土工合成材料的功能范文

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关键词：土木工程材料；创新能力；实践能力；理论教学；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0205-03

学校教育的教学方法经历了从注入式发展到启发式，从启发式发展到学导式的教学改革过程。“探究型”教学模式早期是由理查德・萨奇曼提出来的，通过观察、分析与科学研究的探索性活动，结合教学法概括形成的，基本按照“问题―假设―验证―结论―反思”等几个环节进行教学设计。国内外学者在教学实践中进行着各种探索性研究，提出过5E（吸引engagement、探索exploration、解释explanation、加工elaboration与评价evaluation）[2]与6阶段（定向、假说、定义、引申、求证与概括）等课堂教学改革模式。全国首届高校教学名师奖获得者，南京大学卢德馨教授认为，研究型教学必须注重在传授知识的同时，注意着力培养探索精神和创造能力。把科学素养、科学思维、洞察能力、科学道德、评价能力、批评精神、合作精神、敬业精神及严谨作风结合到教学中去。

一、课程的教学特点以及学生创新和实践能力培养的必要性

《土木工程材料》课程是工科院校土木工程专业的一门专业基础课，具有很强的理论性和实践性。通过本课程的学习，使学生不仅能够根据不同工程要求和环境条件选用合适的土木工程材料，而且能理解材料性能与工程设计参数及施工措施的相互关系，初步具备分析和解决在实际工程中出现有关土木工程材料方面问题的能力。长期以来，我国大多数土木院校的土木工程材料课程的教学都是以教师讲授为主体，而忽略了学生的主体地位，培养出来的大学生缺乏创新思维和创新能力，无法适应社会对创新人才的需求。因此，土木工程材料课程教学必须改革，转变人才培养方式，以培养大学生的综合素质和创新能力为教学导向和工作重点。

2012年5月22～24日在南京举办了“苏博特”杯第二届全国大学生混凝土材料设计大赛，此活动由中国混凝土与水泥制品协会教育与人力资源委员会、全国高等院校建筑材料研究会共同主办，东南大学、江苏博特新材料有限公司共同承办，有56所高校的材料、土木和交通领域的288名学生、89名参赛指导教师组成的96支参赛队伍。东南大学副校长郑家茂教授在开幕致辞中说到，我们正处在一个创新时代和基础设施建设快速发展的时期。创新呼唤人才，人才依靠教育。注重教育创新、培育创新人才已成为当前高等教育学校改革的主旋律。突显学生自主探索、鼓励学生创新实践成为高等学校教学改革的热点、难点和重点。尤其是当代建筑物的规模、功能、造型和相应的建筑技术越来越大型化、复杂化和多样化，所采用的新材料、新设备、新的结构技术日新月异，超高层和超大跨度建筑、特大桥梁等大型复杂结构建筑对土木工程材料的要求越来越高，使之面临的挑战也越来越大。从事土木工程材料学习研究的学子们需要不断开拓创新，研究、解决层出不穷的新要求带来的新材料难题。

二、当前课程教学存在的问题

1.理论教学存在的问题。随着土木类高校课程体系地调整，土木工程材料课程的总学时被大大压缩而土木工程材料课程内容又很多，涉及的材料多达几十种，每种材料的性能又千差万别，彼此相关性不强。为完成教学任务，大多数教师的教学方法以“满堂灌”的方式为主，未能留出足够的时间和精力来引导学生独立思考、发现问题并相互讨论。因此，目前这种教学方式对培养学生的创新性思维和创新能力不利。

2.实验教学存在的问题。在土木工程材料课程的实验教学中同样存在着许多问题，主要表现在以下三个方面。第一，传统的实验教学模式就是先由实验教师讲解实验任务和实验过程，然后学生按教师的要求分组进行验证性实验。实验教学形式单一，教学方法机械，教学手段落后。实践证明，这种“验证式”的实验教学模式难以激发学生自主学习的兴趣，已经不适应当前以素质教育为核心，以培养学生创新和实践能力为重点的高等教育体制。第二，随着土木类高校课程体系地调整，土木工程材料课程的实验课时减少很多，且实验内容陈旧，教材滞后，跟不上科技发展的步伐，与工程实际脱轨。学生很难进行一些大型的综合性、设计性的创新型实验。第三，实验技术力量有待加强。随着实验改革地推进，仪器设备的不断更新，实验室人员的技术水平相对滞后。实验教学人员缺乏必要的再培训机会，原有的知识结构老化，无法开发设计出更多高质量的实验项目，抑制了学生创新能力的培养。

三、学生创新和实践能力培养的实施方案

1.课程内容方面。教师通过仔细钻研教材，增强授课内容的系统性、条理性，帮助学生理清思路，注意用普遍联系的观点分析各种材料在组成、性能和应用上的共性和特性，加强课程内各部分内容之间的系统联系。在介绍各类材料时，要遵循这样的一条主线来介绍：建筑材料的性能是其组成和结构的宏观反映，而原料和生产（施工）工艺又决定了组成、结构，可以表示如右图。

引导学生顺着这条主线去学习，并且培养学生分析、解决材料问题的能力，提高综合素质。土木工程材料常用的大宗材料主要有无机胶凝材料、水泥混凝土及砂浆，沥青及沥青混合料，钢材，砌体材料，其他工程材料（包括建筑功能材料及新材料）。前面三类材料技术较成熟，技术指标明确，在短期内不会有太大变化；后两类材料种类繁多，更新换代较快。根据知识的相关性和独立性，将土木工程材料的教学内容建立知识模块。

2.教学方法方面。在现有的多媒体教学基础上，需对教学方法进一步改革和创新。在教学实施过程中，结合学习主线“CPU”，即材料组成（compositions）、材料性能特点（properties）以及该材料的使用法（usage或utilization）等三个部分。这三个部分内容贯穿每类材料的整个篇幅，因而也是贯穿《土木工程材料》课程的主线。本项目拟采用这条主线在教学中进行实践。比如，‘水泥’部分，教学过程中只要把握“CPU”主线，即组成（硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝酸四钙等四大矿物）、技术性能（细度、凝结时间、水化放热、强度等）以及使用（不同的水泥具有不同的性能，其应用范围、注意事项不同等），便可将其内容全部涵盖，也能够对其有一个整体掌握。

在课堂讲授过程中，应尽量采用多种不同的教学方式或方法，通过课前复习，课后预习调动学生的学习积极性，讲课时适当穿插提问、设疑，启发学生主动地、积极地进行正确思维，同时鼓励学生随堂提问，让学生参与讨论，发表观点，这样一来，既活跃了课堂气氛，又激发了学生的学习兴趣，培养他们分析解决实际问题的能力。该课程的叙述性较强，运用课堂设问，以问答促思维，对比直接讲解的方法，课堂设问更能唤起学生学习的自我参与性，也可以灵活运用一些与材料性能相关的生活类小常识，调节课堂气氛。

适当和教师科研课题相结合。将一些已有科研项目成果或在研科研项目穿插在课程内容中，使学生了解土木工程材料的最新科研动态，对土木工程材料在建设中所起的作用有更深刻的认识，提高他们的学习积极性。对一些学有余力和有兴趣的学生，可以引导他们参与到科研项目中，做一些和材料相关的基础工作，这样可以使学生较早养成科研习惯，掌握一些科研方法和最新科研信息。

3.实验教学方面。首先老师应该从思想上重视实验教学，注意教学方法。在上实验课前作好充分的准备，如实验教学大纲、讲义等，开始上课后，一般花10～15分钟，将本次实验的目的、要求、操作注意事项讲述清楚（应有适当的演示）。当学生进行实验时，指导教师应耐心指导，对于验证性实验应严格要求学生按照实验操作规则操作，观察学生每个实验步骤，并随时纠正。同时，教师应鼓励学生大胆进行综合性、设计性实验，培养学生的探索精神，使学生学会开展未知领域的实验，而不至于在碰到新课题时束手无策。

四、结论

《土木工程材料》教学中学生创新和实践能力培养是非常有必要的，针对当前在课程的理论和试验教学方面存在的问题，提出了从课程内容建设、启发式教学方式的采用和实验教学方式三个方面进行改革。学生通过本课程学习，不仅能够掌握专业的基础知识，而且能够培养发现问题、分析问题和解决问题的能力，激发学生的创新精神，提高综合素质；另外，利用开放实验室，鼓励学生自主设计、自己实践，使学生的动手能力和创新实践能力得到进一步的锻炼。

参考文献：

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[5]刘尧.创新人才培养需要转变的教学观念宋小瑛.培养学生创新意识和团队精神――“苏博特”杯第二届全国大学生混凝土材料设计大赛纪实[J].混凝土世界，2012，（6）.

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[8]刘颖，赵江倩.土木工程材料实验教学改革与创新[J].南昌工程学院学报，2011，30（5）.

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关键词：土工合成材料；道路路面裂缝；防治；应用研究

中图分类号：U41文献标识码：A 文章编号：

我国经济的快速发展和社会主义建设事业的需要促进了土建工程的繁荣，人们同时也对土建工程的质量提出了越来越高的要求，这也催生了一些新型建筑材料的产生，特别是土工合成材料。土工合成材料在土建工程中得到广泛应用，而道路路面质量对一个道路工程的质量产生极其重要的影响，因此对其在道路路面裂缝防治中的应用研究有着重要的现实意义。

一、土工合成材料概述

1.土工合成材料的含义

有关土合成材料的定义众说纷纭，不同的学者和技术规范以及不同国家有不同的定义,本为仅就《土工合成材料应用技术规范》对土工合成材料进行定义。《公路土工合成材料应用技术规范》认为土工合成材料是“以人工合成的聚合物为原料制成的各种类型产品，是岩土工程中应用的合成材料的总称。可置于岩土或其它工程结构内部、表面或各结构层之间，具有加强、保护岩土或其它结构功能的一个新型工程材料”。

2.土工合成材料的种类

土工合成材料的种类多种多样，而现在主要的土工合成材料主要土工织物、土工膜、土工格栅、土工特种材料和土工复合材料等几种。而土工格栅又可以分为塑料类和玻璃纤维类两种，同时土工复合材料又可以分为土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格室和聚苯乙烯泡沫塑料等。不同种类的土工合成材料在工程中有着不同的作用，在提高工程的质量方面发挥着重要作用。

二、土工合成材料在道路路面裂缝防治中的应用

毫无疑问，土工合成材料在各种工程中得到广泛应用。道路工程作为各种工程的一种，而路面作为道路工程的重要施工环节，土工合成材料在对于路面的裂痕防治中也得到应用，下面主要就此展开。

1.土工合成材料在旧沥青路面裂缝防治中的应用

沥青路面的裂缝主要是由于车辆的行驶和道路所在地区和周遭的环境双重作用下造成的，这种裂痕对道路的使用寿命产生重要影响。在道路路面裂痕防治的施工过程中，通过铺设玻纤网、土工织物等土工合成材料，一方面可以通过这些土工合成材料可以讲路基的垂直传递转换为水平传递，从而防止路基的垂直传递造成路面的裂痕，在提高道路路面施工质量的同时也可以提高路面的使用年限。另外一方面，通过在路面裂痕防治的施工过程中铺设玻纤网、土工织物等土工合成材料，在可以大大力高路面的防水效果和防止由于水分渗入路基对道路造成巨大破坏的同时也可以防止由于路基损坏在成的路面裂痕。

在利用土工合成材料对旧沥青路面进行裂痕防治的过程中，施工人员要严格按照技术规范和施工程序进行，从而确保对旧沥青路面裂痕防治的质量。首先，在施工前施工人员除了要对旧沥青路面的裂痕进行外观考察之外，他们还要进行相关测量，收集将运用于施工过程中的各种数据，以为设计出合理的防治方案和以后施工的正常进行做好准备工作。其次施工时，要做好旧沥青路面的清洁和平整工作，只有这样才能有利于土工合成材料的铺设，降低施工的难度和提高施工质量。在对土工合成材料进行铺设是，施工人员可以先固定一段，在由施工人员或机器设备进行拉紧，在拉紧的同时固定好土工合成材料的另外一端。而对于土工合成材料的的拉紧，要使其伸长率在充分拉开的情况下不大于1.5%。而在和玻璃纤维网进行连接时，要是其和玻璃纤维网横向保持在8厘米到10厘米之间，而纵向应为5厘米至8厘米之间。如果是土工织物纵横向都应该保持在4厘米到5厘米之间。当然，在他们的连接处都要进行固定。最后，尽管在铺设完土工合成材料之后，由于玻璃纤维和土工织物不同。在土工合成材料上洒粘层油进行最终固定的工序有所不同，但要严格按照工序进行，这样才能保证对旧沥青路面裂痕防治工程的质量。

2.土工合成材料在旧水泥混泥土路面裂痕防治中的应用

对于旧水泥混泥土路面的维护，现实中采取的主要方法是用沥青混凝土进行加铺。然而加铺后的水泥混泥土路面由于车辆的不停碾压，特别是在温度的作用下往往会出现裂痕。同时温度的变化也容易导致加铺层产生水平的位移，是加铺层脱离原位而产生裂痕。

为了使加铺层和原水泥混泥土路面不致容易出现裂痕，施工人员可以时施工时，铺设玻璃纤维网和土工布等土工合成材料以增加加铺层和原水泥混泥土路面的粘合度，以防止此种现象的发生。同样，施工人员在施工前，要对就水泥混泥土路面进行外观测评，以研究考虑采用何种施工措施。如果，加铺层和原水泥混泥土路面的位移相对较小损坏不严重，施工人员可以采用相对简单的技术措施加以修复。但如果加铺层和原水泥混泥土路面的损坏比较严重，不能进行简单技术处理时，施工人员就要对损坏部位进行挖空处理。在挖空后清理干净挖空部位，对路基进行重新填充，然而在填充完毕之后，可以再其上面铺设玻璃纤维网和土工布等土工合成材料，并对其进行加固处理，施工顺序基本和对旧沥青路面的处理一样。这样，重新完成的加铺层不但能大大提高其使用的年限，而且防裂痕现象的效果也大大提高。

3.土工合成材料在新建道路路面裂痕防治中的应用

就新建道路路面来说，采用土工合成材料进行裂痕防治是最根本也是最有效的手段。可以说，采用土工合成材料进行路面裂痕防治的道路路面相对于那些没有采用的在使用年限和质量上是不能相比的。新建道路路面的裂痕主要是由于道路的半刚性基层自身的收缩造成的。如果在新建道路路面的施工过程中，铺设土工合成材料如玻璃纤维网和土工布等，由于这些土工合成材料自身的伸延性很小，从而能够加强半刚性基层的稳固性，使其减少由于自身的收缩对路面造成的影响，不致容易出现裂痕。

对于新建道路中土工合成材料的铺设，施工人员应该在铺设之前先做好下承层表面的清洁工作，然后将土工合成材料沿路基的方向进行铺设，根据不同的土工合成材料采取不同的粘连加固措施。而土工合成材料的连接处，横向应该不少于5厘米，而纵向应该不少于15厘米。在铺设完土工合成材料之后，要采用相关的路面碾压机械设备对已铺设好的土工合成材料进行碾压，使其和面层充分粘合，以为后面的施工做好准备。

三、结语

总之，土工合成材料对于道路路面裂痕的防治以被广泛应用，并取得了良好的防治效果。我国的领土广阔，道路众多，采用土工合成材料对路面裂痕进行防治具有很好的发挥空间。我们应该在应用的基础上不断加大土工合成材料的研究，以是土工合成材料在我国道路路面裂痕防治中发挥更大的作用，为我国的社会主义现代化建设作出更大的贡献。

参考文献：

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土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称，属新型土木工程材料。土工合成材料从学科上分属于高分子材料学科，从应用工程上分属于土木工程。作为一种土木工程材料，它以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原材料，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，具有反滤、排水、隔离、防渗、防护、加筋等多种功能。土工合成材料是继木材、钢筋和水泥的第四种建筑材料。目前，土工合成材料的应用范围已遍及水利、水电、水运、公路、铁路、港口、建筑、采矿、钢铁及军工等工程的各个领域。

土工格栅系土工合成材料中的一种，其按材质不同分为塑料拉伸格栅、钢塑格栅、玻璃纤维格栅和涤纶经编格栅。，它具有优越的加筋性能，可以广泛应用于铁路、公路、水利及环保工程等领域，用于加筋土地基、土边坡、土挡墙、土桥台、河岸和路堤，同时对于边坡生态防护、加筋路面抗裂和高速公路路基不均匀沉降控制起到很好的作用，对于提高工程质量，缩短施工周期，节约工程成本，延长大型基础设施寿命起到了关键性作用。

二、塑料土工格栅

在土工格栅中，塑料土工格栅和涤纶经编土工格栅是应用最广泛的格栅类土工合成材料，也是发展最快的土工格栅产品；而玻纤土工格栅和钢塑土工格栅的应用范围相对较小，发展偏缓。塑料拉伸格栅是用聚丙烯、聚乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅。上世纪80年代初期在英国开发成功，目前国内塑料土工格栅的生产厂家有20多家，但专业塑料土工格栅生产厂家不到10家，所生产的格栅大部分用于公路与铁路铺设及相关挡土墙、边坡防护、桥台等工程。2009年我国塑料土工格栅的消费量达到了1.4亿平方米。

土工格栅市场在四种土工格栅竞争中不断拓展。近年来，土工格栅的用量增长较快。2008年我国土工格栅市场规模20.75亿元。2009年我国土工格栅市场规模达26.07亿元。四类土工格栅中，塑料土工格栅面市时间最早，尽管在经编、玻纤和钢塑土工格栅进入市场时，塑料土工格栅的市场受到了较大冲击，但从近年来的市场接受情况看，随着塑料加工技术的突飞猛进，塑料土工格栅性能大大提升，其优越性能又重新得到市场的认可，市场增长较快。据相关统计，2009年塑料土工格栅市场规模达14.28亿元，在整个土工格栅使用量中所占比例接近55%。

三、土工格栅的市场及应用

土工格栅在工程基建中的作用已得到广泛的认可，根据铁道部、交通部、水利部颁布的《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）、《铁路路基土工合成材料应用设计规范》（TB10118-2008J532-2006）、《铁路路基工程施工质量验收标准》、《铁路路基设计规范》、《公路土工合成材料应用技术规范》（JTJ/T019-98）、《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》、《公路沥青路面设计规范》、《公路水泥混凝土路面设计规范》、《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）等设计、施工规范文件，土工合成材料及土工格栅可用于涉及交通领域的公路、铁路、民航机场建设等多个领域的施工建设。随着我国在铁路、公路及市政工程市场、水利投资等各项工程上大力投资，土工格栅的需求量将逐年增加。

1）铁路市场

《国家铁路“十二五”发展规划》中提出到到2015年，全国铁路营业里程达12万公里左右，其中西部地区铁路5万公里左右。西部地区城市密度和人口密度较小，铁路建设中路基里程较多，对土工合成材料的需求量会增加。

同时，《国家铁路“十二五”发展规划》提出加强绿色铁路建设，扩大新能源、新产品、新材料的应用，积极推广节地、节材技术，这些要求为土工合成材料提供了机会。

2）公路及市政工程市场

土工合成材料在公路工程中应用比较广泛，公路中主要采用土工合成材料来解决沥青路面反射裂缝病害问题，同时公路中隧道、挡墙比较多，所以应用的土工膜、土工格栅比较多，城市内的市政道路建设也采用土工合成材料，以减少道路返修率。港口建设、航道建设、机场建设等各项建设工程都需要使用土工合成材料，主要使用：土工格栅、非织造布、土工膜等土工合成材料。。

《高速公路“十二五”发展规划》中提出到2015年国地两网高速公路共计通车里程约达14万公里，5年建成国家高速公路网3.5万公里；这些工程项目增加了土工合成材料的需求。

3）水利市场

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随着水利工程建设的不断发展，与水利工程相关的技术工艺也都在不断提高，新型材料施工技术也不断应用到了水利工程的建设当中。在水工建筑项目施工的过程里，土工合成材料因为具有施工效果好、成本低、抗腐蚀性、防渗性等优点得到了越来越广泛的应用和提升，与此同时，土工合成材料的应用也让水利工程建设的工程质量变得越来越有保障。

2土工合成材料

2．1意义与特点

作为土工工程材料当中的一种常见材料的土工合成材料，其是利用人工制造合成的聚合物作为原始材料，继而通过加工制造成各式合成产品，在施工的时候固定在岩石或土体表面或者里面来达到加强土体结构强度目的，并让土体结构有足够的保障且更加稳定。土工合成材料中的土工主要指的是岩石工程与土工工程，而合成材料即是通过合成材料加工制造出来的合成产品。土工合成材料在岩石与土工工程中的应用很广泛。通常来说，制造合成产品的原材料主要是高分子聚合物，且大部分是从煤、石油、天然气等提炼出来，再通过后续的加工将其处理成合成材料，继而制作成合成产品。土工合成材料在岩石工程、土工工程当中的应用，带来了很多方便之处。与类似的建筑施工材料进行对比，土工合成材料拥有施工效果好、施工成本低、自重轻等优点，此外，它还具有很好的抗腐蚀性，能够提高工程或产品的使用寿命。

2．2适用范围

因为土工合成材料的功能特性，其在水工建筑物施工中的应用尤为广泛，这也是缘于水利工程的基础、防渗墙结构等，使得它能够得到很好的施工效果并且能够让施工的成本与造价在一定程度上降低。水利工程基础建设的投资逐年加大，工程建设的规模和数量也同样不断在增加，在这样的情况下，如何保障施工的质量、发挥工程的防洪排涝功能，增加使用寿命等都是现阶段面对的重要的问题。土工合成材料的运用，无疑能够在一定程度上发挥出作用，促进水利工程建设事业的发展。

3水利工程中土工合成材料的应用和施工方法

3．1水利工程中水工合成材料的应用

(1)防渗。防渗亦即是防止流体渗透流失，在水利工程中的防渗可以利用复合土工膜来达到效果。一般情况下，水利工程都会有大量引水蓄水的工程建设，一般防渗处理最为重要，而土工合成材料具有很好的防渗性能，正好可以运用到水利工程当中。在这里，防渗性能的好坏需要通过物理力学指标来决定，而对于土工合成材料来说又大部分是弱透水材料，也就是土工膜以及复合水工膜，它们都具有预防渗水与气体侵蚀的作用。大多数的时候，利用土工合成材料进行的防渗都是在土石坝上游的坝面来进行的，这就需要先放干净水库里面的水，之后在坝的上游进行贴土工膜的处理，并且利用钢槽对其进行加固。现在，这种过去的方式逐渐在被水工网格粘贴土工膜进行处理，让土工合成材料的防渗效果变得更好了。除此之外，利用浆砌石坝或者是碾压混凝土坝的上游坝面也可以应用这种方式来进行防渗处理。

(2)防护。通常在水利工程的建设当中，堤坡或者岸坡被破坏的情况时有发生，这对于水利建设工程来说等于是埋下了安全隐患。堤坡或者岸坡被破坏的情况有来自于大自然的不可抗拒因素，也有人为导致的因素，无论如何，必须要加强对于堤坡和岸坡的保护才行。此外，采用的防护措施应该是具有持久性的，最好是无需长期进行维护更新的，从而减少成本的投入也提升对堤坡或者岸坡的保护效果。水工合成材料恰恰具有这样的优势，能够适合这方面的要求。采取在需要被保护的土面上进行土工织物覆盖，并且利用重物压住以防移动的可能。土工织物具有很好的反滤性能，对于预防水流冲刷对于堤坡、岸坡的破坏很有效用。同时，采用土工织物的办法比较简单可行，成本相对比较低，且无需维护维修，是一种十分可取的办法。

(3)排水。土工合成材料不但具有抗腐蚀性、能够防渗，起到防护以及隔离的作用之外，还能够帮助水利建筑物进行排水。通常来说，处理的办法就是用土工合成材料在水利建筑的土体中建立起一条专门的供土体中水流流动的通道，由此将水流导出水利建筑内。这种排水办法也需要在土坝内部垂直或者是防渗水工膜后面或者土坝内部水平排水以及土坝混凝土护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)坡面铺膜。坡面铺膜可以说是当下土工合成材料施工时最为普通的施工方式，但它在施工时的技术与质量的控制却起着重要作用。目前的水利工程施工项目是以土石坝坝体结构模式为主，在进行施工的过程中，土工膜的施工十分关键。一般来说，要进行坝体的水工膜铺设采用顺坝轴方向是没有问题的，但是垂直坝轴方向的效果要更加的好一些。只是，垂直坝轴方向铺设的焊缝长度要比顺坝轴方向铺设更长，综合来说，顺坝轴方向铺设的方案要更好一点。对于比较高的坝坡，水工膜铺设大部分利用坝上部分垂直坝轴线进行铺设，如此及能够让应力最小，还能够减少焊缝的长度;而坝底则可以利用顺坝轴方向铺设的方案，既减少焊缝长度也能够让基槽迈进不透水层。当铺膜完毕了之后，无论是回填堤脚还是上部护坡都应该动作迅速，免得出现开挖断面局面土质太差而出现滑坡现象。在铺膜的时候，更应该注意动作适度，尽量不要出现应力集中的情况，更要避免人为损伤，而这之外的土工膜和地基结合面应该保证平整无褶皱。

(2)堤脚的开挖和堤身削坡。在水利工程建设当中，如果要进行堤脚开挖或者是堤身削坡就必须涉及到机械的使用。同时，这也需要根据堤坝本身的情况来分析处理，不能够偏离了施工前的项目规划设计才行。如果进行了削坡，在那之后应该要把坡面进行清理，保证坡面的平整度没有受到破坏。对堤身以及堤顶进行开挖必须要分开进行，止滑槽堤脚基础必须根据原先规划好的断面来进行施工。当工程进行到抵达不透水层之后，还需要继续向下开挖一个深一米、宽一米的沟槽，并再次进行断面清理。基坑排水与边坡稳定的工作也要及时处理好，当这些都做好了以后，相关的工作人员再检查堤坡的规格并做好记录，最后报监理工程师来进行验收。

(3)土坝防渗。垂直铺膜与坡面铺膜都是为了达到防渗的目的，在这两个方向进行铺膜的施工与铺设的工艺也有所不同。如果存在尖棱物，水工合成材料很容易受到破坏，而水压力或者土压力过大也可能因为没有约束支撑而受到破坏，包括下层气体与液体的顶托作用都可能造成破坏，甚至是温度、浪击与水位线都可能会对薄膜造成破坏。因此，在施工的过程中，应该尽量避免类似的情况发生，严格按照施工规范与项目的规划设计来进行施工。

4结束语

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关键词：合成材料；岩土工程

合成材料在在施工中由于其施工强度高、质量轻便、耐腐蚀性能高、运输方便和造价低廉等优势成为当前建筑工程施工的主要材料方式。其是高分子聚合物为原料制成的各种人工化合材料的总称，更是具有着高强的物理化学性质。在当前社会技术不断发展的过程中土工化合材料不断的被应用在各种工程施工中，成为施工材料中应用最为广泛的几种材料形式之一。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，其在制作的过程中主要是由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等各种形式的聚合物为主要的基础材料进行分析和应用的。近年来，随着水利工程施工的日益广泛，各种水利工程质量要求不断的提高，成为施工中的主要影响和制约因素。随着当前社会发展过程中，各种技术手段的不断应用，被广泛的应用在水利工程大坝防渗与导渗之中，成为水利工程施工的重点形式。更是为工程施工质量的提高奠定基础。

1、复合土工膜在大坝施工中的应用

土木混合材料在当前的使用过程中主要用于：堤坝的防渗斜墙或垂直防渗心墙、透水地基上堤坝的水平防渗铺盖和垂直防渗墙、混凝土坝和土坝的防渗体、渠道的衬砌防渗和施工围堰的防渗等诸多方面。复合土工膜是土工合成材料的一种，一布一膜、二布一膜、三布一膜等到不同产品。现在把防渗土工合成材料的铺设技术和防渗土工合成材料在工程施工中常出现的问题等方面进行分析和研究。

在坝体工程施工中，各种故障问题涉及的不单单是几个家庭，更是千家万户的问题。在现代水利工程建设施工中，企业质量控制与管理水平是企业在行业内发展的关键。

坝体前坝坡的复合土工膜与坝基混凝土防渗墙及两坝肩混凝土趾板锚固在一起，共同形成前坝面的防渗系统。坝体为透水性很强的爆破料组成，渗透系数一般大于在1×10-3cm/s，可以迅速降低坝体内的浸润线高度，利于坝体的抗滑稳定安全。

复合土工膜自身的防渗效果主要取决于土工膜的物理力学指标及接缝的质量。根据承受的水压力和下垫层，经计算，复合土工膜采用两布一膜（300g/m2/PE0.5/250g/m2），其物理力学指标为：抗拉强度19KN／m，延伸率53.6％，CBR顶破强度3.41KN，垂直渗透系数4.76×10-13cm/s，幅宽4.0m.施工中，一般都要对工厂内生产的土工膜进行拼接，接缝的质量好坏直接影响土工膜的防渗性能和抗拉强度，因此，必须严格按照技术规程进行施工。

土工膜铺设前先进行下垫层无砂混凝土的施工，然后将卷成捆的土工膜沿坝坡由下而上纵向铺放，铺设应平顺，松紧适度，予留大约1.5%的余幅，以免受拉破坏。土工膜展开平整后即可进行拼接。拼接一般采用热熔焊法，该方法焊缝的抗拉强度较高，质量较好。焊接采用自走式热熔双缝焊机，根据膜材种类、厚度和室外气温选择合适的焊接温度及行走速度，先在现场采用小块土工膜进行试拼接，待焊接质量稳定后再进行实际焊接操作。热熔焊法焊缝形式为直缝双道，每道宽度1cm，间隔1cm，焊缝处土工膜搭接宽度约10cm.

复合土工膜周边连接的可靠性，主要是指复合土工膜与坝基混凝土防渗墙、坝肩混凝土趾板及防浪墙的连接。混凝土防渗墙底部及两坝肩趾板与基岩面接合面均需进行水泥灌浆，防止防渗墙底部或趾板与基岩面接合面处渗水，灌浆完毕后，进行压水试验，合格后才能进行下一道工序。复合土工膜与防渗墙、趾板及防浪墙联结采用扁铁和膨胀螺拴锚固连接，为了保证复合土工膜具有一定伸缩能力，周边均设伸缩节。

2、土工合成材料在病险库加固中的应用

近几年，全国各地的病险水库由于年久失修，管涌或者溃坝的事故时有发生，造成了巨大的经济损失。病险库数量多，施工条件复杂，工期短，将质量轻、运输方便、施工简易的土工合成材料正确推广应用到病险库加固当中，具有深远意义。

鉴于该水库坝型为均质土坝，且为老坝体加固，因此在前坝坡上铺设复合土工膜进行防渗，该方法简单易行、施工速度快、可以有效降低坝体内的浸润线高度，增大坝体内的干燥区，提高土体内摩擦角，从而提高坝体的抗滑稳定安全性。坝基进行垂直铺塑，塑膜与坝面复合土工膜连为整体。后坝坡按1：2.25培厚，新老坝体间设褥垫式排水体。

坝基垂直铺塑是一种新的浅基础防渗技术，铺塑深度可达8m左右，开沟宽度只有20多厘米，是解决水库浅层透水地基渗漏严重及延长渗径减小坝后坡脚渗透比降的有效方法。垂直铺塑适用于粉土地基；对于粉砂地基施工中必须做好泥浆固壁，施工速度要快，否则易塌壁。铺塑塑膜采用厚0.3mmPE膜，设计深度应深入粘土层内1.0m，铺完塑的沟槽采用粘土浆充填。铺塑机先将基土破开，然后将事先卷绕在钢管上的塑膜垂直放入槽内，由铺塑机牵引向前移动。钢管上的塑膜用尽前应予留1.5倍的槽深长度，将塑膜拿出沟槽，洗净擦干后用自走式热熔双缝焊机焊接。局部破损的塑膜补漏，可采用PVC胶合剂粘接，粘接宽度不小于15cm，春秋季固化时间不少于12h，要求粘贴牢固、均匀、可靠。塑膜槽口外漏段，应敷土加以保护，避免阳光直接照射。坝基铺塑塑膜上部要与前坝坡的防渗复合土工膜焊接，形成完整的防渗体，降低坝体内浸润线，增加坝体稳定，达到除险目的。

3、土工合成材料在施工中应注意的问题

（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，不得长期曝晒和直立。

（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。

篇6

关键词：护岸工程 材料 生态环境

传统只注重航道航运、防洪功能的护岸理念，使得河道护岸设计多为硬质型结构，导致混凝土材料被大量使用。随着生态工程的呼声日渐高涨，人们生态环保意识的不断提高，大量的天然材料、土工合成材料被应用到护岸工程中。目前内河护岸的材料主要可分为天然材料、混凝土类材料、土工合成材料等三大类[1-2]。面对众多的护岸材料，如何针对航道具体情况合理选择护岸材料是一个难点。因此，本文对目前内河护岸工程中护岸材料的护岸效果、破坏情况以及对环境影响等方面开展调查分析，并建立评价模型对护岸材料综合使用效果进行评价。

1.护岸材料使用现状调查与分析

1.1天然材料

天然材料包括块石、卵石等散粒体刚性材料以及木桩、梢料、竹类等柔性材料。对块（卵）石而言，工程中通常以抛石、干砌、浆砌等形式对岸坡进行防护，这里以块石为例分析其护岸效果。由于块石强度高，采用干砌块石或抛石的工程除耐久性好、使用寿命长、抗冲刷能力强外，还具有一定透水性和生态性。但这类护岸柔韧性差，当受冲击和不均匀沉降时会发生坍塌；墙后填土也易被水流带出，从而影响护岸结构的稳定性。浆砌块石护岸的整体性、稳定性、抗冲刷性及耐久性较干砌块石护岸更好，但其在受冲击和不均匀沉降时会发生开裂或断裂，且透水性较差、生态效应低。

采用木桩、梢料、竹等材料的护岸工程均具有较好的生态效应。这是由于这类材料环境融合度高，对环境不产生二次污染。但当这类材料不具活性时，其耐久性、抗冲刷性较差，尤其干湿交替条件下其使用寿命更低。对于活性材料，除生态效应较好外，由于其根系的锚固作用，护岸具有较强的抗冲性和耐久性。

块石或卵石材料的破坏主要受干湿交替和温度变化等物理作用，逐渐产生风化和冻融破坏；木桩、梢料、竹类这类材料的破坏就是植物的腐朽与死亡。

天然护岸材料对环境适应性好，这类材料本身不会对河道环境产生不利影响。但用于不同结构形式，对环境的影响是不同的。例如，干砌块石护岸不会对河道环境造成不良影响，而浆砌块石护岸，由于其结构的封闭性，不适宜种植植物，故对生态环境、绿化环境有一定的影响。

1.2混凝土类材料

混凝土类材料包括现浇混凝土板（块）、各式连锁块、荣勋砌块、自嵌块、劈离块以及一些生态混凝土[3-4]。采用混凝土类材料对岸坡进行防护时，按型式可分为面板式护岸和透空式护岸。面板式护岸具有强度高、整体性好、抗冲能力强、耐久性好等优点，但因其不透水、生物难以栖息，故生态效应较差；透空式混凝土护岸除了抗冲能力强、耐久性好外，其对环境可接受性好，护岸表面的孔隙不仅有助于河道与岸坡之间的物质、能量和信息的交流，还利于两栖生物的生存。

混凝土类材料用于护岸工程时，其破坏主要取决于混凝土本身的耐久性。由于护岸的混凝土经常处于水位变动区，受到干湿循环与冰冻作用而破坏。对于钢筋混凝土，还可能由于钢筋铁锈膨胀导致混凝土开裂而破坏。

混凝土材料是惰性无机矿物质材料，对护岸环境的影响与结构形式有关：整体面板式结构虽不会对水环境造成不良影响，但其会直接影响护岸的生态环境、绿化环境，使护岸呈现白色化；透空结构不但对水环境无不良影响，而且利于护岸的生态环境。

1.3土工合成材料

土工合成材料包括土工织物、三维土工网垫、生态袋和土工模袋等。土工合成材料在护岸工程中，通常起过滤、加筋土的作用，此外也可直接护岸。这类材料具有柔性好、适应性强、耐腐性好、抗冲刷、渗透性好等优点，但一般不单独作为河道护岸使用，主要用于结构防渗、过滤、加筋、锚固。用于护坡表面时，如软体排，则易受船舶撞击或抛锚而破坏；若是模袋混凝土，其生态效应较差。

土工合成材料的破坏主要由于材料老化，材料的分子结构发生变化，导致

护岸材料评价指标体系中各指标的权重随地区、水文及周边环境等因素的不同而变化。本文研究区域设定为广东省网河区，采用Delphi和层次分析相结合的方法来确定指标的权重集。为使评价结果具有较好的可靠性和指导性，采用Delphi法，特邀江苏、广东地区十四位常年从事护岸研究、设计及施工的各方面专家，对护岸材料的各单项指标进行打分。结果如表一。

（1）使用性分析。使用性得分较高的有：块石、混凝土预制块（实心设计、现浇施工）、混凝土模袋、卵石、木桩等。这是由于在航道中为抵抗水流、船行波冲刷以及船舶的撞击，刚性材料性能较好，故得分较高。

（2）工艺性分析。混凝土预制块（实心设计、现浇施工）、各式透空连锁块、混凝土模袋的工艺性均较好。现代护岸工程广泛采用机械化施工，因此除了梢料、块石等需大量人工、施工繁琐外，其余材料工艺性均较好。

（3）绿色性分析。块石、卵石、木桩等材料绿色性较好，而混凝土模袋等材料绿色性较差，其余材料的绿色性能一般。对于大多数护岸材料而言，除混凝土模袋这类材料外，其他材料或者本身具多孔特征，或者个体之间可组成多孔质岸坡，一般均具有良好的生态透水性，故绿色性较好。

从护岸材料的总评分情况可知，本次评分中得分较高的护岸材料依次是块石、卵石、木桩、各式透空连锁块、生态袋等。

一般具有较高整体性、抗冲性、耐久性和稳定性，除整体面板式护岸会影响河道的生态环境、绿化环境外，其余采用透空式结构的护岸工程对生态环境较为有利。

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关键词：倒滤类型 反滤机理 土工织物的作用 砂料 石料 置换

1.材料

反滤层（inverted layer）指的是在结构进水处铺设的粒径沿水流方向由细到粗的级配砂砾层。反滤层是由2～3层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。同一层的颗粒也不能产生相对移动。设置反滤层后渗透水流出时就带不走堤坝体或地基中的土壤，从而可防止管涌和流土的发生。反滤层常设于土石等材料修筑的堤坝或透水地基上，也常用于防汛中处理管涌、流土等险情。

土工布的作用为当水由细料土层流入粗料土层时，利用针刺土工布良好的透气性和透水性，使水流通过，同时有效地截流土颗粒、细纱、小石料等，以保持水土工程的稳定。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，即反滤功能、排水功能、隔离功能、防渗功能、防护功能以及加筋和加固功能。土工布具有三大作用：

排水作用：土工布是良好的导水材料，它可以在土体内部形成排水通道，将土体结构内多余的液体和气体外。

加筋作用：利用针土工布增强土体的抗拉强度和抗变能力，增加建筑结构的稳定性，以改善土体质量。

防护作用：有效地将集中应力扩散、传递或分解，防止土体受外力作用而破坏。

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摘要依据设计理念的差异，加筋土工程设计方法的发展经历了三个阶段：极限平衡法阶段、极限状态法阶段和有限单元法阶段。通过分析三阶段设计理念的基本假设、原理和适应范围等的差异，为不同加筋土工程应用中选择不同设计方法提供了有益参考。

关键词：道路工程；加筋土工程；设计方法

Henri Vidal，于20世纪60年代初，提出了一项土体加固新技术－现代加筋土技术 ，即在土中加入筋带、纤维材料或网状材料等加筋材料，并借其摩擦力等将自身的抗拉强度与土体的抗压强度结合起来，从而增强土体的稳定性，提高土体整体强度。目前，加筋土技术应用于加筋土挡墙、加筋土边坡、加筋土地基、加筋土路面以及堤坝等工程中便形成了加筋土工程。

一、极限平衡法

目前，加筋土工程的设计方法普遍采用极限平衡分析方法。该方法是对加筋土工程进行稳定性验算，即分析计算整体结构内、外部稳定破坏所需的拉筋材料强度及应力分配。外部稳定性设计分析是将加筋土体视为具有较高强度的复合土体，再根据传统重力式挡土墙外部稳定性设计方法进行计算。内部稳定性设计分析先假设侧向土压力的分布状况，再计算不同深度处平衡该侧向土压力所需的拉筋材料的强度及应力分配。该方法概念明确、方法简单，易于被广大工程技术人员接受。

该方法的具体细节，在不同国家有所差异，因而出现了诸如位移法及变分位移法、DIBt法、锚固楔体法、修正Rankine法、FHWA(1998)法、NCMA(1997)法等等。

1.位移法

1986年，Gourc首次提出以极限平衡法为基础的位移法，并认为在破裂面的附近存在一锚固膜，见图1。该方法用于加筋土边坡的设计，其首先假定一个滑动圆弧面，考虑加筋土的变形，依据锚固膜原理进行计算。

图1 锚固膜原理图

Gourc等对施加于锚固膜上的均布压力P的分布大小和方向作出了假定，并证明这种假定的分布能形成圆形或双曲线形状的膜，并在膜内引起恒定张力。

在加筋土边坡这种结构的设计方面，用位移法来判断这种结构的破坏极限状态，可以给出令人满意的结果，因此被广泛地用于法国和一些其它国家。经过一些试验研究和理论证实，世界范围内的岩土工程师们已经形成了对这种方法的信赖（1992，Gourc等；1990，Yoshioka等；1992，Delmas等；1994，Fidler 等）。这种方法基于土体极限平衡原理，并与土工合成筋材的锚固膜原理相关。

这种方法的优点在于：设计中，它具有考虑筋材延伸性的能力，而这种延伸性正是土工合成材料的主要特性。并且，考虑实际存在的土体－土工合成材料的相互作用原理，它能够校核土体－筋材的应变相容性。

2. 变分位移法

1998年，P.Lemonnier，A.H.Soubra和R.Kastner三人将变分法引入极限平衡分析中，提出了用变分位移法来分析土工合成材料加筋土边坡的稳定性[5]。

这种方法是位移法的一种延伸，其独创性是把变分法应用到膜的平衡状态中。基本设计理念是：确定膜的几何形状，同时就可得出破裂面处筋材的拉力最值；并使用变分法来满足膜的三个静态平衡方程；以锚固膜原理为基础来设计局部稳定性分析的理论模型。

图2 锚固膜原理

变分位移法提出了一种确定筋材拉力的新方法，其主要内容包含以下四点（如上图2所示）：

（1）把变分法用于上行膜AB1的平衡状态中（“上行”以破裂面作为参考）。认为确定膜AB1的极限形状可最小化拉力TA，同时满足膜的三个静力平衡方程。这将得到A、B1两点张力TA与TB1之间的关系。

（2）利用锚固端B1F的拉力与位移的关系，可以确定拉力TB1。在锚固端B1F的任一点，这一关系把拉力T和土体与土工织物的相对位移视为uF 的函数（uF ：点F的相对位移）。该计算方案以1986年Gourc等的工作为基础。

（3）利用上行区（A-F）的位移谐调方程，确定uF值，然后得到TA值。

（4）对于由筋材的断裂或者滑动而引起的破坏，可用下行膜的平衡状态来校核解的正确性。

其中，第2点是“位移法”有含有的，第1、3和4点是变分位移法中新的探讨。

3. 锚固楔体法

锚固楔体法主要包括：0.3H折线破裂面法和郎金直线破裂面法。其中，0.3H折线破裂面法是在条带状刚性拉筋加筋土挡墙的作用机理上建立起来的。该方法用于设计加筋土挡墙，也属于极限平衡法的范围。其外部稳定分析方法与DIBt法基本一致，即把拉筋末端的连线与墙面之间的加筋土当作一个整体墙，按一般重力挡墙的设计方法，检算全墙的抗(水平)滑移稳定、抗倾覆稳定、地基承载力和整体滑动稳定性。其内部稳定分析方面，主要是根据内部破裂面情况，计算作用于墙面板上的水平土压应力、拉筋拉力及其所在位置的垂直应力，然后进行拉筋长度和间距计算、全墙拉筋抗拔稳定检算和墙面板的结构设计。设计图式如图3所示。

图3 0.3H折线法及墙顶荷载扩散图

4.DIBt（双楔体）法

欧洲已广泛使用的德国建筑研究所的设计方法――DIBt（Deutches Institute fur Bautechnik）法，亦称双楔体法。双楔体是指加筋部分的土为楔体1，而相应于库仑理论的墙后下滑体为楔体2，见下图4。该法以极限平衡理论为基础，用于加筋土挡墙以及加筋土陡坡的设计。

图4 DIBt设计计算方法的双楔体

在外部稳定分析方面，假定加筋体为刚性体，对它进行抗滑、抗倾覆、地基承载力及抗深层滑动计算，从而确定加筋体的宽度，即加筋材料长度。进行地基承载力验算时，按“meyerhof均匀分布论”计算加筋体基底压应力。

在内部稳定分析方面，先估计拉筋的布置，只着重考虑拉筋的拉出破坏，采用的破裂面是折线型的，假设滑动面上部沿加筋体边缘且在墙面的不同高度处，每隔3°即有一个计算面。此外，还有两种特殊的面，在两层拉筋之间而不与拉筋相交的面以及沿筋材的滑动面，如下图5所示。按照以上各个不同的计算面来验算拉筋的拔出稳定性，从而确定拉筋的布置。

图5 DIBt法内部稳定性验算中的假设滑动面

5.基于考虑水平变形的极限平衡理论设计方法

由于土工合成材料加筋土挡墙是一种柔性挡土结构，不同于重力式挡墙等其它挡土结构，容许产生较其他挡土结构而言较大的变形(受土工合成材料的延伸性和蠕变性等因素的影响)，但这一变形量必须严格控制在工程所容许的范围内，一方面不影响结构的正常使用，另一方面保证不会导致结构的整体失稳。土工合成材料加筋土挡墙的水平变形计算与控制具有重要的理论与实际意义。

1988年，Jewell最早提出了基于考虑墙面水平变形的设计方法。它假定墙后土体的破裂面为Rankine破裂面，在主动区内拉筋拉力为常数，考虑了两种不同的拉筋布置方式条件下的设计方法，最后以图表的形式来表示。

1988年，Adib提出基于应变相容假定的考虑墙面水平变形的设计方法。该方法假定锚固区筋土的相对位移仅由该区的应力平衡条件推倒，且认为主动区筋土无相对位移。在求锚固区的筋－土相对位移时，考虑了锚固区拉筋的应力平衡以及假定剪应力平衡以及假定剪应力与相对位移呈线性关系，并借助于非量纲参数表达墙面的水平变形。

1989年，Christopher等在试验数据和有限元数值模拟的基础上，建立了计算墙面水平变形的图表法。认为刚性基础上的加筋土挡墙的水平变形由L/H（拉筋长度与墙高的比值）和拉筋的相对刚度确定。1994年，Chew和Mitchel根据数值计算结果以图表的方式提出了一种考虑墙面水平变形的设计方法。

2001年，杨明等提出了弹性地基梁法：当加筋土挡墙中加筋与土处于协调变形的状态时，墙面的侧向位移反映了加筋土挡墙的侧向位移，因此可将墙面板单独作为研究对象，提出便于设计的变形分析模型。该方法假定加筋土挡墙的破裂面为直线型Rankine破裂面，墙面板所受墙后的土压力主要由拉筋的拉力来平衡，将拉筋视为墙面板的弹性支撑，则此时墙面板可简化为弹性地基上的板来考虑，对于平面问题，则为一弹性地基梁。在初始的相对位移产生后，筋土间便进入协调变形状态。 当墙面板后变形楔体处于临界状态即主动土压力状态时，破裂面后土体为稳定体，其中的拉筋段为锚固段，变形楔体中拉筋可视为自由段，此时筋带中的拉力由面板处开始增大，在破裂面处最大，再向后逐渐衰减为零。因锚固筋变形与自由段变形相比较小，所以在忽略锚固段的变形的基础上，筋带的变形全部由自由段承担。

6. 修正Rankine、FHWA、NCMA法

在北美和欧洲流行的各种加筋土挡墙设计方法中，修正Rankine法、FHWA法以及NCMA法是最具代表性的三种方法[6]。在文献[6]中，将三种设计方法的细节和特性进行相互比较，最后指出修正的Rankine方法是最保守的，其次是FHWA方法，而NCMA方法的保守性最小。

（1）外部稳定性对比分析

在这三种方法中，土压力P作用在地基土以上H/3处，附加荷载压力作用在H/2处。Rankine分析是最简单的，但也是最有限制性的；它充其量不过包括了水平推力(对于土体之间的作用，它未必精确考虑)，所以进行修正后可考虑非水平力。FHWA和NCMA方法使用可以处理土压力倾斜角的Coulomb分析法。并且，Coulomb分析法能包函墙顶斜坡和倾斜墙。因此，FHWA和NCMA设计方法的适应性更广。

（2）内部稳定性对比分析

在内部稳定性验算方面，这些方法均是先假设土体中无筋，用不同的土压力理论计算墙背侧向土压力，然后再将拉筋置于土体中来抵抗土压力。

在计算假定破裂面之后的土体内土工合成材料长度方面，三种设计方法都提出了安全系数值。通常，这一长度被假定为1m，并且它是有代表性的缺省值。三种方法都假定：Rankine破裂面，在墙面板的内部坡脚处，与水平方向成“45+/2”的角度上升，然后线性地延伸通过回填土体。

在计算面板设计应力方面，必要的面板连接强度不是以施加的理论土压力为基础，而是以选定的土工合成材料的抗张强度为基础。修正Rankine法对其没有特别说明，而FHWA和NCMA法都有一建议的方法，其原理和细节有较大程度上的不同。

总之，极限平衡法简单、易行，所以设计单位多采用该方法。但是由于极限平衡法需要对拉筋、土体、滑动面作出许多假定，加上人为隔离强度与变形，与实际情况差异较大，导致极限平衡法计算结果精度较差，只能将极限平衡法作为半经验半理论的方法。通过积累工程经验和进行试验研究、理论分析，对极限平衡法作合理的修正，使其更接近工程实际。

二、极限状态法(Limit State Method)

极限状态法自二十世界八十年代在结构工程中开始使用，九十年代在岩土工程得到应用。极限状态法的显著特点包括：第一，同时考虑强度和变形，即临界极限状态承受静荷载与活荷载，功能极限状态；第二，引入风险系数(即分项安全系数)来代替整体安全系数。

基于极限状态设计方法的土工合成材料加筋土挡墙，不仅可以考虑不同极限状态下的各种材料之间的应变兼容性，而且同时还可以考虑内外部环境对材料耐久性的影响。因此，极限状态法的核心是引入了临界极限状态分析、功能极限状态分析以及分项修正系数的概念。

在极限平衡设计方法中，直接以土的峰值强度(或残余强度)为指标，给定一个保证结构不发生破坏的总体安全系数，没有或很少考虑结构的变形。而对于广泛应用的土工合成材料加筋土挡墙来说，如果在设计中不考虑其变形是不合理的。

规范BS8006(95)/FHWA(97)/AASHTO(97)/NCMA(97)等部分采用了极限状态法的思想或在不同程度上已初步解释了极限状态设计法和分项修正系数的概念。英国标准研究所在基于极限平衡法的既有规范BE3/78的基础上，1995年制定了加筋土应用规范BS8006(1995)。其设计理念已经由总体安全系数法发展到分项安全系数法，包括了考虑不同影响因素的分项材料系数、分项荷载系数和分项破坏形式系数。虽然该方法已成功地应用于一些工程，但还需进一步深入研究。

三、有限单元法

复合式有限元法就是将加筋土视为一种复合材料加以整体分析。原则上，该法可简化分析过程，但是其难点在于：如何准确地确定复合材料的应力―应变关系等。

分离式有限元法就是把土和筋材分开考虑，分别划分单元，引入界面单元来模拟筋―土之间的相互作用。该方法思路清晰，便于理解，应用也最为广泛。然而，建模时，至少要考虑土体，筋材，筋―土界面这三种本构关系，尤其在界面特性复杂的条件下，很难准确地建模分析。

四、结语

加筋土工程设计方法大致经历了三个阶段：极限平衡法阶段、极限状态法阶段和有限单元法阶段。通过分析三阶段设计理念的基本假设、原理和适应范围等的差异，为不同加筋土工程应用中选择不同设计方法提供了有益参考。

参考文献

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近年来，我国的经济呈现逐步增长的趋势，在社会主义现代化建设过程中，国家加大了基础设施的建设力度，进而提升我国综合实力。公路工程与人民的生活息息相关，所以国家对公路工程建设予以高度重视。在公路工程实际建设期间，为了提高工程质量，使得工程企业在竞争激烈的市场环境下占有一席之地，必须采用科学的实施方法，进而促进公路工程质量有所保证。对公路工程而言，土体的应力与工程质量有密切联系，所以将加筋土应用在公路工程施工中，能够打破土体应力的局限性，使得土体发生侧向移动，对公路工程建设发挥了巨大作用。因此，本文针对加筋土的作用机理进行了分析，并将加筋土应用在公路工程建设中，从而为公路工程建设提供有利保障。

关键词:

加筋土；作用机理；公路工程；应用

我国在现代化建设过程中，对基础设施建设予以高度重视，自改革开放以来公路工程建设发生了突飞猛进的变化，从上个世纪的京津塘高速公路到迄今为止，公路工程的规模和质量不断提升，在一定程度上为国家经济增长起到了重要作用。同时，为人们的出行提供了便利。在公路工程建设期间，常利用土合成材料进行施工，尤其是被广泛应用于加筋土工程中，在土合成材料产品和种类逐渐增多的情况下，加筋土在各项工程中有广泛的应用，近年来，在公路工程中的应用，对提高工程质量奠定了良好的基础。为了使得加筋土在公路工程中有更好的应用，必须对加筋土的作用机理进行详细分析，为其实际应用提供有利保障。

1加筋土的内涵

所谓加筋土，指的是土工合成材料，将土工合成材料铺设在土中，继而形成复合体的机构。在工程建设过程中，将加筋土科学的应用在实际工程中，为工程结构力学性能的提升提供了有利保障。由于土体拥有抗剪强度和抗压强度，但抗拉强度相对较低，如果将恰当的筋材铺设或者是掺入土中，能够在一定程度上，使得土体的受力得到扩散，并传递拉应力，对于土体向侧向移动的状况予以有效控制，那么，土体及其周围的建筑物结构的稳定性有了明显增强，对工程的建设发挥了巨大作用。

2加筋土的作用机理

在运用加筋土进行工程建设过程中，需要从应变方向出发，对筋材进行铺设，然后使得土体的抗拉强度有了显著的提升。对于加筋土的作用机理而言，主要是在混凝土中加入筋筋，确保土体和筋材能够有机的整合成复合体，二者起到对外力承担的作用。促使土体和筋材能够相互作用主要原因是抗拉强度增加，在实际工程建设期间，在土体中加入筋材，松砂始终保持在一定直立状态和高度，进而不容易导致出现坍塌的现象。形成这样现象的原因是加筋土具有良好的力学性能，使得建筑物的结构稳定性有明显增强，所以与加筋前，加筋土的稳定性和力学性能得到了有效改善［1］。综合起来看，加筋土的作用机理包含两大类，分别是摩擦加筋原理和准粘聚力原理，加筋土包络线是双直线，具有较强的抗剪强度，在转折点处，所对应的压力是临界周围压力，而且临界周围压力与加筋土的摩擦抗剪强度有直接关系，并和筋材的抗拉强度息息相关，当土体和筋材的摩擦抗剪强度逐渐增大时，其临界周围的压力就越小，如果临界压力大于周围压力时，加筋土将遭到破坏，筋土的移动会面临问题，导致这种现象出现的原因是筋材的摩擦角发生变化，处于增加的状态，那么，加筋土的抗剪强度也随之增加。此外，临界周围压小于周围压力时，加筋土也被破坏，主要形式是筋材被拉断，造成出现状况的原因是在粘聚力增加时，此时，加筋土的抗剪强度也有了明显的的提升，这就是加筋土的作用机理。

3加筋土在公路工程中的应用

(1)软土地基处理。

在公路工程建设过程中，一定要考虑到土体的因素，由于软土中含有大量的水分，所以软土的可压缩性很强，那么，从软土的特点看，软土的承载能力较差，在公路工程建设时，如果在软土上进行工程施工，必须对其展开加固处理，从而提升软土的承载能力。因此，需要加强加筋土的应用力度，通过运用土工合成材料，对路堤和垫层等加以处理，这样不仅可以提升路堤结构的稳定性，而且对改善结构的力学性能具有重要作用，所以加筋土在软土地基处理上有广泛的应用。在将加筋土铺设在路堤底部时，不但达到了加筋的效果，并且增强软土地基的排水、过滤和隔离等功能，对公路工程的顺利建设奠定了良好基础，最终提高公路工程质量。在将加筋土应用在软土地基处理过程中，必须保证筋材都能够在路基的全宽范围内铺满，在排水垫层上还要铺设加筋土，并保证在路基底部也铺设加筋土。

(2)在路堤中的应用。

在公路工程建设时，公路工程的使用年限是人们比较关注的，为了提高公路的使用年限，必须增强路堤的稳定性，通过将加筋土运用在路堤中，对路不均匀沉降进行严格控制，在路堤中加入筋材料，进而最大程度的促进公路工程质量得到提高。由于加筋土对增强路堤的稳定性具有重要作用，所以加筋土被广泛应用于公路工程路堤施工中。在应用加筋土进行路堤施工过程中，主要的工作原理是因为加筋土具有较强的抗拉能力，土与加筋相互整合在一起，二者产生摩擦力，从而限制土体的在侧向上移动，进而增强公路路堤的结构的稳定性，当路堤结构的性能得到了有效改善，路堤的性能有显著提升，在路堤中有均匀的载荷，因而对路堤出现的不均匀沉降实现了有效控制。当前，在公路工程建设过程中，经常采用土工网和土工格栅等合成材料，这些都是公路工程路堤施工时所采用的筋材料，通过应用这些土工合成材料，进而最大程度的使得公路工程结构的顶破强度和刺破强度有所提升。在对公路的路堤进行加筋时，必须保证填方的压实度符合标准，使得土体和筋材间的摩擦力充足，从而确保加筋收到良好的效果。在公路工程实际建设期间，一定要做好路堤的压实工作，尤其是使得填方具有较强的压实度，进而在公路工程建设时，加筋土能够发挥其巨大的作用。

(3)在挡土墙中的应用。

对于公路工程而言，挡土墙是主要的结构，为了提升挡土墙的整体性能，需要将加筋土应用在其中。通常情况下，加筋土挡土墙结构具有如下特点:第一，在工程施工时，能够提前制作筋材和面板，那么，挡土墙的施工流程就变得简单，而且施工过程比较快速，在某种程度上，不仅缩短了工期，而且节省了劳动力。第二，对于所构建加筋土挡土墙，其具有良好的抗震能力，对增强公路工程结构的稳定性有直接联系［2］。同时，加筋土挡土墙结构物有柔性的特点，所以其能够发生轻微的变形，因而能够适应不同的施工环境。第三，加筋土挡土墙的造价较低，而且具有良好的安全性能，所以被公路工程企业所采用，因而加筋土在公路工程建设中有广泛的应用。从公路工程中可以看出，加筋土挡土墙的包含多种形式，主要有加筋土桥和路基挡土墙等，所以筋材、墙面板和填料等共同组成了加筋土挡土墙，在构建加筋土挡土墙时，所遵循的作用机理是填料本身有外力和自重，因而产生侧压力，那么，墙面板在压力侧压力的作用下，使得面板上的连接件产生侧压力，向筋材传递，在侧压力下，通过拉力将该筋材从填料中拉出［3］。另外，筋材和填料之间产生摩擦力，筋材被摩擦力所阻止。因此，在公路工程建设过程中，将加筋土应用在挡土墙中，因为筋材和填料间有摩擦力，使得二者能够有机的联结在一起，形成具有重力式的挡土墙，对增强公路工程质量具有重要意义。此外，在将加筋土应用在公路工程挡土墙建设时，一定要对挡土墙选型工作予以高度重视，通常情况下，如果墙高超过4米，要选择加筋土挡土墙，而不是浆砌片石挡土墙和钢筋混凝土挡土墙;如果墙高低于4米，加筋土挡土墙和浆砌片石挡土墙造价不相上下，所以二者均在选择范围内，由此可以看出，当墙高在4米以下时，选择浆砌片石挡土墙，墙高在4～7.5米时，选择加筋挡土墙［5］。总之，将加筋土应用在挡土墙中，通过合理的墙型，并发挥摩擦力的作用，从而为提升公路工程质量提供有利保障。

(4)在路面施工中的应用。

在公路工程路面施工过程中，由于受到诸多因素的影响，导致公路路面承载能力偏低，在车辆较多的情况下，公路路面容易出现裂缝现象，因而降低了公路的寿命。在当前公路工程建设期间，采用沥青材料，但用沥青材料进行施工使得公路路面结构具有半刚性，所以沥青路面具有弊端。因此，为了提升公路工程路面结构稳定性，应当加大加筋土的应用力度，通过在加筋土的作用下，使得公路路面的裂缝数量和沥青路面上车辙数量明显的减少，所以沥青路面的基层抗疲劳寿命有所提升，为增强公路工程路面质量奠定了良好基础。在将加筋土应用在公路沥青路面施工时，主要是发挥加筋土的拉模量和抗拉强度的作用，能够在一定程度上避免路面中的裂缝向周围延伸［6］。当前，在将加筋土应用在路面施工期间，常选用玻纤网和土工格栅等合成材料，由于这些合成材料具有较强的强度和耐高温性能，并且延伸率很小，所以符合公路工程路面施工的基本要求。因此，加筋土在公路工程建设中有广泛的应用。

4结束语

经济水平的不断提升为公路工程的建设奠定了良好基础。同时，公路工程为国家现代化建设发挥了巨大作用，为了提高公路工程质量，必须采取有效的方法进行施工，进而提高公路工程质量，延长公路的使用寿命。在公路工程施工时，会运用合成材料，使得土体结构的稳定性更强，所以加筋土在工程施工中有广泛应用。为了使得加筋土在公路工程中有更好的应用，必须对加筋土的作用机理进行分析，从而为其应用提供参考。

作者：高昂 单位：嘉兴南洋职业技术学院

参考文献

［1］沈慧萍．加筋土的作用机理及其在公路工程中的应用［J］．科技资讯，2012(08):62－62．

［2］潘越．循环荷载作用下土工合成材料加筋土动力特性研究［D］．青岛理工大学，2013．

［3］文华，邹娇丽，雷挺等．乡村公路竹筋加筋土路基施工工艺研究［J］．施工技术，2015(15):114－117．

［4］耿敏，窦远明，赵川等．基于正交试验的加筋土界面摩擦影响因素分析［J］．施工技术，2013，42(11):114－117．

［5］夏凯．加筋土施工技术在公路工程施工中的应用要点［J］．技术与市场，2014(08):236－236．

［6］刘利民，白金杰，张建等．土工格栅加筋土结构在高填方路基支护处理中的应用［C］．第三届全国土工合成材料加筋土学术研讨会论文集．2011∶47－48

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关键词：公路工程 软土路基 技术 质量控制

中图分类号：TU471文献标识码： A

1 公路工程中软土路基的主要质量控制及处理措施

1.1 袋装砂井法

当泥沼或软土层厚度超过5 m，并且路堤高度超过天然地基承载能力很多时，可采用此法砂井是用锤击、振动、螺钻、射水等方式成孔，在孔内灌砂而形成的。砂井表面铺设0.5～1.0 m厚的砂垫层或砂沟。砂井和砂垫层相连接有很好的使用效果，将中、粗砂装入由聚丙烯编织成的袋中，用机具打人套管，沉入砂袋，摊铺上层砂垫层，袋装砂井的直径、井距、平面布置形式由设计确定。施工质量控制及处理措施：材料要求。袋：装砂后砂袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数且抗拉强度要能保证承受砂袋自重在材料上选用聚丙烯或其他适用的编织料制成，切忌长时间曝晒露天堆放应有遮盖以免砂袋老化。砂：大于0.5 mm的砂的含量应占总重的50%以上含泥量不应大于3%采用渗水率较高的中粗砂；施工机械。砂井可用锤击法或振动法施工沉桩时应用经纬仪或重锤控制垂直度主要机具为导管式振动打桩机钢套管不得弯曲导轨应垂直，在行进方式上普遍采用的有吊机导架式、履带臂架式和轨道门架式等；砂袋灌人砂后以确保井底标高符合设计要求在钢套管上应划出标尺控制砂井的设计人士深度，砂袋入井防止砂袋发生扭结、缩颈、断裂和砂袋磨损应用桩架吊起垂直下井，防止带出或损坏砂袋拔钢套管时应注意垂直起吊。袋装砂井施工允许偏差应符合规范的要求施工中若发现上述现象应停止施工待查明原因后再施工，应在原孔边缘重打连续两次将砂袋带出时并不得卧倒砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少30 cm。

1.2 塑料排水板法

塑料排水板法是指用带沟槽的塑料芯板作为排水板，又称为塑料板法。用塑料排水板竖向排除地下水与排水夹层相配合，塑料排水板的滤水性好，可确保排水效果，并具有一定的强度和延伸率，适应地基变形的能力强，其板截面尺寸不大，插入时地基扰动小，施工方便。在泥炭、饱和淤泥地带，采用土工布作横向排水，采用塑料排水板作为垂直排水，可以提高路堤的固结速度，加快沉降，使路基强度逐步提高。

施工要求：（1）塑料排水板是由芯体和滤套组成的复合体，芯板是由聚乙烯或聚丙烯加工而成的多孔管道或者其他形式的板带，具有足够的抗拉强度及垂直排水能力。其抗拉强度不小于130 N/cm、在大于15 m范围内不大于350 kPa、当周围土体压力在15 m深度范围内不大于250 kPa；在土体固结变形时不会被折断或破裂确保塑料排水板在地下的耐久性并且芯板还要具有耐腐性和足够的柔性，滤套要具有一定的隔离土颗粒和渗透功能一般由无纺织物制成技术指标还应等效于0.025 mm孔隙。

（2）施工机械要机具是插板机应将圆形套管换成矩形套管可以与袋装砂井打设机具共同使用。可以按照每次打设根数对振动打设工艺、导管断面大小、锤击振动力大小、地基均匀程度和入土长度确定。

（3）施工质量的要求：为防止暴露在空气中老化施工现场堆放的塑料排水板盘带应加以适当覆盖，插入过程中导轨要垂直透水滤套不应被撕破及污染钢套管不得弯曲，为了避免拔出套管时将芯板带出排水板底部应有可靠的锚固措施，防止车辆进出、机械对其造成损坏而影响排水效果使其与砂垫层贯通并将其保护好应使塑料排水板留出孔口长度应当保证伸入砂垫层不小于50 cm，塑料排水板施工中防止泥土等杂物进入套管内用可靠措施固定若发现须及时清除搭按要采用滤套内平按的方法搭接长度不小于20 cm滤套包裹凹凸对齐芯板对扣。

1.3 土工合成材料法

在土工合成材料的利用上，可以分为垫隔土工布和垫隔、覆盖土工布两种情况。

（1）垫隔土工布：当地下水位较高、属于松软路基的填筑路堤时，可以适用此方法。在路堤中垫隔土工布，可以增强路堤的刚度。同时，在软土基上垫隔土工布还可使荷载分布均匀，防止因荷载不均使土工布局部遭到破坏。若是高填土路堤，可适当地分层隔垫土工布。

（2）垫隔、覆盖±工布：当位于软土、沼泽地区、地基湿软、地下水位又高时，可以采用此法，把土工布摊在软基底部，并折向沿边坡起防护作用。不但可以提高基底的刚度，而且还可以使边坡受到保护，这不但对排水有利，而且因地基应力再分配，可以提高路基的稳定性。

（3）施工方法要求：土工合成材料的优点有很多，选用可以满足设计要求的土工合成材料，具有施工方便质量轻、整体连续好抗拉强度较高、抗微生物侵蚀性好及耐腐蚀等；非织型的土工纤维要具有能与土很好结合、当量孔隙直径小、渗透性好质地柔软的性质。按照出厂单位提供的抗拉强度、幅宽、顶破强度厚度、质量及渗透系数等测试数据。要在平整好的下承层上按路堤底宽全断面铺设，摊铺时紧贴下承层要拉直平顺不出现重叠褶皱及扭曲。在斜坡上摊铺时，要保持一定的松紧度。铺设土工聚合物回折覆裹在压实的填料面上要在路堤每边各留足够的锚固长度外侧用土覆盖平整顺适，以避免人为破坏。要保证土工合成材料的整体性，土工合成材料在存放和施工铺设过程中，要尽可能地防止材料长时间曝晒或暴露，以免其性能劣化在现场施工时发现土工合成材料有破损必须立即修补好。

1.4 换填土层法

换填土层法是指采用人工、机械、爆破等方法，将基底一定深度及范围的湿软土层挖除，换以强度大、稳定性好的砂砾、碎石、卵石、石灰土、素土等回填，并分层压实至规定的密实度。把泥炭、软土全部挖掉，使路堤修建在基底上，并尽量换填成强度较高的透水性材料。采用机械开挖时，一般可采用抓斗、索铲挖土机等机械进行开挖。若能及时采用不需要压实的换填材料进行换填，可避免因抽水引起的边坡坍塌。

1.5 碾压夯实法

采用压实功较大的振动压实方法，对非粘性土和松散杂填土、地表松散土，如矿渣、碎砖瓦等建筑垃圾填土进行碾压，可以提高地基强度，降低压缩性。振动时间愈长，效果会越好，但是如果时间过长对压实没有明显提高。对细颗填土，振动时间以3-5min为好；对建筑垃圾，振动碾压时间略高于1 min合适，重锤自由下落，锤体夯实土基。此法可以显著地提高地基表层土的强度，降低湿陷性黄土的湿陷性使杂填土表层强度相同。重锤夯实次数，以最后两次的平均夯沉量不超过规定值来控制，强夯法是建立在重锤夯实的基础上的。其夯锤重达8～12 t，自由落差8-20 m。经过对土基的强力夯击，利用冲击波及动应力，使地基土密实，达到土基加固的目的，可显著地提高承载力，降低压缩性。加固厚度达10-20 m。

1.6 反压护道法

反压护道法是使路堤下的淤泥或泥炭向两侧隆起的趋势得到平衡在路堤的一侧或两侧填筑适当高度与宽度护道，并加宽了荷载的分底应力填料材质要符合设计要求。反压护道施工应与路堤同时填筑，如果反压护道与路堤分开填筑时，必须在路堤达到临界高度前将反压护道筑好。反压护道压实度满足设计提出的要求应达到《公路土工试验规程》（JTG E402007）重型击实试验法测定的最大干密度的90%。

2 结语

随着当今对路基要求的越来越高，对于施工中质量的管理、以及科学的施工工艺提高，要求我们应该在这一领域要不断学习更新取得飞速发展。