土工合成材料應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：土工合成材料；圍墾工程；應(yīng)用

中圖分類號：S277文獻標識碼： A

1. 土工合成材料

1.1 土工合成材料含義

目前，隨著科技水平的不斷提高，相關(guān)研究者將各種不同的化學(xué)材料進行綜合，研制出了土工合成材料，并將其應(yīng)用在巖土工程中。土工合成材料中的原材料主要包括塑料、纖維、橡膠等，將這些直接放置在土質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可以對土質(zhì)結(jié)構(gòu)起到一定的保護作用。因其效果好，因此受到業(yè)界人士的廣泛關(guān)注，在擴大其適用范圍的同時還不斷改革，研制出土工膜、土工織物以及土工復(fù)合材料等。這些材料因具有施工簡便、耐腐蝕能力好、自重輕、性能好、成本低、強度高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用在水利工程的建設(shè)當中。

1.2 土工合成材料的使用范圍

在當前的工程施工中，土工合成材料的使用范圍相對較廣。土工合成材料正是具有較好防滲性、耐腐蝕性的材料，且其非常適合在土木工程或巖體工程中使用，因而在水利工程中的多項工程中都可以應(yīng)用，如渠道、壩體結(jié)構(gòu)、防滲墻結(jié)構(gòu)等等所有對結(jié)構(gòu)防滲有較高要求的工程施工中。一般來講，土工合成材料在水利工程的基層施工中應(yīng)用最為廣泛。這是因為采用這種施工材料，不但可以進一步提高工程的施工質(zhì)量和整體性能，而且還具有很高的節(jié)能環(huán)保價值，對于促進水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義。同時還可以增大水資源利用效率，減少水資源浪費，做到真正的高效節(jié)能。

2. 工程實例

某圍墾工程是某市最大的在建圍墾項目，由北堤、順堤、艚堤，施工便道，北閘、琵琶閘組成，圍墾按五十年一遇標準建設(shè)。主堤長度13.1，最高處9.2m，最寬處120m，圍區(qū)總面積28.96km2，概算總投資9.5億元。兩圍堤地質(zhì)勘察均為淤泥層、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、細砂、粘性土、全風(fēng)化花崗巖，其中淤泥質(zhì)土層厚達到10～18m，該層承載力低，沉降變形大，承載力特征值30KPa，壓縮系數(shù)2.21KPa-1，抗剪強度內(nèi)摩擦3.1倍，凝聚力3.3KPa呈流塑狀態(tài)，容易引起沉降變形及抗滑穩(wěn)定。

3. 土工合成材料的作用

3.1 過濾作用

由于土工合成材料具有良好的過濾性和透水性，因此在工程中得到了廣泛應(yīng)用。把土工合成材料鋪設(shè)在土體表面或者兩相鄰?fù)翆又g，這種安裝方法允許土體中的水流和氣體經(jīng)過土工合成材料自由排出而阻止土顆粒移動，可有效防止因土顆粒流失而造成的土體破壞，同時還避免了因土體中的氣或水排不出造成的孔隙水壓力升高的情況。傳統(tǒng)的過濾材料是透水的砂石料，隨著社會的發(fā)展和工程實踐經(jīng)驗的豐富，現(xiàn)在大多用土工織物來代替，或者把土工織物和砂石料結(jié)合起來使用。

3.2 排水作用

具有排水作用的土工合成材料一般具有多孔隙的特點，利用這個特點，可把這種材料放置在土體中用來匯集水分，并將水排出土體。根據(jù)工程實踐的需要，現(xiàn)在制成的具有排水作用的合成材料不僅可沿垂直于平面的方向排水，也可沿平行于平面方向排水，即具有了水平排水功能，這種功能的出現(xiàn)大大擴展了這種材料的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)在這種材料已廣泛應(yīng)用于土壩，擋土墻等水工建筑物中。

3.3 防滲作用

土工合成材料中起到防滲作用的主要是土工膜，它是將普通的土工合成材料表面涂一層樹脂或橡膠等不透水材料，或?qū)⑼凉ず铣刹牧吓c塑料薄膜復(fù)合在一起而制成的產(chǎn)品。土工膜大多是將薄型無紡布與薄膜復(fù)合而制成的，按工程需要可以分為多種形式，主要包括一布一膜、二布一膜或三布一膜3種。在制作過程中可按工程實際需要來選擇無紡布和塑料薄膜的厚度，但一般選用較厚的無紡布與薄膜復(fù)合。其中，塑料薄膜起防水、防滲作用，而無紡布則起導(dǎo)水作用，充分利用了兩種材料的特性，所以土工合成材料可以起到很好的防滲作用。

3.4 加筋作用

土工合成材料的加筋技術(shù)總體來講，主要包括加筋支擋結(jié)構(gòu)、加筋陡坡和軟土地基加筋3個方面。我們知道，土體顆粒具有一定的抗剪切性和抗壓縮性，但它們的抗拉強度卻是非常低的，為了改善土體的抗拉強度與變形性能，在工程實踐中經(jīng)常在土體內(nèi)鋪設(shè)或加入土工合成材料，這種施工方式很好的控制了土體的變形，增加了土體的穩(wěn)定性，減少了工程中的安全隱患。

以上的工程實踐充分利用了土工合成材料高抗拉強度和低破壞變形率的特點，這就是土工合成材料的加筋作用。在工程中土工合成材料這種作用主要體現(xiàn)在3個方面:

（1）可以應(yīng)用于土石壩、河堤的建設(shè)等工程實踐中，主要起到加固軟弱地基、隔離和過濾作用。

（2）增加施工過程中回填與開挖邊坡的穩(wěn)定性。

（3）在擋土墻的回填過程中起到加筋作用，或者用來錨固擋土墻的面板。

3.5 隔離作用

在工程中，經(jīng)常會出現(xiàn)不同的粒料層之間相互摻混的現(xiàn)象，使得這些粒料失去了它們應(yīng)有的效果。利用土工合成材料的隔離作用，工程師們把這些材料鋪設(shè)在不同的粒料層之間，有效的解決了摻混問題，大大提高了施工的效率和效果。在軟弱地基上鋪設(shè)碎石粒料基層時，在它們中間鋪設(shè)土工織物，可有效防止層間出現(xiàn)土料相互侵入的現(xiàn)象并且能很好的控制土體的不均勻沉降。土工合成材料的隔離作用主要體現(xiàn)在土石壩、河堤等軟土地基處理過程中。

3.6 防護作用

土工合成材料的防護作用主要體現(xiàn)在可以消減人類活動、自然現(xiàn)象和周圍環(huán)境的變化對堤坡和岸坡等水工建筑物造成的危害。由于土工合成材料可以有效消除應(yīng)力集中現(xiàn)象，也可起到應(yīng)力傳遞作用，使應(yīng)力分解，防止土體受外力作用破壞，因此在水利工程中，土工合成材料的防護作用得到了廣泛應(yīng)用。在被保護的水工建筑物表面覆蓋一層具有良好反濾性能的土工織物，并在上面鋪設(shè)一定的蓋重，可有效地保護該建筑物表面不受水流和波浪等因素的破壞，與傳統(tǒng)的護坡材料具有相同的護坡效果。

4. 質(zhì)量控制措施

(1)土工布鋪設(shè)前， 場地的雜物應(yīng)清除干凈，沿堤每隔100m橫直向設(shè)伸縮節(jié)，同時對石墻體外露部位的尖角棱體進行修整，布體用細鋼筋錨固在竹圍上；

(2)土工布鋪設(shè)平行于堤軸線，橫直向機縫連接，搭接寬度不小于10cm。提倡雙線連接法和三線連結(jié)法；

(3)土工格柵接縫垂直于堤軸線，一般情況下重疊1～2格連接，U 型釘對角插入或者尼龍扣雙向?qū)擎i緊；

(4)土工格柵較堅韌，按設(shè)計要求長度尺寸進料，在鋪設(shè)中還應(yīng)采取適當措施如：內(nèi)外壓邊、竹樁定位、鐵絲牽固等方法，防止格柵位移；

(5)基礎(chǔ)拋石時還應(yīng)對拋石基礎(chǔ)的土工格柵采用碎石鋪設(shè)或者石粉鋪設(shè)，以利對格柵的保護；

(6)應(yīng)加強對進場材料質(zhì)量的檢驗，由于土工合成材料種類多種多樣，生產(chǎn)廠家也很多，產(chǎn)品規(guī)格型號千差萬別，因此對進場的材料應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求的規(guī)格、型號及技術(shù)參數(shù)進行檢驗，經(jīng)有資質(zhì)的檢測單位檢測合格的材料才可以進場使用；

(7)土工合成材料是高分子聚合材料，其在運輸、儲存、保管的環(huán)節(jié)應(yīng)做好防曬工作，經(jīng)太陽暴曬的材料十分容易老化而使強度大大降低、壽命大大減短；

(8)土工合成材料多種多樣，功能也不盡相同，施工時應(yīng)該按照相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范進行，應(yīng)特別處理好材料的連接部位。

結(jié)語

土工合成材料可提高地基承載力、減少堤圍沉降量、縮小堤圍變形、施工工藝簡單、質(zhì)量容易控制、工程造價低廉的特點， 現(xiàn)已成功應(yīng)用于軟基的圍墾工程。

參考文獻

[1]姜洪華.水利工程中土工合成材料的應(yīng)用及施工[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，21:7.

第2篇：土工合成材料應(yīng)用范文

[關(guān)鍵詞] 邊坡防護 邊坡病害 侵蝕機理 土工合成材料

問題的提出

從20世紀80年代開始，我國的公路基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，在公路、鐵路等部門都涉及到大量的邊坡問題，因此對邊坡的正確認識、合理設(shè)計、適當治理，把邊坡失穩(wěn)造成的災(zāi)害降到最低限度意義重大。目前，土工合成材料發(fā)展很快，應(yīng)用范圍不斷擴大，工藝水平日新月異，使得新產(chǎn)品常常成為展覽品。各種土工合成材料，包括土工薄膜、土工織物、土工柵條、土工網(wǎng)格、土工模袋，在填土襯墊、陡坡和豎直擋土墻的加固、排水系統(tǒng)、軟土路基、侵蝕控制、堤防和大壩等方面補充或替代了傳統(tǒng)的設(shè)計。

路基邊坡病害分析及防護設(shè)計原則

1.邊坡破壞產(chǎn)生的危害。①邊坡破壞帶來系列的工程問題和環(huán)境問題，嚴重的中斷交通，甚至造成人員傷亡，給國家和人民的利益帶來巨大的損失。②邊坡的淺層破壞造成邊坡落石，還危及行車安全，導(dǎo)致人員傷亡事故有時發(fā)生。③邊坡深層破壞帶來的后果更加嚴重。除在公路建設(shè)和養(yǎng)護期間需要花費大量的人力和財力進行處治外，還往往中斷交通。處治后發(fā)生病害的邊坡在進行處治時，技術(shù)和施工難度增加。④路堤邊坡破壞往往導(dǎo)致路面斷板、開裂，這種現(xiàn)象較為普遍，嚴重的情況是出現(xiàn)路堤整體滑動和中斷交通，除給公路運營管理部門帶來直接的經(jīng)濟損失外，還給用路者帶來難以估量的間接損失。

2.路基邊坡病害的原因分析。（1）氣候因素。氣候因素有氣溫、降水、風(fēng)速、風(fēng)向、最大凍土深度等。在大面積的土質(zhì)或風(fēng)化巖質(zhì)坡面上，由于溫差對地表的影響，加上雨水直接沖刷坡面，極易風(fēng)化剝落，導(dǎo)致塹坡水土大量流失，或坡面產(chǎn)生裂縫，發(fā)生淺層溜方。（2）水文因素。水文因素如地表水的排泄，河流常水位、洪水位，有無地表積水和積水時間長短，河岸淤積情況；水文地質(zhì)因素有地下水埋深、移動規(guī)律，有無層間水、裂隙水、泉水等。（3）土質(zhì)因素。沿線地質(zhì)因素，如巖石的種類、風(fēng)化程度和裂隙情況，巖石走向、傾向、傾角、層理和巖層厚度以及有無斷層或其他不良地質(zhì)現(xiàn)象。

土是建筑路基及邊坡的基本材料，不同的土類具有不同的工程性質(zhì)。砂粒土的強度構(gòu)成以內(nèi)摩擦力為主，強度高，受水的影響??；黏性土的強度形成以黏聚力為主，強度隨密實程度的不同變化較大，并隨濕度的增大而降低；粉土類土毛細現(xiàn)象強烈，強度和承載力隨著毛細水上升和濕度的增大而下降。對于黃土質(zhì)砂黏土或其他黏土質(zhì)土，因其透水性弱、崩解性強、經(jīng)雨水浸泡后土體表層含水量達到和狀態(tài)時，易使邊坡失穩(wěn)而溜方；若路堤填料不合格，又沒有進行土質(zhì)改良，將導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)層斷裂破壞。

土工合成材料在路基邊坡防護中的應(yīng)用

土工合成材料的種類。土工合成材料大體可以分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復(fù)合型土工合成材料四大類，每類材料又都有各自的相關(guān)產(chǎn)品。

1.土工織物特點。土工織物是采用編織技術(shù)生產(chǎn)的透水性土工合成材料，他的特點是重量輕、整體連續(xù)性好。可做成較大面積的整體，長度可達數(shù)百米。并且施工簡便、抗拉強度高、耐腐蝕和微生物侵蝕性好。

2.土工膜的分類及特點。土工膜是一種不透水的土工合成材料，可分為瀝青土工膜和聚合物土工膜兩類。土工膜的主要特點是透水性極低，其工程特性隨類別、制作方法、產(chǎn)品類型的不同而發(fā)生很大的變化。土工膜還有很好的彈性和應(yīng)變能力、良好的耐老化能力，尤其適用于水下工程。

3.關(guān)于土工材料的說明。土工格柵、土工網(wǎng)、土工模袋、土工墊和土工室以及輕型土工合成材料統(tǒng)稱為土工合成材料。土工格柵是經(jīng)過拉伸工藝形成的具有方形或矩形格柵的聚合物板材，主要用作加筋材料。土工網(wǎng)是合成料條帶編織或合成樹脂壓制成的具有較大孔眼、剛度較大的網(wǎng)狀合成材料，是主要的加筋材料。土工模袋是一種雙層聚合物化纖織物制成的袋狀材料，他可以代替模板成型混凝土或砂漿。土工墊和土工室是合成材料特制的三維結(jié)構(gòu)，前者多為透水聚合物網(wǎng)墊，后者多為蜂窩狀或網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)，主要用于護坡或植草綠化

4.土工復(fù)合材料。土工織物、土工膜和某些特種土工合成材料，以其兩種或兩種以上的土工材料互相結(jié)合起來，成為土工復(fù)合材料。土工復(fù)合材料可將不同構(gòu)成材料的性質(zhì)結(jié)合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如復(fù)合土工膜，將土工膜和土工織物按要求制成土工膜―土工織物組合物，稱復(fù)合土工膜。土工膜主要用來防滲，土工織物起加筋、排水和增加土工膜與土面之間的摩擦力的作用。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)合材料是當前和今后一段時期發(fā)展的大方向。

土工合成材料發(fā)展前景

土工合成材料有諸多功能，又有重量輕，體積小，強度高，耐腐蝕等特點，尤其是缺砂少石的地區(qū)更有其用武之地。但土工合成材料畢竟是一門非常年輕的新技術(shù)，對其生產(chǎn)、試驗、設(shè)計、施工工藝等在世界范圍內(nèi)還沒有完全統(tǒng)一，很多人對這種新型建筑材料還不甚了解，但土工合成材料畢竟是富有生命力的新生事物，況且世界對土工合成材料的研究與應(yīng)用已達相當高的水平，在不遠的將來，其效能一定能蓬勃發(fā)展，為社會主義建設(shè)作出重大貢獻。

總之，搞好鐵路、公路建設(shè)，確保公路邊坡穩(wěn)定、安全、搞好環(huán)境保護，要深入了解公路邊坡破壞的型式與機理，針對不同工程對象的土質(zhì)、水文、氣候等特點，靈活采用不同的防護型式，加強設(shè)計，加強施工建設(shè)管理，建安全之路、建生態(tài)之路、優(yōu)美之路。

參考文獻：

[1]楊航宇，朱贊凌，羅志聰.公路邊坡防護與治理[M].人民交通出版社.

[2]王道雄.土工合成材料在公路工程中的應(yīng)用[M].人民交通出版社.

第3篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)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(chǔ)上,提高道路等級或改善通行能力而進行的建設(shè)工程。它包括兩個方面的含義,其一是因現(xiàn)有道路及其附屬設(shè)施不適應(yīng)交通流量需求而進行的道路技術(shù)等級的提高;其二是因交通量軸載需求而進行的道路結(jié)構(gòu)強度的提高。為了保證新舊路基連接部填土之間的緊密結(jié)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(zhì)量輕、施工簡易、運輸方便、料源豐富等優(yōu)點,得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。土工合成材料分為四類:土工織物、土工膜、土工復(fù)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?fù)凉た椢锖蜔o紡?fù)凉た椢飪煞N類型,其中,針刺無紡?fù)凉た椢?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(shè)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(yīng)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(huán)境污染等工程建設(shè)中廣泛采用土工合成材料。在公路上主要應(yīng)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(yīng)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(wěn)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(yīng)用提供一套工藝方案,減少和預(yù)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(yīng)力,增加土體的模量,傳遞拉應(yīng)力,限制土體側(cè)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(guān)構(gòu)造物的穩(wěn)定性。研究認為,砂性土在自重作用或外荷作用下易產(chǎn)生嚴重的變形或坍塌,若在土中沿拉應(yīng)變方向埋置有撓性的加筋材料,則土與加筋材料產(chǎn)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(xué)特性。

2 施工工藝

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

(2)土工合成材料兩端應(yīng)設(shè)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(zhuǎn)壓實端長度l00cm為宜。

(3)如不設(shè)錨固溝,可采用“U”形釘固定。施工中通常橫向鋪設(shè),并用專門施加預(yù)應(yīng)力張拉機施加預(yù)應(yīng)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(shè)方向與碾壓方向相反,搭接頭為順壓方向。如是鋪設(shè)雙層以上土工合成材料,則上、下層接縫位置應(yīng)交替錯開,錯開長度應(yīng)大于50cm。

(5)鋪設(shè)完成土工合成材料后,在臺階上填土?xí)r,應(yīng)采用推土機進行推平到允許厚度。

3 施工應(yīng)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(zhì),不得長期和直立。

(2)材料進場時,應(yīng)進行抽檢。施工時應(yīng)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(jié)構(gòu)物的連接,每完成一道工序應(yīng)按設(shè)計要求及時驗收,合格后,方可進行下道工序。

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

(4)鋪設(shè)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(yīng)采用同種土工膜。高壩應(yīng)垂直于壩軸線鋪膜,低壩應(yīng)平行于壩軸線鋪膜,以減少拼接量;接縫應(yīng)盡量與最大拉力方向平行。

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

4 工程應(yīng)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(jié)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(jié)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(wěn)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(fā)生裂縫,而在沒有鋪設(shè)土工合成材料的連接部,路面上出現(xiàn)了縱向裂縫。所以,從工程效果和經(jīng)濟因素兩方面綜合來考慮,可以在路堤底部只鋪設(shè)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(wěn)定性驗算。

參考文獻

[1] JTJ/T019-98,中華人民共和國行業(yè)標準,公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,1999.

[2] 周志剛,鄭健龍.公路土工合成材料設(shè)計原理及工程應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社,2001.

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

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

第4篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：水利工程；施工；土工合成材料

水利工程在現(xiàn)代社會運作過程中扮演者一個及其重要的作用，它對于工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)來說有著極大的促進作用，并且我國作為一個水資源較為貧乏的國家，對于水利工程的建設(shè)更是要重視起來。所以，在現(xiàn)代的水利工程建設(shè)過程中，使用新型的材料以及更先進的施工工藝已經(jīng)成為了水利工程修建工程質(zhì)量提升的一個關(guān)鍵，同時也是一個水利工程修建過程中一個熱點和深入研究的話題。

1. 土工合成材料概述

1.1 材料概念

科技技術(shù)在不斷發(fā)展的過程中，與各種不同的化學(xué)材料相融合，從而形成了土工合成材料這樣的新型巖土工程，這項工程的應(yīng)用模式主要是通過纖維、橡膠以及塑料等化學(xué)聚合物來作為修建的基礎(chǔ)型原材料體系，并且將這些原材料放置在土體以及各個土質(zhì)結(jié)構(gòu)之間，有效的為土體提供保護的措施。并且在應(yīng)用這項方法的過程中，已經(jīng)逐漸擴大了適用范圍，使得改項目形成了土工織物、土工膜以及土工復(fù)合材料等多種類型的材料體系，在水利工程的施工過程中得到了極為廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為了水利工程建設(shè)施工過程中最為矚目的研究項目之一，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，主要就在于土工合成材料相較于其他材料來說，有著更高的治適用性，其施工便捷、運輸方便、強度高、抗腐蝕、重量輕、性能好、造價低等等特性，都使得土工合成材料擁有其他材料所無法比擬的優(yōu)勢。

1.2 使用范圍

近幾年來，社會的經(jīng)濟在不斷的發(fā)展，對于各項建筑工程的相關(guān)要求也不斷的提高，其工程的施工質(zhì)量以及施工技術(shù)也受到社會各界的高度重視。就目前來說，在社會對工程質(zhì)量的關(guān)注之下，土工合成材料已經(jīng)成為了土木工程以及巖土工程的施工能夠達到較高質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素，特別是在進行水利工程的基層施工過程中，把土工合成材料應(yīng)用在壩體結(jié)構(gòu)、防滲墻結(jié)構(gòu)、通水渠道等施工環(huán)節(jié)的襯砌施工之中。并且，在水利工程中充分的利用土工合成材料來進行施工還能夠使得水利工程達到環(huán)保節(jié)能的目的，有效的實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展觀，也正是土工合成材料的特性有著較高的優(yōu)勢，才促使了土工合成材料成為了現(xiàn)代水利工程在進行建設(shè)過程中的基礎(chǔ)材料。

我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，在改革開發(fā)的早期，對水利工程進行興建的過程中，沒有使用科學(xué)合理的方式來修建水利工程，使得水利工程的整體性以及抗?jié)B性都有著極大的不足，更是由于水利工程的質(zhì)量影響，造成了我國水資源出現(xiàn)了浪費的現(xiàn)象。所以，現(xiàn)代社會在進行修建的過程中，所使用的材料等已經(jīng)受到了嚴格的控制，材料的質(zhì)量也受到了社會各界的關(guān)注。

2. 土工合成材料施工技術(shù)

土工合成材料的應(yīng)用是出自于巖土工程建設(shè)的一種新型材料體系，其在水利工程建設(shè)中發(fā)揮著不可忽視的作用與意義，同時其在應(yīng)用的過程中不僅是在各種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之中的應(yīng)用，同時更是廣泛的應(yīng)用在各種主體結(jié)構(gòu)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(shè)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(guān)注的重點。下面就施工中存在的各方面要求進行了系統(tǒng)、深入的總結(jié)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(shù)和施工體系是最為關(guān)鍵的模式。就當前的就當前的水利工程施工而言，其多數(shù)工程項目都是以土石壩為主的壩體結(jié)構(gòu)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(guān)鍵，同時在施工的過程中還需要對焊接工藝進行系統(tǒng)控制。焊接技術(shù)的應(yīng)用直接決定著焊接工程質(zhì)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(fù)合土工膜的施工極為關(guān)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(shè)計要求進行削坡，使其坡度達到設(shè)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(chǔ)按設(shè)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(wěn)定工作。完成以上工作后，施工和測量人員再進行堤坡規(guī)格檢查，并做好實地施工記錄和填寫堤坡工程驗收單，請監(jiān)理工程師驗收簽證后，即可鋪膜。

2.3 施工鋪設(shè)復(fù)合土工膜

在進行壩體土工膜鋪設(shè)時，可以是順壩軸方向鋪設(shè)，最好是垂直壩軸線鋪設(shè)。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(shè)通常采用壩上部分垂直壩軸線來鋪設(shè)，不但能滿足應(yīng)力最小要求，也能滿足焊縫少的特點；壩底可采用順壩鋪設(shè)，以減少焊縫。復(fù)合土工膜鋪設(shè)時，要按設(shè)計及規(guī)范要求，從堤頂鋪到坡底基槽，并埋入相對不透水層。鋪設(shè)完畢后，應(yīng)盡快回填堤腳和上部護坡，以避免開挖斷面局部土質(zhì)差而產(chǎn)生滑坡，鋪膜時，注意張馳適度，避免應(yīng)力集中和人為損傷，要求土工膜與地基結(jié)合面務(wù)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(xiàn)的問題

防滲土工合成材料在工程施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有：經(jīng)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(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致破壞；鋪設(shè)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(chǎn)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(wěn)滑動。只要按照施工規(guī)范和施工組織設(shè)計施工，確保施工質(zhì)量，就可避免或減少類似問題的出現(xiàn)。

4. 結(jié)束語

土工合成材料是一種新型的巖土工程材料，是以合成纖維、塑料、合成橡膠等聚合物以及玻璃纖維為原料制成的各種類型產(chǎn)品，置于土體表層或各層土體之間，起到保護或加強土體的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和土工特種材料等類型。具有防滲、過濾、排水、防護、隔離、加筋和加固等多種功能，同時具有重量輕、易搬運、強度高、抗腐蝕、運輸方便和價格低廉等優(yōu)點。近年來被廣泛應(yīng)用于各類巖土工程，特別是在水利防滲工程中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻

[1] 胡強，張國順. 淺談水利工程中土工合成材料的應(yīng)用及施工[J]. 黑龍江科技信息. 2008（30）

第5篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：土工合成材料；道路路面裂縫；防治；應(yīng)用研究

中圖分類號：U41文獻標識碼：A 文章編號：

我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會主義建設(shè)事業(yè)的需要促進了土建工程的繁榮，人們同時也對土建工程的質(zhì)量提出了越來越高的要求，這也催生了一些新型建筑材料的產(chǎn)生，特別是土工合成材料。土工合成材料在土建工程中得到廣泛應(yīng)用，而道路路面質(zhì)量對一個道路工程的質(zhì)量產(chǎn)生極其重要的影響，因此對其在道路路面裂縫防治中的應(yīng)用研究有著重要的現(xiàn)實意義。

一、土工合成材料概述

1.土工合成材料的含義

有關(guān)土合成材料的定義眾說紛紜，不同的學(xué)者和技術(shù)規(guī)范以及不同國家有不同的定義,本為僅就《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》對土工合成材料進行定義?！豆吠凉ず铣刹牧蠎?yīng)用技術(shù)規(guī)范》認為土工合成材料是“以人工合成的聚合物為原料制成的各種類型產(chǎn)品，是巖土工程中應(yīng)用的合成材料的總稱。可置于巖土或其它工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部、表面或各結(jié)構(gòu)層之間，具有加強、保護巖土或其它結(jié)構(gòu)功能的一個新型工程材料”。

2.土工合成材料的種類

土工合成材料的種類多種多樣，而現(xiàn)在主要的土工合成材料主要土工織物、土工膜、土工格柵、土工特種材料和土工復(fù)合材料等幾種。而土工格柵又可以分為塑料類和玻璃纖維類兩種，同時土工復(fù)合材料又可以分為土工膜袋、土工網(wǎng)、土工網(wǎng)墊、土工格室和聚苯乙烯泡沫塑料等。不同種類的土工合成材料在工程中有著不同的作用，在提高工程的質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。

二、土工合成材料在道路路面裂縫防治中的應(yīng)用

毫無疑問，土工合成材料在各種工程中得到廣泛應(yīng)用。道路工程作為各種工程的一種，而路面作為道路工程的重要施工環(huán)節(jié)，土工合成材料在對于路面的裂痕防治中也得到應(yīng)用，下面主要就此展開。

1.土工合成材料在舊瀝青路面裂縫防治中的應(yīng)用

瀝青路面的裂縫主要是由于車輛的行駛和道路所在地區(qū)和周遭的環(huán)境雙重作用下造成的，這種裂痕對道路的使用壽命產(chǎn)生重要影響。在道路路面裂痕防治的施工過程中，通過鋪設(shè)玻纖網(wǎng)、土工織物等土工合成材料，一方面可以通過這些土工合成材料可以講路基的垂直傳遞轉(zhuǎn)換為水平傳遞，從而防止路基的垂直傳遞造成路面的裂痕，在提高道路路面施工質(zhì)量的同時也可以提高路面的使用年限。另外一方面，通過在路面裂痕防治的施工過程中鋪設(shè)玻纖網(wǎng)、土工織物等土工合成材料，在可以大大力高路面的防水效果和防止由于水分滲入路基對道路造成巨大破壞的同時也可以防止由于路基損壞在成的路面裂痕。

在利用土工合成材料對舊瀝青路面進行裂痕防治的過程中，施工人員要嚴格按照技術(shù)規(guī)范和施工程序進行，從而確保對舊瀝青路面裂痕防治的質(zhì)量。首先，在施工前施工人員除了要對舊瀝青路面的裂痕進行外觀考察之外，他們還要進行相關(guān)測量，收集將運用于施工過程中的各種數(shù)據(jù)，以為設(shè)計出合理的防治方案和以后施工的正常進行做好準備工作。其次施工時，要做好舊瀝青路面的清潔和平整工作，只有這樣才能有利于土工合成材料的鋪設(shè)，降低施工的難度和提高施工質(zhì)量。在對土工合成材料進行鋪設(shè)是，施工人員可以先固定一段，在由施工人員或機器設(shè)備進行拉緊，在拉緊的同時固定好土工合成材料的另外一端。而對于土工合成材料的的拉緊，要使其伸長率在充分拉開的情況下不大于1.5%。而在和玻璃纖維網(wǎng)進行連接時，要是其和玻璃纖維網(wǎng)橫向保持在8厘米到10厘米之間，而縱向應(yīng)為5厘米至8厘米之間。如果是土工織物縱橫向都應(yīng)該保持在4厘米到5厘米之間。當然，在他們的連接處都要進行固定。最后，盡管在鋪設(shè)完土工合成材料之后，由于玻璃纖維和土工織物不同。在土工合成材料上灑粘層油進行最終固定的工序有所不同，但要嚴格按照工序進行，這樣才能保證對舊瀝青路面裂痕防治工程的質(zhì)量。

2.土工合成材料在舊水泥混泥土路面裂痕防治中的應(yīng)用

對于舊水泥混泥土路面的維護，現(xiàn)實中采取的主要方法是用瀝青混凝土進行加鋪。然而加鋪后的水泥混泥土路面由于車輛的不停碾壓，特別是在溫度的作用下往往會出現(xiàn)裂痕。同時溫度的變化也容易導(dǎo)致加鋪層產(chǎn)生水平的位移，是加鋪層脫離原位而產(chǎn)生裂痕。

為了使加鋪層和原水泥混泥土路面不致容易出現(xiàn)裂痕，施工人員可以時施工時，鋪設(shè)玻璃纖維網(wǎng)和土工布等土工合成材料以增加加鋪層和原水泥混泥土路面的粘合度，以防止此種現(xiàn)象的發(fā)生。同樣，施工人員在施工前，要對就水泥混泥土路面進行外觀測評，以研究考慮采用何種施工措施。如果，加鋪層和原水泥混泥土路面的位移相對較小損壞不嚴重，施工人員可以采用相對簡單的技術(shù)措施加以修復(fù)。但如果加鋪層和原水泥混泥土路面的損壞比較嚴重，不能進行簡單技術(shù)處理時，施工人員就要對損壞部位進行挖空處理。在挖空后清理干凈挖空部位，對路基進行重新填充，然而在填充完畢之后，可以再其上面鋪設(shè)玻璃纖維網(wǎng)和土工布等土工合成材料，并對其進行加固處理，施工順序基本和對舊瀝青路面的處理一樣。這樣，重新完成的加鋪層不但能大大提高其使用的年限，而且防裂痕現(xiàn)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應(yīng)用

就新建道路路面來說，采用土工合成材料進行裂痕防治是最根本也是最有效的手段。可以說，采用土工合成材料進行路面裂痕防治的道路路面相對于那些沒有采用的在使用年限和質(zhì)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剛性基層自身的收縮造成的。如果在新建道路路面的施工過程中，鋪設(shè)土工合成材料如玻璃纖維網(wǎng)和土工布等，由于這些土工合成材料自身的伸延性很小，從而能夠加強半剛性基層的穩(wěn)固性，使其減少由于自身的收縮對路面造成的影響，不致容易出現(xiàn)裂痕。

對于新建道路中土工合成材料的鋪設(shè)，施工人員應(yīng)該在鋪設(shè)之前先做好下承層表面的清潔工作，然后將土工合成材料沿路基的方向進行鋪設(shè)，根據(jù)不同的土工合成材料采取不同的粘連加固措施。而土工合成材料的連接處，橫向應(yīng)該不少于5厘米，而縱向應(yīng)該不少于15厘米。在鋪設(shè)完土工合成材料之后，要采用相關(guān)的路面碾壓機械設(shè)備對已鋪設(shè)好的土工合成材料進行碾壓，使其和面層充分粘合，以為后面的施工做好準備。

三、結(jié)語

總之，土工合成材料對于道路路面裂痕的防治以被廣泛應(yīng)用，并取得了良好的防治效果。我國的領(lǐng)土廣闊，道路眾多，采用土工合成材料對路面裂痕進行防治具有很好的發(fā)揮空間。我們應(yīng)該在應(yīng)用的基礎(chǔ)上不斷加大土工合成材料的研究，以是土工合成材料在我國道路路面裂痕防治中發(fā)揮更大的作用，為我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)作出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]賈慧穎,馮勛凱.土工合成材料的分類及功能簡介[J].黑龍江交通技術(shù).2010(09)

[2]肖新梅.土工合成材料在公路工程中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技.2011(09)

[3]武春娥.論土工合成材料在施工中的應(yīng)用[J]. 山西建筑. 2008(25)

[4]吳永軍.土工合成材料在現(xiàn)代公路路基工程中的應(yīng)用[J].林業(yè)建設(shè). 2005(04)

[5]秦迎春.淺談土工合成材料在道路工程中的應(yīng)用[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)報. 2008(05)

第6篇：土工合成材料應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】土木工程；FRP復(fù)合材料；應(yīng)用

中圖分類號： TB33 文獻標識碼： A

前言

目前由于土建工程的不斷壯大，土建工程中施工技術(shù)水平的提高，尤其FRP復(fù)合材料運用的問題得到了人們的廣泛關(guān)注。雖然我國在此技術(shù)上有所完善和進步，但是仍然存在一些問題和不足需要改進。在建設(shè)社會主義和諧社會的新時期，進一步加強土木工程的FRP復(fù)合材料技術(shù)，保證施工中的安全質(zhì)量，是促進土木工程發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)。

二、FRP復(fù)合材料基本性質(zhì)簡介

1、FRP是由多股連續(xù)纖維，如玻璃纖維、碳纖維及阿拉米德纖維等，采用基底材料膠合后，經(jīng)過特制的模具擠壓、拉拔而成型。常見的FRP包括玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料和阿拉米德纖維增強塑料等。不同的纖維化學(xué)成分不同，力學(xué)性能也有較大差別，相應(yīng)FRP的力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出很大的差異。

2、FRP的主要特點有：

（1）抗拉強度高。三種FRP的抗拉強度均明顯超過了鋼筋，與高強鋼絲差不多，且在達到抗拉強度之前，幾乎沒有塑性變形產(chǎn)生。

（2）抗腐蝕性和耐久性好。與鋼材相比，F(xiàn)RP均具有很好的抗腐蝕性和耐久性，因而可提高結(jié)構(gòu)使用壽命，尤其用于腐蝕性較大的環(huán)境效果更為顯著。

（3）自重輕，施工方便。FRP密度僅為鋼材的25%左右，這樣，當建筑結(jié)構(gòu)中采用FRP時，施工非常方便，可降低勞動力費用。當用于舊有結(jié)構(gòu)的維修加固時效果更為明顯。

（4）熱膨脹系數(shù)與混凝土相近。這樣當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，F(xiàn)RP與混凝土協(xié)同工作，兩者間不會產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力。

（5）彈性模量小。FRP的彈性模量約為普通鋼筋的25%~70%，這樣，F(xiàn)RP混凝土結(jié)構(gòu)的撓度較大和裂縫開展較寬將不可避免。

（6）抗剪強度低。FRP抗剪強度很低，通常不超過其抗拉強度的10%左右，在將FRP用作預(yù)應(yīng)力筋以及進行FRP的材性試驗時，相應(yīng)的錨、夾具需專門研制。

（7）材料較為昂貴。由于FRP的生產(chǎn)制作工藝較復(fù)雜，一般需采用專門的長線擠壓臺座才能完成。

通常，F(xiàn)RP筋中纖維含量為70%~80%，樹脂占20%~30%，纖維含量愈高，F(xiàn)RP強度愈高，但擠壓成型時愈困難。以9mm直徑的FRP為例，其中包含了約12萬根的連續(xù)纖維。

三、FRP在土木工程中的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

絕大多數(shù)修復(fù)工作包括對由于地震和其他自然災(zāi)害造成的損壞及結(jié)構(gòu)老化的修補組成。由于環(huán)境、設(shè)計不周、建筑質(zhì)量低劣，需要對建筑結(jié)構(gòu)進行加固，且這種處理方式可以滿足當前的設(shè)計與使用要求。因此，近二十年，結(jié)構(gòu)修補與加固在世界范圍內(nèi)引起了極大的關(guān)注。最近試驗和分析研究表明：利用 FRP復(fù)合材料來修復(fù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)方式更節(jié)省成本、更能縮短時間且更容易施工。

歷史上，復(fù)合材料首先應(yīng)用于鋼筋混凝土（RC）橋梁的彎曲加固，應(yīng)用于鋼筋混凝土（RC）立柱和無鋼筋砌筑墻抗震的加強。

1、關(guān)鍵的材料技術(shù)

（1）高性能FRP復(fù)合材料改性技術(shù)研究FRP復(fù)合材料與土木工程常用建筑鋼材相比具有高強、輕質(zhì)、耐久、耐疲勞、易施工與可設(shè)計等諸多優(yōu)點，不同的FRP復(fù)合材料與傳統(tǒng)建筑鋼材相比有不同的特點但也有一定的弱點，如與鋼材相比，其韌性差，破斷延伸率較低(鋼材破斷延伸率約為15.0%一26.0%，而CFRP為1.5% , AFRP為1.5%一2.0% , GFRP為2.5%一3.0%的破斷延伸率)，破壞時沒有屈服臺階.土木結(jié)構(gòu)對材料韌性的基本要求是2.5%一3.0%.所以，CFRP和AFRP的強度高，但韌性差.GFRP可以滿足韌性要求，但模量和強度低，這就使得其在土木工程中的應(yīng)用效果大大降低.因此，如何通過對各有特點的不同纖維材料的復(fù)合改性，使其具有高性能(高強、高模、高耐久性及良好的韌性等)同時又具有低成本、良好的環(huán)境親和性，是影響現(xiàn)有高性能FRP復(fù)合材料在現(xiàn)代土木工程中應(yīng)用的關(guān)鍵材料技術(shù)問題.該問題一旦獲得解決，將會給現(xiàn)代土木工程材料技術(shù)帶來革命性的變革，也會為復(fù)合材料領(lǐng)域帶來一個巨大的潛在市場與更大的發(fā)展機遇。

（2）高性能FRP復(fù)合材料。關(guān)鍵配套材料和設(shè)備研究開發(fā)由于土木工程用FRP復(fù)合材料形式是多種多樣的，其應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用方法也多種多樣.因此，僅僅解決FRP復(fù)合材料改性技術(shù)，并生產(chǎn)出適合于土木工程應(yīng)用特點的材料還不夠，還必須解決其配套的關(guān)鍵材料與設(shè)備技術(shù)問題.主要包括以下兩方面內(nèi)容:特種粘貼樹脂基體結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料合成技術(shù);高性能FRP復(fù)合材料筋/索錨具及預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備研制.

2、關(guān)鍵的設(shè)計技術(shù)

（1）新的工程力學(xué)分支―復(fù)合材料力學(xué)。由于材料的非勻質(zhì)，由復(fù)合材料制成的板、殼及薄壁桿件的力學(xué)性能不同于傳統(tǒng)材料制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件.因此基于勻質(zhì)材料的經(jīng)典彈塑性力學(xué)及板殼理論，不適用于分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)件.最典型的例子是復(fù)合材料可能出現(xiàn)彎拉藕合( Bending Stretching Coupling)、彎翹藕合(Bending-Twisting Coupling)及拉剪藕合(Stretching-Shear Coupling)。

例如，板在平面應(yīng)力作用下會產(chǎn)生平面外彎曲及翹曲.正是這些不同的力學(xué)性能給學(xué)術(shù)界提出挑戰(zhàn)，并產(chǎn)生新的工程力學(xué)分支―復(fù)合材料力學(xué).從70年代開始，在美國國家宇航局(NASA)的資助下，越來越多的工程力學(xué)界學(xué)者轉(zhuǎn)向復(fù)合材料力學(xué)研究，至今已經(jīng)出現(xiàn)許多激動人心的學(xué)術(shù)成果.

（2）設(shè)計參數(shù)的選擇。盡管復(fù)合材料具有如此多的優(yōu)點，但在工業(yè)界中的應(yīng)用還僅限于航天、航空、汽車及造船領(lǐng)域，在土木工程中還鮮有應(yīng)用.限制復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的原因除了采用復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)造價昂貴外，另一個原因是設(shè)計的復(fù)雜性，和傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)相比，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)非常多.例如，設(shè)計一塊承重板，采用傳統(tǒng)的勻質(zhì)材料，設(shè)計參數(shù)主要有擬選用材料的類型及板的厚度;而采用復(fù)合材料疊合板結(jié)構(gòu)(Laminated Plate)，需要確定的設(shè)計參數(shù)有加強筋的材料類型、基質(zhì)的材料類型、板的厚度薄層板的數(shù)量，各薄層板中纖維方向等.這些設(shè)計參數(shù)必須仔細選擇，不同的設(shè)計參數(shù)組合可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的極大差別.

（3）快速有效的優(yōu)化設(shè)計。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)造價昂貴，在設(shè)計過程中必須考慮優(yōu)化，以降低結(jié)構(gòu)自重，減少材料用量.而如前所述，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計變量多，優(yōu)化搜尋次數(shù)多，特別是當幾何尺寸變量變化時，有限元模型(幾何形狀，網(wǎng)格劃分)必須重新建立，使優(yōu)化設(shè)計成為非常冗長復(fù)雜的過程.因此如何快速有效地進行優(yōu)化設(shè)計成為學(xué)術(shù)研究的重要課題，華僑大學(xué)在這方面作了一些有益的前期工作，一個直接可行的方法就是在詳細設(shè)計前，進行初步設(shè)計，并且采用簡化方法進行分析，以避開復(fù)雜的有限元計算.從而，得到較接近優(yōu)化設(shè)計的初步設(shè)計方案，減少詳細設(shè)計中的優(yōu)化搜尋次數(shù)，因而大大減輕詳細設(shè)計的工作量和難度。

（4） FRP復(fù)合材料加固補強設(shè)計方法。采用FRP復(fù)合材料對已有結(jié)構(gòu)進行加固補強，應(yīng)充分考慮其材料的差異、工藝的差異，以及環(huán)境的影響。

四、FRP復(fù)合材料在土木工程中的展望

FRP復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強、耐腐蝕等多種優(yōu)點,作為結(jié)構(gòu)加固補強材料具有巨大優(yōu)勢。FRP加固技術(shù)在民用建筑、工業(yè)廠房、橋梁以及地鐵隧道等結(jié)構(gòu)加固中都具有非常廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

我國對FRP加固修復(fù)工程結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究和應(yīng)用雖取得了一定成果,筆者認為,仍需要在以下方面進行深入研究:(1)加固時應(yīng)充分考慮FRP材料的差異、工藝的差異以及環(huán)境等的影響；(2)加強FRP材料及結(jié)構(gòu)耐久性及疲勞性能研究；(3)深入研究FRP的性能,加快FRP材料的國產(chǎn)化進程,努力開發(fā)FRP的應(yīng)用潛力；(4)加快FRP加固工程技術(shù)規(guī)范與標準的制定等。

五、結(jié)束語

通過對FRP復(fù)合材料及其在土木工程中的應(yīng)用研究的問題分析，進一步明確了FRP復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用方向。因此，在土木工程中的后續(xù)發(fā)展中，要不斷提高FRP復(fù)合材料技術(shù)的研究，促進土木工程的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]葉列平，馮鵬 FRP在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與發(fā)展 土木工程學(xué)報 2006年

第7篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：FRP復(fù)合材料特性優(yōu)勢土木工程應(yīng)用分析

中圖分類號：TB33 文獻標識碼：A 文章編號：

不難發(fā)現(xiàn)：土木工程學(xué)科的全面發(fā)展在很大程度上來說是受到了新型技術(shù)、材料、以及設(shè)備的影響。其中，F(xiàn)RP復(fù)合材料對其影響是極為深入與徹底的。特別是在土木工程加固過程當中，F(xiàn)RP復(fù)合材料所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢極為突出，基本成為加固材料中的不二選擇。更加關(guān)鍵的一點在于：同常規(guī)意義上的擴大截面加固方法、以及粘結(jié)鋼板加固方法相比，應(yīng)用FRP復(fù)合材料進行結(jié)構(gòu)加固更加的靈活、簡便、有效。而這完全取決于FRP復(fù)合材料所表現(xiàn)出的特性及其優(yōu)勢。本文試針對以上相關(guān)問題做詳細分析與說明。

1 FRP復(fù)合材料特性及其優(yōu)勢分析

在當前技術(shù)條件支持下，包括玻璃纖維、阿基米德纖維、以及碳纖維在內(nèi)的多種纖維材質(zhì)均屬于多股連續(xù)性纖維。而FRP復(fù)合材料則正是由此類多股連續(xù)性纖維材質(zhì)，配合諸如環(huán)氧樹脂、或者聚乙烯樹脂一類材料進行膠合反應(yīng)之后，并在特殊的模具擠壓作用之下，拉拔并最終成型的負荷材料。從FRP復(fù)合材料的制備角度上來說，因前期所選用的多股纖維材質(zhì)類型在力學(xué)性質(zhì)方面存在比較明顯的差異，因此導(dǎo)致所制備而成的FRP復(fù)合材料在力學(xué)性能表現(xiàn)方面也不完全相同。其中，以玻璃纖維所制備而成的FRP復(fù)合材料彈性模量基本為6.6×104，抗拉強度基本為2890MPa，極限應(yīng)變基本為2.4％；以阿基米德纖維所制備而成的FRP復(fù)合材料彈性模量基本為2.0×105，抗拉強度基本為3600MPa，極限應(yīng)變基本為1.6％；而以碳纖維所制備而成的FRP復(fù)合材料彈性模量基本為1.2×105，抗拉強度基本為3500MPa，極限應(yīng)變基本為2.8％。除力學(xué)性質(zhì)存在差異之外，F(xiàn)RP復(fù)合材料還表現(xiàn)出了以下幾個方面的突出優(yōu)勢：

1.1 抗拉性能突出

正如上位中所例舉的數(shù)據(jù)，三類不同多股纖維材料所制備而成的FRP復(fù)合材料抗拉強度所取值不同，但最低值為2890MPa。該數(shù)值已明顯高于傳統(tǒng)意義上普通鋼筋（約400MPa）或者是高強度鋼絲（約1800MPa）的抗拉強度取值。更加關(guān)鍵的是：在FRP復(fù)合材料達到抗拉強度之前，基本未出現(xiàn)塑性變形問題。

1.2 施工優(yōu)勢突出

因FRP復(fù)合材料的密度相對較低（基本在1300kg/m³~2000kg/m³范圍之內(nèi)），這一數(shù)值僅僅為常規(guī)鋼材密度取值的1/4左右。從這一角度上來說，在土木工程應(yīng)用FRP復(fù)合材料作為施工原材的情況下，整個施工難度將大大降低，同時也可避免勞動力費用過多消耗。同時，因FRP復(fù)合材料具有自重較輕的這一特性，因而可將其應(yīng)用于對既有結(jié)構(gòu)的維修與加工工程當中。

1.3 溫度應(yīng)力較低

FRP復(fù)合材料所表現(xiàn)出的熱膨脹系數(shù)與混凝土結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)是基本一致，或者是相近的。這也就是說，在環(huán)境溫度產(chǎn)生變動的情況下，F(xiàn)RP復(fù)合材料能夠與混凝土結(jié)構(gòu)實現(xiàn)協(xié)同性的工作狀態(tài)，避免產(chǎn)生過高的溫度應(yīng)力。

1.4 使用壽命較長

實驗研究結(jié)果證實：同常規(guī)意義上的鋼材相比，F(xiàn)RP復(fù)合材料具有突出的抗腐蝕性能以及耐久性性能。這兩項性能優(yōu)勢對于提高FRP復(fù)合材料在多種環(huán)境下的使用壽命而言是特別重要的。且可將其廣泛應(yīng)用于腐蝕性較大的環(huán)境當中。

2 FRP復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用分析

土木工程，特別是土木工程結(jié)構(gòu)加固中對于FRP復(fù)合材料的應(yīng)用是最為突出的。大量的實踐研究結(jié)果表明：FRP復(fù)合材料結(jié)構(gòu)加固的優(yōu)勢極為突出，主要可歸納為以下幾個方面：（1）抗疲勞性能突出，有效使用壽命長；（2）材料可任意角度進行交叉，對于曲面及任意形狀的加固結(jié)構(gòu)有著突出的適應(yīng)性；（3）結(jié)構(gòu)加固過程中能夠很好的與混凝土結(jié)構(gòu)實現(xiàn)密實性結(jié)合。具體而言，現(xiàn)階段主要講FRP復(fù)合材料應(yīng)用于以下幾個領(lǐng)域當中：

2.1 民用建筑、工業(yè)廠房以及橋梁工程中FRP復(fù)合材料的應(yīng)用

在民用建筑、工業(yè)廠房以及橋梁工程當中，F(xiàn)RP復(fù)合材料可適用的結(jié)構(gòu)加固方式主要包括板加固、梁加固、以及柱加固這三種類型。首先，對于梁加固而言，加固的作用主要涉及到抗剪加固以及抗彎加固這兩個方面。其中，從抗剪加固的角度上來說，需要確保FRP復(fù)合材料的纖維方向能夠與所加固梁體結(jié)構(gòu)的軸向方向保持垂直關(guān)系，而從抗彎加固的角度上來說，需要確保FRP復(fù)合材料的纖維方向能夠與所加固梁體結(jié)構(gòu)的軸向方向保持一致關(guān)系，以達到提高梁體結(jié)構(gòu)承載能力的目的；其次，對于板加固而言，考慮到結(jié)構(gòu)加固過程當中對于凈空、以及加固后外觀有著比較嚴格的要求，因而在FRP復(fù)合材料的選取方面應(yīng)當注意選取柔軟性能較高，且厚度較低的材料；最后，對于柱加固而言，現(xiàn)階段玻璃纖維所制備FRP復(fù)合材料是最理想的加固材料。此類材料在實際應(yīng)用中僅需要完成約10mm單位的棱角打磨處理，且延性性能突出，能夠節(jié)約工時消耗。

2.2 地鐵工程、隧道工程中FRP復(fù)合材料的應(yīng)用

地鐵工程、以及隧道工程的工作環(huán)境完全處于地下，因此這部分土木工程受表現(xiàn)出的受力情況與上文中所提到的民用建筑、工業(yè)廠房以及橋梁工程等是不盡相同的。一般來說，在洞頂、以及洞側(cè)位置，這一區(qū)域內(nèi)不單單涉及到土壓力作用，同時對于凈空也有著嚴格要求。因此，在這部分這一區(qū)域進行結(jié)構(gòu)加固的過程當中，應(yīng)當特別重視選取抗剪性能突出、且絕緣性能較高的FRP復(fù)合材料（主要推薦選取由芳綸布所制備而成的FRP復(fù)合材料），使其對抗地鐵工程、隧道工程結(jié)構(gòu)加固過程中不規(guī)則，且多向性的裂縫問題。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大的背景作用之下，各方對于土木工程建設(shè)質(zhì)量的要求也在不斷的提升。傳統(tǒng)意義上的鋼材材料無法完全滿足這種發(fā)展需求。在這一背景下將FRP復(fù)合材料引入土木工程領(lǐng)域是極為必要與重要的。特別是在土木工程的結(jié)構(gòu)加固過程當中，F(xiàn)RP復(fù)合材料所表現(xiàn)出的抗疲勞、耐久性、使用壽命、高強度等優(yōu)勢是不容小覷的?？偠灾?，本文針對有關(guān)FRP復(fù)合材料及其在土木工程應(yīng)用中所涉及到的相關(guān)問題做出了簡要分析與說明，希望能夠引起各方工作人員的特別關(guān)注與重視。

參考文獻：

[1] 陶忠,于清,韓林海等.FRP約束鋼筋混凝土圓柱力學(xué)性能的試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2004,25(6):75-82,87.

[2] 李偉,王宇,吳超群等.基于聲發(fā)射檢測技術(shù)的FRP復(fù)合材料損傷試驗研究[J].化工機械,2011,38(6):692-696.

[3] 李偉,張穎,龍飛飛等.FRP復(fù)合材料容器爆破聲發(fā)射實驗研究[C].//第十三屆全國聲發(fā)射研討會論文集.2012:54-60.

第8篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：土工合成材料；橋頭跳車；差異沉降

Abstract: in the use of the highway geosynthetic materials application technology norms of bridge reinforcement of calculation vehicle jump length, often appear larger deviation, the reason is specification only consider geosynthetic materials of solutions of the filled soil reinforcement effect, and did not consider reinforced part way in normal use has also played on the abutment and normal roadbed the transition of the differential settlement role. It should be taken into account in the design of geosynthetic materials of solutions of the filled soil reinforcement and reinforced part of the transition of the differential settlement of the two aspects of the role, the more reasonable design.

Keywords: geosynthetic materials; The bridge jumped; Different subsidence of

中圖文分類號： U416.1 文獻標識碼： A

1 引言

隨著高速公路的迅速發(fā)展，在公路建設(shè)中，橋頭出現(xiàn)的跳車現(xiàn)象，已成為高速公路的多發(fā)常見病害，嚴重影響行車的平穩(wěn)性和安全性。橋頭產(chǎn)生跳車的主要原因是橋頭與路基的沉降差所致。國內(nèi)外的科研院所就該問題提出了很多的解決辦法，其中利用土工合成材料解決橋頭跳車是一種較新的方法。由于土工格柵具有抗拉強度的特點，而無紡針刺類土工布具有排水效果較好的特點。因此，橋接坡處都普遍使用土工布和土工格柵。合理設(shè)置土工合成材料，既可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降，又可以提高地基承載能力，同時也不影響排水。我國1999年2月開始實施的《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中給出了設(shè)計方法，但該設(shè)計方法只著眼與土工合成材料對于臺后填土的加筋作用，即通過加筋來提高該處路基的回彈模量，改善橋（涵）臺臺背填土擴散荷載和降低沉降的能力。而實際上，臺后加固段還有對正常路基與橋臺差異沉降的過渡作用，所以在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮土工合成材料對臺后填土的加筋和加固段對差異沉降的過渡這兩方面的作用，更為合理的進行設(shè)計。

2《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的確定方法

《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTJ/T 019―98）中規(guī)定用土工合成材料加固臺背路基填土?xí)r，土工合成材料的縱向鋪設(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縱向鋪設(shè)長度，最下一層的鋪設(shè)長度應(yīng)不小于最小縱向鋪設(shè)長度Lmin，且最下一層宜鋪設(shè)于構(gòu)造物基礎(chǔ)的頂面。Lmin按式（1）計算。

（1）

式中，Lmin為土工合成材料的最小鋪設(shè)長度（m）；CGS 為土工合成材料與土體交界面上的界面粘聚力（Pa）；φGS為土工合成材料與土體交界面上的界面摩擦角（°），CGS和φGS 可由土工實驗測得；Hm為路基頂面與構(gòu)造物基礎(chǔ)頂面之間的高差（m），γm為填料壓實后的重度（N/m3）。

從《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》土工合成材料縱向鋪設(shè)長度的確定方法可以看出，它是采用了經(jīng)驗方式來進行了處理，而并沒有充分考慮在路基使用過程中加固段還起到了對正常路基與橋（涵）臺差異沉降的過渡作用。

3 考慮加固段對正常路基與橋臺差異沉降的確定方法

[作者簡介] 魏國安（1981－），男，河南鄭州人，碩士，主要從事建設(shè)工程設(shè)計、施工、管理及相關(guān)工作。

通常在橋（涵）臺后填土設(shè)計過程中只考慮由于臺后填土的壓實度不夠或該處出現(xiàn)軟土地基等原因而造成的路基下沉的加固設(shè)計，對臺后易產(chǎn)生沉降的路基進行加固，從而提高其承載能力，減小該處路基的沉降量。而實際上，正常路基在運營后也將產(chǎn)生沉降，而該沉降是由于土的逐漸固結(jié)而逐漸產(chǎn)生，整個過程會延續(xù)許多年。由于橋（涵）臺的承重大，所以在設(shè)計中常常采用樁等這些承載能力大的基礎(chǔ)，因而其沉降量較小，如將樁打到基巖上，則其沉降量幾乎為零，這樣便造成橋（涵）臺和正常路基產(chǎn)生了較大的差異沉降，所以橋頭的加固段也起到了從橋（涵）臺到正常路基的過渡作用，因而在設(shè)計加固段的長度時必須考慮過渡段需要的最短長度。

為了研究方便，通常做如下規(guī)定：假設(shè)橋端部剛度為k,加固段剛度為k’,當k／k’0.1時，

則可不考慮橋臺沉降，反之，應(yīng)與考慮。設(shè)計控制橋臺基礎(chǔ)工后的沉降量一般為 2cm～3cm，一般路基容許工后產(chǎn)生的沉降量為30cm（高速公路和一級公路）或50cm（二級公路），所以正常路基與橋（涵）臺的最大容許沉降差h＝27cm或h＝47cm。

當汽車跳起瞬間，車輛受到的豎直方向的力有空氣阻力、滾動阻力和重力。由于空氣阻力在豎向車輛速度不大且運動軌跡長度較小時影響小，所以忽略不計。則車輛在豎直方向運動的軌跡方程為：

(2)

式中，v為汽車與空氣的相對速度，可取汽車的行駛速度（m/s）；G為車輛總重力；f為滾動阻力系數(shù)，瀝青混凝土路面可取0.01～0.02；θ為道路翹起坡角，由于θ很小，可將其近似等于道路縱坡度i，此處為橋頭過渡段的坡度，為正常路基與橋（涵）臺的最大容許沉降差h與過渡段長度L的比值。

由式（2）積分并代入初始條件（t=0時vy=v0sinθ，v0為設(shè)計車速），可得：

(3)

由式（3）積分并代入初始條件（t=0時X＝Y(jié)＝0），可得：

(4)

當vy=0這一時刻，汽車跳起的高度最大，則令vy=0，由式（3）可得：

（5）

將式（5）代入式（4）可得：

（6）

式（6）即為不同設(shè)計車速、坡度的道路汽車行駛時跳躍的高度。由于θ很小，所以可取，故式（6）可簡化為：

（7）

一般認為當Y＞2cm時乘客有明顯的顛簸感，故以Y＝2cm來控制道路坡度。

由上面的推導(dǎo)過程易知，橋頭跳車的跳躍高度與加固段長度和設(shè)計車速有密切關(guān)系，所以在確定加固段長度時應(yīng)從限制車輛跳躍高度入手，依據(jù)不同設(shè)計車速和橋（涵）臺與普通路基的差異沉降h來確定，同時考慮規(guī)范規(guī)定的最短加固長度的限制，兩者結(jié)合來完成最終的加固長度的確定。

4結(jié)論

由以上分析可知，在利用土工合成材料加固臺后填土解決橋頭跳車的問題時，應(yīng)綜合考慮土工合成材料對臺后填土的加固作用和加固段對正常路基與結(jié)構(gòu)物差異沉降的過渡作用這兩個方面。若只按規(guī)范計算，則可能會出現(xiàn)算例中的加固段偏小的情況。所以在設(shè)計中應(yīng)將結(jié)合以上兩個方面考慮，這樣得到的確定利用土工合成材料加固路基的長度的方法才較為合理。

參考文獻

［1］交通部第一公路勘查設(shè)計院.公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［M］. 北京：人民交通出版社，1997.

［2］王曉謀，袁懷宇.高等級公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］周志剛，鄭健龍.公路土工合成材料設(shè)計原理及工程應(yīng)用［M］. 北京：人民交通出版社，2001.

第9篇：土工合成材料應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：加筋土擋墻，土工合成材料，極限平衡理論

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

1引言

加筋土擋墻是由填土、填土中的筋材以及面板（有時包括基礎(chǔ)）組成的整體復(fù)合結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)重力式擋墻依靠自身重量抵抗墻后側(cè)向土壓力不同，加筋土擋墻是通過筋材與填土的摩擦作用限制土的側(cè)向位移，等效于給土體施加了一個側(cè)壓力增量，使土的強度和承載力均有提高[1]。

加筋土所用筋材主要分為金屬材料、鋼筋混凝土材料和土工合成材料三類。本文主要探討的對象為土工合成材料加筋土擋墻。土工合成材料加筋土擋墻的設(shè)計方法歸納起來可分為極限平衡法、極限狀態(tài)法和有限元法三種[2]。前二者側(cè)重分析加筋土擋墻極限破壞時的穩(wěn)定安全系數(shù)，后者則側(cè)重分析加筋土擋墻的工作開始至破壞時拉筋的應(yīng)力分布和其與土體之間的受力與變形狀態(tài)。目前，在國內(nèi)實際工程中應(yīng)用最為廣泛的是極限平衡法。本文即介紹一種基于極限平衡分析理論的設(shè)計方法。

2雙楔體理論

雙楔體理論用以進行加筋土擋墻的穩(wěn)定性計算，其基本要點是把加筋土體作為擋土墻結(jié)構(gòu)，把加筋土體后面的填筑土體作為滑動棱體來看待。

圖1雙楔體理論分析示意圖

如圖1，將加筋土體abdc（視為整體擋土墻）設(shè)定為楔體B，將墻后的可能滑塌體設(shè)定為產(chǎn)生推動力的楔體A，從而建立“雙楔體”分析體系。圖中，G、V分別為楔體B、楔體A所受重力，E為總土壓力，R為滑動面上的反力?！半p楔體”模型建立后，即可按照擋土墻的各種要素求出墻后填土對加筋土體的側(cè)向土壓力，并進行抗水平滑動穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定校核。根據(jù)此模型進行土壓力計算，可以給出加筋體抗力從而進行內(nèi)部穩(wěn)定分析，還能進行加筋體的外部穩(wěn)定分析。

3加筋土擋墻的土壓力

3.1 土壓力計算公式

加筋土擋墻的主動土壓力計算方法與普通重力式擋土墻的表示形式相同[3]：

（1）

式中：

―加筋土擋墻主動土壓力（kN）；

―墻后填土重度（kN/m3）；

―計算墻高（m），取值方法見圖1。當填土面為水平時，為墻的實際高度；當填土面為斜坡時，為墻的實際高度+墻背延伸高度；

―主動土壓力系數(shù)，常將加筋體按豎直墻背來確定，即

。

土工合成材料可分為柔性筋材和剛性筋材，由于受力特性存在差異，故二者土壓力計算有所不同。

圖2加筋土擋墻破裂面

如圖2（a）所示，對于柔性筋材加筋土擋墻，按式（1）計算的土壓力是三角形分布，破裂面為一條斜直線，這與普通重力式擋土墻一致。而對于剛性筋材加筋土擋墻，其破裂面常分段考慮，由豎直線和斜線兩部分組成，見圖2（b）。豎直線部分與面板背面的距離，斜線部分與水平面的夾角。簡化破裂面上、下兩部分高度和按下式計算：

（2）

（3）

式中：

―簡化破裂面上口寬度（m）；

―土的內(nèi)摩擦角（°）。

抗震驗算時，（為地震角），此時按下式計算：

（4-1）

或

（4-2）

3.2 主動土壓力系數(shù)

由于柔性筋材加筋土擋墻和剛性筋材加筋土擋墻的破裂面不同，其主動土壓力系數(shù)也存在區(qū)別。

圖3加筋土擋墻土壓力系數(shù)

如圖3所示，對于柔性筋材加筋土擋墻，在墻的全高范圍內(nèi)，任何深度處的土壓力系數(shù)均可按計算；對于剛性筋材加筋土擋墻，在墻的頂部等于靜止土壓力系數(shù)，從墻頂向下6m，由靜止土壓力系數(shù)逐漸過渡到主動土壓力系數(shù)，6m處及其以下的墻高為主動土壓力系數(shù)，即剛性筋材加筋土擋墻的土壓力系數(shù)可表示為：

計算點在墻頂：

（5-1）

計算點在0~6m范圍：

（5-2）

計算點大于6m：

（5-3）

式中：

―任意埋深處，第i層拉筋的土壓力系數(shù)；

―靜止土壓力系數(shù)；

―主動土壓力系數(shù)；

―任意埋深（m）；

―填料的內(nèi)摩擦角（°）。

3.3 土壓力作用方向

側(cè)向土壓力的作用方向與墻頂形式、筋材類別有關(guān)。側(cè)向土壓力作用方向與水平線夾角可按下式規(guī)定[4]：

（1）墻后填土表面水平

對可拉伸筋材：

對不可拉伸筋材：

（6-1）

（2）墻后填土表面傾斜

對可拉伸筋材：

對不可拉伸筋材：

（6-2）

式中：

―墻后填土的排水抗剪內(nèi)摩擦角；

―墻后填土的傾斜坡角；

―加筋土擋墻面板后的底寬（m）；

―加筋土擋墻的計算高度（m）。

4土工合成材料的強度

加筋土工程設(shè)計首先應(yīng)確定筋材的設(shè)計抗拉強度。土工合成材料的抗拉力應(yīng)按下式計算：

（7）

式中：

―土工合成材料的設(shè)計抗拉強度（kN/m）；

―土工合成材料的極限抗拉強度（kN/m）；

―考慮了蠕變后的土工合成材料長期抗拉強度（kN/m）；

―土工合成材料強度的綜合修正系數(shù)；

―施工及機械損傷的影響系數(shù)；

―材料蠕變的影響系數(shù)；

―化學(xué)損傷的影響系數(shù)；

―生物損傷的影響系數(shù)。

若土工合成材料采用土工織物，還應(yīng)計算其刺破強度及頂破強度，并滿足其最低強度要求值。

5加筋土的受力

土工合成材料筋材水平鋪設(shè)在土中后，在荷載作用下復(fù)合體發(fā)生變形，通過土和筋材的界面咬合引起應(yīng)力傳遞，力的傳遞方式有兩個：一是表面摩擦，二是橫向肋條被動抗力。

5.1 筋材表面的摩阻力

筋材與土層相對移動所產(chǎn)生的摩阻力為：

（8）

式中：

―筋材的摩阻力計算值（kN）；

―筋材上的有效垂直應(yīng)力（kN/m2）；

―筋材有效寬度（m）；

―筋材有效（錨固）長度（m）；

―筋材與土的摩擦系數(shù)，；

―筋材與土接觸面之間的摩擦角。

5.2 筋材橫桿的被動抗力

當筋材為土工格柵、土工網(wǎng)等具有橫向肋條或橫桿的材料時，其與土體發(fā)生相對位移時會產(chǎn)生與位移方向相反的被動抗力，計算式為：

（9）

式中：

―筋材的被動抗力計算值（kN）；

―單位寬度格柵的橫肋數(shù)目；

―格柵的橫肋厚度（m）；

―格柵孔洞有效寬度（m）；

―單位土體的被動抗力（kN/m2），；

―筋材上的有效垂直應(yīng)力（kN/m2）；

―承載力因數(shù)，與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)。

5.3 土工合成材料的抗拔力

抗拔力是指筋材從土中被拔出時所承受的最大拉力。根據(jù)加筋土的應(yīng)力傳遞原理，土工合成材料的抗拔力應(yīng)等于表面摩阻力和被動抗力之和，即。目前我國各專業(yè)規(guī)范在確定抗拔力計算時，主張筋材的抗拔力由試驗決定；在不具備試驗條件情況下，設(shè)計者在考慮對筋材抗拔力要求時，可以采用公式進行估算，但所用估算公式均都略去了橫桿被動抗力，即[4]。《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB 50290-98按下式估算筋材抗拔力。

當有試驗資料并已計算出筋材錨固長度時，則應(yīng)分別按下式計算抗拔力：

當有拉拔試驗結(jié)果時：

（10-1）

當筋材與土的摩擦阻力由土的抗剪強度估算時：

（10-2）

式中：

―筋材的錨固長度計算值（m）；

―設(shè)計抗拔力（kN）；

―抗拔安全系數(shù)，，不小于1.3，重要永久工程可取2；一般永久工程可取1.5。

6土工合成材料加筋土擋墻設(shè)計步驟

6.1 未加筋擋墻的穩(wěn)定計算

首先對未加筋前的擋墻工程進行穩(wěn)定性校核，當校核結(jié)果為不穩(wěn)定，即安全系數(shù)K不合要求時，則確定須進行加筋處理。

6.2 確定加筋土擋墻的總加筋力

確定加筋土擋墻的總加筋力，實際上就是計算加筋土擋墻的土壓力，即，其中為單位寬度加筋體需要的總加筋力。如前所述，土壓力的計算方法按照筋材的類別確定，具體計算公式參照式（1）得到后，即可進行布筋設(shè)計。

6.3 布筋設(shè)計

布筋設(shè)計的內(nèi)容包括筋材類別選用、筋材豎向間距布置、筋材鋪設(shè)總長度、無效長度及錨固長度計算、筋材抗拉強度計算、錨固抗拔力計算、層間總摩阻力計算等，相關(guān)計算方法如下：

1）筋材抗拉強度計算采用式（7）。

2）筋材錨固抗拔力計算應(yīng)根據(jù)是否具有試驗資料分別采用式（10-1）或（10-2），應(yīng)注意在計算中應(yīng)乘以筋材的總層數(shù)n。計算結(jié)果應(yīng)滿足：。

3）錨固長度計算。

當缺少拉拔試驗結(jié)果而進行估算時，可應(yīng)用下式計算：

（11-1）

當具備拉拔試驗結(jié)果時，可應(yīng)用下式計算：

（11-2）

當筋材與土的摩擦阻力由土的抗剪強度估算時：

（11-3）

4）筋材鋪設(shè)總長度，式中為滑裂面以內(nèi)的無效長度（m），為錨固長度，為筋材包裹長度或筋材與墻面連接所需長度（m）。

5）筋材豎向間距通常采用：單向土工格柵0.6~1.5m；雙向土工格柵0.2~0.6m；土工帶0.3~1m；土工織物0.3~0.6m，土工網(wǎng)0.5~0.7m。筋材間距與總拉力大小有關(guān)，如高度為H的坡堤，已知總拉力為T，筋材的抗拔力計算值（筋材容許拉力）為，則需要設(shè)置筋材的層數(shù)n為：；筋材的豎向間距為：。

6）層間總摩阻力計算。

層間總摩阻力與錨固抗拔力完全不同，錨固抗拔力是指從錨固段拔出筋材的力，是錨固段的摩阻力，它用來抵抗拔出力（水平外力），作用在于確?；瑒永怏w有下滑趨勢時的結(jié)構(gòu)整體平衡；而層間總摩阻力是指非錨固段的摩阻力，它也用來抵抗水平外力，保證結(jié)構(gòu)正常使用中土體與筋材的整體性。因此，二者在一定的安全系數(shù)下均不得小于水平外力[4]。二者采用相同的計算公式和安全系數(shù)，僅計算長度不同，錨固抗拔力計算采用錨固段長度，層間總摩阻力計算采用無效長度或稱非錨固段長度計算。

6.4 內(nèi)部穩(wěn)定計算

內(nèi)部穩(wěn)定計算包括抗拔穩(wěn)定計算、筋材層間摩阻穩(wěn)定計算、墻體穩(wěn)定計算、整體穩(wěn)定計算等。

1）抗拔及層間摩阻穩(wěn)定計算

抗拔穩(wěn)定安全系數(shù)：

層間摩阻穩(wěn)定安全系數(shù)：

其中為層間總摩阻力。

2）剛性筋材擋墻的筋材強度計算

（12-1）

（12-2）

（12-3）

式中：

―某層筋材的水平拉力（kN）；

―筋材的抗拔力計算值（容許拉力）（kN）；

―超載引起的豎向附加壓力（kN/m2）；

―水平附加荷載（kN/m2）；

―主動土壓力系數(shù)，按式（5-1）~（5-3）確定。

3）墻體穩(wěn)定計算

加筋土擋墻墻體穩(wěn)定計算與未加筋擋土墻墻體穩(wěn)定計算完全相同，均采用滑動圓弧條分法，只是加筋土擋墻的圓弧滑動分析中多了一項總加筋力，其對墻體結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用，這就是加筋的優(yōu)勢。

4）整體穩(wěn)定性計算

對于高度較大的工程，必須進行整體穩(wěn)定性計算。整體穩(wěn)定性計算也是采用圓弧滑動條分法，不過圓弧滑裂面位于加筋體及部分地基中。

地震發(fā)生時，加筋土擋墻將受到地震力的影響，必須進行地震情況的穩(wěn)定性復(fù)核。地震時整體穩(wěn)定性計算仍然按滑動圓弧法考慮，具體可根據(jù)下式計算[5]：

（13）

式中：

―加筋土擋墻地震深層整體穩(wěn)定性安全系數(shù)，取1.1；

―地震土壓力；

―的力臂。

6.5 外部穩(wěn)定計算

加筋土擋墻的外部穩(wěn)定性計算采用重力式擋土墻穩(wěn)定分析法，即把加筋土擋墻作為普通重力式擋土墻（視為剛性體），然后按照普通重力式擋土墻進行基底平面滑動穩(wěn)定性計算、繞墻趾傾覆穩(wěn)定性計算及地基承載力計算。

7結(jié)語

在土體中添加筋材，其抗拉和抗剪強度會得到顯著提高。與傳統(tǒng)重力式擋土墻設(shè)計相比，本文敘述的基于極限平衡理論的加筋土擋墻設(shè)計方法主要考慮了加筋對土體受力情況、擋墻穩(wěn)定性等內(nèi)容的改善作用。這種設(shè)計思路類似于傳統(tǒng)重力式擋墻，且計算過程較為簡單，易于在實際工程中推廣應(yīng)用。

但是，這種設(shè)計方法忽略了拉筋的變形、擋墻不同部位的相互作用以及實際工作狀態(tài)下地基和擋土墻之間的變形[2,6]，而因加筋土擋墻的過大水平變形導(dǎo)致墻體失穩(wěn)的事故國內(nèi)外均有發(fā)生[7]。因此，如何針對這些因素進一步完善加筋土擋墻設(shè)計方法，還需要做進一步的研究工作。

參考文獻

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