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【關鍵詞】土工合成材料 應用現狀 發展趨勢

中圖分類號：TU3文獻標識碼： A

土工合成材料是近幾十年發展起來的一種新型巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面和各層土體之間，起著加強和保護土體的作用。雖然土工合成材料問世歷史不長，然而整個土木工程卻因之發生了巨大變化，許多土木工程領域中的新概念也應運而生。土工合成材料是一種多功能的材料，利用合成纖維高強性、整體連續性、良好水理性和抗腐蝕等特性，可開發成透水的工程材料。目前已在水利、公路、鐵路、工業與民用建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個領域得到廣泛的應用。

一、土工合成材料的種類

土工合成材料（Geosynthetics）是一種新的巖土工程材料，它以人工合成的聚合物，如化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或各層土體之間， 發揮增強或保護土體的作用?！巴凉ず铣刹牧稀笔且桓爬ㄐ孕g語，標識很廣泛的產品，土工合成材可分為土工織物、土工膜、復合型土工合成材料和特種土工合成材料等類型。目前已廣泛應于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、采礦、軍工等各個領域的工程建設。

1、土工織物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分為：（1）有紡土工織物；（2）針織土工織物；（3）無紡土工織物；（4）復合土工織物。

2、土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、瀝青以及合成纖維和織物另加一定的填充料和外加劑制成的材料。它具有很好的防滲和防水性能及很強的抗變形能力和耐久性。它的厚度一般為0.25~7.50mm，它主要有以下優點：（1）改進荷載分布狀況；（2）減少填料層厚度，并能滿足抗剪強度的要求；（3）限制土體的側向位移；（4）抗拉性能高，能避免產生裂縫；（5）增加土層剛度。

3、復合型土工合成材料。它包括土工格柵、土工網、超輕型土工合成材料、土工膜袋、土工墊、土工格柵等。常用的土工合成材料為前3種。

4、特種土工合成材料。土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網、土工石籠、土工管、土工模袋、三維網墊、E P S 等, 均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。如土工格柵是聚合物片材經沖孔和單向或雙向拉伸，形成具有條格形或長方形格柵狀的抗拉材料；土工帶由聚合物經擠壓拉伸，再加筋材復合制成的條帶抗拉材料；土工網由聚合物經擠塑成網或由粗股條編織或由合成樹脂壓制成的具有較大孔眼和一定剛度的平面結構網狀材料；土工模袋由雙層化纖織物(織造型)制成連續的不同間距(厚度)的平面袋狀結構材料。

二、工材料應用現狀

1、加筋

（1）加筋土坡

將土工合成材料(土工格柵或土工織物)加入土坡中可以起加筋作用。就加筋功能而言,同針織土工織物相比,土工格柵和有紡土工織物可以在較小的應變下發揮作用,針織土工織物則具有土工格柵和有紡土工織物所不具有的土工合成材料平面內的透水性。在實際應用過程中,可將不同的土工合成材料組合使用,使得加筋效果更加良好。例如可將針織土工織物與土工格柵疊合鋪設、針織土工織物與有紡土工織物疊合鋪設結合,具有加筋和排水功能;土工合成材料作為土坡內排水系統(豎向和水平向)和土工格柵、有紡土工織物結合。土工合成材料在加筋土坡中的應用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體,使土工合成材料成為具有導水性的填充聚合物或金屬纖維。從而,通過電泳、離子轉移和電滲改善加筋區內細粒土的性質。

（2）加筋土擋墻

與加筋土坡類似,加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋材料可以是土工織物,但采用更多的是土工格柵。土工合成材料在加筋土擋墻中的應用前景是在錨固區設置聚合繩、條帶和錨具(或土釘),將墻面單元通過加筋體錨固在錨固區。實質上,這一概念在20 世紀80 年代在我國的加筋土擋墻上已經采用。如果加筋土擋墻距巖體較近,也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。

2、排水

土工織物主要是無紡織物，是良好的透水材料。無論是織物的法向或水平向，均具有較好的排水能力，能將土體內的水積聚到織物內部, 形成一排水通道，排出土體。較厚的針刺無紡土工布和一些具有較多孔隙的復合土工布都可以起排水作用。在巖土工程中很多情況下需要采取排水措施, 以降低滲透壓力，或加速土體的固結,或降低無壓滲流場的浸潤線的位置。過去所采用的常規措施是在適當的部位(如兩種透水性不同的土層的交界面，或土料與混凝土建筑物表面的交界面等)鋪放在碎石層進行排水。用土工織物則可取代這種碎石層。這種取代不僅可以收到排水效果，而且施工特別簡單(特別對傾斜或垂直方向的施工面) ，工程造價也可以大為節省。可用于土壩內垂直或水平排水，土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護面下部的排水，埋入土體中消散孔隙水壓力，軟基處理中垂直排水，擋土墻后面的排水等。

3、防滲

（1）混凝土壩防滲

在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2 米設一水平不銹鋼槽,以夾緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設置土工網格,然后將土工膜粘貼在土工網格上。由于紫外線和氧化作用,土工膜的壽命受到限制。如遇高溫,這些作用對大多數聚合材料的影響非常大。這方面的發展前景應是開發改善型的聚合材料,以提供壽命更長的土工膜。

（2）隧道防滲

現行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側的防滲體,與克重較大的針刺非織造土工織物一起,將水導入設在隧道底腳的排水出口,形成封閉的排水系統。然而,土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會從臨時的護頂下垂,在永久性混凝土襯砌施工時容易遭到破壞。土工合成材料應和永久性混凝土襯砌同時施工,以避免在永久性混凝土襯砌施工時損壞土工合成材料。將來的發展是開發壽命在100 年以上的土工合成材料,以抵抗隧道周圍的不利環境,因而施工方法的改進和材料的壽命是最關鍵的問題。

4、隔離

將土工合成材料放在不同的材料之間或同一材料不同粒徑之間及土體表面與上部建筑結構之間，使其隔離開來。當受外部荷載作用時,雖然材料受力互相擠壓，而由于土工織物在中間隔開，不使互相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。隔離用的土工織物必須有較高的強度來承受外部荷載作用時而產生的應力，保證結構的整體性?？捎糜诘缆坊鶎优c路基之間或路基與地基之間的隔離層，在土石混合壩中隔離不同的筑壩材料，用作壩體與地基之間的隔離體，堆場與地基間的隔離層等。

工程土工合成材料的發展趨勢

目前國內一些較大的工程，跨世紀工程中均不同程度地應用了土工合成材料。如長江三峽工程，長江口深水航道整治工程，上海浦東國際機場等，由此可以看出中國正成為土工合成材料應用與銷售的最大市場。世界各國對中國土工合成材料的應用與發展都十分關注，積極籌劃將設備和產品打入中國市場，這也充分說明中國土工合成材料市場的潛在能力很大。雖然近幾十年來土工合成材料總的發展趨勢是不管在產品的種類、數量和質量上都有大幅度的提高，而對這一新型材料的認識和應用還不普及，土工合成材料的利用和研究還比較少，有些材料的品種還是空白，與世界上的先進國家相比，還有一定的差距。但是隨著工程建設的大規模發展，土工合成材料的推廣應用必將在工程建設中得以迅速發揮，發揮巨大的經濟效益和社會效益。

四、結束語

土工合成材料具有其獨特的力學性能,應用范圍廣泛，各類土工合成材料已經應用到水利、土建所有的領域中。在某些種類的特定工程中應用土工合成材料，不僅可以減少造價，而且效果都優于其他材料。

參考文獻

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關鍵詞:公路改建 土工合成材料 施工工藝

中圖分類號:U4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0055-01

公路改擴建工程是在原有道路的基礎上,提高道路等級或改善通行能力而進行的建設工程。它包括兩個方面的含義,其一是因現有道路及其附屬設施不適應交通流量需求而進行的道路技術等級的提高;其二是因交通量軸載需求而進行的道路結構強度的提高。為了保證新舊路基連接部填土之間的緊密結合,因此,要對新填土進行充分的壓實或加固,以減少新老路基的差異沉降。

土工合成材料是一種新型的建筑材料,由于其具有質量輕、施工簡易、運輸方便、料源豐富等優點,得到迅速的發展和廣泛的應用,取得了良好的經濟、社會和環境效益。土工合成材料分為四類:土工織物、土工膜、土工復合材料和土工特種材料,其原材料主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等各種高分子聚合物。土工織物分為有紡土工織物和無紡土工織物兩種類型,其中,針刺無紡土工織物,具有孔隙率高、滲透性大、排水性能較好的特點,在大壩工程中常作為排水反濾設施廣泛使用。土工膜防滲性能較好,價格便宜,但其CBR頂破強度較低,對于防滲要求較高的工程部位不宜使用,一般常用于壩基垂直防滲。

目前,土工合成材料主要應用在鐵路地基、建筑物地基、瀝青路面的修補、擋土墻、隧道、橋梁、地鐵、臨時道路、機場跑道、排水管道、油田、水庫堤壩、治理環境污染等工程建設中廣泛采用土工合成材料。在公路上主要應用在路堤防護、軟土地基的處理等,但在公路改建路基加寬處理上的應用研究較少。如果加鋪土工合成材料,增強填土與加筋材料之間的摩擦力,由于加筋材料與填土的共同作用,使土工合成材料和新舊路基土體整體強度明顯提高,從而保證新舊路基有良好的銜接,提高路基的整體穩定性。通過本文的研究,為土工合成材料在公路改造路基上的應用提供一套工藝方案,減少和預防公路加寬過程中,造成的各種路基病害。

1 使用機理

將土工合成材料埋在土體之中,分布土體的應力,增加土體的模量,傳遞拉應力,限制土體側向位移;還增加土體和其它材料之間的摩擦阻力,提高土體及有關構造物的穩定性。研究認為,砂性土在自重作用或外荷作用下易產生嚴重的變形或坍塌,若在土中沿拉應變方向埋置有撓性的加筋材料,則土與加筋材料產生摩擦,使加筋土猶如具有某種程度的粘聚力,從而改良了土的力學特性。

2 施工工藝

(1)在路槽縱向開挖的臺階上鋪設土工合成材料,土工合成材料的寬度不應小于2m,且跨在老路基一側的格柵寬度應為其總寬度的1/3～1/2。

(2)土工合成材料兩端應設置錨固端,采用開溝壓端法錨固,溝寬l00cm,溝深50cm,錨固溝位于土工合成材料平面線以外,土工合成材料在溝面倒翻轉壓實端長度l00cm為宜。

(3)如不設錨固溝,可采用“U”形釘固定。施工中通常橫向鋪設,并用專門施加預應力張拉機施加預應力,每次以75kg/m為宜,如無專門機械,可用人工拉緊,也以接近75kg/m為宜。

(4)土工合成材料搭接以鋪上碾壓前進方向為準,鋪設方向與碾壓方向相反,搭接頭為順壓方向。如是鋪設雙層以上土工合成材料,則上、下層接縫位置應交替錯開,錯開長度應大于50cm。

(5)鋪設完成土工合成材料后,在臺階上填土時,應采用推土機進行推平到允許厚度。

3 施工應注意的問題

(1)運輸、貯存中不得沾污、雨淋、破損,遠離火源,周圍不得有酸、堿等腐蝕性介質,不得長期和直立。

(2)材料進場時,應進行抽檢。施工時應有專人隨時檢查清基、材料鋪放方向、材料的接縫或搭接、材料與結構物的連接,每完成一道工序應按設計要求及時驗收,合格后,方可進行下道工序。

(3)施工場地應平整干凈,防止損壞土工膜;鋪設應平順,松緊適度。不平地、軟土上和水下鋪設搭接寬度應適當增大。

(4)鋪設人員不得穿硬底鞋操作。

(5)盡量采用寬幅,使膜在施工時接縫最少;每卷材料的重量不宜超過1t;膜與膜相連時,應采用同種土工膜。高壩應垂直于壩軸線鋪膜,低壩應平行于壩軸線鋪膜,以減少拼接量;接縫應盡量與最大拉力方向平行。

(6)垂直鋪塑應嚴格按照工藝要求進行施工,PE塑膜施放速度應迅速,防止槽孔坍塌,影響鋪塑效果。

4 工程應用

通過在某試驗路鋪筑后,采用BZZ-100型標準汽車、5.4m長桿彎沉儀,每隔20m測定路基彎沉值,共測定10個點,有土工合成材料的路基平均彎沉為1.04mm,無土工合成材料的路基平均彎沉為1.96mm。檢測結果表明,前者的彎沉僅是后者的53%,大大地增強了路基的強度,從而降低了新老路基的沉降差。

5 結語

使用土工合成材料處理改造公路的路基,使新路基與老路基有良好的穩定性,能極大地減少地基的不均勻沉降。通過竣工后的觀測,在新老路基的連接部很少發生裂縫,而在沒有鋪設土工合成材料的連接部,路面上出現了縱向裂縫。所以,從工程效果和經濟因素兩方面綜合來考慮,可以在路堤底部只鋪設二、三層格柵來達到減少路堤總沉降量的目的,但要對路堤進行穩定性驗算。

參考文獻

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[3] 郭忠印,潘正中.土工織物在路面工程中的應用技術綜述[J].公路,2000(9).

[4] 《土工合成材料工程應用手冊》編寫委員會,土工合成材料工程應用手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.

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【關鍵詞】水利工程；施工；土工合成材料

水利工程在目前我國的社會發展起著越來越重要的作用，對于促進工農業生產十分關鍵。然而我國作為一個水資源較為緊張的國家，因此在目前的水利工程建設中對于節能環保要求也提出了新的看法。因此，在目前的水利工程建設中，以新材料、新技術為主進行施工受到人們的關注。土工合成材料作為目前工程項目中最為常見的一種，成為當前水利工程施工人員研究和探討的熱點話題之一。

1.土工合成材料概述

1.1材料概念

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

1.2使用范圍

近年來的社會發展中，隨著人們對于各種建筑結構施工要求的不斷提高，其施工質量和施工技術也得到了人們的高度重視和關注。就目前的社會發展而言，這種材料已成為目前土木工程和巖土工程施工的關鍵所在。尤其是在水利工程的基層施工中，其主要使用者防滲墻結構、壩體結構和渠道襯砌施工之中。同時，伴隨著節能、環保和可持續發展社會觀念的提出，這種材料在施工中由于其節能環保優勢好而得到得到人們的關注與重視。我國作為一個農業大國，在改革開放的多年時間里，由于水利工程整體性和抗滲性不科學而造成了施工質量和施工效益影響，更是造成嚴重的水資源浪費現象。因此，在目前的水利工程建設中，各種新材料的應用受到人們的重視，而土工符合材料也得到人們的關注。

2.土工合成材料施工技術

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

2.1坡面鋪膜防滲

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

2.2堤身削坡與堤腳開挖

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

2.3施工鋪設復合土工膜

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

3.滲土工合成材料在工程施工中常出現的問題

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

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關鍵字：復合土工材料； 水利工程；應用

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

中圖分類號：F407.9 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）02-

土工合成材料是應用于巖土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各種產品的統稱。因其具有反濾，排水、防滲、防沖和土加筋加固、土層隔離等作用，而被廣泛用于水利工程。

一、復合土工材料的含義

復合土工材料是土木工程應用的合成材料的總稱。作為一種土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纖、合成橡膠等）為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或各種土體之間，發揮加強或保護土體的作用。《土工合成材料應用技術規范》將土工合成材料分為土工織物、土工膜、土工特種材料和土工復合材料等類型。土工特種材料包括土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格室、土工織物膨潤土墊、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）等。土工復合材料是由上述各種材料復合而成，如復合土工膜、復合土工織物、復合土工布、復合防排水材料（排水帶、排水管）等。

二、復合土工材料的分類

應用到水利工程中的土工合成材料主要有土工織物、土工膜，土工特種材料和土工復合材料4大類。

1、土工織物

土工織物是將合成纖維以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分為織造型和非織造型土工織物?？椩煨屯凉た椢镉址志幙?、平織和針織，它們是由單絲或多絲織成的，或者由薄膜形成的扁絲編織成的布狀卷材；非織造型土工織物由短纖維或噴絲長纖維按隨機排列制成絮墊，經機械纏合(針刺)或熱粘或化學粘合而成的布狀卷材(即無紡布)。

2、土工膜

土工膜是20世紀70年代出現的，它是由聚合物或瀝青制成的一種相對不透水卷材。取用聚合物需要在工廠采用吹塑，壓延或涂敷法制造；用瀝青則可在現場或廠內以噴涂或浸漬法形成。

3、土工特種材料 土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網、土工石籠、土工管，土工模袋、三維網墊、EPS等，均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。

4、土工復合材料

土工復合材料包括復合土工膜和復合防排水材料，均由兩種或兩種以上土工合成制品復合或組合而成，如復合土工膜由土工膜與土工織物經加熱滾壓而成，主要是為了增加材料的強度。承受更大的荷載，復合防排水材料由排水帶、排水管、排水防水材料等組成，

三、工程作用及其應用

1、加筋作用

加筋作用是指在土體中的一定部位埋設水平方向的土工合成材料，也稱加筋材料，將土體壓實后，土與加筋材料密切結合成一復合土體(加筋土)，當在復合土體表面施加荷載時，由于加筋材與周圍土之間有較大的摩阻力(有時尚有咬合力)，限制了土的側向變形，相當于在土體側面上施加了約束力，從而提高了土體的承載能力，增加了土體的穩定性。這種作用在水利工程中能夠穩定、限制各種結構中的巖土體在長時間使用過程中的位移發生，并能使作用在土壤的局部應力傳遞或分配到更大的面積上，增加土體和土工布之間的摩擦阻力。

一般地，土工織物，塑料拉伸土工格柵、經編土工格柵、玻纖土工格柵和土工網可以作為水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效應主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和應力擴散作用等，而在多層加筋的情況下，應分別考慮筋土界面的摩擦作用(即各層筋土界面作用對填料產生側向約束作用)和最下一層筋土界面作用產生整理的界面剪應力對其下面土體產生的附加水平約束作用(提高土體的穩定性和承載力)。

2、防滲作用

防滲是防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發擴散。水利工程中要修建大量的擋水蓄水、引水和輸水等建筑物，均有防滲、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液體滲漏、氣體揮發以保護環境或建筑物安全。用于防滲的土工合成材料主要有土工膜和復合土工膜，后者應用更為廣泛，更能適應各種復雜工程的情況。

3、防護作用

防護是指為了消減自然現象、環境影響和人類活動對堤坡和岸坡造成的危害，而采取適當的防護措施，土工合成材料的發展，為岸坡防護提供了新的途徑。在被保護的土面上覆一層有良好反濾性能的土工織物，壓上一定蓋重，即可有效地保護岸坡不受水流和波浪等的破壞，可代替傳統的護坡材料。

4、隔離作用

土工布可將不同的土質結構進行分離，形成穩定的分界面，使各層結構分離，按照要求發揮各自的特性和整體作用，以避免相互混雜產生不良效果。在土石混合壩中，可作為隔離不同的筑壩材料。在裂隙發育的巖基或卵石地基修筑土石壩，可用作壩體與地基之間的隔離。

5、反濾作用

在水工建筑物中，當土中水從細粒土流向粗粒土，或水流從土內向外流出的逸出處，需要設置反濾層，否則土粒將受水流作用而被帶出土體外，土粒過量流失會造成管涌和流土破壞。傳統采用砂礫粒作為反濾材料，一般采用粒徑不同的砂礫石分2-3層鋪設，施工工藝較復雜。土工織物的過濾功能和傳統的顆粒層完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水滲流作用下，既防止土顆粒過量流失而造成破壞，同時又使水流順利排泄，以免由于孔隙水壓力升高而造成土體失穩。

6、排水作用

篇(5)

關鍵詞：土工膜防滲；復合土工膜；土工膜鋪設；接縫；KS 熱熔膠粘劑；土工膜粘接

中圖分類號：TU592 文獻標識碼：A 文章編號：

0 引言

例如，南水北調選擇兩布一膜型PE復合土工膜（PE厚度0.30毫米，上下層長絲非織造土工布各重150g/m2）整體防滲。施工中采用膜焊接、非織造土工布縫合的接縫方法，測得接縫拉伸斷裂強度僅為母材強度的27％。在試驗研究基礎上提出了膜焊接后，膜與非織造土工布、非織造土工布與非織造土工布之間采用KS熱熔膠黏劑黏合的接縫加固方法。加固后的接縫強度達到母材強度的97％，滿足《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》SL / T 225-98中接縫強度不低于母材強度80％的技術要求。

1、接縫方法的優點

聚乙烯復合土工膜具有重量輕、強度高、無毒、價格便宜等優點，被廣泛應用于各種防滲工程。復合土工膜的接縫處理是施工建設的最重要的一步。若接縫不當，則將成為防滲系統的薄弱區，接縫質量控制是防滲施工質量控制的關鍵之一，直接影響整體防滲效果和工程質量。復合土工膜出廠時一般預留施工接縫，接縫處的聚乙烯膜與無紡布是分離的。目前施工中，接縫大都采用膜與膜雙縫焊接，非織造土工布之間縫合的方法見圖 1 所示。

2、目前接縫方法的缺點

目前使用的PE防滲膜一般都很薄，現場受風力、濕度、電壓、塵土、基層平整度、坡度等多種因素的影響，膜焊接后存在燒洞、局部粘接強度過低等現象，尤其是 0.3 mm以下的膜焊接質量非常差，現場采用熱焊槍修補效果并不理想。接縫處的土工布與防滲膜之間是脫離的、松弛的，試驗測得接縫強度僅為復合土工膜母材強度的 20 % ～40 ％，達不到應用技術規范 SL/T 225—98 《水利水電工程土工合成材料應用技術規劃》 中不低于 80 %的技術要求。針對目前復合土工膜接縫焊接縫合法存在的缺陷，研究接縫的加固方法對于提高防滲工程質量具有重要的意義。

3 試驗材料及方法

3.1 試驗材料

試驗選用兩布一膜型 PE 復合土工膜，PE 膜厚 0.30mm，上下層為長絲非織造土工布，各重 150 g/m2。其主要技術指標見表 1。

接縫加固選用 KS 熱熔膠黏劑 （簡稱 KS 膠），粘接防滲膜技術指標見表 2。

3.2 試驗方法

為便于接縫與母材力學性能對比，評價接縫效果，按照 GB/T 15788—2005 《土工布及其有關產品寬條拉伸試驗》 的試驗方法測定接縫拉伸斷裂強度。在直徑 200 mm抗滲儀上，按 GB/T 19979.1—2005 《土工合成材料 防滲性能 第 1 部分：耐靜水壓的測定》 標準測定接縫處耐靜水壓力；以 900 ml/min 進水速度測定接縫處水脹破壓力。

4 接縫加固方法

1） 先將緊鄰預留接縫處膜與土工布之間結合不牢固的母材膜布剝離，這是母材的強度薄弱部位 （可能是膜與土工布熱合過程中，粘接不牢造成的）。見圖 2、 圖 3 中 A部位。

2） 預留接縫中膜雙縫焊接后，采用 KS 熱熔膠黏劑將膜與土工布、土工布與土工布粘合成一體。見圖 2、圖 3。

5試驗結果及分析

5.1 接縫強度試驗結果

按照上述試驗方法測定了接縫、加固后的接縫以及母材的斷裂強度，結果見表 3。

從表 3 可以看出接縫實施加固措施后，效果是顯著的。膜焊接、膜與上部土工布、土工布與土工布之間采用KS 膠粘合的接縫方法比膜焊接、膜上部土工布縫合的接縫法斷裂強度提高 159 %，達到母材強度的 70 %；膜焊接，膜與上下土工布、土工布與土工布之間采用 KS 膠粘合的接縫方法比膜焊接、膜上部土工布縫合接縫法斷裂強度提高 257 %，達到母材強度的 97 %，斷裂點發生在 A 處。接縫強度達到不低于母材強度 80 %的技術要求。

試驗繪出了母材、不同接縫方式拉伸應力應變曲線，見圖 4 所示。

在圖中：①是基材的拉伸應力應變曲線；②是膜焊接、上部土工布縫合接縫的拉伸應力應變曲線；③為膜焊接后、膜與上部土工布、土工布與土工布之間采用 KS 膠粘合加固后接縫拉伸應力應變曲線；④為膜焊接后、膜與上下部土工布、土工布與土工布之間采用 KS 膠粘合加固后接縫拉伸應力應變曲線。

圖 4 中曲線②的第一個峰值為防滲膜拉伸屈服點， 第二個峰值為防滲膜斷裂點，第三個峰值為縫合土工布斷裂點。在第二個峰值時測定的強度應為接縫的斷裂強度，在第二個峰值后，防滲膜已斷裂失去防滲功能，在第三個峰值時測定的極限強度不能為接縫的斷裂強度。

5.2 抗滲性能試驗結果

按照上述試驗方法測定了接縫、加固后的接縫以及母材的抗滲性能，試驗結果見表 4 所示。

從表 4 中可以看出，不同強度的接縫和母材均可以達到 0.6 MPa 靜水壓下不滲漏。在試驗中試件背水面設置有孔徑 3 mm 的墊板，細孔墊板的支撐作用致 0.6 MPa 靜水壓下抗滲性能表現不出差異，難以反映出真實的抗滲性能。

表 4 中脹破壓力是在無墊板無支承情況下測定的，可以真實地反映出復合土工膜抗滲強度的相對大小。從表 4中可以看出目前工程常用的膜焊接、膜上部土工布縫合的接縫方法接縫抗滲強度僅為母材抗滲強度的 36 %，采用KS 膠加固后的接縫抗滲強度超過母材抗滲強度。主要原因：一方面接縫處膜與土工布粘結成一體，KS 膠層又具有一定的厚度，可使接縫抗滲強度大大提高；另一方面預留接縫處防滲膜厚度高于母材體內膜的厚度；工廠在復合土工膜生產過程中膜沒受高溫老化及輥壓破壞的影響。

6結語

1)目前復合土工膜采用的膜焊接、膜上部土工布縫合的接縫方法，接縫處斷裂強度和抗滲性能與母材相比偏低，接縫成為復合土工膜防滲系統中最薄弱的部位，接縫存在的問題要引起重視。提高復合土工膜施工中接縫的強度和抗滲性能，有利于確保防滲工程的系統性和整體性，提高工程質量。

2） 在試驗研究的基礎上，提出了膜焊接后、膜與土工布、土工布與土工布之間用 KS 熱熔膠黏劑粘合加固的接縫方法是可行的，接縫強度達到了 《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》 要求，同時修補了膜焊接后的缺陷，提高了接縫抗滲性能。

3） 試驗研究中發現有些復合土工膜預留接邊與母材相鄰部位的強度會遠遠低于母材的強度。建議復合土工膜生產廠家改進生產工藝，提高該部位膜與布的結合強度。

參考文獻：

[1] 蔣學行，杜明，尹向東. PE 復合土工膜快速粘結技術在防滲工程施工中的應用研究[C]//全國第六屆土工合成材料會議論文集，2004：407-411.

[2] 楊建平，壽偉，王鐵強. 淺論復合土工膜在南水北調工程中的應用技術[J]. 南水北調與水利科技，2009，7（3）：109-116.

[3] 王春燕，余梁蜀，馬斌，等. 復合土工膜在南水北調工程中的防滲作用[J]. 水利科技與經濟，2009，15（8）：738-746.

103-104.

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【關健詞】加筋技術；本構模型；數值分析；彈塑性應變

1.加筋土基本理論的研究

1.1問題的提出

加筋土就是在土中埋設抗拉強度比較高的材料而形成的一種復合體，其基本原理為土與加筋材料之間存在著摩擦作用，此摩擦作用限制了土的變形，從而提高了土體的抗剪強度。

自七十年代加筋擋土墻技術引入我國以來，全國累積已完成千余座加筋土工程。79年礦業系統在云南修建一座高2米的儲煤倉下擋土墻，80年在淮南鐵路樞紐建成了第一座鐵路加筋擋土墻，國內已建成的西包線古邑加筋擋土墻高達35米，為當時國內之最、世界高擋墻之一。而98年在云南楚大高速公路建設中建成的三級加筋擋土墻總高度已達到43.75米。近幾年在公路建設和水利、礦山工程建設中軟弱土地基處理和擋土墻結構中加筋土技術應用較多，全國加筋土技術在具體工程中建設中得到了相當成功的運用，但加筋土理論卻相對落后。完善加筋土理論，指導具體工程實踐，將進一步促進加筋土加筋土技術的推廣和應用。

1.2加筋土理論簡介

1.2.1 加筋土的概念

把筋材沿主應變方向鋪設以彌補土體抗拉性弱的特點，這樣的土體就是加筋土。加筋復合材料具有下列特性：a. 應力沿筋材和土體接觸面連續傳遞；b. 筋材按一定角度鋪設在整個土體中，而不是某一局部通過土和筋材的摩擦力或被動阻力傳遞。

1.2.2 加筋土的破壞原因

加筋土的破壞可能由以下幾種情況引起：

筋材斷裂；b. 筋材從土體中被拔出；c. 土體本身的剪切破壞；d. 整個土體沿筋材滑動。

1.3 加筋土的分析方法

目前對加筋土的計算分析主要分為復合模式和分離模型。

1.3.1 復合模式

把筋、土當作復合材料。把加筋土看成宏觀上均勻的復合型材料，土與筋材的相互作用

表現為內力，只對復合材料的性質產生影響，而不直接出現在應力應變計算中，在有限元的計算中需要建立一個復合的本構模型。但它一般只考慮了筋材的抗拉力作用，能夠提高土體在拉力作用方向的剛度，但未考慮其在壓力和扭轉作用下對土體的影響。因此復合模型有一定的局限性，但仍不失為一種有效的計算方法。

1.3.2 分離模型

把筋、土分開考慮。一般將加筋體用一維線性單元或薄層矩形單元進行模擬，土體仍采用未加筋時的本構模型，土與筋之間的相互作用常采用接觸單元進行模擬。這種方法應用比較廣泛，但對某些結構不適用，如土釘墻、格柵加筋等結構。

1.4 加筋土的本構模型

1.4.1 加筋土的彈塑性硬化——軟化模型

由于土是一種彈塑性材料，加筋土也應是彈塑性體，因此在加筋土的本構模型中，一些研究者開始尋求加筋土的彈塑性模型。在土工合成材料加筋土軟化試驗研究的基礎上，提出了紗窗加筋土以及土工織物加筋土的應變硬化—軟化的應力應變三軸實驗結果。從應力應變曲線可以看出，隨著荷載的增加，應力應變表現為曲線形式，為彈性非線性變形，在此階段，土體不斷被壓密，隨著荷載的增加，土體的變形一方面呈現增大的趨勢，另一方面加筋土又限制土體的變形，使得加筋土的強度提高。在峰值之后，加筋土表現出塑性變形，出現負坡度的變形曲線，并逐漸達到流體狀態，此時表現為一水平線。在第一階段，應力應變表現為彈性非線性，用Duncan-Chang模型來處理，其應力應變關系滿足廣義胡克定律；第二階段，處于塑性狀態，本構方程按應變能原理推導；第三階段，即為流體階段，當最大主應力和最小主應力為常量時，加筋土的殘余強度保持不變。

1.4.2 加筋土的彈塑性應變硬化模型

對于加筋土的本構關系，當筋土復合材料初始屈服后，其狀態為部分彈性、部分塑性，對于任何應力增量，應變增量假定為彈性增量和塑性增量兩部分之和。假定塑性應變增量和和塑性勢的應力梯度成正比，加筋土材料一般不遵循關聯流動法則，但目前尚不能有根據的確定塑性勢函數，且由非關聯流動法則所得到的彈塑性矩陣為非對稱的，使計算工作量增大，因此在加筋土彈塑性分析中仍采用相關聯流動法則，再根據這些假設得到加筋土的彈塑性應力—應變關系。

1.4.3 加筋土的動彈塑性模型

許多加筋材料是且有蠕變性的，如土工合成材料。如果要考慮加筋土體的應力應變隨時間的變化，就應當采用與時間相關的流變模型。1999年，波蘭的薩維基（swicki)建立了適用于土工合成材料的流變模型。此模型建立在連續介質的基礎上，模型中假設土工合成材料是粘彈性體，土是塑性體。在彈性階段中，筋材的初應力增大，致使土體中宏觀應力的重組，直到土體達到屈服條件。土體剛產生塑流對應的時間可以由模型確定，在塑性階段，加筋土單元的總應變增大。在此階段可以確定描述加筋土的塑性應變率和加筋土單元的水平變形。

1.5加筋土理論存在的問題

加筋土技術的應用領域不斷擴大，但理論研究總的說來嚴重滯后于工程應用。對加筋土的基本性狀、機理、新的設計計算理論，十多年來未見有新的突破、新的發現。對加筋擋土土墻的結構、內部穩定計算一直采用局部應力平衡法，對高大擋土墻的設計，這一方法顯然不太適用。對外部穩定計算，一直采用剛性墻假定，計算過程雖大大簡化了，但與實際工作狀態的差距也加大了。近來來做了一些現場實驗，并用有限元方法進行數值計算，但土體本構方程的準確描述不容易，彈塑性模型模型選擇上爭議較大。實驗獲取土性指標與實際有差距，筋、土的界面處理困難，而且繁雜的數值計算并不為大眾所理解和掌握，使得數值計算的結果具有更多的學術意義而工程意義較小。筋—同工作機理的闡述和簡潔的設計計算才是工程應用所企求的。

2.結語

經過數十年的工程應用，土工合成材料取得了迅速的發展，也積累了大量的經驗。但是，由于對加筋材料特性認識的不充分，未能真正弄清楚筋同作用機理，建議今后的理論研究應從以下兩個方面努力：a. 材料物理力學性質的確定，特別是對新型土工材料的認識亟待提高，應對材料的耐久性和耐腐蝕性的測試和設計提出要求和建立標準，以滿足工程需要；b. 理論計算和設計方法的完善。特別是對加筋土坡和地基的設計方法和施工規范亟待出臺，從理論上完善計算方法和設計理論，減少盲目性。

參考文獻：

[1] 何光春. 加筋土工程設計與施工.[M] 北京. 人民交通出版社. 2000.5.

[2] 張孟喜. 土工合成材料加筋土應變軟化特性及彈塑性分析[J]土木工程學報..2003.3.

[3] 王釗. 土工合成材料的蠕變試驗 [J] 巖土工程學報. 1994.16(6).

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【關鍵詞】：路堤、加固、防護

中圖分類號： U213.1+1文獻標識碼：A 文章編號：

前言

我國是一個多山的國家，在山區修建高速公路時，不可避免地會遇到大量高填方路堤以及縱向和橫向斜坡地形。按目前常用的路基邊坡坡度填筑路基，將造成邊坡坡面高闊，占用大量的土地。在橫向半挖半填路基、縱向填挖路基交界處易出現不均勻沉降，造成路面結構開裂破壞和行車不適。

本文主要是從公路修筑前路堤填料的選擇和公路建成后路堤的防護和加固兩方面來進行探討的。

第一章 公路修筑前路堤填料的選擇

1.1 在路堤中加入粉煤灰

近幾年來，一種輕質的路基填料——粉煤灰，已經大量地應用于高速公路路堤填筑工程中。作為路堤填料，粉煤灰有它獨特的優點。它是由煤炭燃燒后而形成的，它一般在電廠中常見，屬于廢棄料。用它作為路堤填料，既可以節省填料，又可以保護環境、節約耕地，尤其是在山區。粉煤灰由其自重較一般土體小三分之一以上，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載明顯減少，地基附加力及沉降變形量變小，有利于路基穩定。

1.2 在路基中鋪設土工格柵

在公路修筑路基的時候，可以在路基中鋪設土工合成材料。利用土工合成材料加筋來提高路基的穩定性。人類早在幾千年前就開始用天然植物纖維鋪路和筑城。后來上升為理論，法國工程師分析了加筋的機理。隨著塑料等合成材料的發展，土工合成材料被用于加筋工程。最常用的一種是土工格柵。

利用土工合成材料加筋路基，可以在保證路基穩定的前提下有效收縮邊坡坡腳，減少對耕地的占用。土工合成材料在處治路基不均勻沉降方面也取得了較好的效果。國內許多學者都對其進行了研究。中科院地質研究所的李志清等人對土工格柵加固高速公路路堤進行了研究，得出了加筋對路堤沉降有不同程度的改善作用，土工格柵加筋能使路基承載力顯著提高，并改善土體應力環境，有效地減少沉降量。

第二章 公路建成后路堤的防護和加固

在公路建成以后，路堤的防護與加固主要是指坡面的防護與加固。

2.1坡面的防護

植物防護和工程防護是目前最常用的坡面防護設施。前者可視為有“生命”防護，后者屬于無機物防護。當邊坡為土質邊坡時，多采用生命防護；當邊坡為石質路塹邊坡時，多采用無機物防護。

2.1.1植物防護植物防護也可叫做生物防護。生物防護的優點為：美化路容，協調環境，調節邊坡土的濕度和溫度，起到固結和穩定邊坡的作用。它多適用于坡高不大，邊坡比較平緩的土質邊坡。生物防護主要包括：種草、鋪草皮和植樹。除植樹(主要用于下邊坡)屬傳統防護形式外，植草或鋪草皮是近年來才在高等級公路上興起的一種綠色防護形式。其優點是能在短期內恢復公路沿線的綠色和防止邊坡沖刷，但養護費用高,，隨時保持綠色有一定困難。

土質邊坡防護也可采用拉伸網草皮、固定草種布或網格固定撒種。

拉伸網草皮是在土工網或是土工墊等土工合成材料上鋪設3-5cm的種植土層經過撒種、養護后形成的人工草皮。固定草種布是在土工織物紡織時將草種固定于土工織物中，然后到現場鋪筑以促進草皮生長的一種邊坡防護方法。網格固定撒種是先將土工網固定于需防護的邊坡上，然后撒種形成草皮的一種邊坡防護方法。

2.1.2工程防護當高速公路的兩側不適宜用植物防護時，宜采用砂石、水泥、石灰等礦質材料進行坡面防護。主要包括砂漿抹面、勾縫、噴涂、石砌護坡和護面墻。石質挖方坡面多用砂漿抹面防護。這些石質挖方坡面的巖石表面易受風化，但比較完整，尚未剝落，如頁巖、泥沙巖、千枚巖的新坡面。 出現此種情況應及時予以封面，以防止風化形成病害。石灰漿是最常用的抹面材料，其中石灰為膠結材料，要求精選。混合料如加紙筋或竹筋，可提高強度，防止開裂。抹面厚度視材料與坡面而定，一般2-10cm。操作前，把坡面的風化層、浮土與松動的碎

塊都清理掉，填坑補洞，灑水潤濕。抹面之后，及時拍漿，抹平和養生。

易風化且坡面不平整的巖石挖方邊坡應采用噴漿施工，該方法簡便，效果較好。厚度一般為5-10cm。此種方法由于水泥的用量大，重點工程宜采用此法。目前有一種比較經濟的砂漿：水泥，石灰，河沙及水，它們按質量比為1：1：6：3配合。噴漿的處治方法和抹面相同。對坡面較陡或易風化的坡面，可以在噴漿前先鋪設加筋材料，加筋材料可以用鐵絲網或是土工格柵，噴漿坡面應設置排水孔。

對于比較堅硬的巖石坡面，為防水滲入縫隙造成病害，視縫隙深淺與大小，分別予以灌漿，勾縫或嵌補等。

為了防止地面水沖刷，宜采用石砌護坡或護面墻。漿砌和干砌是石砌護坡的兩種形式。護面墻比護坡厚，有一定的抗推力作用，其優點是能就地取材、工藝簡單，但自重大，不宜在高邊坡上使用。下面介紹幾種石砌護坡的形式：

(1)菱形網格護坡，這種護坡可采用預制安裝，也可采用水泥混凝土現澆的形式。這種方法工藝簡單，便于施工，可在網格里種草。但僅限于填方邊坡和土質挖方邊坡。

(2)六角空心磚護坡。這種護坡是近幾年來才發展起來的，是一種用水泥混凝土預制安裝的邊坡防護形式，似蜂巢狀。施工工藝簡單，空洞內可填土綠化，有一定觀賞價值，但自重大，費用高，還會阻礙邊坡水的排出，對邊坡穩定不利，要慎重選用。

(3)窗孔肋式護坡。一般用漿砌片石或片石混凝土做肋，用水泥預制混凝土塊做成拱形窗臺，坡面水從肋上排出，窗內可植草，目前是一種較為理想的防護形式，但肋厚容易被偷工減料，應加強施工管理和質量監理。

(4)噴射混凝土護坡。對一些較高的風化巖石邊坡，采用噴射混凝土作護坡可阻止風化，且重量輕，施工所需設備簡單，但費用較高，厚度難以控制，對景觀有一定影響，應盡量少采用。

2.2 坡面的加固

坡面的加固形式有以下幾種：

(1) 護腳墻與抗滑墻

在本質上，護腳墻與抗滑墻沒有太大區別，只有斷面大小和埋深不同(有時也加錨桿或錨索)。護腳墻的作用是保護坡腳不受沖刷和破壞，不能抵抗推力；抗滑墻除有護腳墻的作用外，具有抗推力作用，施工時可根據具體情況選用。

(2) 抗滑樁

對于處理滑坡或防止邊坡下滑，多采用抗滑樁，一般是鋼筋水泥混凝土結構。

它是一種較理想的抗滑設施，但投資較大。抗滑樁埋入地層以下深度，按一般經驗，軟質巖層中錨固深度為設計樁長的三分之一；硬質巖中為設計樁長的四分之一；土質滑床中為設計樁長的二分之一。當土層沿基巖面滑動時，錨固深度也有采用樁徑的2-5倍。

(3) 預應力錨索

對于處理單斜構造巖石邊坡應采用預應力錨索。根據工程經驗，對該類邊坡的穩定性具有較好的效果。[5]但被錨固體得下滑力和張拉控制應力不易準確計算。

第三章結語

總之，在山區修建高速公路，高填深挖比較多，路堤邊坡加固和防護措施若是不得力，很容易引發邊坡病害。從而影響到路堤的整體穩定性。因此對于山區高速公路路堤加固和防護技術的研究還需進一步探討，以提高山區公路的承載力和使用年限，進一步滿足不斷發展的交通需求。

參考文獻

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