹性土工膜和组合型土工膜。土工膜的不透水性很好，弹性和适应变形的能力很强，能适用于不同的施工条件和工作应力，具有良好的耐老化能力，处于水下和土中的土工膜的耐久性尤为突出。土工膜具有突出的防渗和防水性能。

1.3　土工格栅

土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为玻璃纤维类和聚酯纤维类两种类型。

土工格栅有一定的刚度，从而使上面的负荷得到扩散，提高了地基的承载力；土工格栅抗拉强度大，格栅垫层可增强路基的稳定性；土工格栅能适应地基变形，砾石又能与格栅网孔互相锁合在一起形成稳固的平面防止砾石下陷，从而增加地基的抗剪强度，防止软弱地基产生过大或不均匀沉降以至侧向变形。

土工格栅在路基施工中的沟塘回填方面得到广泛使用，首先沟塘挖除淤泥回填至原地面后，先铺一层土工格栅并垂直路线铺设，沿路线走向铺满整个沟塘范围。横向铺网与路堤两边纵向盲沟相接，每相邻两幅土工格栅搭接长度为20cm，搭接边用u型钉固定。然后在其上填筑土并压实后再加铺一层土工格栅，再回填一层土并压实，最后再加铺一层土工格栅，其上再按照正常路基填筑，总共需要加铺三层土工格栅。这样处理过后能防止地基不均匀沉降造成的路基反射裂缝和侧向位移。

1.4　土工特种材料

1.4.1　土工膜袋

土工膜袋是一种由双层聚合化纤织物制成的连续（或单独）袋状材料，利用高压泵把混凝土或砂浆灌入膜袋中，形成板状或其他形状结构，常用于护坡或其他地基处理工程。膜袋根据其材质和加工工艺的不同，分为机制和简易膜袋两大类。机制膜袋按其有无反滤排水点和充胀后的形状又可分为反滤排水点膜袋、无反滤排水点膜袋、无排水点混凝土膜袋、铰链块型膜

1.4.2　土工网

土工网是由合成材料条带、粗股条编织或合成树脂压制的具有较大孔眼、刚度较大的网状土工合成材料。用于软基加固垫层、坡面防护、植草以及用作制造组合土工材料的基材。

1.4.3　土工网垫和土工格室

土工网垫和土工格室都是用合成材料特制的三维结构。前者多为长丝结合而成的三维透水聚合物网垫，后者是由土工织物、土工格栅或土工膜、条带聚合物构成的蜂窝状或网格状三维结构，常用作防冲蚀和保土工程，刚度大、侧限能力高的土工格室多用于地基加筋垫层、路基基床或道床中。

1.5　土工复合材料

土工织物、土工膜、土工格栅和某些特种土工合成材料，将其两种或两种以上的材料互相组合起来就成为土工复合材料。土工复合材料可将不同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，就是将土工膜和土工织物按一定要求制成的一种土工织物组合物。其中，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。

2 土工合成材料的应用

2.1　土工格室的应用

土工格室在集中载荷作用下，　受力的主动区会把所受的力传递给过渡区，但由于格室壁的侧向限制和相邻格室的反作用力，以及填料与格室壁的摩擦力所形成横向阻力，抑制了过渡区和被动区的横向移动倾向，从而使路基的承载能力得以提高。经过试验，在格室的限制作用下，中密砂的表观粘聚力可以增加三十几倍。很显然，　如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三个区域移动就可以取得提高地基承载力的效果，　这就是土工格室的限制原理。

2.2　土工格栅的应用

土工合成材料是解决软基处理问题的有效方法，可改进荷载分布状况，减少填料层厚度，并能满足抗剪强度的要求，限制土体侧向位移，抗拉性能高，能避免产生裂缝，增加土层刚度，特别是土工格栅在处理软土在路基中效果明显，物理力学性能良好，其对软土的加固作用主要体现在水平加筋上，复合地基中土工格栅在产生拉伸应力的同时，对土体产生了一个类似于侧向约束压力的作用，使得复合土体的具有较高的抗剪强度和变形模量，也就是说由于土工织物使其上部施加荷载能均匀分布在地层中，当地基可能产生剪切破坏时，铺设的土工织物将阻止破坏面的出现，提高地基承载力。

2.3　土工复合材料

土工复合材料在公路工程中被广泛应用在路堤加筋、台背路基填土加筋、过滤与排水、路基防路、路面裂缝防治等方面。土工合成材料与土相互作用原理归纳为两大类：一是准粘聚力原理；二是摩擦加筋原理。用土工复合材料提高新旧路堤的整体稳定性，其优点在于：压实效果好；占地面积较少；路堤稳定性好；有效防止滑移、塌方、沉降等现象。具有施工简便、易于推广、节省资金等优点。

3 结语

通过对各种土工合成材料在路面、路基施工和软土地基处理中的作用机理进行分析，可以得出土工合成材料可以显著提高地基承载力、减小沉降量及不均匀沉降，增大路堤稳定性，在改善桥头跳车方面具有明显效果，并且能有效的防止和延缓沥青路面反射裂缝的产生。土工合成材料理论在施工中的运用将更加完善，从而指导设计和施工。

参考文献：

[1]　水利部.　土工合成材料应用技术规范（GB　50290–98）　[M]北京：中国计划出版社，1998

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关键词：土工合成材料 防汛抢险 新的应用

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

中图分类号：O434.19文献标识码：A 文章编号：

1引言

我国是一个洪涝灾害频发的国家，每年水灾造成的经济损失巨大，面对无情的洪涝灾害，国家每年都在不断提高防汛抢险技术与设备，其中，土工合成材料等新型材料的应用，得到了国家的大力支持，到目前为止，由于土工合成材料在大小水灾险情中的出色表现，国家防汛抗旱总指挥部已将土工合成材料作为防汛主要物料，各水灾频发流域都大量储备了土工合成材料。长期以来，我国由于科研资金投入不够和现实技术落后等多方面原因，采用的防汛抢险方法较为原始和低效，通常采用填装沙石，土料的麻袋等，这种方法成本低廉，效果优良，目前任然是大家乐于采用的方法。但是由于这些材料体积大，重量重的特性，造成了沙袋质量不一，人工劳动强度大，运输十分不便等种种困难。而土工合成材料密度小，极强的透水性，良好的耐腐蚀性等特点，很好地完成了传统材料无法完成的任务。另外，土木合成材料的使用 ，大大减少了沙石，土料等自然资源的消耗，符合循环发展的自然规律，对环境保护作用明显，因此，在我国的发展前景十分宽广。

2 土木合成材料在防汛抢险中的实际应用

2.1堤坝坍塌闲情的抢护

堤坝坍塌是堤坝临水面在水流长期冲刷下，岸堤段形成顶冲，顶冲冲刷岸脚，在高水位时，岸底的土壤长期浸泡，吸水饱和，抵抗剪力强度大大降低，当堤坝内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压力的支持，松软的土壤脱落，使水流从堤坝的迎水面大量流出，威胁整个坝体安全，这时如果不及时排除险情，将造成整个坝体溃崩。这时可以采用在坝体临水面垫大块石料、高强度的土工材料网笼、编织袋土枕等措施进行抢险。如堤岸发生的险情严重，可以在堤岸的临水面填土还坡，使临水面的外邦顶面与坡面齐平。

实例：安徽淮河花家湖段500米堤坝全线坍塌。2007年7月，淮河花家湖段堤坝连续发生4次大规模坍塌，花家湖段堤坝最大坍塌距离200米，最短的一段也有35米。此段堤坝保护着一万亩良田、一个大型煤矿和一个大型发电厂。目前塌陷的老坝已经基本失去抵挡作用，一旦抢护不力，可能导致整个工程坝体自上而下逐个坍塌，由于失去了大坝的阻挡，淮河水已经将大堤内侧斜坡冲垮，河水正在吞噬大堤。在这种危急形势下，抢险指挥部按照“先急后缓，抢修大坝”的原则，采用4层木桩所代替原来的旧坝体，各层木桩和每一根木桩之间都用铁丝紧密连接，各层木桩之间再用沙袋填实，形成新的堤坝对大坝进行抢护，其中采用填充土工反滤布长管袋对坡体和岸根进行了加固，效果很好，使险情较快得到了控制。

2.2 堤坝管涌和流土险情的抢护

由于水流的渗流作用，在汛期，堤坝的堤岸和坝底的根基的薄弱处的土壤颗粒被水流带走，这是往往是管涌和流土险情的高发期。如果不及时处理，会造成地面沉降，坝体坍塌等危害。对于管涌，流土抢险，主要措施是在灾情发生地点构筑围井和反滤层，传统的抢护技术大致可分为围井反滤法，反滤铺盖法和透水渗压法等。近年来，随着土工合成材料的出现，一些新的管涌，流土抢护方法在淮河，长江流域防汛抢险救灾中得到应用。

实例：江苏省徐州市铜山区张集镇杨洼水库溃堤决口南堤坝塌。2011年10月下旬，铜山区张集镇境内杨洼小型平原水库南堤坝放水发生管涌坍塌险情，左右涵洞的堤坝被水冲开，造成部分库水下泄，该堤段由于使用时间较长，造成坝体面失修，整个坝体抗水压强度大大降低，如果管涌扩大，很有可能发生决堤，抢险开始时，采用传统的技术，险情并没有得到很好的控制，后采用装备式围井，才起到了很好的效果。与传统方法相比，装配式围井安装便捷，效果好，省时间，能大大提高抢险速度，节约抢险时间，并降低抢险强度。装配式围井法抢险主要过程为：1，确定装配式围井的安装位置，以管涌处为中心，设定围井大小。2，开设沟槽，使用开槽机开一条深20~30cm的沟槽。3，将预算设定的单元围板置于沟槽中。4，将单元围板上的止水复合土工膜依次固定。5，用土将单元围板内外的沟槽进行回填。6，检查验收。采用由土工合成材料为基础的新型管涌土流处理办法，使得此次险情得到了很好的处理。

2.3 裂缝险情的抢护

堤坝裂缝较为常见，按照其裂缝走向，可以分为龟装裂缝，横向裂缝，纵向裂缝，内部裂缝等四种，坝体裂缝的出现，是堤坝由于沉降，水体冲刷，坝体材料变形等原因造成的坝体开裂现象，如不及时处理，在汛期，坝体很可能会坍塌，裂缝隐患的排除，是汛期险情抢护的基础保障工作。对于轻微的裂纹，可以采用从裂缝口灌干沙土的方式，之后用土工薄膜覆盖裂缝口，再用高粘度的土质覆盖在土工薄膜表面封口，防止水体进入。对于较为严重的裂缝，要在坝体的迎水面覆盖土工薄膜，在坝体上隔3~5米与裂缝方向垂直挖槽，填上与坝体相同的材料，并用粘土封口。

实例：江苏石港抽水站出水池北堤一公里内现9处堤顶裂缝险情。2003年8月，在石港抽水站出水池巡视时发现大坝上开了许多裂缝，如果不及时处理会造成滑坡甚至垮堤，进而可能造成入江水道淮水倒灌，导致引江洞破裂.最宽的裂缝至少有4mm宽，长约50米。该水出水站下游还有10多户村民，一旦裂缝坍塌，将带来巨大财产损失。对于4mm的裂缝，采取了在堤坝的另一侧打桩进行封堵，4米高的树桩间隔一米，缠上铁丝网一字排开，然后填补土袋封死等方式抢修。采用这种方式，很好地排除了裂缝险情，保障了大坝安全。

2.4：较大面积散浸险情的抢护

散浸是当堤坝质量差，或者年久失修时，水从坝体的被水坡面渗出呈现窖潮现象，容易出现混水，坝体被水坡面土质松软，坝体坍塌等险情。散浸险情处理方式一般分两种：1用土工合成材料贴坡排水。2堤坡开挖导渗。

实例：监利县长江干堤卢家月严重散浸。1998年8月，在监利县长江干堤卢家月桩号563十085～563十105长20m范围内，堤内肩向下垂0.7m以下堤内坡严重散浸。险情发生后，对严重散浸采取堤内坡开沟砂石导滤处理，沟宽0.3m，内填黄砂、碎石；在浑水洞上用袋土筑直径lm的围井，高0.5m，内填黄砂、碎石各0.2m；堤外用防汛袋土外帮长30m截渗，面宽5m，高出水面0.5m。经8个多小时抢护，严重散浸渗水减轻，浑水洞变成死水，并用土工材料在坡面实施了贴坡排水作业，有效的处理了险情。

3、结语

与传统的防汛抢险材料相比，土工合成材料拥有使用简单，消耗资源较少，节省操作时间，降低工作强度，提高经济和社会效益等优点，虽然在我国起步较晚，但是，发展较快，已经在我国长江，黄河，淮河等洪灾频发流域显现出了较大的优势，同时，也得到了国家的大力支持，国家每年为土工合成材料的研究与推广设立了专门的经费，相信土工合成材料在我国的前景是十分广阔的。

参考文献：

[1]孙亚林．堤防工程土工合成材料应用技术．北京：中国建筑出版社，2000

[2]《现代钢管混凝土结构》(2003年4月第1版)人民交通出版社蔡绍怀著．

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[关键词] 边坡防护 边坡病害 侵蚀机理 土工合成材料

问题的提出

从20世纪80年代开始，我国的公路基础设施实现了跨越式的发展，取得了举世瞩目的成就。随着我国基础设施的大力发展，在公路、铁路等部门都涉及到大量的边坡问题，因此对边坡的正确认识、合理设计、适当治理，把边坡失稳造成的灾害降到最低限度意义重大。目前，土工合成材料发展很快，应用范围不断扩大，工艺水平日新月异，使得新产品常常成为展览品。各种土工合成材料，包括土工薄膜、土工织物、土工栅条、土工网格、土工模袋，在填土衬垫、陡坡和竖直挡土墙的加固、排水系统、软土路基、侵蚀控制、堤防和大坝等方面补充或替代了传统的设计。

路基边坡病害分析及防护设计原则

1.边坡破坏产生的危害。①边坡破坏带来系列的工程问题和环境问题，严重的中断交通，甚至造成人员伤亡，给国家和人民的利益带来巨大的损失。②边坡的浅层破坏造成边坡落石，还危及行车安全，导致人员伤亡事故有时发生。③边坡深层破坏带来的后果更加严重。除在公路建设和养护期间需要花费大量的人力和财力进行处治外，还往往中断交通。处治后发生病害的边坡在进行处治时，技术和施工难度增加。④路堤边坡破坏往往导致路面断板、开裂，这种现象较为普遍，严重的情况是出现路堤整体滑动和中断交通，除给公路运营管理部门带来直接的经济损失外，还给用路者带来难以估量的间接损失。

2.路基边坡病害的原因分析。（1）气候因素。气候因素有气温、降水、风速、风向、最大冻土深度等。在大面积的土质或风化岩质坡面上，由于温差对地表的影响，加上雨水直接冲刷坡面，极易风化剥落，导致堑坡水土大量流失，或坡面产生裂缝，发生浅层溜方。（2）水文因素。水文因素如地表水的排泄，河流常水位、洪水位，有无地表积水和积水时间长短，河岸淤积情况；水文地质因素有地下水埋深、移动规律，有无层间水、裂隙水、泉水等。（3）土质因素。沿线地质因素，如岩石的种类、风化程度和裂隙情况，岩石走向、倾向、倾角、层理和岩层厚度以及有无断层或其他不良地质现象。

土是建筑路基及边坡的基本材料，不同的土类具有不同的工程性质。砂粒土的强度构成以内摩擦力为主，强度高，受水的影响小；黏性土的强度形成以黏聚力为主，强度随密实程度的不同变化较大，并随湿度的增大而降低；粉土类土毛细现象强烈，强度和承载力随着毛细水上升和湿度的增大而下降。对于黄土质砂黏土或其他黏土质土，因其透水性弱、崩解性强、经雨水浸泡后土体表层含水量达到和状态时，易使边坡失稳而溜方；若路堤填料不合格，又没有进行土质改良，将导致边坡结构层断裂破坏。

土工合成材料在路基边坡防护中的应用

土工合成材料的种类。土工合成材料大体可以分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料四大类，每类材料又都有各自的相关产品。

1.土工织物特点。土工织物是采用编织技术生产的透水性土工合成材料，他的特点是重量轻、整体连续性好。可做成较大面积的整体，长度可达数百米。并且施工简便、抗拉强度高、耐腐蚀和微生物侵蚀性好。

2.土工膜的分类及特点。土工膜是一种不透水的土工合成材料，可分为沥青土工膜和聚合物土工膜两类。土工膜的主要特点是透水性极低，其工程特性随类别、制作方法、产品类型的不同而发生很大的变化。土工膜还有很好的弹性和应变能力、良好的耐老化能力，尤其适用于水下工程。

3.关于土工材料的说明。土工格栅、土工网、土工模袋、土工垫和土工室以及轻型土工合成材料统称为土工合成材料。土工格栅是经过拉伸工艺形成的具有方形或矩形格栅的聚合物板材，主要用作加筋材料。土工网是合成料条带编织或合成树脂压制成的具有较大孔眼、刚度较大的网状合成材料，是主要的加筋材料。土工模袋是一种双层聚合物化纤织物制成的袋状材料，他可以代替模板成型混凝土或砂浆。土工垫和土工室是合成材料特制的三维结构，前者多为透水聚合物网垫，后者多为蜂窝状或网状三维结构，主要用于护坡或植草绿化

4.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。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。

土工合成材料发展前景

土工合成材料有诸多功能，又有重量轻，体积小，强度高，耐腐蚀等特点，尤其是缺砂少石的地区更有其用武之地。但土工合成材料毕竟是一门非常年轻的新技术，对其生产、试验、设计、施工工艺等在世界范围内还没有完全统一，很多人对这种新型建筑材料还不甚了解，但土工合成材料毕竟是富有生命力的新生事物，况且世界对土工合成材料的研究与应用已达相当高的水平，在不远的将来，其效能一定能蓬勃发展，为社会主义建设作出重大贡献。

总之，搞好铁路、公路建设，确保公路边坡稳定、安全、搞好环境保护，要深入了解公路边坡破坏的型式与机理，针对不同工程对象的土质、水文、气候等特点，灵活采用不同的防护型式，加强设计，加强施工建设管理，建安全之路、建生态之路、优美之路。

参考文献：

[1]杨航宇，朱赞凌，罗志聪.公路边坡防护与治理[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应用[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：伴随着我国对于科学技术的发明与发展，国内的土木建筑工程中涌出了大量的新发明，并投入到了使用当中，为我国的土木建筑工程作出了巨大的贡献。

在众多的新材料的发明使用中，纤维复合材料作为土木建筑工程中应用的材料，有着很好的性能，有着很强的抗腐蚀性，同时，本身的质量很轻，但强度却很

大，能够抵抗很大的压力，因此，纤维复合材料逐渐替代了传统的建筑材料。本文主要分析了纤维复合材料的优势及纤维复合材料在土木建筑工程中的应用情

况。

关键词：土木建筑；纤维复合材料；应用分析

土木建筑业作为我国重要产业之一，为我国的社会经济发展起着很大

的作用，同时也是人们生活空间的基础，只有不断地改进与创新，才能满

足不同时代下人们对于生活空间质量的需求。纤维复合材料是一种新型的

建筑材料，有着承重大、质量轻、强度高等特点，同时，能够顺应时代的

发展，符合生态文明建设的理念，使用成本低，节约能源，具有绿色环保

的性能，对于土木建筑工程的发展有着很重要的意义。因此，纤维复合材

料逐渐得到土木建筑工程的广泛应用。

一、纤维复合材料在土木建筑的优势

纤维复合材料具有可设计性，较高的比强度和比刚度，抗疾劳性、抗

化学反应及抗腐蚀性良好的抗震性等。纤维复合材料之所以能够在土木建

筑中得到广泛使用，与其自身的材料优势有着密不可分的关系。

(一)纤维复合材料有着较强的应用性

纤维复合材料由于兼顾基体材料和增强材料的材料优势，因此其性能

既能够保持原有材料的某些特性，又能够将组合材料的材料优势充分发挥

出来，这种材料特性使得纤维复合材料与其他单一建筑材料相比，有着极

为广泛的应用范畴，因此能够在很大程度上满足各类土木建筑结构的设计

要求，满足土木建筑项目的建筑要求。

(二)纤维复合材料较强的抗疲劳性与耐久性

一般来说金属的疲劳强度为拉伸强度的40%～50%，而纤维复合材料

的疲劳强度则为其拉伸强度的70%～80%，因此纤维复合材料有着更高的

抗疲劳性，在土木建筑当中会表现出更好的建筑性能，满足土木建筑的设

计要求，提升建筑项目的质量与水平。传统建筑材料，例如钢筋，其易与

空气发生化学反应，造成建材耐久性与使用性能的降低，使得土木建筑难

以发挥应有的作用，而绝大部分纤维复合材料具有较强的抗氧化性能，材

料性质较为稳定，有着较强的使用寿命，可有效提升木土建筑的耐久性。

二、纤维复合材料的应用原则

（一）科学性原则

只有从科学的角度进行对土木建筑设计的规划，从纤维复合材料性质、

土木建筑建设流程的制定以及生产硬件与软件构成式等多个方面进行细致

而全面的考量，才能够最大限度保证纤维复合材料在土木建筑中的应用能

够满足土木建筑项目生产实践的要求，只有在科学精神、科学手段、科学

理念的指导下，才能够以现有的技术条件为基础，进行纤维复合材料在土

木建筑中高效应用的科学探索与研究。

（二）易操作原则

由于土木建设项目大多位于城市边缘或者郊区，其操作环境较为简陋，

难以实现土木建筑项目中纤维复合材料的细致处理与操作。因此为了适应

这一现实状况，就要尽可能增加土木建筑项目中纤维复合材料使用方案中

的容错率，减少外部环境对纤维复合材料使用实践活动的影响。同时由于

从事土木建筑实践活动的工作人员专业水平不足，而大多数土木建筑建设

工作又由他们承担，因此纤维复合材料使用方案必须进行简化处理，降低

操作的难度，使得在较短时间内，可以进行批量操作，满足土木建设工程

设计规划的要求，保证土木建设开发项目进行的速率，使纤维复合材料使

用方案在实践中顺利完成。

（三）实用性原则

土木建设项目作为一项重要的人类活动，经历了从无到有，从小到大

的过程，而这一过程的实现就需要雄厚资金的支持。从实际来看，资金的

稳定供应与否能够直接影响到土木建筑项目的质量与水平，因此纤维复合

材料在土木建筑中的应用必须要遵循实用性的原则，最大限度减少纤维复

合材料使用方面的成本投入，从而能够将更多的资金利用于其他方面，保

证土木建设项目的顺利进行。

三、常用的纤维复合材料及其应用

（一）混凝土型纤维复合材料的应用

在传统的使用材料中，水泥的承重力小，而混凝土会容易受到环境中

的因素影响发生腐蚀现象，且抗拉力强度。纤维材料通过多种材料合集的

结合，通过各自的特性，形成高抗压性、高强度、高抗腐蚀性等复合型材

料。因而可以根据建筑的不同需求进行相应的调配，使用相应的复合材料，

使其更加满足工程的需要。例如C 纤维增强混凝等，通过其防水性能、机

械性能、抗腐蚀性等的提高，使其适合应用到物建筑工程中。与此同时，

它还有吸收震动波的性能，有很好的抗震性，更加适用于各种建筑工程中

的应用。

（二）纤维聚合物筋

纤维聚合物筋是由纤维通过特殊的工艺拉挤处理后形成的一种复合材

料，有着很大的强度和抗压性能，常见的有碳纤维纤维聚合物筋和芳纶纤

维纤维聚合物筋。因其特有的性质，可以钢筋的使用，应用到新建和

预应力混凝土结构中，使得土木工程的结构更加稳定，同时，也可应用到

建设建筑、维修建筑等方面工作中。

（三）智能型纤维复合材料

随着不断地发展，多功能型的建筑不断被建立，对于建筑工程中使用

的材料要求也越来越严格，为了很好的顺应建筑业的发展，智能型纤维复

合材料逐渐发明并投入使用。目前，智能型纤维复合材料主要有以下几：

第一，屏蔽磁场水泥基复合材料，智能纤维材料可以有效的屏蔽电磁波对

于建筑物内的干扰，解决电磁波干扰所带来的各种问题，弥补了传统材料

的不足，使建筑的施工更加顺利。第二，水泥基屏蔽电磁波复合材料，通

过加入碳纤、铝纤维和钢纤维三种材料，使水泥基体具有了屏蔽电磁波的

性能，进而使其应用到了交通导航系统中，增加了混凝土的使用功能。第

三，等温差水泥基复合材料，将碳纤维的性能与混凝土的性能相融合，进

而增加混凝土的整体功能，利用其更多的性能，使其投入到建筑温度的检

测和电力情况的检测工作中，最终给将于建筑提供了电能。第四，导电水

泥混凝土，即在混凝土中加入导电纤维，使其具有一定的导电性，进而使

混凝土的抗损伤力有所增加，同时，能够使建筑更安全更耐用，延长其使

用寿命。在实际工程中，具有可以除掉建筑物的静电的作用，下雪时，也

可以在一定程度上融化路面上的雪。除此之外，还有多种智能型复合材料，

需要我们不断研究与开发，不断地加入到土木建筑的应用中，推进我国建

筑工程业的发展。

（四）结构补强材料

结构补强材料通常应用到土木工程中纤维片的修补过程中，减少建筑

的安全隐患，弥补其不足。同时，因结构补强材料具有质密轻的特点，使

得其易于施工，减低了施工的繁琐性，缩短了土木工程的工期，节省了施

工时间，受到业内人士的喜欢。

综上所述，纤维复合材料的有效应用在保证建筑企业发展速度与规模

的同时，也保证了开发建设项目的质量，其从建筑层面促进了我国经济的

进一步发展，保证了我国城市化进程的深度与广度。

参考文献

[1]冯鹏.复合材料在土木工程中的发展与应用[J].玻璃钢/复合材料,2014,09

[2]刘彬.浅谈土木工程中碳纤维复合材料的应用[J].门窗,2014,11

[3]葛自力.土木工程中碳纤维复合材料的运用研究[J].当代化工,2015,01

篇6

【关键词】碳纤维；混凝土结构；加固

碳纤维复合材料包含的方面又很多，其中主要有碳纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维等，这些都是我们生活中经常用到的，而且它们都具有轻质、高强、耐腐蚀等特点。因此在80年代初，人们也将其作为主要的工程施工材料广泛的应用在工程施工中。碳纤维材料起初主要用于军事、航天、船舶等工程当中，并且取得了不错的效果，后来随着科学技术的不断发展，人们在原有的基础之上对其进行完善和改进，从而扩展到土木工程施工中来，对混凝土的修复和加固工作有着十分重要的意义。

1.碳纤维复合材料的特点及力学性能

碳纤维是当前工程施工中的一种新型的施工材料。它具有良好的物理力学性能，这也是当前用途最广，性能最好的纤维材料。它在土木工程结构当中，有着极强的补强作用，可以对混凝土结构进行合理有效的修复和加固，从而提高土木工程的结构强度。目前，由于我国的碳纤维生产技术比较落后，因此在进行使用的时候，一般都是采用国外进口的碳纤维片。这种碳纤维片有很多种，其中比较常见的有：单向片、单向织布、双向织布等，这些也是我们工程施工中常用到的施工材料。

当前，在土木工程中应用的最为广泛的碳纤维复合材料就是碳纤维增强塑料，这种材料在制作过程中，对其物理力学性能有着十分严格的要求，而且在施工性和耐久性方面也有着相应的施工指标。

碳纤维增强塑料的质地比较轻，而强度比较高，经相关测试，碳纤维增强塑料的结构强度要超过普通施工钢材的好几十倍。而且它本身具有的弹性模量和建筑施工钢材相比，碳纤维增强弹性模量更强，耐久性和耐腐蚀性也比一般的建筑施工材料要强。由此可见，这种碳纤维复合材料，有着极强的物理力学性能，有利于土木工程结构的加固与修复，极大程度上保障土木工程的质量。

2.碳纤维增强塑料在土木工程中的应用现状

2.1国外应用现状

目前在工程施工中，人们也开始尝试着将碳纤维材料加入到混凝土当中，从而制成碳纤维混凝土，应用到工程项目当中，并且取得了不错的效果。这种主要是将碳纤维的长丝制作成和钢筋一样的棒材，在混凝土施工中，将其用来代替钢筋，从而形成一种新型的结构材料，这种碳纤维混凝土主要用在一些大型工程结构建设当中。而且在大型的土木工程建设的时候，人们将碳纤维材料加工成绳状，将其作为工程施工的拉索结构，不过这种方法并没有对锚具连接的问题进行很好的解决，但是在土方工程施工中，仍然在应用。而碳纤维混凝土在混凝土工程施工建设中强度比较高，而且具有极强的耐久性和耐腐蚀性，这也对混凝土的开裂现象进行了有效的控制，从而提高了土木工程的施工质量。

在上个世纪80年代，发达国家就已经开始将碳纤维材料应用到混凝土结构当中，从而增强混凝土的物理力学性能，并且在90年代初期，发达国家就将其碳纤维混凝土材料广泛的应用到各个工程施工领域当中，而且更具碳纤维优异的物理力学性能，使的许多工程设施的结构质量都有着大幅度的提高。目前，国外发达国家不但将碳纤维施工技术应用到各个领域，还对其施工生产技术掌握得十分成熟，而且现在有许多施工单位将这种碳纤维施工材料，应用到了土木工程当中，并且为社会建设提供了良好的条件。

2.2国内应用现状

碳纤维加固修补混凝土结构技术在我国起步较晚，但最近几年系统地对碳纤维用于加固修补混凝土结构技术的研究也呈现不断发展的趋势，最初仅有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心一个单位，相继有清华大学、同济大学、天津大学、东南大学、大连理工大学等十余家高等学校和科研设计单位尝试地进行过国产和进口碳纤维织物加固混凝土构件主要包括板、梁、柱等的模型实验、加固施工工艺及加固性能评价等方面的研究，已经取得了实质性成果，并在工业与民用建筑、桥梁与隧道以及公路工程中得到具体的应用，收到了良好的效果，现在部分单位着手从事纤维增强材料加固混凝土结构规范的研究。该课题已列入建设部研究开发课题及国家科技部“九五”重点攻关课题。目前这项工作还处于刚刚起步阶段。自1997年5月，国家工程中心已制作了一些试件，分为20余个工况，取得了构件抗弯、抗剪和抗压等一些有价值的实验数据，进行了多项工程的试点与推广。相信碳纤维增强材料在国内将有广阔的发展前景。

3.目前存在的问题

3.1力学研究方面存在的问题

碳纤维加固混凝土结构的技术是得到国际上普遍认同的开发热点，其力学研究已经取得了很大的进展，然而，截止目前这方面工作还存在一些问题：（1）尽管对加固结构的力学性能进行了一些试验研究，但是系统的理论分析和数值计算研究却很有限。而这对于创立和发展这种崭新的加固技术是必不可少的。（2）碳纤维加强混凝土结构的破坏模式，如钢筋屈服-碳纤维断裂破坏、钢筋屈服-混凝土压碎、混凝土受压破坏和碳纤维板于混凝土面的黏结破坏等各类破坏特性，尚需深入研究。（3）尽管对碳纤维加强构件的弯曲、剪切延性、刚度能力等几方面性能分别进行了实验研究，但有关它们的综合因素对加固材料的登记、数量以及施工工艺的影响的研究尚欠缺。（4）有关疲劳和抗震性能的研究不足，这对于评价加固结构的综合性能，预测其二次寿命至关重要。（5）碳纤维加强构件与结构其它部分或整体的协调性如何，荷载的重分布而引起的局部破坏可能、连接点的削弱程度等，尚待研究。

3.2尚待解决的技术关键

材料的国产化问题。尽管国外已有多种定型的碳纤维材料产品，但国内的大规模开发应用不能完全依赖于进口产品，从降低成本及发展民族工业来讲，国产化是必须的条件，目前国内的PAN基碳纤维强度一般在2000～3000Mpa之间，弹性模量在2.1x105Mpa左右，其性能基本满足加固要求，但在预浸料的生产和加工成品的质量方面仍有较大的欠缺，均匀性也较差。因此材料的国产化问题是一个关键问题。

碳纤维加固修补使用的技术方面的问题，这主要体现在国内相应标准与规程的制定上，尽管国外一些国家已有了较完善的标准和规程，但并不适合我国，我们应及早制定出自己的标准和施工指南，包括材料生产、使用、检验、加固设计、计算、工程施工与验收的一系列标准化工作。

不过自碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功后，给土木建筑领域加固改造技术带来重大变革，采用碳纤维加固修复混凝土结构技术将比以往从传统的技术更优越、更有效率和更方便经济，可以解决传统的加固方法不能解决的技术问题，具有重大的经济和社会效益。碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功，将为碳纤维材料及其它高性能纤维材料应用于建筑业打下深厚的基础，开辟了新的产业途径。

4.结束语

由此可见，碳纤维复合材料由于具有优异的特性，在土木工程中得到的广泛的应用。它不但对土木工程中的混凝土结构有着良好的加固修复功能，延长了混凝土结构的使用寿命，还极大程度上推动了土木工程的发展，为是我国的经济建设打下了扎实基础。

【参考文献】

篇7

一、前言

如今土工合成材料已经遍布我们生活的各个角落，土木合成材料拉伸强度、伸长率的高低也密切关系到我们许多设施的质量，因此对土木合成材料进行试验来探讨温度和湿度对拉伸强度、伸长率的影响是必须的。不同的项目工程对土木合成材料有不同的要求，土工合成材料在我国广泛应用。随着技术水平的不断发展，该项技术也更加成熟。

二、土工合成材料的概述

土工合成材料的总称是土木工程应用的合成材，是一种建筑复合材料，一般是以人工合成的聚合物为原料制造的产品，这些聚合物包括塑料化纤等。土工合成材料一般大量应用于岩土工程和土木工程中，其作用是将这些材料置于土体内部和各种土体之间，用来加强和保护土体免收破坏的作用。

土工合成材料的原材料是从石油、煤和天然气中提炼化学物质然后制成的高分子聚合物，再对这些材料进行加工最后制成纤维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广泛应用是因为其具有重量轻、方便施工、耐腐蚀、质优价廉等特点。

三、土工合成材料的特点

土工合成材料具有隔离、防渗、反滤、排水、防护、加筋等作用，广泛应用于路、桥与支挡工程、闸、坝工程、护岸工程、港湾及海岸工程、防汛抢险工程、地下工程、农田水利工程、环境工程、建筑工程等领域。在生态保护方面，无论是作为一种防护结构，还是作为生态辅助措施，土工合成材料都发挥了积极的作用。应用土工合成材料作为防护结构，有利于维护河渠岸坡的稳定，防止水土流失，同时，它的多孔隙性还有利于构建适宜生物生存的生境条件，保护生物多样性和生态完整性。应用土工合成材料作为生态辅助措施，可形成生物通道、生物浮岛、生物沉床等生态结构措施，既有利于生物多样性保护，又有利于提高沟渠的自净能力，改善水质。

四、土工合成材料拉伸试验的影响因素分析

1、试验材料

本次试验研究采用的石英砂由10～20目及20～40目的石英砂按照质量比例3：1拌匀混合而成，控制砂密度为1.6g/cm3.试验研究采用6种不同类型和规格的土工合成材料，其中3种为无纺土工织物，分别记为GT1、GT2、GT3；1种为有纺土工织物，记为GT4；1种为玻纤土工格栅，记为GG5；1种为塑料土工格栅，记为GG6。

2、试验结果分析与讨论

（1）法向应力水平对试验结果的影响

根据不同条件下材料的拉伸试验结果，可得材料在不同延伸率时的拉伸割线模量.图1和图2分别为不同法向应力下GT2和GT4的侧限拉伸曲线及割线模量随伸长率的变化曲线.从图1和图2可以发现：法向应力的侧限作用对GT2（无纺土工织物）和GT4（有纺土工织物）的拉伸特性均有较大的影响，即与空气中拉伸曲线相比，侧限作用下相同伸长率对应的单宽负荷和割线模量均有较大的增长；而且这种影响随着法向应力的增大而增强。

图1给出了GG5（玻纤格栅）单宽负荷和割线模量随法向应力变化曲线.结果表明：玻纤格栅对应不同应变率的抗拉强度随法向侧限应力非线性增大，且均相较于空气中相同应变率的抗拉强度；玻纤格栅不同应变率下的割线模量同样随侧限压力增长而增长，尽管增幅比无纺土工织物小得多.

（2）拉伸速率对试验结果的影响

从图2可以看出，不同速率和不同压应力下GG6的拉伸曲线均可划分为线弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，而且对于不同的拉伸速率，其单位宽度最大负荷比较接近，拉伸速率快时最大单宽负荷略有增大.还可以看出，不管拉伸速率如何，格栅单宽最大负荷随着法向应力的增大而增大.但是不同拉伸速率下土中拉伸的屈服阶段表现出明显的差异，即拉伸速率越慢，屈服过程越漫长，达到最大单宽负荷对应的应变越大；当拉伸速率达到4mm/min后，这种拉伸速率的影响就不再明显。

五、土工合成材料的施工方法

1、坡面铺膜防渗

关于如何运用土工合成材料在水利工程做到防渗，最主要的施工技术就是进行坡面铺设防护膜的工程模式，这种模式对施工体系和施工技术的要求最高，直接决定了工程施工工作的成败。当今工程施工中，大部分都以土石坝为主要的结构模式，因此施工方式的选用对于整个工程来说都至关重要和关键。

2、堤脚开挖和堤身削坡

堤身削坡和堤脚开挖先由人工设计，再由人工配合为辅机械施工为主的形式来完成。所以说，堤身的设计尤为关键。堤身设计一定要使坡度设计达到标准，削坡后做好仔细清理坡面的工作，做到坡面既干净又在平整度上达到标准。坡面达标后，再在提身和堤顶都要开挖止滑槽。按设计断面开挖堤脚基础，当挖到相对不透水层后再向下开挖宽1m深1m的沟槽。上述工作都准备就绪后，测量人员要对堤坡的规格做好检查备案。

3、施工铺设复合土工膜

在铺设土工膜的时候，一般最好沿着坝轴线方向垂直铺设，也可以顺着坝轴延伸的方向铺设，效果都是一样的，目的都是防渗。垂直铺设一般是资金、人力、无力都充足的情况下进行的，这样不用考虑成本问题。但是资金、人力物力短缺的情况下，就会考虑顺坝坡铺设的方案了，因为可以减少焊缝的长度。垂直铺设往往适用于高坝的铺设即通常采用坝上部分垂直坝轴线来铺设，即可满足因应力而不会导致变形的要求又能减少焊缝的特点。但是，坝底的铺设一般情况下不区分垂直还是顺坝，都会采用顺坝轴方向辐射的模式，这样即省工又减少焊缝数。施工过程中应该严格按照复合土工膜铺设时的设计及规范要求，一般步骤是从堤顶铺到坡底而不是从底部到顶部进行铺设。铺设到底部基槽出应埋入相对不透水层，之后迅速回填堤脚和上部护坡，这样做是为了避免滑坡现象的产生造成人员受伤等情况的发生。

篇8

关键词：土工合成材料；桥头跳车；差异沉降

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

中图文分类号： U416.1 文献标识码： A

1 引言

随着高速公路的迅速发展，在公路建设中，桥头出现的跳车现象，已成为高速公路的多发常见病害，严重影响行车的平稳性和安全性。桥头产生跳车的主要原因是桥头与路基的沉降差所致。国内外的科研院所就该问题提出了很多的解决办法，其中利用土工合成材料解决桥头跳车是一种较新的方法。由于土工格栅具有抗拉强度的特点，而无纺针刺类土工布具有排水效果较好的特点。因此，桥接坡处都普遍使用土工布和土工格栅。合理设置土工合成材料，既可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基承载能力，同时也不影响排水。我国1999年2月开始实施的《公路土工合成材料应用技术规范》中给出了设计方法，但该设计方法只着眼与土工合成材料对于台后填土的加筋作用，即通过加筋来提高该处路基的回弹模量，改善桥（涵）台台背填土扩散荷载和降低沉降的能力。而实际上，台后加固段还有对正常路基与桥台差异沉降的过渡作用，所以在设计中应综合考虑土工合成材料对台后填土的加筋和加固段对差异沉降的过渡这两方面的作用，更为合理的进行设计。

2《公路土工合成材料应用技术规范》的确定方法

《公路土工合成材料应用技术规范》（JTJ/T 019―98）中规定用土工合成材料加固台背路基填土时，土工合成材料的纵向铺设宜上长下短，可采用缓于或等于1∶1的坡度自下而上逐层增大纵向铺设长度，最下一层的铺设长度应不小于最小纵向铺设长度Lmin，且最下一层宜铺设于构造物基础的顶面。Lmin按式（1）计算。

（1）

式中，Lmin为土工合成材料的最小铺设长度（m）；CGS 为土工合成材料与土体交界面上的界面粘聚力（Pa）；φGS为土工合成材料与土体交界面上的界面摩擦角（°），CGS和φGS 可由土工实验测得；Hm为路基顶面与构造物基础顶面之间的高差（m），γm为填料压实后的重度（N/m3）。

从《公路土工合成材料应用技术规范》土工合成材料纵向铺设长度的确定方法可以看出，它是采用了经验方式来进行了处理，而并没有充分考虑在路基使用过程中加固段还起到了对正常路基与桥（涵）台差异沉降的过渡作用。

3 考虑加固段对正常路基与桥台差异沉降的确定方法

[作者简介] 魏国安（1981－），男，河南郑州人，硕士，主要从事建设工程设计、施工、管理及相关工作。

通常在桥（涵）台后填土设计过程中只考虑由于台后填土的压实度不够或该处出现软土地基等原因而造成的路基下沉的加固设计，对台后易产生沉降的路基进行加固，从而提高其承载能力，减小该处路基的沉降量。而实际上，正常路基在运营后也将产生沉降，而该沉降是由于土的逐渐固结而逐渐产生，整个过程会延续许多年。由于桥（涵）台的承重大，所以在设计中常常采用桩等这些承载能力大的基础，因而其沉降量较小，如将桩打到基岩上，则其沉降量几乎为零，这样便造成桥（涵）台和正常路基产生了较大的差异沉降，所以桥头的加固段也起到了从桥（涵）台到正常路基的过渡作用，因而在设计加固段的长度时必须考虑过渡段需要的最短长度。

为了研究方便，通常做如下规定：假设桥端部刚度为k,加固段刚度为k’,当k／k’0.1时，

则可不考虑桥台沉降，反之，应与考虑。设计控制桥台基础工后的沉降量一般为 2cm～3cm，一般路基容许工后产生的沉降量为30cm（高速公路和一级公路）或50cm（二级公路），所以正常路基与桥（涵）台的最大容许沉降差h＝27cm或h＝47cm。

当汽车跳起瞬间，车辆受到的竖直方向的力有空气阻力、滚动阻力和重力。由于空气阻力在竖向车辆速度不大且运动轨迹长度较小时影响小，所以忽略不计。则车辆在竖直方向运动的轨迹方程为：

(2)

式中，v为汽车与空气的相对速度，可取汽车的行驶速度（m/s）；G为车辆总重力；f为滚动阻力系数，沥青混凝土路面可取0.01～0.02；θ为道路翘起坡角，由于θ很小，可将其近似等于道路纵坡度i，此处为桥头过渡段的坡度，为正常路基与桥（涵）台的最大容许沉降差h与过渡段长度L的比值。

由式（2）积分并代入初始条件（t=0时vy=v0sinθ，v0为设计车速），可得：

(3)

由式（3）积分并代入初始条件（t=0时X＝Y＝0），可得：

(4)

当vy=0这一时刻，汽车跳起的高度最大，则令vy=0，由式（3）可得：

（5）

将式（5）代入式（4）可得：

（6）

式（6）即为不同设计车速、坡度的道路汽车行驶时跳跃的高度。由于θ很小，所以可取，故式（6）可简化为：

（7）

一般认为当Y＞2cm时乘客有明显的颠簸感，故以Y＝2cm来控制道路坡度。

由上面的推导过程易知，桥头跳车的跳跃高度与加固段长度和设计车速有密切关系，所以在确定加固段长度时应从限制车辆跳跃高度入手，依据不同设计车速和桥（涵）台与普通路基的差异沉降h来确定，同时考虑规范规定的最短加固长度的限制，两者结合来完成最终的加固长度的确定。

4结论

由以上分析可知，在利用土工合成材料加固台后填土解决桥头跳车的问题时，应综合考虑土工合成材料对台后填土的加固作用和加固段对正常路基与结构物差异沉降的过渡作用这两个方面。若只按规范计算，则可能会出现算例中的加固段偏小的情况。所以在设计中应将结合以上两个方面考虑，这样得到的确定利用土工合成材料加固路基的长度的方法才较为合理。

参考文献

［1］交通部第一公路勘查设计院.公路软土地基路堤设计与施工技术规范［M］. 北京：人民交通出版社，1997.

［2］王晓谋，袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］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.

篇9

关键词：塑料扁丝编织土工布；湿度；拉伸试验

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

中图分类号：TU5 文献标识码： 文章编号：

1.前言

随着近些年来岩土工程材料的发展和需求，土工合成材料已经成为最常见的材料之一，在交通、水利、海港、水土保持、航道整治及维护等各项工程领域中得到广泛应用，特别是长江航道整治工程中，近年来，土工合成材料已在护底、护坡等结构中得到广泛应用，成为用量最大的材料之一，土工合成材料的质量直接影响了航道整治工程的质量，因此，对土工合成材料的质量检测数据的及时性与准确性也将对直接影响施工进度和质量水平。

在《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50-2006)中，规定了试样应在标准大气压条件下调湿24h，标准大气为三级标准，温度为20℃±2℃、相对湿度65%±5%。但其在宽条拉伸试验时，规定如确认试样不受环境影响，则可不就行调湿和状态调节。由于调湿环节耗时长，严重影响了土工织物的检测速度，特别是力学性能指标。

塑料扁丝编织土工布作为航道整治工程中最常见的土工合成材料之一，为提升该土工布拉伸性能的测试速度，进一步确保检测数据的及时性，有必要对其受湿度影响的情况进行验证，以便合理提升塑料扁丝编织土工布相关指标的检测速度。

2.试验条件

本试验所选用的材料为武汉恒海土工工程材料有限公司生产的规格为200g/m2塑料扁丝编织土工布，该样品质量均匀，无明显外观缺陷。

2.1标准方法试验结果

严格按照《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50-2006)要求，在调湿24h后，在湿度为60%、温度为20℃环境条件下，试样尺寸、拉伸速度、夹持方式等各种条件严格按试验标准要求开展试验，试验数据见下表：

表1 塑料扁丝编织土工布试验结果

2.2对比试验环境设计

为了研究测试环境湿度对土工合成材料拉伸性能的影响，本次试验设定了5个不同的湿度测试环境，试样在以下环境中放置24h，具体情况如下：

测试环境一：在标准大气压下，处于温度20℃±2℃、相对湿度25%±5%条件下调湿24h；

测试环境二：在标准大气压下，处于温度20℃±2℃、相对湿度45%±5%条件下调湿24h；

测试环境三：在标准大气压下，处于温度20℃±2℃、相对湿度65%±5%条件下调湿24h（JTG E50-2006中要求的标准调湿环境）；

测试环境四：在标准大气压下，处于温度20℃±2℃、相对湿度85%±5%条件下调湿24h；

测试环境五：湿态试验，将试样浸入温度为20℃±2℃的蒸馏水中，浸润时间应足以使试样完全润湿或至少24h。为使试样完全湿润，在水中加入了不超过0.05%的非离子型润湿剂。

表2 拉伸性能试验不同湿度测试环境

3.试验结果

3.1试验过程

对不同环境下处理24h后的试样进行抗拉强度试验，对比试样数量按标准要求选取5块，每个试验样品取出后，确保在3min内完成试验，以避免测试环境变化对样品的性质造成影响。

按计划依次对5个不同湿度测试环境条件下的试样进行了试验，对不成功的试验进行了补充，剔除不合理的试验数据，对所有有效试验数据进行了统计，试验数据如下：

表3 湿度对塑料扁丝编织土工布拉伸性能影响试验结果

图1 湿度对塑料扁丝编织土工布纵向拉伸的影响

图2 湿度对塑料扁丝编织土工布横向拉伸的影响

3.2试验结论

从试验数据分析来看，5个不同测试环境条件下的纵向拉伸强度和纵向伸长率、横向拉伸强度和横向伸长率大小在一定幅度内随机变化，没有呈现出一定的规律性，两者未见明显对应关系，且其检测结果平均值与标准环境下检测结果基本一致。因此，根据本次试验可以初步认为，短期的湿度变化所引起的测试环境不同对塑料扁丝编织土工布的拉伸性能没有实质性的影响，或者短期的湿度变化对塑料扁丝编织土工布的影响程度小于土工布自身材料均匀性的影响程度。

分析其原因，由于扁丝编织土工布是由塑料扁丝组成，其质地密实，不吸水，因此，水对扁丝编织土工布的组成、受力均影响不大，因此，湿度对其拉伸强度影响不大。

4.意见与建议

根据本次试验结果，湿度对塑料扁丝编织土工布的横向及纵向抗拉强度及延伸率影响较小，依据《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50-2006)中要求，可在试验过程中不进行调湿和状态调节。

由于本试验仅针对扁丝编织土工布，其它土工布在进行拉伸试验时是否能不进行调湿和状态调节尚未能确定，需通过进一步试验验证不受湿度等环境影响时才可省略调湿环节。

参考文献：

[1] 孙钧,迟景魁,曹正康等.新型土工材料与工程整治[M].北京:中国建筑工业出版社,1998: 29-30.

篇10

关键词：土工格栅， 路基， 不均匀沉降

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

中图分类号：U213.1文献标识码：A文章编号：

土工格栅作为我过90年代从意大利引进的土工施工技术，在解决铁路和高速公路填方路基不均匀沉降的问题上发挥了重要的作用。浙赣铁路横跨江西、浙江两省，大部分位于江西省中部，地形较复杂，气候潮湿，高填深挖比较多，线路经过地区以东部以平原、西部以丘陵山地为主，软基多。山区地段填方高度达到了25米，浙赣铁路提速改造工程对于路基的稳定性，工后沉降要求较高，解决路基的沉降量，和保持路基的稳定性成为路基施工中的重要的技术问题。浙赣铁路提速改造工程九标段在路基填挖交界处以及半挖半填地段，除了采用A、B类土作为填料并按规范做好碾压外，还铺设了一定数量的土工格栅来控制路基的沉降。通过沉降观测，路基经过一个雨季后的工后沉降量不到10mm。通过工程施工试验证明，在路基的填挖结合部位铺设一定数量的土工格栅可以改变土体的力学性能，有效的克服路基的不均匀沉降问题，保持路基的稳定性。

1 土工格栅的特点

土工格栅是一种用高密度聚乙烯（HDPE）等聚合物为主要材料，加入了一定的防紫外线，抗老化助剂，经挤压加工再拉伸制作而成的格栅状土工合成材料。或以高强度化纤为原料制作的格栅状土工合成材料。根据材料在平面的两个方向上抗拉强度的不同，有单向土工格栅（TGDG）和双向土工格栅（TGSG），同时按抗拉强度的大小，又有多种型号的单向和双向土工格栅。

本工程中使用的是TGSG25-35型双向拉伸聚乙烯土工格栅，其纵向强度均匀，耐久性好，具有很高的抗拉强度、柔韧性、延展性以及较高的抗疲劳性能。在土木工程应用中，主要有加筋、压实、抗变性和隔离作用。此外，其网状结构可使空隙水压力更快的消散，借助于格栅网面层的高摩阻力而产生的高抗拉强度，可以增加结构层材料的整体性和剪切强度。

2 理论依据浅析

按摩擦加筋原理解释为：土工格栅布设于填挖交界、半填半挖部位的路基中，沉降量小的一端相当于锚固端，沉降量大的一端则相当于自由端，自由端下沉时的剪切破坏受土工格栅的约束，土工格栅企图从锚固端拉出，而锚固端受到其上部土体的重力作用所产生的摩擦力的影响阻止了自由端的下沉，从而维持了土体的稳定性，也就控制了路基的不均匀沉降。摩擦力T的大小与上部土体的重量N，摩擦系数F以及锚固端长度成正比关系：T=2FLγ（γ代表覆盖土的容重）。

3 土工格栅布设的一般规定

3.1 土工格栅布设地段

土工格栅布设在沉降量有差异的地段，主要包括路基填挖交界处（图一）、半挖半填地段（图二）以及路基帮宽填筑地段（图三）。

图一：路基纵向填挖结合部土工格栅布置图

图二：路基横向填挖结合部土工格栅布置图

图三：并修、拨移路堤帮填地段

3.2 土工格栅布设层位

在进行路基施工过程中,布设土工格栅的最佳层位应使摩擦力T尽量靠近极限抗拉强度。充分考虑工程投资、工期及土工格栅在保证路基质量方面的辅助作用，确定土工格栅布设在路基顶面以下200cm（路基帮宽填筑地段为150cm）位置。路基纵向填挖交界处沿纵向设台阶，台阶宽度不小于1m，台阶底设置2～4%向内倾斜的坡度，按台阶设土工格栅。路基横向填挖结合部在路槽顶面以下200cm位置设土工格栅，间距1.5m，设2～4层。

3.3 土工格栅布设方向

土工格栅的布设根据挖填结合部形式的不同采取不同的布设方向。在路基填挖交界处，土工格栅纵向与路线纵向平行布设；在路基半填半挖处，土工格栅纵向与路线纵向垂直布设。

4 土工格栅铺设具体措施

4.1 土工格栅材料准备

本工程选用土工格栅材料的纵向屈服伸长度率≤13%，横向屈服延伸率≤16%，每延米纵向拉伸屈服强度≥25KN/m，每延米横向拉伸屈服强度≥35KN/m的双向型土工格栅TGSG25-35。铺设前对有褶皱的土工格栅，一定要拉直整平。

4.2 土工格栅铺设

采用预拉加筋工艺铺设土工格栅。铺设时先整平清扫下承层，然后摊开土工格栅，沿土工格栅纵向利用人工预拉，使其承受一定的预应力，并利用U型钉固定在路基上。施工过程中不允许出现土工格栅鼓包、断裂现象。

土工格栅铺设要求幅之间纵向采取密贴排放，横向采用连接棒连接或搭接法连接，连接强度不低于设计强度，横向接缝错开不小于1m。纵向搭接采用重叠或捆绑的方法，重叠搭接长度不小于30cm，捆绑搭接长度过不小于10cm，捆绑法用聚乙烯绳螺旋式的将上下格栅条捆绑在一起。铺设时使格栅与土层密贴，每隔一定距离用U型钉将格栅固定。

格栅铺设后及时用砂或其他渗水材料覆盖40cm厚，并按设计要求铺回折段砂，外边逐幅回折1m，用砂压住，然后进行整平、压实达到设计要求。

4.3 铺设土工格栅的路基碾压

对铺设土工格栅的路基进行碾压时，禁止重车和其它施工机械直接碾过土工格栅表面。铺设好土工格栅后，每一层填土可在土工格栅旁边卸土，用推土机摊铺土方，碾压时采用轻型压路机压实，避免损伤土工格栅。

4.4 土工格栅保存

土工格栅保存在阴凉的地方，禁止将土工格栅长时间暴露在太阳光下超过48h。

5 实施效果

在路基施工过程中，通过在路基填挖交界、半填半挖地段以及路基帮宽填筑地段使用土工格栅不仅保证了路基稳定性，而且减小了沉降并控制不均匀沉降。从工程的实际情况看，路基质量稳定，无明显的路基沉降现象，说明土工格栅在保证路基稳定性及减少沉降上起到了明显的成效。

6 应用前景

由于土工合成材料所具有的功能和特征性及其在工程实践中的卓越成效，现在土工合成材料己经广泛应用于铁路、公路工程的路基、路面、排水、防护等各种结构中。

——加筋土挡土墙公路旁边和垂直挡土墙中加铺土工合成材料，可提高挡墙的承载能力。

——路面、路基增强土工合成材料可用于公路路面、路基的补强，尤其是在软地基的公路，解决了路面裂缝、车辙压痕问题，可大大提高路面、路基的承载力和使用寿命。

——边坡防护用土工合成材料铺在铁路、公路边坡上，可防边坡上的石块和泥土滑落到路上，危及行车安全。