土工合成材料在道路工程中的應(yīng)用演示

1、道路工程施工技術(shù)第八章土工合成材料及其在工程中的應(yīng)用土工合成材料在道路工程中的應(yīng)用 第一節(jié) 概述1、土工合成材料的種類2、土工合成材料的具體應(yīng)用3、土工合成材料在工程中的應(yīng)用舉例第二節(jié) 土工合成材料在公路工程中的應(yīng)用要求與施工技術(shù)1、路堤加筋施工技術(shù)要點(diǎn)2、臺背路基填土加筋施工技術(shù)要點(diǎn)3、過濾與排水設(shè)施施工技術(shù)要點(diǎn)4、路基防護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)概述v土工合成材料：以人工合成的各種聚合物制成的各類產(chǎn)品，是巖土工程中應(yīng)用的各類材料的總稱。區(qū)別于天然材料。v作用：將其置于巖土或其他工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部、表各結(jié)構(gòu)層之間，起到加強(qiáng)、保護(hù)巖土或其他結(jié)構(gòu)的作用。特點(diǎn)與應(yīng)用v 質(zhì)量輕、施工簡易、運(yùn)輸方便、價格低廉、料源豐富

2、等優(yōu)點(diǎn)，具有多種能滿足工程需要的性能，為巖土工程提供了一種嶄新的較為理想的材料，并由此帶來一種實(shí)施簡便和經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。近二三十年來在全世界范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展和廣泛的使用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，它們已在數(shù)十萬項(xiàng)工程中得到成功的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益；在一些抗御自然災(zāi)害的斗爭中，更顯出其快捷、有效、簡便的特點(diǎn)。被人們譽(yù)為20世紀(jì)巖土工程中的一項(xiàng)技術(shù)革命。v 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(jìn)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

3、酰胺(pa)、聚丙烯(pp)和聚氯乙烯(pvc)等。發(fā)展歷程v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。 v以近代人工聚合物為原料的土工織物的最早應(yīng)用實(shí)例，是50年代初的荷蘭三角洲工程。 v在1998年夏秋，在長江和松花江、嫩江特大洪災(zāi)的防汛搶險(xiǎn)工作中，土工合成材料發(fā)揮了重要作用。v在早期曾被稱為“土工織物” 和“土工膜”。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

4、。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。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” 。 v 返回土工合成材料的種類v土工網(wǎng)v土工格柵v土工模袋v土工織物v土工復(fù)合排水材料v土工墊v土工格室v 返回土工網(wǎng)v用合成材料或合成樹脂壓制成的帶有平面結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀的土工合成材料。通常是高密度聚乙烯加抗紫外線助劑加工而成，抗老化、耐腐蝕。路基中使用時粒狀填料與網(wǎng)格互相鎖合在一起，形成穩(wěn)定的平面，防止填料下陷，并可將垂直載荷分散；提高地基的承載能力及穩(wěn)定性，地理?xiàng)l件惡劣地區(qū)可采用多層增強(qiáng)。 v返回土工格柵v指聚合物經(jīng)過定向拉伸形成的具有開孔

5、網(wǎng)格，強(qiáng)度較高的平面網(wǎng)狀材料。適用于永久性地基的增強(qiáng)，可有效的分配荷載，提高地基的承載能力及穩(wěn)定性，防止斷裂，延長壽命。v分類 單向拉伸土工格柵單向拉伸土工格柵 雙向拉伸土工格柵雙向拉伸土工格柵v 返回土工模袋v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，袋體代替模板，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(hù)坡。這種，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(jìn)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(qiáng)度增高 。v返回土工織物v透水性的平面土工合成材料。v 返回土工復(fù)合排

6、水材料v指以無紡?fù)凉た椢?、土工膜或不同形狀的合成材料心材?fù)合而成的土工排水材料。v塑料排水帶v軟式排水管（滲水軟管）v 返回土工墊v可有效地防止水土流失，增加綠化面積，改善生態(tài)環(huán)境。網(wǎng)墊與護(hù)坡形成一體，可保持護(hù)坡表面免遭風(fēng)雨的侵蝕。與植物形成的復(fù)合保護(hù)層可經(jīng)受水流沖刷?？商娲炷?、瀝青、塊石等坡面材料，施工方便，施工成本降低且對環(huán)境無污染。返回土工格室v強(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型的條帶厚1.2、寬100，每隔300進(jìn)行焊接。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(qiáng)度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地

7、帶可用于固沙，還可用于護(hù)坡等。v返回土工合成材料的具體應(yīng)用v排水v反濾v分隔v加固v防護(hù)v其他v 返回排水v某些有一定厚度的土工合成材料具有良好的透水性，其本身的厚度形成一透水層，工程結(jié)構(gòu)中的地下水或其他水源，可以沿著土工織物的平面迅速排出。v排水固結(jié)：飽和軟土地基在其表面施加外荷載，土中會產(chǎn)生超過靜水壓力的孔隙水壓力，于是，土體中多余水分逐漸從排水面(地表)排出，這種現(xiàn)象稱為排水固結(jié)。v塑料排水帶垂直排水v煙囪式排水布置 上游來水流到豎向排水體土工織物，將沿織物往下流，通過下游底部排水層導(dǎo)向堤外。v 返回反濾v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)。當(dāng)土

8、中水從細(xì)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導(dǎo)致水土流失。土工織物可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂礫等天然反濾材料。當(dāng)反濾效果相同時，厚度比砂礫層薄10100倍。 反濾機(jī)理v 以往的直觀概念都認(rèn)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(jìn)天然濾層形成的“催化”作用。v 如圖。左側(cè)為大孔隙堆石體，右側(cè)為被保護(hù)土，二者之間夾有起反濾作用的土工織物。當(dāng)水流自右向左流時，部分細(xì)土粒將被水流挾帶進(jìn)入堆石體。在被保護(hù)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(xì)土粒繼續(xù)被水

9、流帶走，而且越往后細(xì)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(xì)的“天然反濾層”。該層發(fā)揮著保護(hù)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。 對反濾作用土工織物的基本要求(1)被保護(hù)的土料在水流作用下，土粒不得被水流帶走，即需要有“保土性”，以便防止管涌破壞?？椢锏目讖脚c土的粒徑之間就必須符合一定的關(guān)系?？讖竭^大，土粒會穿過孔洞而流失；過小又妨礙透水和容易被堵塞。(2)水流必須能順暢通過織物平面，即需要有“透水性”，以防止積水產(chǎn)生過高的滲透壓力。(3)織物孔徑不能被水流挾帶的土粒所阻塞，即要有“防堵性”，以避免反濾作用失效。(4)雖然它

10、們并不是作為受力部件來作用，但需要有一定的強(qiáng)度，應(yīng)能承受施工應(yīng)力和可能遇到的其他荷載。反濾作用的典型應(yīng)用v排水暗管或排水暗溝外面的包裹體 v擋土墻、岸墻等背面排水系統(tǒng)中的濾層 v渠道、堤防、海岸等亂石或混凝土板護(hù)面下的濾層。 返回分隔v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。避免不同性質(zhì)材料相互滲透和相互作用，保持材料原有性質(zhì)。例如將碎石和細(xì)粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。隔離可以為工程帶來許多預(yù)期的良好效應(yīng)，舉簡例說明如下：v(1) 通過隔離層，引起應(yīng)力擴(kuò)散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。v(2) 隔離提供排水面，加速地基土固結(jié)，使承載力提高。v(

11、3) 地基中有部分軟弱區(qū)域，或有小范圍洞穴，鋪隔離層有架橋作用，以掩蓋和減弱洞穴區(qū)或軟弱區(qū)的影響。v(4) 在地下水位較高的地基中，隔離層可以切斷毛細(xì)水上升，防止鹽堿化，或減弱凍脹。v(5) 道路基床中，隔離是防治翻漿冒泥的有效措施。v(6) 隔離層還起一定的保溫作用。加固v由于土工織物的高強(qiáng)度、高韌性，能增強(qiáng)土的強(qiáng)度，并均勻分部結(jié)構(gòu)物所承受的應(yīng)力，有效防止局部破壞，使土體的應(yīng)力狀態(tài)得到改善。返回防護(hù)v利用土工織物減輕和分散傳遞到被保護(hù)材料上的應(yīng)力和應(yīng)變。v表面防護(hù)：防止土體表面受到氣候、輕荷載等作用的損壞。v界面防護(hù)：設(shè)于兩層材料之間的土工織物，防止一種材料受到另一種材料的集中應(yīng)力作用或承受

12、大應(yīng)變帶來的損壞。v 返回其他v隔水：防止水進(jìn)入土體或使結(jié)構(gòu)物的水分不致散失。v保溫防凍：減緩?fù)馏w或構(gòu)造物內(nèi)溫度變化。v防止裂縫擴(kuò)大v表181：土工織物在不同工程應(yīng)用中的作用v 返回土工合成材料在工程中的應(yīng)用舉例v表182： 土工織物的工程應(yīng)用與作用返回路堤加筋施工技術(shù)要點(diǎn)加筋作用機(jī)理v土體一般具有一定的抗壓強(qiáng)度，但抗剪強(qiáng)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(jìn)一個剛性盒中，即其側(cè)面受到完全約束，不可能有橫向擴(kuò)張，則在其頂面上加壓，壓力雖然達(dá)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，

13、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(kuò)張著手。v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(shí)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。以往人們只是從概念上懂得這個道理，一直到了本世紀(jì)的60年代，法國工程師維德爾才從理論上建立了一套加筋土的設(shè)計(jì)方法，最初采用的加筋材料是金屬條帶，到7

14、0年代后期，金屬材料才逐漸被土工合成材料所取代。材料選擇v加筋土中的加筋材料通常采用織造土工織物、土工網(wǎng)和土工格柵等。v只有當(dāng)對強(qiáng)度和變形要求不高時，才采用非織造土工織物。v純用于增強(qiáng)加筋，選擇強(qiáng)度高、變形小、絲筋直徑大的土工格柵。v具體要求1、對所選用的土工合成材料具有足夠的抗拉強(qiáng)度。土工織物還要求具有較高的刺破強(qiáng)度和握裹強(qiáng)度。2、從以上的加筋原理得知，加筋在于最大限度地限制受壓土體的側(cè)向變形，而限制要靠土體中的筋材與周圍土的相互作用，為此，要求筋材與土之間應(yīng)結(jié)合好，亦即兩者之間應(yīng)有較高的界面強(qiáng)度(摩擦力與咬合力大)。界面摩擦系數(shù)fgs3、路堤填料滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，選擇易于壓實(shí)、能與土工合成

15、材料產(chǎn)生良好摩擦的土料。4、加筋材料的蠕變性應(yīng)較低。蠕變性指材料受不變的拉力下，長度不斷伸長的現(xiàn)象。蠕變使筋材承受拉力的能力不斷下降。因此，在目前的加筋材料中，土工格柵的蠕變性較低，是較為理想的加筋材料。加筋路堤的結(jié)構(gòu)v返回施工v 施工要點(diǎn)1、土工合成材料不宜直接鋪在路基表面上，宜在原地表鋪設(shè)3040cm砂墊層或其他透水性較好的均質(zhì)材料后再鋪設(shè)。2、鋪設(shè)土工合成材料的表面應(yīng)平整，嚴(yán)禁有碎、塊石等堅(jiān)硬凸出物，在距土工合成材料層8cm的范圍內(nèi)，其最大粒徑不得大于60。3、加筋材料的最小鋪設(shè)長度不得小于2米4、土工合成材料之間的連接應(yīng)牢固，在受力方向連接處的抗拉強(qiáng)度不得小于設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，連接長度不得

16、小于15cm。5、土工合成材料的鋪設(shè)不允許有褶皺，應(yīng)用人工拉緊，必要時可用插釘?shù)却胧┕潭ㄓ谔钔帘砻妗?、土工合成材料攤鋪后及時填筑填料，以免受陽光長時間暴曬，其間隔不超過48h。7、填料分層攤鋪、分層壓實(shí)，所選填料及壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定要求。8、土工合成材料上的第一層填土攤鋪宜采用輕型推土機(jī)或前置式裝載機(jī)，一切施工機(jī)械只允許沿路堤軸線方向行駛。9、多層土工合成材料的各層土工合成材料之間的間距不宜小于一層填土厚度，不大于60cm。10、鋪設(shè)時，應(yīng)將高度方向置于垂直路堤軸線方向。11、地基為軟弱土?xí)r 土工合成材料盡量置于路堤底部； 應(yīng)采用后卸式卡車沿加筋兩側(cè)邊緣傾斜填料，以形成運(yùn)土的交通便道，并將土工合

17、成材料壓緊。 填料不允許直接卸載土工合成材料上，必須卸在已攤鋪完畢的土面上，卸土高度不大于1米，以免局部受壓。 卸土后立即攤鋪，以保持施工面呈u形。 第一層宜用推土機(jī)或其他輕型壓實(shí)機(jī)具壓實(shí)，當(dāng)已填筑壓實(shí)的厚度大于60cm后，方可采用重型壓實(shí)機(jī)具。 注意填筑速率。12、對于非軟土地基，其攤鋪與填筑可從路堤中線位置開始向兩側(cè)。13、路堤加筋的邊坡防護(hù)和路堤填筑宜同步進(jìn)行。否則采取臨時措施。14、填方的壓實(shí)是保證加筋發(fā)揮作用的關(guān)鍵，只有良好的壓實(shí)，才能保證土工合成材料與土之間有足夠的摩擦力。v 返回臺背路基填土加筋施工技術(shù)要點(diǎn)v序v材料選擇v材料布設(shè)v土工合成材料與構(gòu)造物的連接v臺背排水v施工要點(diǎn)v

18、 返回序v在橋涵、通道等橫穿公路的構(gòu)造物與構(gòu)造物臺背之間由于剛度懸殊而產(chǎn)生橋頭調(diào)車。v利用土工合成材料一構(gòu)造物之間的錨固力及與回填土之間的嵌鎖力和界面摩擦力，將構(gòu)造物與回填土聯(lián)為一體，增強(qiáng)整體性，減少不均勻沉降。v要求地基有足夠的承載力v適宜的臺背高度為510米。v 返回材料選擇1、加筋材料宜選擇土工網(wǎng)或土工格柵，在20度時的抗拉強(qiáng)度和拉伸模量滿足要求。2、填料要具有良好的水穩(wěn)性和壓實(shí)性能，以礫石土、碎石土為宜。3、填土與土工合成材料之間的界面摩擦力是保證加筋效果的關(guān)鍵因素。v 返回材料布設(shè)1、土工合成材料應(yīng)在相互平行的水平面上分層布設(shè)，最下一層在構(gòu)造物基礎(chǔ)頂面，最上一層在路基頂面。2、各層材

19、料之間間距由計(jì)算確定，但在距路基頂面5米的深度范圍內(nèi)，不宜大于1m.3、其縱向鋪設(shè)宜上長下短，可采用緩于或等于1：1的坡度自下而上逐層增大鋪設(shè)長度，最下一層不小于最小縱向鋪設(shè)長度。v返回土工合成材料與構(gòu)造物的連接1、對于重力或石砌構(gòu)造物，可將土工合成材料嵌固在砌體內(nèi)，深度不小于20cm，為防止土工合成材料邊界損傷，要求砌體的邊界有5cm的柔性墊塊：橡膠或木條或加筋材料邊角。2、對于已修建完畢的構(gòu)造物，可采用膨脹螺栓與鋼條固定。3、構(gòu)造物與路線斜交時，將土工合成材料裁成斜角，保證與路線方向一致。返回臺背排水1、為防止路表水通過構(gòu)造物一填料交界處流入填料，在臺背與填料之間設(shè)20cm厚反濾層。2、為

20、防止地下水進(jìn)入填料，在原地面高程位置級配碎石墊層，其厚度不小于30cm，先鋪12cm厚的細(xì)料，保護(hù)土工合成材料。v 返回施工要點(diǎn)1、工藝流程：清基地基壓實(shí)錨固、攤鋪、張緊土工合成材料分層攤鋪壓實(shí)填料至下一層土工合成材料高程2、清除構(gòu)造物基礎(chǔ)頂面上未壓實(shí)土，整平壓實(shí)合格后填筑。3、土工合成材料的鋪設(shè)沿路線縱向進(jìn)行，將已錨固在臺背上的卷材自臺背向外展開至設(shè)計(jì)長度，設(shè)法張緊并固定。4、搭接長度不小于20cm，采用之字形尼龍繩穿綁。連接處強(qiáng)度不低于土工合成材料的60。不同層面的連接位置錯開。5、填料在最佳含水量下用壓路機(jī)壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度不低于30cm，小型壓實(shí)機(jī)具壓實(shí)時厚度不低于15cm。6、避免車輛及施工機(jī)械雜攤鋪并定位的土工合成材料上直接碾壓。7、臺背填筑長度不宜小于50米，若臺背以外的路基已填筑壓實(shí)，責(zé)挖成臺階狀。8、土工合成材料不被日光直接照射而后雨淋。返回過濾與排水設(shè)施施工技術(shù)要點(diǎn)v土工合成材料單獨(dú)或與