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土工合成材料基礎(chǔ)知識,長沙建益新材料有限公司,主講：朱李元,土工合成材料基礎(chǔ)知識,綜述篇,土工合成材料綜述,工合成材料在早期曾被稱為“土工織物”(geotextile)和“土工膜”(geomembrane)。隨著工程需要，這類材料不斷有新的品種出現(xiàn)，例如土工格柵、土工網(wǎng)和土工模袋等，原來的名稱已不能準(zhǔn)確地涵蓋全部產(chǎn)品，這樣，在其后的一段時期內(nèi)，把它們稱之為“土工織物、土工膜和相關(guān)產(chǎn)品(relatedproduct)”。顯然，這樣的名稱不宜作為一種技術(shù)名詞或?qū)W術(shù)名詞。,土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來的化學(xué)物質(zhì)制成，再進一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。,什么是土工合成材料，概括而言，土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因為它們主要用于巖土工程，故冠以“土工”(geo一)兩字，稱為“土工合成材料”，以區(qū)別于天然材料。,為此，1994年在新加坡召開的第五屆國際土工合成材料學(xué)術(shù)會議上，正式確定這類材料的名稱為“土工合成材料”(geosynthetics),4,土工合成材料的發(fā)展歷史,土工合成材料的最早應(yīng)用可追溯到本世紀(jì)二三十年代。1926年美國南卡羅林拉州公路部門曾采用過在棉布上灑瀝青而制成的材料，其形式類似于土工膜。其后，人們曾采用聚氯乙烯PVC土工膜作為游泳池的防滲材料。50年代初，美國墾務(wù)局采用PVC土工膜作防滲襯砌。前蘇聯(lián)以聚乙烯膜進行渠道防滲也有較長歷史,以近代人工聚合物為原料的土工織物的最早應(yīng)用實例，是50年代初的荷蘭三角洲工程。據(jù)估計，用量超過了1000萬m2，大大促進了土工合成材料的工程應(yīng)用。60年代，美國逐漸擴展了采用土工織物修建護坡下的墊層和反濾以及護岸等，并將土工織物鋪在瀝青路面中以防止路面反射裂縫。土工網(wǎng)于1968年在日本開始應(yīng)用，主要用在填土坡，幫助坡緣填土壓實，以增大其強度和穩(wěn)定性。與此同時，土工網(wǎng)也被用在軟基上筑堤，以后又發(fā)展為在堤底全面鋪設(shè)。,非織造土工合成材料技術(shù)可能于1967年在美國、法國、英國開始應(yīng)用，它是一種較厚的聚酯非織造土工織物，作為大壩上游拋石護坡下的反濾層，或作為基土與其上覆蓋的粗粒料之間的隔離層。非織造織物的出現(xiàn)為土工織物的應(yīng)用開辟了較廣闊的天地。,80年代后出現(xiàn)了排水帶，路堤下用非織造織物作加筋，以及土工織物加筋擋墻等應(yīng)用實例。,在1998年夏秋，在長江和松花江、嫩江特大洪災(zāi)的防汛搶險工作中，土工合成材料發(fā)揮了重要作用。國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)高瞻遠矚，在災(zāi)后多次批示和指示，工程界和制造廠商積極響應(yīng)，展現(xiàn)了前所未有的應(yīng)用土工合成材料熱潮。可以預(yù)見，我國的土工合成材料的應(yīng)用程度、技術(shù)水平、以及產(chǎn)品的質(zhì)量和品種在不遠的將來必將邁上一個新臺階。,我國應(yīng)用土工合成材料開始較晚，但發(fā)展速度很快。目前幾乎在各種類型的巖土工程和大量的水利及堤防工程中都得到應(yīng)用。1974年江蘇省江都嘶馬用織造型土工織物制成的軟體排，結(jié)合混凝土塊壓重，進行長江護岸。稍后江都西閘和湖北省長江堤防也都采用了軟體排。非織造土工織物用作反濾料的工程實例更多，云南麥子河水庫用得最早。80年代中期，非織造土工織物在尾礦壩和灰堤等工程中得到應(yīng)用。塑料排水帶早在80年代初即在天津新港用于加固軟基，目前排水帶在高速公路和機場工程已應(yīng)用得十分廣泛?；炷聊４钤缬糜诮K南宮河口岸，80年代末已成功應(yīng)用于30多項工程。加筋土擋墻已修建不少。近年來我國已能生產(chǎn)土工格柵，其工程需求量很大，預(yù)計會大大促進加筋土技術(shù)的快速發(fā)展。聚苯乙烯板塊在我國寒冷地區(qū)早已用于工程防凍。近來土工格室、植被土工網(wǎng)墊等新技術(shù)也已開始應(yīng)用。根據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今我們采用土工合成材料的工程已逾8000項。,我國土工材料的發(fā)展史,我國GB50290-98土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范將土工合成材料分為以下四大類：,土工織物是一種透水性材料,土工膜是一種基本不透水的材料,土工復(fù)合材料是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品,土木特殊材料是為工程特定需要而生產(chǎn)的產(chǎn)品，品種多,土工特種材料,土工織物,土工膜,土工復(fù)合材料,土工合成材料的種類,土工織物,土工織物(土工布)的分類,(一)織造型土工織物,絲種包括單絲、多絲及二者的混合。單絲是單根絲，典型直徑約為圖1-2土工織物的經(jīng)緯絲0.5mm，它是將聚合物熱熔后從模具中擠壓出來的連續(xù)長絲。在擠出同時或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強土工織物時常采用多絲。多絲也有用切割成的短絲(一般長100mm)搓擰而成的。,圖1-2土工織物的經(jīng)緯絲,土工織物,這類產(chǎn)品又稱有紡?fù)凉た椢?，是最早的土工織物產(chǎn)品。它的制造分兩道工序：先將聚合物原料加工成絲或紗或帶，再借織機制成平面結(jié)構(gòu)的布狀產(chǎn)品?？椩鞎r常包括相互垂直的兩組平行絲，如圖1-2。沿織機(長)方向的稱經(jīng)絲，橫過織機(寬)方向的稱緯絲。這種織物看來簡單，卻有著不同的絲種和不同的織法。,(一)織造型土工織物,早期的土工織物系由單絲織成，后來發(fā)展為采用扁絲。扁絲是由聚合物薄片經(jīng)利刀切成的薄條，其厚度比單絲薄得多，且在切片前后都要牽引拉伸以提高其強度。扁絲寬度約為3mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多數(shù)編織土工織物是由扁絲織成，而圓絲和扁絲結(jié)合織成的織物有較高的滲透性，如圖1-3。,圖1-3圓絲和扁絲織成的織物,另一種特殊的扁絲叫裂膜絲(fabrillatedyarn)，它是將一根扁絲剖成許多根細絲，但仍連在一起。由裂膜絲織成的織物較為密實，柔軟而滲透性小。多絲和裂膜絲結(jié)合織成的編織物厚度可達12mm，比扁絲織成的要厚。,土工織物,織造型土工織物的制造型式,織造型土工織物有三種基本的制造型式：平紋、斜紋和緞紋。平紋是一種最簡單、應(yīng)用最多的織法。其形式是經(jīng)、緯絲一上一下，如圖1-2、圖1-3。斜紋則是經(jīng)絲跳越幾根緯絲，最簡單的形式是經(jīng)絲二上一下，如圖1-4。緞紋織法是經(jīng)絲和緯絲長距離的跳越，例如經(jīng)絲五上一下，這種織法適用于衣料類產(chǎn)品。,圖1-4斜紋土工織物,在織造時，由于梭子要不斷地牽引緯絲從經(jīng)絲的空間中穿過，故要求經(jīng)絲強度比緯絲的高。采用不同的絲和紗以及不同的織法，可以使織成的產(chǎn)品具有不同的特性。例如平紋織物有明顯的各向異性，如圖1-5，其經(jīng)、緯向的摩擦系數(shù)也不一樣；圓絲織物的滲透性一般比扁絲的要高，每厘米長的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物也愈密愈強，滲透性則愈低。單絲的表面積較多絲的要小，其防止生物淤堵的性能要好一些。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快，等等。由此可見，可以借調(diào)整絲(紗)的材質(zhì)、品種和織造方式等來得到符合工程要求的強度、經(jīng)緯強度比、摩擦系數(shù)、等效孔徑和耐久性等項指標(biāo)。在工程實施中應(yīng)根據(jù)具體要求來優(yōu)選產(chǎn)品，鋪設(shè)時要注意材料的合理鋪設(shè)方向,土工織物,圖針刺無紡?fù)凉げ?(二)非織造型土工織物,這類產(chǎn)品又稱無紡?fù)凉た椢?。根?jù)粘合方式的不同，非織造型土工織物分為熱粘合、化學(xué)粘合和機械粘合等三種。,熱粘合非織造型土工織物的制造，是將纖維在傳送帶上成網(wǎng)，讓其通過兩個反向轉(zhuǎn)動的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受到一定溫度后，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化。該法主要用于生產(chǎn)薄型土工織物，厚度一般為O.51.0mm。由于纖維是隨機分布的，織物中形成無數(shù)大小不一的開孔。再因為無經(jīng)緯絲之分，故其強度的各向異性不明顯。,化學(xué)粘合法土工織物，是通過不同工藝，將粘合劑均勻地施加到纖維網(wǎng)中，待粘合劑固化，纖維之間便互相粘連，使網(wǎng)得以加固，厚度可達3mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合劑前加以滾壓，得到較薄的和孔徑較小的產(chǎn)品。這類產(chǎn)品在工程中的應(yīng)用較少。,機械粘合法是以不同的機械工具將纖維網(wǎng)加固，應(yīng)用最廣的是針刺法，還有用水刺法的。針刺法利用裝在針刺機底板上的許多截面為三角形或棱形且側(cè)面有鉤刺的針，由機器帶動，作上下往復(fù)運動，讓網(wǎng)內(nèi)的纖維互相纏結(jié)，從而織網(wǎng)得以加固。產(chǎn)品厚度一般在1mm以上，孔隙率高，滲透性大，反濾排水性能均佳，在水利工程中應(yīng)用很廣。水刺法是利用高壓噴射水流射入纖維網(wǎng)，使纖維互相纏結(jié)加固。其產(chǎn)品較為柔軟，主要用作衛(wèi)生用品，工程中尚未應(yīng)用，,土工織物,土工膜,土工膜是一種基本不透水的材料。根據(jù)原材料不同，可分為聚合物和瀝青兩大類。為滿足不同強度和變形需要，又有不加筋和加筋的區(qū)分。聚合物膜在工廠制造，瀝青膜則大多在現(xiàn)場制造。,制造土工膜的聚合物有熱塑塑料(如聚氯乙烯)、結(jié)晶熱塑塑料(如高密度聚乙烯)、熱塑彈性體(如氯化聚乙烯)和橡膠(如氯丁橡膠)等。,工廠制造土工膜的方法主要有擠出、壓延或加涂料等。擠出是將熔化的聚合物通過模具制成土工膜，厚0.254mm。壓延則是將熱塑性聚合物通過熱輥壓成土工膜，厚0.252mm。加涂料是將聚合物均勻涂在紙片上，待冷卻后將土工膜揭下來而成。,現(xiàn)場制造土工膜是在地面噴涂或敷一層冷或熱的粘滯聚合物而成。瀝青土工膜用的是瀝青聚合物或合成橡膠。,制造土工膜時還需要摻入一定量的添加劑，使在不改變材料基本特性的情況下，改善其某些性能和降低成本。例如摻入碳黑可以提高抗日光紫外線能力，延緩老化；摻人鉛鹽、鋇、鈣等衍生物以提高材料的抗熱、抗光照穩(wěn)定性；摻人滑石等潤滑劑以改善材料可操作性；摻入殺菌劑可防止細菌破壞等。對于瀝青類土工膜，其主要的摻人材料是一些填料或纖維。填料可為細礦粉，它能增加膜的強度且降低其成本；加入纖維，也是為提高膜的強度。,圖土工膜,HDPE防滲膜,HDPE防滲膜選用優(yōu)質(zhì)的聚乙烯原生樹脂，主要成分為97.5%的高密度聚乙烯，約2.5%的碳黑、抗老化劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、穩(wěn)定劑等輔料，用目前國際上最先進的意大利全自動土工生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)三層共擠技術(shù)制成。所有產(chǎn)品均依據(jù)美國GRI標(biāo)準(zhǔn)和ASTM測試標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行生產(chǎn)，規(guī)格齊全，光面糙面厚度0.25mm-3.0mm，寬幅4m-12m，滿足環(huán)保環(huán)衛(wèi)、水利、建筑、市政工程、園林、景觀、石化、礦業(yè)、鹽業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用要求。,HDPE防滲膜作為一種新型材料，具有優(yōu)異的防滲、防腐性能、化學(xué)穩(wěn)定性好，并可以根據(jù)實際工程需要進行加工的特性和功能，已被廣泛用于水利工程的堤、壩、水庫的防滲，同時也在渠道、蓄水池、污水池、游泳池、房屋建筑、地下建筑物、垃圾場、環(huán)境工程等方面作為防滲、防腐、防漏、防潮材料使用。發(fā)達國家從上世紀(jì)30年代起，就開始廣泛應(yīng)用該項技術(shù)，我國也從80年開始在各項工程中逐步推廣使用HDPE防滲膜。,土工復(fù)合材料,土工復(fù)合材料是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品。這類制品將各組合料的特性相結(jié)合，以滿足工程的特定需要。不同的工程有不同的綜合功能要求，故土工復(fù)合材料的品種繁多，可以說土工復(fù)合材料是當(dāng)前和今后一段時期發(fā)展的大方向。,復(fù)合土工膜是將土工膜和土工織物（包括織造和非織造型）復(fù)合在一起的產(chǎn)品。應(yīng)用較多的是非織造針刺土工織物，其單位面積質(zhì)量一般為200600g/m2。復(fù)合土工膜在工廠制造時可以有兩種方法，一是將織物和膜共同壓成；另外也可在織物上涂抹聚合物以形成二層（俗稱一布一膜）、三層（二布一膜）、五層（三布二膜）的復(fù)合土工膜。,復(fù)合土工膜有許多優(yōu)點，例如：以織造型土工織物復(fù)合，可以對土工膜加筋，保護膜不受運輸或施工期間的外力損壞；以非織造型織物復(fù)合，不僅對膜提供加筋和保護，還可起到排水排氣的作用，同時提高膜面的摩擦系數(shù)，在水利工程和交通隧洞工程中有廣泛的應(yīng)用。,復(fù)合土工膜,土工復(fù)合材料概述,土工復(fù)合材料,塑料排水帶(prefabricafedstripdrain）,塑料排水帶是由不同截面形狀的連續(xù)塑料芯板外面包裹非織造土工織物（濾膜）而成。芯板的原材料為聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多種型式，常見的有城垛式、和乳頭式等，如圖1-6。芯板起骨架作用，截面形成的縱向溝槽供通水之用，而濾膜多為滌綸無紡織物，作用是濾土、透水。塑料排水帶的寬度一般為100mm，厚度3.54mm，每卷長100200m，每米重約0.125kg。我國目前排水帶的寬度最大達230mm，國外已有2m以上的寬帶產(chǎn)品。,塑料排水帶的施工是利用插帶機將其埋沒在土層中的預(yù)定位置。塑料帶前端與錨靴相連，用插帶機導(dǎo)桿頂住錨靴，插入土層中，達到預(yù)定深度后拔出導(dǎo)桿，但排水帶仍留在預(yù)定位置，在高出地面一定高度(0.5m左右)剪斷排水帶。施工時可用靜荷或動荷送桿，靜荷送桿對土層擾動小，較為常用。我國插帶機的插入深度可達約25m，入士速率可達6m/min。排水帶的平面分布間距可借理論計算確定，一般為l2m。排水帶插入軟基后，為排除土中的多余水量提供了捷徑，多余水可水平向通過帶的濾膜進入芯板溝槽，再向上由地表的透水料墊層排走。排水帶在公路、碼頭、水閘等軟基加固工程中應(yīng)用廣泛，以加速軟土固結(jié)。,塑料排水帶,土工復(fù)合材料(geocomposite),土工復(fù)合材料,軟式排水管,軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的，如圖1-7。高強鋼絲由鋼線經(jīng)磷酸防銹處理，外包一層PVC材料，使其與空氣及水隔絕，避免氧化生銹。包裹材料有三層，內(nèi)層為透水層，由高強特多龍紗或尼龍紗作為經(jīng)紗，特殊材料為緯紗制成；中層為非織造土工織物過濾層；外層為與內(nèi)層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復(fù)合整體性，支撐體和管壁外裹材料間，以及外裹各層之間都采用了強力粘結(jié)劑粘合牢固。目前市場出售的管徑分別為50.1mm、80.4mm和98.3mm，相應(yīng)的通水量(坡降i1/250)為45.7cm3/s、162.7cm3/s、311.4cm軟式排水管兼有硬水管的耐壓與耐久性能，又有軟水管的柔性和輕便特點，過濾性強，排水性好，可用于各種排水工程中。,圖1-7軟式排水管構(gòu)造示意圖,軟式排水管,土工復(fù)合材料,塑料波紋管,塑料波紋管有HJ50至HJ160多種規(guī)格，能與不同規(guī)格的預(yù)應(yīng)力群錨配套使用，具有密封性好、強度高、不漏漿、不易被振動棒鑿破、摩阻系數(shù)小等優(yōu)點。在預(yù)應(yīng)力橋梁、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中使用塑料波紋管圓管管形成的孔道解決了傳統(tǒng)金屬波紋管易漏漿，造成孔道堵塞無法進行預(yù)應(yīng)力穿束、張拉、灌漿施工。采用真空灌漿工藝提高預(yù)應(yīng)力孔道灌漿的飽滿度及密實度，提高了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。,土工復(fù)合材料,其他復(fù)合排水材料,現(xiàn)在已生產(chǎn)出各種型式芯材和外包濾膜的復(fù)合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各種奶頭形的，有土工網(wǎng)的，還有用塑料絲纏成的網(wǎng)狀體的等等(圖1-8)，它們均具有較大的排水能力，可按工程需要選用。,圖1-8復(fù)合排水材料,土工復(fù)合材料,三維植被網(wǎng),三維植被網(wǎng)是一種新型土木工程材料，屬于國家高新技術(shù)產(chǎn)品目錄中新型材料技術(shù)領(lǐng)域重復(fù)各材料中的增強體材料。特點：是用于植草固土用的一種三維結(jié)構(gòu)的似絲瓜網(wǎng)絡(luò)樣的網(wǎng)墊，質(zhì)地疏松、柔韌，留有90%的空間可充填土壤、沙礫和細石，植物根系可以穿過其間，舒適、整齊、均衡的生長，長成后的草皮使網(wǎng)墊、草皮、泥土表面牢固地結(jié)合在一起，由于植物根系可深入地表以下3040cm，形成了一層堅固的綠色復(fù)合保護層。,土工復(fù)合材料,塑料盲溝,塑料盲溝是土工合成材料，是塑料芯體外包裹無紡布土工布組成。塑料芯體是認熱可塑料，合成樹脂為主要原料，經(jīng)過改性，在熱溶狀態(tài)下，通過噴嘴擠壓出細的塑料絲條，再通過成型裝置將擠出的塑料絲在結(jié)點上熔接，形成三堆立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成盲溝材。,土工復(fù)合材料,軟式透水管,軟性透水管是以防銹彈簧圈支撐管體，形成高抗壓軟式結(jié)構(gòu)，無紡布內(nèi)襯過濾，使泥砂不能進入管內(nèi);從而達到凈滲滲水的功效。丙綸絲燒被覆層具有優(yōu)良吸水性，能迅速懼土體中多余水份。橡膠筋使管壁被覆層與彈簧鋼圈管體成為有機一體，具有很好的全方位透水功能，滲透水能順利滲入管內(nèi)，而泥砂雜質(zhì)被阻擋在管外，從而達到透水、過濾排水一氣呵成之目的。,土工復(fù)合材料,EVA防水板,EVA防水板防水材料是由多層共擠成型的薄膜（防滲膜）該產(chǎn)品具有機械強度高、耐老化、抗穿刺性強、摩擦系數(shù)大、柔韌、耐腐蝕等特點，同時兼有質(zhì)輕、幅寬、耐低溫、防水性好、鋪設(shè)加工容易、焊接性好等優(yōu)點。,EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物，具有良好的撓曲性、柔韌性、彈性、耐候性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性和粘接性能.,土工特種材料,(一)土工格柵,土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進行拉伸而成的帶長方形或方形孔的板材，如圖1-9。加熱拉伸是讓材料中的高分子定向排列，以獲得較高的抗拉強度和較低的延伸率。按拉伸方向不同，格柵分為單向拉伸(孔近矩形)和雙向拉伸(孔近方形)兩種。前者在拉伸方向上有較高強度，后者在兩個拉伸方向上皆有較高強度。,（a）“坦薩”SS2；（b）“奈特龍”CE121；（c）“坦薩”SR2；（d）“坦薩”GM1,土工格柵因其高強度和低延伸率而成為加筋的好材料，例如英國奈特龍(Netlon)公司生產(chǎn)的坦薩(TENSAR)SR2(單向)的縱、橫向抗拉強度分別為80kN/m和13kN/m，延伸率分別為9和15(常溫下)。土工格柵埋在土內(nèi)，與周圍土之間不僅有摩擦作用，而且由于土石料嵌入其開孔中，還有較高的咬合力，它與土的摩擦系數(shù)可以高達0.81.0。,土工格柵的品種和規(guī)格很多，目前開發(fā)的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的(圖1-10)，也有用高強合成材料絲縱橫連接而成的，等等。,圖l-10加筋帶焊成的土工格柵,土工特種材料,塑料焊接土工格柵,塑料焊接土工格柵是以聚丙烯為主料，加入抗老化劑和其它助劑，通過擠壓拉伸成表面有粗糙壓紋的高強度的精制肋條，把肋條按平面經(jīng)緯成直角，經(jīng)超聲波焊接其交點而成,土工特種材料,土工格柵分類,土工特種材料,鋼塑復(fù)合土工格柵,鋼塑加筋土工格柵是由鋼塑加筋帶經(jīng)新穎工藝復(fù)合而成,由于此產(chǎn)品表面延壓成具有規(guī)則的粗花紋,鋪設(shè)于換填土層中承受了巨大的抗應(yīng)力和與填土之間的摩擦力,整體上限制了地基土的剪切,側(cè)面擠出及隆起,由于加筋土墊層的剛度較大,有利于上部基礎(chǔ)荷載的擴散并較均勻地傳遞,分布到下臥軟土層上,較好地提高了地基的承載力,由于加筋土墊層的作用,加大了壓縮層范圍內(nèi)地基的整體剛度,有利于調(diào)整地基的變形,使用了鋼塑加筋土工格柵而形成的加筋土復(fù)合墊層屬于柔性結(jié)構(gòu)物,能很好地吸收地震的能量,故其抗震性能好。,土工特種材料,玻璃纖維土工格柵,玻璃纖維土工格柵是一種用于路面增強、老路補強，加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。在處理瀝青路面反射裂紋應(yīng)用上，已成為不可替代的材料。該產(chǎn)品是以高強無堿玻璃纖維通過國際先進的經(jīng)編工藝制成網(wǎng)狀基材，經(jīng)表面涂覆處理而制成的半剛性制品。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強度和較低的延伸率，并具有耐高溫、耐低寒、抗老化、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于瀝青路面、水泥路面及路基的增強和鐵路路基、堤壩護坡、機場跑道、防沙治沙等工程項目。,土工特種材料,凸接點鋼塑復(fù)合土工格柵,土工特種材料,塑料拉伸土工格柵,土工特種材料,玻璃纖維土工格柵,玻璃纖維土工格柵是一種用于路面增強、老路補強，加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。在處理瀝青路面反射裂紋應(yīng)用上，已成為不可替代的材料。該產(chǎn)品是以高強無堿玻璃纖維通過國際先進的經(jīng)編工藝制成網(wǎng)狀基材，經(jīng)表面涂覆處理而制成的半剛性制品。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強度和較低的延伸率，并具有耐高溫、耐低寒、抗老化、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于瀝青路面、水泥路面及路基的增強和鐵路路基、堤壩護坡、機場跑道、防沙治沙等工程項目。,土工特種材料,(二)土工網(wǎng),土工網(wǎng)是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應(yīng)用熱塑擠出法生產(chǎn)的具有較大孔徑和較大剛度的平面結(jié)構(gòu)材料?？梢蚓W(wǎng)孔尺寸、形狀、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差異。一般而言，土工網(wǎng)的抗拉強度都較低，延伸率較高，以英國NETLON系列為例，其抗拉強度僅為28kN/m，延伸率一般達到20以上。,這類產(chǎn)品常用于坡面防護、植草、軟基加固墊層，或用于制造復(fù)合排水材料。一般說來，它只有在受力水平不高的場合，才能用于加筋。CE131和CE151兩種用途最廣的土工網(wǎng)。,土工特種材料,CE131和CE151土工網(wǎng),CE1311.用于路基補強，使粒狀填料與網(wǎng)格互相鎖合在一起，形成穩(wěn)定的平面，防止填料下陷，并可將垂直載苛分散，地理條件惡劣地區(qū)可采用多層補強；2.鋪于堤壩及路基填土中能增加它的穩(wěn)定性，減少占地面積；3.用于路面補強，使網(wǎng)格與路面材料摻合在一起，可以有效地分散傳遞載荷，防止路面裂紋；4.可承受一定沖擊載荷；5.可承受較大的交變載荷；6.縮短工程建設(shè)周期；7.在惡劣環(huán)境條件下，也能施工；8.可防止翻漿造成的路面沉陷和裂紋；9.可減少路面材料用量；10.加快施工速度。CE1511.堤壩及巖石表面的防護。以防止侵蝕作用，避免產(chǎn)生塌方、巖石松動和水土流失；2.河、道岸治理工程，因具有柔韌性強、滲透性好、不受海水侵蝕，并能吸收波浪沖擊能量，故可做成矩形、方形或管狀石籠，直接安裝在水下，起導(dǎo)流和防護作用，施工時不需要費用昂貴的潛水作業(yè)；3.隧洞周壁的噴錨防護網(wǎng)。,土工特種材料,(三)土工模袋,土工模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續(xù)袋狀材料，袋內(nèi)充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板，可用作護坡。這種袋體代替了混凝土的澆注模板，故而得名。模袋上下兩層之間用一定長度的尼龍繩來保持其間隔，可以控制填充時的厚度。澆注在現(xiàn)場用高壓泵進行?；炷粱蛏皾{注入模袋后，多余水量可從織物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使強度增高。,按加工工藝的不同，可將模袋分為兩類，即機織模袋和簡易模袋。前者是由工廠生產(chǎn)的定型產(chǎn)品，而后者是用手工縫制而成。,機織模袋按其有無排水點和充填后成型的形狀分成許多種。我國現(xiàn)行的機織模袋有下列五種，其形狀、規(guī)格與用途見表1-2,土工特種材料,土工特種材料,1有過濾點模袋(FP)過濾點將上下兩片織物連在一起，濾點處不讓泵液進入，它可供排除土坡滲水，消除孔隙水壓力。這類模袋充填砂漿。2薄型無過濾點模袋(NF)這類模袋只有接縫排水，充填料用砂漿，適用于無水位驟降和無防滲要求的護坡。3厚型無過濾點模袋(CX)充填細砂混凝土，厚度大，用于重型防護工程，如海灣、碼頭護岸。4鉸鏈型模袋(RB)這類模袋充填砂漿凝固后，形成許多獨立而又以尼龍繩相聯(lián)的塊體，塊與塊間能自由轉(zhuǎn)動，排水通暢，適用于有較大不均勻沉降和地形變化大的坡面或地基防沖。5框架型模袋(NB)這類模袋充填砂漿后形成方形或長方形格子，格中可種植花草，既可護坡，又美化環(huán)境。此外，近年來美國HYDROTEX公司還生產(chǎn)一種稱為AB型的模袋，其中插有鋼筋，為鉸鏈?zhǔn)剑瑥姸雀?，適用于海岸防護。,土工特種材料,(四)土工格室,土工格室是由強化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型的條帶厚1.2mm、寬100mm，每隔300mm進行焊接。閉合和張開時的形狀如圖1-11。格室張開后，可填以土料，由于格室對土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用于固沙，還可用于護坡等。,圖1-11土工格室（a）規(guī)格；（b）鋪設(shè)后,土工特種材料,(五)土工管、土工包,聚苯乙烯板塊稱泡沫塑料，是由聚苯乙烯聚合物為原料，加入發(fā)泡劑制成的。它的主要特點是質(zhì)量極輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小，但也有一定抗壓強度。其單位體積質(zhì)量僅20.440.8kg/m3，為砂和混凝土的1/501/100，屬超輕型材料；導(dǎo)熱系數(shù)為p0.030.038kcalmH，吸水率僅為O.150.20g/100cm3。由于其質(zhì)輕，可用它代替土料，填筑橋端的引堤，解決橋頭跳車問題。其導(dǎo)熱系數(shù)低，故在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結(jié)構(gòu)物凍害，例如在擋墻背面或閘底板下，放置泡沫塑料以防止凍脹等。,土工特種材料,(七)土工合成材料粘土墊層,土工合成材料粘土墊層是由兩層或多層土工織物(或土工膜)中間夾一層膨潤土粉末(或其他低滲透性材料)以針刺(縫合或粘接)而成的一種復(fù)合材料。它與壓實粘土墊層相比，具有體積小、質(zhì)量輕、具柔性、密封性良好、抗剪強度較高、施工簡便、適應(yīng)不均勻沉降等優(yōu)點，可以代替一般的粘土密封層，用于水利或土木工程中的防滲或密封設(shè)計。國外大量用于廢料坑的底部防滲襯砌和頂部封蓋。,現(xiàn)有的土工合成材料粘土襯墊斷面圖(a)上下土工織物層問粘合粘土；(b)上下土工織物層間縫合粘土；(c)上下土工織物層間針刺粘土；(d)土工膜上粘合粘土,(1)土工合成材料粘土墊層(GeosyntheticsClayLiner)簡稱GCL，是由兩層(或多層)土工合成材料(織物、膜等)中間夾一層鈉化膨潤土粉組成的復(fù)合產(chǎn)品(見圖6-1)，用以代替粘土防滲層。GCL有如下優(yōu)點：1)因鈉化膨潤土粉與非織造針刺土工織物纖維充分纏繞，止水性強，耐沖刷，且不會因干濕和凍融反復(fù)循環(huán)而降低防滲性能，其滲透系數(shù)在510-1l510-12m/s之間。2)材料的厚度約67mm，幅寬達4.8m，卷長約30m，卷在硬質(zhì)軸上，整卷重約500kg，易于運輸和安裝。3)任何可能的漏水點因膨潤土粉的遷移而自愈合，接縫處也只需疊合約0.30m，即可滿足防滲性能。由于以上性能，GCL被用于地下水的保護、堤壩止水、水庫和蓄水池防滲，以及填筑和掩埋場的密封面層等.,土工特種材料,膨潤土防水墊（GCL）由三層組成，上下兩層分別為土工織物，主要起保護和加固作用，使之具有一定的整體抗剪強度和抗拉強度;中間為鈉基膨潤土粒層，它由天然的粘土礦無機材料加工而成，具有高膨脹性和高吸水能力，濕潤時透水性能低，主要起防滲作用。膨潤土復(fù)合防水墊彩特殊針刺的方法，特殊針刺的過程就是使粗纖維從上層土工織物穿過膨潤土層，固定在下層土工織物上，將三個部分結(jié)合為一體，有效的增強了膨潤土復(fù)合防水墊的整體性，使膨潤土復(fù)合防水墊的抗剪強度和抗拉強度大大增強。這使得膨潤土復(fù)合防水墊可單獨使用，也可與壓實粘土防滲體或土工膜組合使用。主要應(yīng)用于環(huán)境工程中的廢棄物填埋場、地下水庫、地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等工程中，解決密封、隔離、防滲漏問題，效果好，抗破壞性強。,膨潤土防水毯（GCL,土工合成材料基礎(chǔ)知識,功能篇,土工合成材料的功能,土工合成材料是用各種高分子材料專門制造的，用于巖土工程、環(huán)境巖土工程、水利和交通工程。土工合成材料的主要功能很方便識別，可用來隔離、過濾、排水、加筋、液體或氣體圍堵、水土保持。在某些情況下，土工合成材料可以有雙重功能。,隔離,土工合成材料可以隔離顆粒級配不同的兩層土。例如，土工織物可用于防止路基材料嵌入軟弱下臥層，從而維持設(shè)計厚度和道路的完整性。隔離層也有利于防止細粒土路基涌入透水狀路基中。,土工合成材料的性能和砂濾層類似，允許水流經(jīng)土壤同時又保留所有高水位處的土壤顆粒。例如，土工織物用來阻止土粒遷移進排水骨料或排水管而同時水能流經(jīng)系統(tǒng)。土工織物也用在海岸和河岸的拋石和其他護岸材料下以防土壤流失。,過濾,排水,土工合成材料作為排水管引導(dǎo)液體流經(jīng)滲透性較弱的土壤。例如，土工合成材料可用來消散路堤中孔隙水壓力。針對更大的流量開發(fā)了土工復(fù)合排水管。這些材料已被用來作為路緣帶排水管、邊坡截水管、壩肩及擋水墻的排水管。塑料排水板（PVDs）已被用于加速堤壩和預(yù)壓荷載下的軟粘土地基的骨節(jié)。,防護（水土保持）,土工合成材料用于減少由降雨影響和地表水徑流造成的土壤流失。例如，臨時土工合成墊和永久性輕質(zhì)土工合成墊鋪設(shè)在邊坡上外露的土壤表面上。土工布粉土圍欄用來去除含沙徑流水中的懸浮顆粒。用生物降解木纖維制造了一些水土保持墊。,土工合成材料作為土體內(nèi)的加筋體或與土壤結(jié)合形成復(fù)合體，土體強度及變形性能較為加筋土有所提高。例如，土工織物和土工格柵用來增加土體的抗拉強度以形成垂直或接近垂直臺階（加筋擋土墻）。加筋能使堤壩建在極軟地基上，且堤壩邊坡的坡角可以比未加筋時更陡。土工合成材料（通常土工格柵）可跨越持力層（公路和鐵路）或填埋場覆蓋系統(tǒng)下的孔洞。,防滲,土工合成材料作為一種不透流體或氣體的屏障。例如，土工膜、薄膜復(fù)合土工布、土工合成材料粘土襯墊（GCLs）和涂層土工布作為流體屏障以阻止液體或氣體的流動。這個功能也可用于瀝青路面覆蓋、膨脹土的封裝和廢棄物的圍堵。,加筋,土工合成材料的功能,隔離功能,可以圖2-1作示意性解釋。圖2-1(a)為在粗粒土上覆蓋細粒土，并有荷載作用；(b)與圖(a)相反，為在細粒土上填筑粗粒土；圖(c)則既有粗、細粒土的相鄰，又有滲流運動；圖(d)則是在兩種不同界面處有孔穴存在。在這幾種情況中，明顯看出，在標(biāo)有號碼“1”處，隔離材料在粗粒土的孔隙部位或兩種材料界面的孔穴部位將受到來自受壓軟土的擠頂作用，為此，要求隔離材料必須有足夠的抗頂破能力；在標(biāo)有號碼“2”處，隔離材料則將受到由粗土粒棱角施加的穿刺力，故隔離材料還應(yīng)有抵抗刺破的能力。用于隔離的土工合成材料應(yīng)以它們在工程中的用途來確定。應(yīng)用最多的是有紡和無紡?fù)凉た椢?。如果對材料的強度要求較高，有時還要求以土工網(wǎng)或土工格柵作為材料的墊層。當(dāng)要求隔離防滲時，則需要土工膜或復(fù)合土工膜。,圖2-1土工合成材料的隔離作用(a)碎石地基；(b)軟基(無滲水)；(c)軟基(有滲水)；(d)裂縫地基1頂破；2刺破,水利工程中要求隔離的實例很多，茲舉典型的如下：(1)堤壩粘土心墻和斜墻上下游的過濾層。(2)堤壩排水體與壩體的隔離層。(3)岸坡防護層下的墊層以及地基上填筑粗粒料時的界面隔離層等。,隔離是指在兩種物理力學(xué)性質(zhì)不同的材料之間鋪設(shè)土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。,過濾(反濾)功能,當(dāng)土中水流過土工織物時，水可以順暢穿過，而土粒卻被阻留的現(xiàn)象稱為反濾(過濾)。反濾不同于排水，后者的水流是沿織物表面進行的，而不是穿越織物。當(dāng)土中水從細粒土流向粗粒土，或水流從土內(nèi)向外流出的出逸處，需要設(shè)置反濾措施，否則土粒將受水流作用而被帶出土體外，發(fā)展下去可能導(dǎo)致土體破壞。土工織物可以代替水利工程中傳統(tǒng)采用的砂礫等天然反濾材料作為反濾層(或稱濾層)。,用作反濾的土工織物一般是非織造型(無紡)土工織物，有時也可以用織造型土工織物。,堤壩工程中可以用土工合成材料作濾層的情況很多：（1）堤壩粘土斜墻和粘土心墻的反濾層（2）堤壩內(nèi)部和下游排水體濾層。（3）渠道、堤防、海岸等亂石或混凝土板護面下的濾層。（4）水閘分縫處、下游護坦、河漫下的濾層。（5）擋土墻、岸墻等背面排水系統(tǒng)中的濾層。（6）排水暗管或排水暗溝外面的包裹體。（7）減壓井或測壓管的外裹體。此外，公路和機場跑道的基層，鐵軌下道渣與土基間的隔離層等，也都同時要求反濾功能。,以往的直觀概念都認為土工織物起反濾作用等同于過篩作用，后來的研究卻證明土工織物所以發(fā)揮反濾功能主要是由于它具有促進天然濾層形成的“催化”作用。另外，當(dāng)土工織物作為濾層而長期作用時，發(fā)現(xiàn)有淤堵現(xiàn)象，從而使其反濾作用減弱或至消失。為此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵發(fā)生。（一）反濾機理土工織物的反濾作用可以用圖2-2來說明。圖中左側(cè)為大孔隙堆石體，右側(cè)為被保護土，二者之間夾有起反濾作用的土工織物。當(dāng)水流從被保護土自右向左流入堆石體時，部分細土粒將被水流挾帶進入堆石體。在被保護土一側(cè)的土工織物表面附近，較粗土粒首先被截留，使透水性增大。同時，這部分較粗粒層將阻止其后面的細土粒繼續(xù)被水流帶走，而且越往后細土粒被流失的可能性越小，于是就在土工織物的右側(cè)形成一個從左往右顆粒逐漸變細的“天然反濾層”。該層發(fā)揮著保護土體的作用?？梢娡凉た椢锏拇嬖谥皇瞧鹆舜俪商烊环礊V層形成的“催化”作用。,過濾(反濾)功能,圖2-2反濾機理示意圖1排水體；2土工織物；3“天然”反濾層；4原土體,化學(xué)淤堵是由于滲流水中的各種離子，受化學(xué)作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、Fe02等，停留于織物孔隙中，減少水流通道從而降低織物的滲透性。生物淤堵是土體或土中水內(nèi)的藻尖、菌頭微生物和有機質(zhì)在織物孔隙中滋長繁殖，堵塞孔隙所造成。淤堵對織造型和非織造型土工織物有著不同影響?？椩煨涂椢锟卓谕ǖ绬我?，管狀通道間不連通，故孔口或通道內(nèi)任一處被堵塞，整個通道即不通。針刺非織造土工織物則兼有垂直和水平結(jié)構(gòu)，而且它們之間是相通的，織物孔隙呈迂回樹枝狀的立體結(jié)構(gòu)，水分進入后即可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相當(dāng)?shù)耐杆浴?(二)淤堵機理土工織物中的孔道被堵塞，過水面積減小，滲透性下降的現(xiàn)象稱淤堵。形成淤堵的原因可分為機械淤堵、化學(xué)淤堵和生物淤堵。一般情況下，機械淤堵為主要形式。機械淤堵是土體中的細顆粒隨水流進入土工織物孔隙中，并停留其中，隨時間增長，停留的細粒愈來愈多，織物的透水性愈來愈小。,排水功能,水利工程中需要將土中水排走的情況很多，例如堤壩工程中降低浸潤線位置，以減小滲流力；擋墻背面排水，以消減水壓力，提高墻體穩(wěn)定性；土坡排水，減小孔隙壓力，防止土坡失穩(wěn)；隧道和廊道排水，以減輕滲水壓力；軟土地基排水，以加速土固結(jié)，提高地基承載力等等。傳統(tǒng)的排水材料多采用強透水粒狀材料，土工織物用作排水時兼起反濾作用，同時，不致因土體固結(jié)變形而失效，它具有施工簡便，縮短工期，節(jié)約工程費用等優(yōu)點,典型應(yīng)用(舉例)以下是堤壩工程中可以應(yīng)用土工合成材料作為排水設(shè)施的一些常用場合。(1)堤壩體內(nèi)煙囪式排水及下游排水褥墊層。(2)堤壩防滲土工膜下的排水、排氣墊層。(3)設(shè)于水力沖填壩中的孔壓消散層。(4)土堤下游坡的排水層。(5)擋墻及岸墻后的排水層。(6)加速軟基固結(jié)的排水帶或排水板。(7)凍脹區(qū)用于截斷毛細水上升，防止凍害；干旱區(qū)防止毛細水上升造成鹽堿化。,圖2-4煙囪式排水計算圖(a)堤壩橫斷面團；(b)土工織物內(nèi)部滲流示意圖l土工織物；2浸潤線,圖2-5土堤底部排水示意圖,加筋功能,土體一般具有一定的抗壓強度，但抗剪強度很低。設(shè)想有一塊自由土體，即其側(cè)面上全無約束，在其頂面上施加壓力，則在不大的壓力下，土體即將被壓壞。如果同樣的一塊土被放進一個剛性盒中，即其側(cè)面受到完全約束，不可能有橫向擴張，則在其頂面上加壓，壓力雖然達到很大值，土塊也不會被壓壞。這個現(xiàn)象闡明了一個簡單的道理：土體受壓時，其破壞與否與土的側(cè)向變形大小有關(guān)，允許的側(cè)向變形愈小，它能承受的壓力將愈高，所以，要提高土的承受能力，可以從設(shè)法減小其側(cè)向擴張著手。加筋土正是利用了這一原理。在土體中的一定部位鋪設(shè)水平方向的加筋材料，將土壓實后，土與加筋材密切結(jié)合成一復(fù)合土體(加筋土)，當(dāng)在復(fù)合土體的表面施加荷載，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(cè)向變形，相當(dāng)于在土體側(cè)面上施加了約束力。從上面的道理可知，這種復(fù)合土體的承壓能力理所當(dāng)然地得到提高。,加筋土中的加筋材料通常采用織造土工織物、土工帶和土工格柵等，只有當(dāng)對強度和變形要求不高時，才采用非織造土工織物。加筋土主要用于三個方面，形成三種類型的加筋土結(jié)構(gòu)。1.軟土地基加固軟土地基上建堤壩的困難在于土的抗剪強度低，承載力不足，壓縮性過高。傳統(tǒng)的方法是將填筑速度放得極慢，以待在增加的荷載下軟土固結(jié)，強度增加；或采取分期填筑方法；或在堤壩兩側(cè)，將填土延伸一定距離，形成戧臺或反壓馬道，以平衡部分促進滑動的滑動力矩等等。這樣，工期會拖得很長，費用高，有時填筑高度仍受到一定限制。而若在填筑之前，先在場地上預(yù)鋪一層織造土工織物或土工格柵，對地基進行加固，可以較好解決這一難題。2.堤壩邊坡加筋堤壩如果將邊坡做陡，不僅能減少填土方量，還可節(jié)約用地，是一舉兩得的好事。如果地基的承載力較高，堤壩不致因坡度過陡而破壞，這時采用土工織物加筋陡坡即可達到此目的。3.加筋土擋墻它可以代替混凝土重力式擋墻。其最大優(yōu)點是對地基的要求比重力式擋墻要低，抗震性較好。,圖2-27加筋土擋墻的基本形式(a)剛性筋式；(b)柔性筋式1加筋帶；2土工織物；3基礎(chǔ)；4面板,防滲,防滲是防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發(fā)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，更有防滲、防漏的要求。常見的防滲工程如下：(1)堤壩的防滲斜墻或心墻。(2)透水地基上堤壩的水平防滲鋪蓋和垂直防滲墻。(3)混凝土壩、圬工壩及碾壓混凝土壩的防滲體。(4)渠道的襯砌防滲。(5)涵閘、海漫與護坦的防滲。(6)隧道和堤壩內(nèi)埋管的防滲。(7)施工圍堰的防滲。,圖2-11防滲結(jié)構(gòu),圖2-12防滲結(jié)構(gòu)l防護層；2上墊層；3土工膜；4下墊層；5支持層,土工膜的厚度很薄，容易遭破壞，為了有效保護和提高其在坡面上的穩(wěn)定性，要求按一定的結(jié)構(gòu)形式鋪設(shè)。原則上防滲結(jié)構(gòu)應(yīng)包括5層，,1.防護層：是與外界接觸的最外層，是為了防御外界水流或波浪沖擊、風(fēng)化浸蝕、冰凍破壞和遮蔽日光紫外線而設(shè)置。該層由透水的堆石、砌石或預(yù)制混凝土板構(gòu)成，要求有一定厚度。2.上墊層：是防護層和下臥土工膜之間的過渡層，由于防護層多是大塊粗糙材料，如果直接置于土工膜上，很容易破壞土工膜，如果防護層的塊體有移動，更會傷害膜材，因此上墊層必須做好。上墊層可以采用透水性良好的砂礫料，厚度應(yīng)不小于10cm，根據(jù)具體情況，有時也可采用無砂混凝土或瀝青砂漿等；如果防滲材料采用的是復(fù)合土工膜，則膜兩側(cè)的非織造土工織物可以起保護膜的作用，不必另設(shè)墊層。3.土工膜：是防滲主體，除要求有可靠的防滲性外，還應(yīng)該能承受一定的施工應(yīng)力和使用期間結(jié)構(gòu)物沉降等引起的應(yīng)力，故也有強度要求。土工膜的強度與其厚度直接有關(guān)，可通過理論計算或工程經(jīng)驗來確定。單一土工膜表面光滑，摩擦系數(shù)小，鋪在坡面上要考慮下滑的可能性。為此，在可能條件下，一般要求采用復(fù)合土工膜，其表面的非織造土工織物與土的摩擦系數(shù)要比單膜的大得多；另外，也有地方將單膜加上紋路以增加糙度；,4.下墊層：鋪在土工膜的下面，有雙重功能：一是排除膜下的積水、積氣，確保膜的穩(wěn)定；二是保護土工膜，使其不受支持層的破壞。對于粗粒的堆石壩，下墊層也可起堆石與土工膜之間過渡層的作用，這時的下墊層由礫石、細礫和砂構(gòu)成，三者之間的粒徑應(yīng)符合一定的層間關(guān)系。如果采用的是非織造土工織物復(fù)合膜，而且是用于碾壓式土壩，則下墊層一般可以省去，因為非織造土工織物已經(jīng)可以起到保護和排水排氣作用，而且又增加了與土工膜的摩擦力。下墊層對土工膜起支持層的重要作用。如果土工膜直接放在粗粒料上，在水壓力作用下，它會被壓進粗粒的大孔隙中，而被拉破。相反，如果膜下為平整硬層或細粒土料，則情況就會不同了。前人的試驗研究證明，0.25mm厚的聚乙烯土工膜鋪在級配良好的砂卵石層上，作用水頭甚至達到200m，土工膜也沒有破壞，這表明膜下墊層的狀態(tài)對膜的安全至關(guān)重要。5.支持層：土工膜是柔性材料，必須鋪設(shè)在可靠的支持層上，它可以讓土工膜受力均勻。除上述的下墊層外，支持層還可采用級配良好的壓實土層，粒徑應(yīng)根據(jù)膜厚來選擇。有學(xué)者建議，對于0.2mm厚的土工膜，支持層的最大粒徑應(yīng)不大于6mm，不均勻系數(shù)應(yīng)不小于20。如果是碾壓式土石壩，由于其壩面平整，又有較大密實度，可以不專門設(shè)置支持層。,防護功能（水土保持）,防護作用具有廣泛的涵義。為了消減自然現(xiàn)象、環(huán)境影響和人類活動對堤坡和岸坡造成的危害，常要采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。岸坡防護包括河岸、湖岸、海岸等的防水流沖刷，波浪沖擊等，這類防護措施古已有之，有許多迄今仍在繼續(xù)采用。傳統(tǒng)的防護辦法有利用埽枕、柴排、石籠、拋石保護岸坡或打護坡樁等。它們雖然也能起到護坡的良好作用，但耐久性較差，常要不斷維修。根本的弱點，是它們放在被保護土面上，不具有反濾功能，受水流沖蝕和潮浪淘刷抽吸的作用，被保護土顆粒容易被水流帶走，導(dǎo)致剝蝕和坍塌。,圖2-15岸坡防沖結(jié)構(gòu)(a)岸坡的一般防護；(b)底部可能被沖刷；(c)排水端部防沖1膠結(jié)亂石；240cm亂石；3土工織物濾層；4估計沖刷深度,排體順?biāo)鞣较虻某叽鐬榕艑?，垂直水流方向的尺寸為排長?？菟灰陨蠟樗喜糠?，以下為水下部分。排體水上部分長度為坡面長和掛排所需長度之和；水下部分長度由與水上部分銜接段長度、水下坡面長度(其中應(yīng)包括排體褶皺和收縮長度)以及因坡底可能發(fā)生沖刷需要預(yù)留的長度三部分組成。水上部分與水下部分長度之和為要求的排長。排寬應(yīng)為待保護區(qū)的寬度、相鄰排塊搭接所需寬度和考慮排體收縮需預(yù)留的寬度之和。相鄰兩塊排的搭接寬度一般為0.5m，上游排塊蓋在下游排塊上。,土工合成材料基礎(chǔ)知識,應(yīng)用篇,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,道路和高速公路對于一個國家發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。由于重載交通，氣候因素，建造所用材料力學(xué)性能的衰減，高速公路路面壽命可能比期望值要低得多。土工合成材料可以有效地用來增強未鋪筑道路及軟土地基上工作面的強度。說得更詳細些，土工合成材料可以有具有下列功能的一個或多個：分離，加固和排水。在這些工作中土工布及土工格柵是最常用的材料。相對于未加筋處理道路，用土工合成材料加筋有下列好處：,減少填土厚度；提高軟土承載力；降低填土側(cè)向變形；有力的應(yīng)力分布；加寬垂直應(yīng)力增量的擴散范圍；由于膜效應(yīng)降低了垂直形變；延長了道路的使用壽命；需要較少的定期維護；降低道路的建設(shè)和運營成本。,公路路基,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,鐵路路基,土工合成材料在軌道建設(shè)以及軌道的修繕中能起到以下作用：分離作用、過濾作用、排水作用以及土體的加筋作用。在鐵路建設(shè)中，土工合成材料往往被放置在道渣層，下道渣層內(nèi)部或其下部。,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,分離作用：土工合成材料（土工織物）可以用于由不通大小、土工特征的顆粒組成的軌道支撐結(jié)構(gòu)的分層?；疖囃ㄟ^會引起枕木的松動，地基中的細小顆粒就可能會形成翻漿冒泥進入道渣層，而引起地基土體承載能力和排水能力的減小。土工合成材料的使用能減少道渣顆粒侵入軟土地基，因此能夠保持顆粒層的厚度和完整性并能延長軌道的壽命。要具備此項功能，土工合成材料必須能夠抵抗集中應(yīng)力（撕裂、刺破和沖擊）并且要具有保土能力。,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,過濾作用：水從地基向上部礫石層的流動會帶走地基中的微粒。這種現(xiàn)象實際存在的，因為火車通行會導(dǎo)致地基應(yīng)力水平上升。在這種情況下，土工織物就起到了過濾作用。它允許水自由通過，但是土中固體顆粒被保留了下來。要實現(xiàn)這一功能，土工織物必須要有足夠的滲透和保土特征，而且要有防淤堵的特性。,加筋作用：布置在軟弱基礎(chǔ)上的土工合成材料（土工織物、土工格柵和土工格室）可以減少置換該層的必要性，增加承載能力，從而得到更均勻的土粒分布形式。當(dāng)被放置在道渣層或下道渣層時，土工合成材料有助于減少豎向碎石層或碎石底層材料向外擠出導(dǎo)致的沉降。實現(xiàn)這一功能所要考慮的材料主要特性有：合成土層間的界面相互作用、材料抵抗外力破壞的能力以及材料的抗拉模量和抗拉強度。,排水作用：為了防止降到路軌系統(tǒng)上的或從地基中進入到碎石層中的水對軌道產(chǎn)生的破壞，良好的排水能力是非常重要的。如果在軌道結(jié)構(gòu)的相關(guān)點設(shè)置排水帶，能夠形成垂直軌道斷面排水系統(tǒng)，便可以阻止水的積累。要實現(xiàn)這一功能，土工復(fù)合材料要有足夠的通水能力并且要能抵抗外力破壞。采用適當(dāng)?shù)牟贾眯问胶?，土工合成材料能夠增加鐵路的使用壽命，還能延長定期養(yǎng)護周期的實踐，從而能夠改進鐵路的狀況。,土工合成材料在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)用土工合成材料是全球增長最快的市場之一。土工合成材料最初是應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，其中最早出現(xiàn)的規(guī)范是針對農(nóng)用池塘的襯砌的。早期應(yīng)用在世界上干旱地區(qū)的溝渠、田間池塘及集水區(qū)的襯砌中以助于儲水，如今關(guān)廣泛應(yīng)用于有覆蓋的或無覆蓋的溝渠和池塘的襯砌，以及