时间：2023-11-15 10:12:34
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中图分类号：X734文献标识码： A
1．概述
土工合成材料作为一种相对新型的施工材料， 已经在欧美等发达国家得到了很成功的应用，目前在铁路、公路、建筑工程中也都得到了很广泛的应用。在公路工程中，土工合成材料通常会被应用于填挖交界处、排水、地基处理、防护以及加筋等重要的隐蔽工程上，而且取得了非常显著的效果。它具有造价低、适用性强、耐久性强，强度高以及耐腐蚀性强等优点。不仅在公路工程行业，而且在水利、铁道、岩土等工程等行业都到了广泛应用。
2．土工合成材料的种类
土工合成材料根据材质和特征的不同，目前可分为以下几中类型：
3 土工合成材料的功能
3.1隔离功能 土工合成材料将两种不同的建筑材料隔开来，也可把相同材料的不同粒径的材料隔开，避免两种材料相互混杂，或者受到外部作用力的时候不至于流失，能够保证所使用建筑材料的整体结构和功能。
3.2防护功能 当外部有比较集中的应力作用到土体上的时候，土工合成材料可以将应力从一种材料传递到另一种材料，从而起到减轻和分解的作用。防护功能主要有两种情况，一种是冲刷防护，另一种是坡面防护。
3.3 滤层功能 土工材料能够使土壤中的液体排出的同时，还可以防止在渗透力作用下的土或者其他颗粒流失，从而引起路基的不稳定性。
3.4排水功能 较厚的土工合成材料能够将土壤中的水分凝聚起来，通过材料的空隙沿着材料流出。
3.5加筋功能 主要是利用土工合成材料的抗拉性来改善土层的力学性能，将材料埋置在土体中，可增强地基的承载力，土基的整体受力，提高路基的整体强度和稳定性，从而能够起到加固路基，稳定土基的作用，土工格栅，由于土粒嵌入格橱孔口之内，产生较大的摩擦力，从而提高土体的强度。
3.6防渗功能 在公路工程施工过程中，土工合成材料由于它具有特殊的结构性能，可以按照工程的需要制成各种层厚，防渗性能也相当明显，在碎石层和路基之间加铺一层防渗土工合成材料，可以有效的起到隔离水份的作用。
4 土工合成材料在公路工程的应用
4.1用于道路面层与基层之间的柔性路面结构层 高等级公路要求“强基薄面”，将高模量的土工合成材料置于路面结构层中，可增大路面结构层的抗拉强度，减薄路面结构层的厚度，保持路面的结构完整性。
4.2用于临时道路 许多林区、海港、油田及一些军用的临时道路要通过水文地质条件不良的地区，采用避绕的方法需延长线路增大投资。将土工合成材料铺设在软弱的地基上，利用其良好的抗拉强度和变形特性，避免其上部的填料在荷载作用下与地基土相混淆，同时约束填料的侧向移动，保证填料层的相对刚度，将上覆荷载扩散到较大面积的地基上，减少地基所需承受的压力。临时道路完成使命后，由于软弱地基土工合成材料的隔离作用其上的填料可回收再用。
4.3用于排水 用软式透水管水平打人路堑边坡中，排除边坡内积水，将其铺设于道路中央分隔带中，进行分隔带排水。
4.4用于植被防护 用三维土工网垫进行路堤(堑)边坡的植被防护，也可将其铺在河岸、水库、池塘岸坡上防止边坡被冲刷，或利用土工织物袋装砂石及土工膜袋作护坡。
4.5用于护坡 用土工格栅和复合加筋带构筑加筋土挡墙和桥台或加陡路堤边坡，增强稳定性，也用于路堤边坡加强层。
4.6调节刚度 用土工格栅和土工网铺设于桥头、填挖交界处、新老路基结合部位，以谓节桥梁到路基的刚度，减小冲击力，防止桥头跳车及错台。
4.7用于软土路基加固处理 用塑料排水板代替砂井以加速软土地基的固结，提高地基承载力。或用土工织物、土工格栅、土工网结合碎石或砂砾垫层铺设于软土地基和路堤之间，利用其抗拉强度加筋软基路堤，保证路堤的稳定性。
4.8用于处理膨胀土和湿陷性路基 用不透水的土工膜作封闭层，使路基土含水量不发生大的变化。
4.9用土工膜铺设于冻融翻浆路段，保持温度稳定减小路基冻害，治理道路翻浆。
4.10用纤维土(土工材料聚酯丝和无粘性土混合)建造陡坡路基和挡墙，法国及英国道路中于70年代末就有先例。
4.11用超轻质填料(聚苯乙烯块EPS)筑路堤，铺在桥台和引堤交接处，以减小地基荷载，防止堤身出现过度沉降和沉降差，以及桥台和引堤交接处错台。
5 结束语
土工合成材料在我国公路工程中的应用时间虽然很短，但由于其施工方便、造价低廉、效果明显、技术可行等优点，因而得到了迅速的发展，已大量应用于路桥工程的各种场合。材料也从单一的土工织物发展到采用具有较高强度和模量的土工格栅、土工网和复合土工织物、玻纤网及土工垫的应用数量也在逐年增加。
参考文献：
[1]王银河， 江志超. 公路施工中土工合成材料应用的探讨[J].中国新技术新产品， 2012，（3）： 45.
[2] 尚福涛. 土工合成材料在公路软基中的应用技术探讨[J].道路工程， 2012， （6）： 47-48.
关键词：土工合成材料；加筋土；性能；应用
引言
在古代天然土工材料加筋土已得到应用，现代加筋土的概念被提出来后，人们设计了多种诸如强度较大的天然材料、钢筋、钢带、土工合成材料等加筋材料，加筋土技术从经验判断上升到理论设计阶段。随着合成纤维的飞速发展，土工合成材料加筋土技术已经与传统 的设计方法一样，被大众所接受认可，并逐步体现出它的优势。
1.土工合成材料的性能
1.1材料性能和类型
土工合成材料主要是以聚酯纤维、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龙纤维等高分子化学材料作为原材料而制成的各种类型产品，它是土木工程中应用的一种新型工程材料，具有排水、反虑、隔离、加固补强、保护和防渗等六个方面的性能。
土工合成材料有以制造方法分类的，也有以结构和性能分类的，还没有合理、明确的统一定义和分类。一般将土工合成材料分为广义土工织物、土工膜和土工复合产品。广义土工织物有土工布、土工编物、土工格栅、土工网、土工垫和土工模袋等，土工复合产品有复合土工膜、复合土工织物和复合防（排）水材料等。在我国，规范推荐主要使用土工格栅、复合土工带、复合拉筋带和土工织物等加筋材料。
1.2土工合成材料的优点
与传统工程材料相比，土工合成材料具有4个方面的优势：纤维习性、与土兼容协调、节省运输、施工简单且质量有保证。其中纤维习性的优势表现在抗拉强度高，具有一定范围的变形模量，化学结构稳定和纤维孔径小等方面。
2.土工合成材料加筋土的性能
加筋土作为一种复合材料，不仅需要了解土工合成材料本身的性能，还要探究土和土工合成材料相互作用的特性，通过试验求得筋土界面相互作用的一些参数，以此来判断加筋土性能的优劣。
2.1加筋土的试验方法
为了测试筋土界面摩擦特性参数，国外有直剪试验和拉拔试验标准[1]，而我国水利部规范[2]和交通部规范[3]也推荐采用直剪试验和拉拔试验，另外，我国纺织工业局制定有直剪试验标准《土工布及其有关产品摩擦特性的测定第一部分》（GB/T17635.1-1998）[4]。
直剪试验和拉拔试验的试验组成部分相同，分别由试验剪切盒（试验拉拔箱）、加载装置和量测装置组成。试验拉拔箱在《公路土木合成材料试验规程》（JTJ/T060-98）[3]中要求长×宽×高不宜小于25cm×20cm×20cm，而剪切盒尺寸不小于15cm×15cm，垂直加载都最好采用空气袋方式加载，拉拔试验的拉拔速率以1mm/min为标准，而剪切试验的剪切速率以0.02-3mm/min为标准。两种试验按水平加载方式不同可分为应力控制式和应变控制式，应变控制式要求剪切速率相等、各级的垂直荷载保持不变，因而应变控制式较之应力控制式能更加准确地测定出剪应力和位移曲线上的特征值，且操作方便，因而国内外均推荐利用应变控制式方法。
另外，为了得出加筋材料与剪切面呈一定角度时的剪切摩擦特性，日本开发出了倾斜剪切摩擦实验装置[5]，该试验装置滑动面的角度，上覆压力和加筋材料水平拉力可以自由设定，拉力由电动传感器控制。
2.2筋土界面相互作用参数
各规范一致认为两种试验的界面抗剪强度与法向应力呈线性关系，按照摩尔库仑强度理论表示，即：
各国对筋土界面似摩擦系数定义不同，造成计算结果差距较大，我国规范[7]计算得到的是反映了筋土间摩擦效应的综合强度参数，不同于传统概念上的由一个内摩擦角所表述的摩擦系数，而美国规范提出的摩擦系数 即为我国常用的摩擦系数比K。
3.土工合成材料加筋土的应用
利用土工合成材料的加固补强、排水和保护等性能，加筋土已广泛用于堤、挡墙的设计和施工中，而利用加固补强、隔离、嵌锁咬合的约束性能，加筋土也被用于地基的设计与施工中。此外，加筋复合地基，连续纤维加筋土，轻量土等也逐渐得到关注和研究。
4.结语
土工合成材料可以弥补普通材料的不足，当作为筋材与土结合形成土工合成材料加筋土后，这种加筋土复合材料极大地提高了土的抗剪强度和结构物的稳定性，从而被广泛地应用于多种工程中，并值得我们不断地深入研究。
参考文献：
[1]王钊.国外土木合成材料的应用研究[M].香港：现代知识出版社，2002.
[2]SL/T235-1999，土木合成材料测试规程[S].
[3]JTJ/T060-98，公路土木合成材料试验规程[S].
[4]GB/T17635.1-1998，土工布及其有关产品摩擦特性的测定[S].
[5]徐光黎，刘丰收，唐辉明.现代加筋土技术理论与工程应用[M].武汉：中国地质大学出版社，2004：39-57.
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
【关键词】 土工合成材料 软土 不均匀沉降
1 软土的定义和特性
软土是自然历史的产物，是随着古地理、气候、沉积环境的变化而形成的。一般是指在滨海、湖泊、谷地、河滩沉积的天然含水率大于30%，其液限一般在34%--43%的范围内，塑性指数大部分在15―20之间，天然空隙比大于1的土。如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土。
由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征，结构性显著且处于形成初期，故具有以下物理力学特性：
（1）颜色以深色为主，粒度成分以细颗粒为主，有机质含量高；
（2）天然含水量高，容重小，天然含水量大于液限；
（3）天然孔隙比大，一般大于1.0；
（4）渗透系数小，一般小于10-6cm/s，沉降速度慢，固结完成所需时间长；
（5）粘粒含量高，塑性指数大；
（6）高压缩性，压缩系数大，基础沉降大，般压缩系数大于
0.5MPa-1；
（7）强度指标小，快剪凝聚力小于l0kPa，内摩擦角小于50；固结快剪的强度指标略高，凝聚力小于15kPa，内摩擦角小于100度；
（8）灵敏度高，灵敏度一般在2―10之间，有时大于10，具有显著的流变特性。
（9）在荷载作用下一般会产生较大的沉降变形或失稳。
2 土工合成材料的分类及性能指标
土工合成材料是以人工合成的聚化物为原料制成的各种类型产品。可置于岩土或其它工程结构内部、表面或各种结构层之间，具有过滤、防渗、隔离、排水、加筋和防护等多种功能，发挥加强、保护岩土或其它结构功能的一种新型岩土工程材料。
一般将其分为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料等。
表征土工合成材料的性能指标一般可分为物理性能指标、力学性能指标、水力性能指标、土工合成材料与土相互作用指标及耐久性指标等。
3 土工合成材料在软土路基加固中的作用机理
3.1 约束地基侧向位移，提高地基承载力
土有一定的抗压强度，但抗剪强度很弱。土工合成材料在垂直荷载作用下，地基产生压缩沉降和侧向位移，此时土工合成材料受拉，故而能支承部分竖向荷载，土工合成材料与地基之间的摩阻力还可约束地基侧向位移从而提高地基的承载力。
3.2 隔离、分散应力
铺设在软弱地基上的土工合成材料将上部填料与地基土隔离开来，具有的抗拉强度和良好的变形性能，使得填料与地基土的接触部分具有相对刚度，从而将上覆荷载较均匀地分散到较大范围的地基上，提高了地基承载力。工程实践证明，控制加载速率的条件下，铺设土工布后地基承载力比天然地基承载力提高约12.8%。同时，在不同性质的填料分层面上，铺设土工合成材料使不同性质的填料互不掺杂，保持其结构性能。
3.3 防渗、排水
土工膜和复合型土工膜（两布一膜等）具有防止水流渗透的良好性能，它们通常被当作土工结构物的防渗层。土工合成材料的排水作用表现在它能使土体中的水分汇集到它的表面并沿着这个表面排出。在沼泽、盐渍土等软弱地基处理中通常利用土工布来隔断毛细水或地下水上升。
3.4 边坡加固
边坡加固作用表现为两种形式，一是将土工合成材料铆钉在边坡的表面，结合边坡绿化等措施实现边坡防护功能，二是将特定的土工合成材料平铺到边坡内部一定的深度，借助材料的抗拉强度来加固边坡。在膨胀土路基设计或既有路基加宽设计时，通过在边坡一定深度内分层铺设土工格栅等具有一定抗拉强度和变形性能的土工合成材料来加固边坡。
3.5 减小不均匀沉降
通常土工合成材料与碎石层共同作为一层，这层具有与路堤本身和软土地基不同的刚度，通过这一垫层将堤身荷载传到软土地基中去，它既是软土固结的排水面，又是路堤的柔性筏基，因此可使地基变形均匀，且路堤中心沉降量比不铺土工合成材料时要小。
4 设计检算
4.1 稳定性验算
土工合成材料加筋路基的稳定性包括地基与堤身的整体稳定性、堤身稳定性、平面滑动稳定性。各项稳定性的安全系数不得小于表l规定的值。
4.1.1 加筋路堤整体稳定性
加筋路堤稳定性分析的计算方法，常采用圆弧条分法进行。计算时应假设若干个穿越地基土的滑弧。以求得安全系数最小值和相应的临界滑动面。计算常采用瑞典法和荷兰法两种计算模型。瑞典法计算模型是假定土工合成材料的拉力总是保持在原来铺设方向。如图1所示，则安全系数最小值和相应的临界滑动面可按下式计算：
（1）
式中：-第i土条土重，KN/m
-第i土条土体粘聚力，kPa
-内摩擦角
-第j层土工合成材料设计抗拉强度，KN/m
-第i层土条所受地震水平力，KN/m
其余符号含义如图1所示。
4.1.2 加筋路堤的堤身稳定性
采用圆弧条分法按公式（1）计算，此时不考虑地震力。在计算时应在堤身范围内假定不同的滑弧，求得安全系数的最小值和相应的临界滑动面。
4.1.3 加筋路堤的平面滑动稳定性
当堤下地基是浅层软弱土层或相对于路堤荷载浅层地基土强度较低时，应验算加筋路堤的平面滑动稳定性。加筋路堤平面滑动表现圩堤与地基沿下卧硬土层顶面滑动和地基侧向挤出滑动。
（1）下卧硬土层顶面滑动的稳定性计算采用式（2），其相应的计算图如图2所示。在计算中应假定d、C点位于堤脚线，变换线位置形成不同的滑动面，求出安全系数的最小值。
（2）
式中：-ab面的主动土压力，KN/m
-cd面的被动土压力，KN/m
-硬土层侧面的抗滑力，KN/m
Q-作用于土体abcd上的地震水平力，KN/m
（2）地基土侧向挤出滑动的稳定计算采用公式（3），其相应的计算图示如图3所示。在计算中应假定abcd土体不同位置以及不同的b、C两点距离，求出安全系数的最小值。
（3）
式中：分别为地基软土层与土工合成材料界面的粘聚力和摩擦角。
Q为作用于土体abcd上的地震水平力，KN/m
其余符号意义相同。
4.2 复合地基承载力计算
软土地基在铺设土工织物后地基极限承载力为以下三项之和，即为没有铺设土工织物时，原天然地基的极限承载力；在荷载作用下，地基的沉降使土工织物发生变形而承受拉力所产生的垂直分力；土工织物阻止隆起而产生的平衡镇压作用的效应.土工织物加筋复合地基的极限承载力计算公式：
（4）
式中：-土的粘聚力
-地继承载力
-土工织物的抗拉强度
-基础边缘与土工织物的倾斜角
-地基底宽
-地基形状系数
-复合地继承载力
-地基变形当量半层
4.3 土工合成材料铺设长度计算
加筋路堤中，土工合成材料深入到稳定土中的锚固长度，不得小于最小锚固长度，最小锚固长度采用公式（5）计算。
（5）
式中：-最小锚固长度，m
-土工合成材料设计抗拉强度，KN/m
-锚固安全系数，对于无粘性土取1.5，粘性土取2.0
-作用在某层筋材上的覆压力，kPa
-土与土工合成材料的界面摩擦系数，当计算的锚固长度小于2.0时，取为2.0。
土工合成材料的铺设长度 L为滑动面内的长度与锚固长度之和，即：
L=+……………………………………………………（6）
5 结语
土工合成材料具有以下的优点：经济，资料表明通常情况下，采用土工合成材料比传统方法节约30% 以上的投资；施工工艺简单，进度快，轻便，劳动强度低，无须特殊机械；材料生产工厂化，材料来源基本上不受地域限制；质量控制标准化，易检测，易储存，易运输；功能复合，效果突出，适用领域更加广阔；环保，施工无噪音，对水源、大气污染小。基于这些优点土工合成材料在软土地基的加固中得到了广泛的应用，但作为一种新型的合成材料对其性能以及施工工艺还有待于进一步的认识和探索。
参考文献：
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[3]土工合成材料应用手册.北京：中围建筑工业出版社，2000.lO.
[4]TB 10035-2002，铁路特殊路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.
[5]公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，1997.
[6]钱家欢.土工原理与计算[M].北京：水利水电出版社，1996.
关键词：土工合成材料；灰库；应用
0 前言
土工合成材料是一种新型的建筑材料，由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、料源丰富等优点，自问世以来，发展非常迅速，尤其是近二三十年在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效益，国内外已广泛应用在水利、交通、电力、堤坝、防止沙漠化和水土保持等工程建设中，其中我国电力能源系统新建电厂粉煤库90％以上采用土工合成材料修建灰库堤，40％的老灰库维修和扩建也均采用了土工合成材料。
1 土工合成材料在黄石火电厂灰库加高子坝工程中的应用
用于储存火电厂粉煤灰的地方称为灰库，其相应挡灰的建筑物称为灰坝。在火电厂运行过程中，灰库将逐渐被粉煤灰填满，因此，许多电厂在原来灰坝上加筑子坝，从而提高了灰库的库容，延长灰库的使用寿命。湖北黄石火电厂分别对其所属的筲箕窝灰库和百沙滩灰库进行了加高子坝的工程。在这两项工程中，均采用了土工合成材料，下面具体介绍一下土工合成材料在这两项工程中的应用和施工。
1.1 筲箕窝灰库加高子坝工程
1.1.1工程情况。该工程由1号、2号两座土石代料子坝，两座排水竖井组成。加高子坝高6m，由混合代料经分层填筑碾压而成。在坝体的排水盲沟、坝基以及迎灰面均铺设有400g/m2的无纺土工布，共计28550m2。
坝底排水盲沟尺寸为50cm×50cm，沟中充填瓜米石。为保证排水盲沟的反滤排水，在沟底三个侧面均铺设无纺土工布。由于地基是粉煤灰，为防止渗透破坏，故沿整个坝基也铺设了无纺土工布，把粉煤灰与上部填筑代料隔离开来，同时又增强了地基承载能力。坝体迎灰面铺设的无纺土工布主要起到反滤排水的作用，以防止粘土铺盖和粉煤灰中细小颗粒进入到后部代料区。
1.1.2无纺土工布施工。在施工中，无纺土工布的铺设采用人工操作，设专人负责。具体方法是：在碾压平整后的坝基面和坝坡面上，垂直坝轴线方向铺设，铺设过程中采用撤退式方法铺设。垂直坝轴线方向上的土工布必须是整块，不允许连接。平行坝轴线方向允许土工布连接，连接采用专用缝合机和涤纶线双线缝接，为保证整体性，搭接长度大于10cm。土工布和岸边基岩结合处考虑沉陷引起的张拉现象，各边应留0.5m左右的余量，可供伸缩变形，以杜绝漏灰问题的发生。
1.2 百沙滩灰库加高子坝工程
1.2.1工程情况。该工程为一长约1300m、高1m的子坝。子坝直接修筑在原灰坝上，一面挡灰，一面挡水，采用“HEC”固化粉煤灰分层填筑、碾压而成。在该工程中，为防止加高子坝与老坝结合面的渗透破坏，在坝身内部加设一道垂直的土工膜，土工膜在老坝和子坝中各插入25cm。选用土工膜为“F-5”型（580g/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。
1.2.2土工膜施工。在铺设垂直防渗土工膜时，设计深度应深入老坝内0.25m。先由人工在老坝坝面开挖10cm×25cm的槽缝，然后将土工膜垂直放入槽内，铺完塑的沟槽采用粘土浆充填。每两块土工膜之间采用搭接，搭接长度30cm，待搭接部位洗净擦干后采用自走式热熔双缝焊机焊接。局部破损的土工膜补漏，采用PVC胶合剂粘接，粘接宽度不小于15cm，要求粘贴牢固、均匀、可靠。土工膜槽口外漏段，应敷土加以保护，避免阳光直接照射。
上述两工程由于采用了土工合成材料，简化了设计和施工程序，一定程度上为工程的顺利完工创造了有利条件。工程投入正常使用一年后，经实地复检表明两座灰坝均运行正常，没有出现渗透破坏现象，这说明土工合成材料在灰坝工程中的运用是成功的。
2 结束语
土工合成材料作为一种全新的工程材料应用时间不长，经验不足，目前还存在一些问题，如测试设备的升级滞后于该材料在工程中的应用，部分类型材料易老化以及该材料价格过高，提高了工程造价等，这些都限制了它的进一步推广应用。但我们相信，随着土工合成材料研究工作的深入，随着生产的批量化和生产技术的改进，更重要的是人们对这种材料优良技术性能的进一步认识，土工合成材料在工程实际中，特别是灰库工程中会得到越来越广泛的运用。
参考文献
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
关键词:公路工程;土工合成材料;施工技术
1土工合成材料介绍
土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格栅等都属于土工合成材料。在制造土工合成材料时，首先需要加工聚合物原料，使其形成丝、短纤维、纱或条带，然后将其连接制作形成平面结构。有纺土工织物和无纺土工织物是按照制作方法分成的两大类土工织物材料，两者排列形式存在一定不同之处。有纺土工织物交织的方式为正交或斜交的经线和纬线，而无纺土工织物是定向随意排列然后加工形成的。土工织物的联结方式主要包括三类，分别为化学联结、热力联结和机械联结。重量轻、连续性好、施工方便、抗拉强度高、耐腐蚀、抗微生物等都是土工织物突出的特点。由于土工合成材料的抗拉力学性能较好，尤其是土工布和土工格栅，可以在工厂批量生产，质量便于控制，当前在土木工程各个领域中已经得到了较为广泛的应用。土工布在公路工程中主要用以路面罩面的形式应用，可以将路面发射裂缝发生的概率降低，有助于反射裂缝发生和发展的控制。在公路工程软土路基中，利用土工格栅还能够达到快速固结地基、地基承载力优化的效果。
2土工合成材料的基本功能
隔离、加强、排水、过滤是土工合成材料的最为基本的四个功能。在公路工程中，土工材料广泛地应用于路基排水、防护、裂缝防治等工作中。不同的材料的性能存在一定差别，但是其基本功能相差不大。
2．1隔离功能
在不同材料的交界面铺设土工合成材料能够达到隔离的作用，避免这些材料相互掺杂。通过设置土工合成材料，能够实现扩散应力的作用，从而均匀控制地基土沉降量，为地基排水固结创造有利条件。
2．2加强功能
在地下铺设土工合成材料能够实现材料和土层摩擦力的增强，进而将拉伸强度提高。通过铺设土工合成材料，能够约束材料变形，增加土工合成材料复合体在外表上层的强度，达到下沉效果抑制的作用。
2．3排水功能
多孔隙透水是土工材料的特点之一，在土体内部埋设土工合成材料能够借助材料的平面渗透性将土体中的水分排出，让内部水沿着垂直于平面的方向流动。
2．4过滤功能
相比于过去天然骨料过滤层，土工合成材料的过滤排水作用、功能形态都有着很大的改善。土工合成材料可以利用被过滤土层中形成的滤饼层打到过滤的效果而不是利用自身的透水性进行过滤。换言之，土工合成材料并不需要自身具备较强的透水性，通常只要是相邻土透水系数的十倍就可以满足工程过滤功能的要求。
3土工合成材料在公路工程中的应用
3．1路堤加筋及软弱地基的处理
如果公路所在地区为软土地基，那么在高填土路堤施工中会导致表面受到侧向土压力的影响出现水平剪应力，进而可能发生路堤位移、失稳等不良现象。通过在路堤中使用土工合成材料可以利用加筋作用将路堤的稳定性有效提高，从而将路堤不均匀沉降问题大大减小。通常可以在堤身底部铺设土工合成材料完成加筋工程施工。其中土工格栅嵌入到土体中能够紧密贴合土体，利用自身较高的强度以及材料和土体的膜材料实现路堤或者软弱地基强度优化的效果。热熔挤压方法也是制作土工格栅的一种常用方法，和冷拉格栅相比，热熔挤压方法制作的格栅各项性能有所降低，所以在质量要求较低的公路工程中可以应用热熔挤压土工格栅。近些年土工格栅材料也在不断改进创新，当前有一种纤维土工格栅主要是由涤纶或者玻璃纤维制作而成，有着较强的强度和较低的延伸率，在公路工程中可以发挥良好的效果。
3．2台背路基处理
桥涵、隧道等是公路工程建设中常见的构造物，在此类建筑物修建时如果没有合理处理台背路基填土很容易导致刚度出现较大的差异，进而导致台背出现不均匀沉降的问题，久而久之，路桥结构稳定向降低，桥头跳车问题严重。在台背路基处理中合理地应用土工合成材料能够将回填材料和构造物形成一个整体，将不均匀沉降问题发生的概率大大降低，从而将公路工程的施工质量提升。当前土工泡沫聚苯乙烯块是公路工程台背路基施工处理中常用的材料，它能够填筑或者换填台背路基材料，可以将路基的自重大大减小，有助于路基稳定性的改善，降低发生桥头跳车的现象。
3．3路基防护
公路工程中路基是非常重要的一部分内容，路基防护主要包括两方面内容，一是冲刷防护，二是坡面防护。对于土质坡面的防护措施常用的包括拉伸网草皮、固定草种布以及网格固定撒种等;在防护岩石边坡时常常采用的防护方式包括土工网或土工格栅;在防护沿河路基时常常采用的防护方式为土工织物软体沉排、土工模袋。通过冲刷防护能够将路基稳定性提升，通常可以采用直接加固的方式急性坡岸的冲刷防护。另一种间接防护主要是将水流的方向、速度等进行干预。当前土工网垫、土工格室、土工格栅等都是常见的路基防护措施。土工网比土工格栅强度低，但是有着更小变形量，所以此类交叉黏结的复合土工材料在坡面防护中得到广泛应用。在路基冲刷防护工程中应用土工网需要配合填充土石、混凝土材料等，将其刚度和侧限提升，保证结构整体的稳定性。
3．4排水
排水是公路工程中非常关键的一项工作，其直接影响着公路结构整体稳定性。在公路防排水施工中，土工合成材料能够将结构的排水能力改善和提升。将土工合成材料应用于公路工程中能够充当排水体和过滤体，当前土工复合材料、土工模袋等常常在暗沟、渗沟中应用，是公路稳定性提升、路基排水性能优化的常用方法。在应用土工模袋时，需要在模袋中灌入混凝土或砂，使其形成具有一定透水性和强度的结构，在地基或者护坡中可以应用此结构。和设置泄水孔相比，土工模袋的施工更加便捷，并且反滤和排水效果更好。可以用薄形的土工织物包裹土工复合排水材料，实现土工织物排水性能优化、降低排水结构内部渗透入小颗粒的概率，避免阻塞排水通道。在路基路面纵横向排水系统中或者支挡结构墙后的反滤排水系统中可以应用复合土工排水材料。
3．5对新、旧路基衔接应用
公路工程改扩建施工各种常常需要进行新旧路基路面的衔接，在结合位置非常容易出现的一种现象就是不均匀沉降。可以说，不均匀沉降已经成为困扰公路改扩建施工的一大难点。如果施工人员没有合理处理新旧路基接合位置，一旦在后期运行中发生错台现象就会进而造成开裂，对公路质量安全产生严重不良影响，甚至引发交通事故。为了将不均匀沉降问题尽量减少，需要合理处理新旧路基交接部位。首先需要处理新路基部分，然后按照台阶形状挖掘原路基，开挖按照0．5～0．8m台阶高度、1．0～2．0m台阶宽度逐级完成，到最后一级台阶宽度应当≥2m。然后将土工合成材料顺着路线铺设，将其铺平扯直，避免重叠、扭曲、褶皱。新路基铺设的土工合成材料长度大于2m从而实现土工合成分别落在原路基和新路基尚，尽量保持新就路基填料一致。采用分层填筑的方式填筑台阶，逐层压实。
3．6对隧道内的路面应用
隧道内岩层局部会存在较高的水位和较大的水压力，容易出现地下水反渗的情况，如果没有采取有效的排水设施，那么长此以往会导致路面遭受地下水的浸泡腐蚀，影响路面结构。隧道路面的结构层大多为混凝土材料，基层防水性不佳，将土工合成材料铺设在混凝土路面和基层之间，同时做好排水管的设置可以有效避免地下水对路基产生侵蚀，降低地下水对路基路面的影响。土工合成材料能够将反渗的水绕到两侧排水沟中将路面干燥性提高，保证通车安全。
4结语
在公路工程中，土工合成材料能够解决很多施工中的难题，能够达到排水、加固、隔离等诸多效果，有助于工程成本的控制，有助于施工效率和工程质量的优化。当前土工合成材料已经在很多公路项目中应用，取得了良好的效果。在未来发展中，应当进一步改进创新，提升土工材料的各项性能。
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关键词 土工合成材料；防渗；排水；应用
中图分类号TU5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）56-0155-01
土工合成材料是以人工合成的聚合物（包括各种塑料、合成纤维、合成橡胶）为原料制成的土工织物和土工膜等产品。土工合成材料具有重量轻、整体性好、产品规格化、强度高、耐腐蚀性强、运输和储运方便、施工简易等优点。应用于土石坝工程可收到节省工程投资、缩短工期的效果。土工合成材料具有防渗、排水、过滤、加筋、隔离、防护等多种功能，是一种很有发展前景的新型坝工材料。随着其日益广泛的应用，产品品种不断增加，质量性能不断提高。我国国家技术监督局与建设部也已了GB50290――98《土工合成材料应用技术规范》。
1土工膜
土工膜为高分子聚合物或由沥青制成的一种相对不透水薄膜。聚合物薄膜所用的聚合物有合成橡胶和塑料两类。合成橡胶薄膜可用尼龙丝布加筋，其抗老化及各种力学性能都较好，但价格比塑料薄膜贵。水利工程上采用的塑料薄膜主要是聚氯乙稀和聚乙烯制品，此外，还有各种复合型土工膜，如将土工薄膜与土工织物复合成一体，土工织物能起缓冲受力作用，可弥补土工膜强度的不足，又能改善接触面的抗磨性能。土工膜的渗流系数一般都在1×10-8cm/s以下。土工膜早期应用于渠道防渗，20世纪60年代以后应用于土石坝，在前苏联及法国等欧洲国家应用较多。据报道，前苏联曾在150多座土石坝中使用土工膜防渗，效果良好。1984年西班牙建成的波扎弟洛斯拉莫斯堆石坝，坝高97m，使用土工膜防渗运行良好，现已加高到期134m。
应用土工膜作土石坝防渗体时，可以铺设在上游面，并在其上部和下部分别设置上垫层和下垫层，再在表面加防护层。防护层可采用砂砾料、干砌或浆砌块石、混凝土块等；上垫层可采用砂砾料、沥青混凝土、土工织物或土工网等；下垫层可采用压实细粒土、土工织物、土工网、土工格栅等。当土工膜具有足够强度和抗老化能力时，也可不设防护层、上垫层；复合土工膜可不设下垫层。采用土工膜的坝坡坡度受垫层和土工膜间的摩擦系数所控制，一般比较平缓，用料较多，但铺设和检修较方便。也可将土工膜直立铺设于坝体中部，此时坝坡坡度可不受其影响，薄膜也不易损坏，但以后的维修更新不便。土工膜多用于斜墙坝。在土工膜防渗体设计施工中，要注意许多细部构造问题，以保证其防渗效果，如尽量采用复合型土工膜，膜厚不宜小于0.5mm,对于重要工程应适当加厚；对于次要工程,可以适当减薄,但最小不得薄于0.3mm；做好底部、周边与不透水地基或岸坡的结合，一般采用锚固槽的连接方式；铺设时应保持松弛状态，以避免高应力造成的破坏；注意薄膜的粘结或焊接工艺，以保证连接质量。土石坝上游防渗土工膜铺设通常有平直坡形、折坡形、锯齿形、台阶形4种方式。施工工序主要有准备工作、铺设、拼接、质量检验和回填。土工膜防渗系统应进行稳定性验算及膜后排渗能力校核。
土工膜的老化和使用寿命问题为工程界所关注。通过大量室内和现场试验研究表明，薄膜埋设于土石坝内中，与温度、紫外线、大气等老化因素基本隔绝，加上抗老化剂的应用，可以认为，老化并不严重。前苏联在有关规程中规定：聚乙烯薄膜可用于使用年限不超过50年的建筑。从试验室加速老化试验的结果推算，埋在坝内的聚乙烯薄膜可使用100年。欧美国家也有类似的经验。
2土工织物
土工织物为用聚酯（PES）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚乙烯醇（PVA）等高分子聚合物纤维制造的透水性织物，但其中不得掺有棉、毛、丝、麻等天然纤维，因其强度较低，耐久性能较差。按加工工艺的不同，可区分为织造土工织物和非织造（无纺）土工织物两类。用途较广的是非织造土工织物，它的纤维呈不规则或随意排列，用化学粘合、热力粘合、机械粘合等方法制成。其最大优点是强度没有明显的方向性，不像纺织物沿经线、纬线的强度高，与经线、纬线斜交方向的强度低。土工织物已较普遍地应用于排水反滤系统与护坡垫层。土工织物的渗流系数一般为10-3~10-4cm/s，与面板堆石坝对垫层料的要求相近。但应用土工织物作反滤层，要防止其被细粒土淤堵失效，宜尽可能用在易修补部位，如护坡下面的垫层、坝下游排水沟下面的反滤层、下游贴坡排水的反滤层等处。应用土工织物加筋垫层，可增加坝坡的稳定性。在施工中应特别注意：当有往复水流时,织物后面的土料不易形成天然滤层,需要铺薄砂层予以改善.此外,土工织物是聚合材料,紫外线直接照射会引起降解等破坏作用,故应尽早覆盖保护.传统用粒状材料建竖向或斜向反滤或排水体质量很难保证,采用土工织物不仅能保证质量而且施工方便.
3其它土工合成材料
由两种或两种以上土工合成材料复合而成的土工复合材料，包括复合土工膜、复合土工织物、复合防排水材料（排水带、排水管）等，可用于防渗、反滤、排水、加筋及防护等方面。土工特种材料为根据特殊需要加工而成的制品，包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工模袋、土工网垫、土工织物膨润土垫（GCL）、聚苯乙烯（EPS）等，主要用于防护、加筋等方面。
土工合成材料是一种很有发展前景的新型坝工材料，随着其产品品种的不断增加，具有防渗、排水、过滤、隔离、防护等多种功能，越来越得到广泛的应用，值得在土石坝工程中大面积推广使用。
参考文献
【关键词】 土工合成材料水工建筑物大港海堤应用
⑽薹男鸵约爸男退拇罄嘈?人工合成的聚合物是土工合成材料的原料。其功能包括防渗、保护、加筋、隔离、反滤排水等,同时以其造价低廉、施工简便、贮存运输方便、抗腐蚀、强度高、易搬运、重量轻等优点得到了广泛应用。土工织物是土工合成材料应用较为广泛的一种,将土工织物埋置于土体之中,按照不同设计功能可以发挥出不同的搏水、过滤、加筋等作用。因其施工方便 、重量轻、造价低廉 、体积小等优点,在水利、海港等许多基本建设工程中得到广泛的应用。本文主要介绍土工织物在天津大港油田港东海堤围海工程应用的情况。
1 工程概况
大港油田港东海堤围海工程地理位置在天津市南部约60km处的渤海湾西岸,其地理位置如图1所示。
由于钻采石油等的需要大港油田在沿海潮间带不断地在筑堤围海造陆,该工程是属于围海海堤向外的扩展部分工程。主要作用是大港电厂的粉煤灰存储、石油钻采和海产养殖。主体工程分为A、B、C三 区,平面布置如图2所示。A区工程动工于1987年7月,合拢于1989年5月,全部完工于1990年12月。为合拢后进行再围堤后填部分,主要包括两侧向海延伸的突堤和横向的岸堤 (主堤)。海堤高5.5m,总长约5km。南堤长175km、北堤长1.65km、主堤长1.55km,总围垦面积2.7km。是在极其复杂的海滩潮间带地区大港油田建筑的第一座大型海堤工程。B、C区工程目前还未进行开工建设进行。
2 土工布用于淤泥地基的主要作用:
2.1 地基表层的捧水垫层
主要是利用土工布较强的渗透性能,在饱和淤泥软土地基之上铺设土工布,土工布自身会形成一个良好的捧水面。由于筑堤填土荷载,就能将淤泥中的水分顺着这一通道排出,达到淤泥固结,强度提高的效果。本工程采用的是渗透系数为1．8×10-4m／s的土工布。采用深度3m范围内的淤质粉质粘土和流塑性淤泥进行固结计算,取固结系数Cv为3.0×104cm2／年,取渗透系数K为5×l0-8m／s,可计算出地基未铺土工布时的稳定沉降量为13.9m,完全固结所需时间为7.4年。铺设土工布淤泥堤基的固结被大大加速,把下部粉砂视作一弱透水层,按双面排水计算,仅需1.85年就完全达到堤基固结,经工程测量,沉降达到稳定经历了两年左右时间,此时地基固结度已达到90％以上,对应沉降量经计算为12.5m,实际测量值仅为0.85～1.47m,因此可以判断土工布还能够起到限制沉降发展的作用。
2.2 防止地基侧向位移
随着堤身的填高堤基会产生压缩沉降和侧内位移现象,土工布此时会受拉,承载了部分荷载,同时地基侧向位移也会受到土工布与地基土之间的摩擦阻力的约束。
2.3 扩散荷载
较大的延伸率是土工布具有的一大特性,这与荆芭一同类似一柔性筏片基础,这就使得土工布能够适应较大的沉降变形,由于荆芭片在铺设与土工布上方一层,就使得具有一定的刚度,也就能起到扩散填土载荷的效果。
2.4 使地基剪切破坏区和堤体拉力破坏区的贯通得到隔离
抗拉强度较高的土工布能将堤体和地基进行分隔,不但能够约束堤体向外侧变形,减少堤内拉力的破坏作用,而且能够使堤基塑性区的范围缩小,达到提高堤体的整体性和稳定性效果。
3 海堤工程断面设计
海堤主要采用的是斜坡式土堤结构,目的是适应软弱地基的沉降变形,按位2m设计堤顶标高,校核标准为五十年一遇位,设定为5.5m。按照港工规范设计坡比,外坡设计为折线形,上下部比例分别为为1∶2和1∶3,使结冰期斜坡的折冰作用得到增强,内坡为1∶2。堤顶宽定为10.5m,主要考虑到行车等要求。底宽42.6m。堤顶处设置的防浪墙主要用来防大潮时溅浪和壅高,墙顶高程为6.3m。迎水坡堤脚设置了6m宽的护坦用来防止淘刷。典型断面如图3所示。
粘性土料装袋用于填筑堤心,1.3m厚干砌片石用于护坡,主要防止波浪冲刷和淘蚀迎水坡。土工无纺布垫下,作反滤捧水。土工布上加设一层荆芭,用于保护土工布不被片石剌破。
4 工程施工
4.1 土工布垫层的铺设
在退潮4小时间隙内进行海堤施工,土工布铺于滩地表面垂直于堤轴线方向。大于堤宽 0.5m宽,布幅之问搭接宽度为0.2～0.4m．应注意平整,避免扭曲、折皱,土工布上再铺一层荆芭片,以增加层间摩擦力和土工布的刚度,同时避免土工布受力不均,编织袋装土堆砌镇压其上,编织袋装土堆砌镇压和土工布铺设同时进行,以防止土工布被潮水冲走。镇压顺序为先海堤内外两侧边端,后由堤中心向外扩展,流动状态的地表淤泥这样就能够被挤出,面后再填土筑堤。
4.2 堤心修筑
袋装土堤心用于修筑,围堰堆砌高度3.5m,高于水位。围堰的迎水坡和背承坡用编织布袋装土堆砌2～3层,以防止潮水波浪冲刷。当地滩涂表面露出的粉土和粉砂被用作土料,主要成分为粉砂粒66～87％、粉粒19-26％、粘粒
4.3 堤外护坡的砌筑
围堤堆砌好后,一层土工滤布铺设在迎水坡面由上而下,铺设时应注意保持一定的松紧度。土工布铺设好后紧跟着做干砌石护坡,采用的是10-50kg的片石为原料,用于是防止土工布日晒光照的老化和被灌水打坏。
4.4 完成土堤断面
海堤被加高至设计高程,修填围堰内侧部分用素土分层夯实,加宽毒堤。海堤内侧因此变为陆地,施工设备得以进入场地,工程建设速度得以加快。
5 工程使用效果和观测情况
两次海堤标高测量于1991年6月和l1月分别进行,堤顶标高的高程基本上稳定在5.28～5.37m之间,说明工程建设至今,沉降已基本稳定。各堤段沉降量不同,这是因为表层淤泥质土层的厚薄不同。南北堤为1.47m．东堤为0.85m,但堤身并没有因此断裂,地基和堤坡整体滑动现象也没有出现。土工布处理淤泥地基良好的技术效果得到显现。另外,经济效益也是十分显著的,3200万元,土工布铺设的投资费用约114万元,占占工程总投资的3.32％,相比较抛石方案,节省投资670多万元,施工工期也仅用了58天 。
6 结语
综上所述,作为新型材料,土工合成材料在水工建筑物的施工过程中所起到的作用是举足轻重的,它不仅能够使水工建筑物结构更为合理,同时有效降低了工程造价,取材方便。具有投资少、施工方便、见效快、工程质量可靠、工期短等特点。通过在大港海堤工程中的实际应用,更为土工合成材料得到进一步的发展与应用打下了坚实的基础。
参考文献:
