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中圖分類號：X734文獻標識碼： A
1．概述
土工合成材料作為一種相對新型的施工材料， 已經在歐美等發達國家得到了很成功的應用，目前在鐵路、公路、建筑工程中也都得到了很廣泛的應用。在公路工程中，土工合成材料通常會被應用于填挖交界處、排水、地基處理、防護以及加筋等重要的隱蔽工程上，而且取得了非常顯著的效果。它具有造價低、適用性強、耐久性強，強度高以及耐腐蝕性強等優點。不僅在公路工程行業，而且在水利、鐵道、巖土等工程等行業都到了廣泛應用。
2．土工合成材料的種類
土工合成材料根據材質和特征的不同，目前可分為以下幾中類型：
3 土工合成材料的功能
3.1隔離功能 土工合成材料將兩種不同的建筑材料隔開來，也可把相同材料的不同粒徑的材料隔開，避免兩種材料相互混雜，或者受到外部作用力的時候不至于流失，能夠保證所使用建筑材料的整體結構和功能。
3.2防護功能 當外部有比較集中的應力作用到土體上的時候，土工合成材料可以將應力從一種材料傳遞到另一種材料，從而起到減輕和分解的作用。防護功能主要有兩種情況，一種是沖刷防護，另一種是坡面防護。
3.3 濾層功能 土工材料能夠使土壤中的液體排出的同時，還可以防止在滲透力作用下的土或者其他顆粒流失，從而引起路基的不穩定性。
3.4排水功能 較厚的土工合成材料能夠將土壤中的水分凝聚起來，通過材料的空隙沿著材料流出。
3.5加筋功能 主要是利用土工合成材料的抗拉性來改善土層的力學性能，將材料埋置在土體中，可增強地基的承載力，土基的整體受力，提高路基的整體強度和穩定性，從而能夠起到加固路基，穩定土基的作用，土工格柵，由于土粒嵌入格櫥孔口之內，產生較大的摩擦力，從而提高土體的強度。
3.6防滲功能 在公路工程施工過程中，土工合成材料由于它具有特殊的結構性能，可以按照工程的需要制成各種層厚，防滲性能也相當明顯，在碎石層和路基之間加鋪一層防滲土工合成材料，可以有效的起到隔離水份的作用。
4 土工合成材料在公路工程的應用
4.1用于道路面層與基層之間的柔性路面結構層 高等級公路要求“強基薄面”，將高模量的土工合成材料置于路面結構層中，可增大路面結構層的抗拉強度，減薄路面結構層的厚度，保持路面的結構完整性。
4.2用于臨時道路 許多林區、海港、油田及一些軍用的臨時道路要通過水文地質條件不良的地區，采用避繞的方法需延長線路增大投資。將土工合成材料鋪設在軟弱的地基上，利用其良好的抗拉強度和變形特性，避免其上部的填料在荷載作用下與地基土相混淆，同時約束填料的側向移動，保證填料層的相對剛度，將上覆荷載擴散到較大面積的地基上，減少地基所需承受的壓力。臨時道路完成使命后，由于軟弱地基土工合成材料的隔離作用其上的填料可回收再用。
4.3用于排水 用軟式透水管水平打人路塹邊坡中，排除邊坡內積水，將其鋪設于道路中央分隔帶中，進行分隔帶排水。
4.4用于植被防護 用三維土工網墊進行路堤(塹)邊坡的植被防護，也可將其鋪在河岸、水庫、池塘岸坡上防止邊坡被沖刷，或利用土工織物袋裝砂石及土工膜袋作護坡。
4.5用于護坡 用土工格柵和復合加筋帶構筑加筋土擋墻和橋臺或加陡路堤邊坡，增強穩定性，也用于路堤邊坡加強層。
4.6調節剛度 用土工格柵和土工網鋪設于橋頭、填挖交界處、新老路基結合部位，以謂節橋梁到路基的剛度，減小沖擊力，防止橋頭跳車及錯臺。
4.7用于軟土路基加固處理 用塑料排水板代替砂井以加速軟土地基的固結，提高地基承載力。或用土工織物、土工格柵、土工網結合碎石或砂礫墊層鋪設于軟土地基和路堤之間，利用其抗拉強度加筋軟基路堤，保證路堤的穩定性。
4.8用于處理膨脹土和濕陷性路基 用不透水的土工膜作封閉層，使路基土含水量不發生大的變化。
4.9用土工膜鋪設于凍融翻漿路段，保持溫度穩定減小路基凍害，治理道路翻漿。
4.10用纖維土(土工材料聚酯絲和無粘性土混合)建造陡坡路基和擋墻，法國及英國道路中于70年代末就有先例。
4.11用超輕質填料(聚苯乙烯塊EPS)筑路堤，鋪在橋臺和引堤交接處，以減小地基荷載，防止堤身出現過度沉降和沉降差，以及橋臺和引堤交接處錯臺。
5 結束語
土工合成材料在我國公路工程中的應用時間雖然很短，但由于其施工方便、造價低廉、效果明顯、技術可行等優點，因而得到了迅速的發展，已大量應用于路橋工程的各種場合。材料也從單一的土工織物發展到采用具有較高強度和模量的土工格柵、土工網和復合土工織物、玻纖網及土工墊的應用數量也在逐年增加。
參考文獻：
[1]王銀河， 江志超. 公路施工中土工合成材料應用的探討[J].中國新技術新產品， 2012，（3）： 45.
[2] 尚福濤. 土工合成材料在公路軟基中的應用技術探討[J].道路工程， 2012， （6）： 47-48.
關鍵詞：土工合成材料；加筋土；性能；應用
引言
在古代天然土工材料加筋土已得到應用，現代加筋土的概念被提出來后，人們設計了多種諸如強度較大的天然材料、鋼筋、鋼帶、土工合成材料等加筋材料，加筋土技術從經驗判斷上升到理論設計階段。隨著合成纖維的飛速發展，土工合成材料加筋土技術已經與傳統 的設計方法一樣，被大眾所接受認可，并逐步體現出它的優勢。
1.土工合成材料的性能
1.1材料性能和類型
土工合成材料主要是以聚酯纖維、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、尼龍纖維等高分子化學材料作為原材料而制成的各種類型產品，它是土木工程中應用的一種新型工程材料，具有排水、反慮、隔離、加固補強、保護和防滲等六個方面的性能。
土工合成材料有以制造方法分類的，也有以結構和性能分類的，還沒有合理、明確的統一定義和分類。一般將土工合成材料分為廣義土工織物、土工膜和土工復合產品。廣義土工織物有土工布、土工編物、土工格柵、土工網、土工墊和土工模袋等，土工復合產品有復合土工膜、復合土工織物和復合防（排）水材料等。在我國，規范推薦主要使用土工格柵、復合土工帶、復合拉筋帶和土工織物等加筋材料。
1.2土工合成材料的優點
與傳統工程材料相比，土工合成材料具有4個方面的優勢：纖維習性、與土兼容協調、節省運輸、施工簡單且質量有保證。其中纖維習性的優勢表現在抗拉強度高，具有一定范圍的變形模量，化學結構穩定和纖維孔徑小等方面。
2.土工合成材料加筋土的性能
加筋土作為一種復合材料，不僅需要了解土工合成材料本身的性能，還要探究土和土工合成材料相互作用的特性，通過試驗求得筋土界面相互作用的一些參數，以此來判斷加筋土性能的優劣。
2.1加筋土的試驗方法
為了測試筋土界面摩擦特性參數，國外有直剪試驗和拉拔試驗標準[1]，而我國水利部規范[2]和交通部規范[3]也推薦采用直剪試驗和拉拔試驗，另外，我國紡織工業局制定有直剪試驗標準《土工布及其有關產品摩擦特性的測定第一部分》（GB/T17635.1-1998）[4]。
直剪試驗和拉拔試驗的試驗組成部分相同，分別由試驗剪切盒（試驗拉拔箱）、加載裝置和量測裝置組成。試驗拉拔箱在《公路土木合成材料試驗規程》（JTJ/T060-98）[3]中要求長×寬×高不宜小于25cm×20cm×20cm，而剪切盒尺寸不小于15cm×15cm，垂直加載都最好采用空氣袋方式加載，拉拔試驗的拉拔速率以1mm/min為標準，而剪切試驗的剪切速率以0.02-3mm/min為標準。兩種試驗按水平加載方式不同可分為應力控制式和應變控制式，應變控制式要求剪切速率相等、各級的垂直荷載保持不變，因而應變控制式較之應力控制式能更加準確地測定出剪應力和位移曲線上的特征值，且操作方便，因而國內外均推薦利用應變控制式方法。
另外，為了得出加筋材料與剪切面呈一定角度時的剪切摩擦特性，日本開發出了傾斜剪切摩擦實驗裝置[5]，該試驗裝置滑動面的角度，上覆壓力和加筋材料水平拉力可以自由設定，拉力由電動傳感器控制。
2.2筋土界面相互作用參數
各規范一致認為兩種試驗的界面抗剪強度與法向應力呈線性關系，按照摩爾庫侖強度理論表示，即：
各國對筋土界面似摩擦系數定義不同，造成計算結果差距較大，我國規范[7]計算得到的是反映了筋土間摩擦效應的綜合強度參數，不同于傳統概念上的由一個內摩擦角所表述的摩擦系數，而美國規范提出的摩擦系數 即為我國常用的摩擦系數比K。
3.土工合成材料加筋土的應用
利用土工合成材料的加固補強、排水和保護等性能，加筋土已廣泛用于堤、擋墻的設計和施工中，而利用加固補強、隔離、嵌鎖咬合的約束性能，加筋土也被用于地基的設計與施工中。此外，加筋復合地基，連續纖維加筋土，輕量土等也逐漸得到關注和研究。
4.結語
土工合成材料可以彌補普通材料的不足，當作為筋材與土結合形成土工合成材料加筋土后，這種加筋土復合材料極大地提高了土的抗剪強度和結構物的穩定性，從而被廣泛地應用于多種工程中，并值得我們不斷地深入研究。
參考文獻：
[1]王釗.國外土木合成材料的應用研究[M].香港：現代知識出版社，2002.
[2]SL/T235-1999，土木合成材料測試規程[S].
[3]JTJ/T060-98，公路土木合成材料試驗規程[S].
[4]GB/T17635.1-1998，土工布及其有關產品摩擦特性的測定[S].
[5]徐光黎，劉豐收，唐輝明.現代加筋土技術理論與工程應用[M].武漢：中國地質大學出版社，2004：39-57.
關鍵詞 土工合成材料 軟基處理 反射裂縫 加筋加固 排水隔離
0 前言
土工合成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[1]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。本文著重介紹當前公路路基施工中土工合成材料類型和應用，以及就土工合成材料的各種性質適合處理哪些類型的軟土地基作簡要說明。
1 土工合成材料的種類
1.1 土工布
土工布的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。土工布按制造方法可分為有紡（織造）土工布和無紡（非織造）土工布。有紡土工布由兩組平行的呈正交或斜交的經線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經過加工而成。按照聯結纖維的方法不同，可分為化學（粘結劑）聯結、熱力聯結和機械聯結三種聯結方式。
土工布運用于路面裂縫的防治在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層，是一種常用的路面修復技術。它具有工期短、造價低、對交通影響小、修復路面服務性能好等優點。但其主要問題是瀝青加鋪層中容易出現反射裂縫，而設置土工布是延緩反射裂縫的主要措施之一。
1.2 土工膜
土工膜一般可分為瀝青和聚合物（合成高聚物）兩大類。含瀝青的土工膜目前主要為復合型的（含編織型或無紡型的土工織物），瀝青作為浸潤粘結劑。聚合物土工膜又根據不同的主材料分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。土工膜的不透水性很好，彈性和適應變形的能力很強，能適用于不同的施工條件和工作應力，具有良好的耐老化能力，處于水下和土中的土工膜的耐久性尤為突出。土工膜具有突出的防滲和防水性能。
1.3 土工格柵
土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效。土工格柵常用作加筋土結構的筋材或復合材料的筋材等。土工格柵分為玻璃纖維類和聚酯纖維類兩種類型。
土工格柵有一定的剛度，從而使上面的負荷得到擴散，提高了地基的承載力；土工格柵抗拉強度大，格柵墊層可增強路基的穩定性；土工格柵能適應地基變形，礫石又能與格柵網孔互相鎖合在一起形成穩固的平面防止礫石下陷，從而增加地基的抗剪強度，防止軟弱地基產生過大或不均勻沉降以至側向變形。
土工格柵在路基施工中的溝塘回填方面得到廣泛使用，首先溝塘挖除淤泥回填至原地面后，先鋪一層土工格柵并垂直路線鋪設，沿路線走向鋪滿整個溝塘范圍。橫向鋪網與路堤兩邊縱向盲溝相接，每相鄰兩幅土工格柵搭接長度為20cm，搭接邊用u型釘固定。然后在其上填筑土并壓實后再加鋪一層土工格柵，再回填一層土并壓實，最后再加鋪一層土工格柵，其上再按照正常路基填筑，總共需要加鋪三層土工格柵。這樣處理過后能防止地基不均勻沉降造成的路基反射裂縫和側向位移。
1.4 土工特種材料
1.4.1 土工膜袋
土工膜袋是一種由雙層聚合化纖織物制成的連續（或單獨）袋狀材料，利用高壓泵把混凝土或砂漿灌入膜袋中，形成板狀或其他形狀結構，常用于護坡或其他地基處理工程。膜袋根據其材質和加工工藝的不同，分為機制和簡易膜袋兩大類。機制膜袋按其有無反濾排水點和充脹后的形狀又可分為反濾排水點膜袋、無反濾排水點膜袋、無排水點混凝土膜袋、鉸鏈塊型膜
1.4.2 土工網
土工網是由合成材料條帶、粗股條編織或合成樹脂壓制的具有較大孔眼、剛度較大的網狀土工合成材料。用于軟基加固墊層、坡面防護、植草以及用作制造組合土工材料的基材。
1.4.3 土工網墊和土工格室
土工網墊和土工格室都是用合成材料特制的三維結構。前者多為長絲結合而成的三維透水聚合物網墊，后者是由土工織物、土工格柵或土工膜、條帶聚合物構成的蜂窩狀或網格狀三維結構，常用作防沖蝕和保土工程，剛度大、側限能力高的土工格室多用于地基加筋墊層、路基基床或道床中。
1.5 土工復合材料
土工織物、土工膜、土工格柵和某些特種土工合成材料，將其兩種或兩種以上的材料互相組合起來就成為土工復合材料。土工復合材料可將不同材料的性質結合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如復合土工膜，就是將土工膜和土工織物按一定要求制成的一種土工織物組合物。其中，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。
2 土工合成材料的應用
2.1 土工格室的應用
土工格室在集中載荷作用下， 受力的主動區會把所受的力傳遞給過渡區，但由于格室壁的側向限制和相鄰格室的反作用力，以及填料與格室壁的摩擦力所形成橫向阻力，抑制了過渡區和被動區的橫向移動傾向，從而使路基的承載能力得以提高。經過試驗，在格室的限制作用下，中密砂的表觀粘聚力可以增加三十幾倍。很顯然， 如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三個區域移動就可以取得提高地基承載力的效果， 這就是土工格室的限制原理。
2.2 土工格柵的應用
土工合成材料是解決軟基處理問題的有效方法，可改進荷載分布狀況，減少填料層厚度，并能滿足抗剪強度的要求，限制土體側向位移，抗拉性能高，能避免產生裂縫，增加土層剛度，特別是土工格柵在處理軟土在路基中效果明顯，物理力學性能良好，其對軟土的加固作用主要體現在水平加筋上，復合地基中土工格柵在產生拉伸應力的同時，對土體產生了一個類似于側向約束壓力的作用，使得復合土體的具有較高的抗剪強度和變形模量，也就是說由于土工織物使其上部施加荷載能均勻分布在地層中，當地基可能產生剪切破壞時，鋪設的土工織物將阻止破壞面的出現，提高地基承載力。
2.3 土工復合材料
土工復合材料在公路工程中被廣泛應用在路堤加筋、臺背路基填土加筋、過濾與排水、路基防路、路面裂縫防治等方面。土工合成材料與土相互作用原理歸納為兩大類：一是準粘聚力原理；二是摩擦加筋原理。用土工復合材料提高新舊路堤的整體穩定性，其優點在于：壓實效果好；占地面積較少；路堤穩定性好；有效防止滑移、塌方、沉降等現象。具有施工簡便、易于推廣、節省資金等優點。
3 結語
通過對各種土工合成材料在路面、路基施工和軟土地基處理中的作用機理進行分析，可以得出土工合成材料可以顯著提高地基承載力、減小沉降量及不均勻沉降，增大路堤穩定性，在改善橋頭跳車方面具有明顯效果，并且能有效的防止和延緩瀝青路面反射裂縫的產生。土工合成材料理論在施工中的運用將更加完善，從而指導設計和施工。
參考文獻：
[1] 水利部. 土工合成材料應用技術規范（GB 50290–98） [M]北京：中國計劃出版社，1998
【關鍵詞】 土工合成材料 軟土 不均勻沉降
1 軟土的定義和特性
軟土是自然歷史的產物，是隨著古地理、氣候、沉積環境的變化而形成的。一般是指在濱海、湖泊、谷地、河灘沉積的天然含水率大于30%，其液限一般在34%--43%的范圍內，塑性指數大部分在15―20之間，天然空隙比大于1的土。如淤泥和淤泥質土，以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土。
由于軟土的生成環境及粒度、礦物組成和結構特征，結構性顯著且處于形成初期，故具有以下物理力學特性：
（1）顏色以深色為主，粒度成分以細顆粒為主，有機質含量高；
（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）滲透系數小，一般小于10-6cm/s，沉降速度慢，固結完成所需時間長；
（5）粘粒含量高，塑性指數大；
（6）高壓縮性，壓縮系數大，基礎沉降大，般壓縮系數大于
0.5MPa-1；
（7）強度指標小，快剪凝聚力小于l0kPa，內摩擦角小于50；固結快剪的強度指標略高，凝聚力小于15kPa，內摩擦角小于100度；
（8）靈敏度高，靈敏度一般在2―10之間，有時大于10，具有顯著的流變特性。
（9）在荷載作用下一般會產生較大的沉降變形或失穩。
2 土工合成材料的分類及性能指標
土工合成材料是以人工合成的聚化物為原料制成的各種類型產品。可置于巖土或其它工程結構內部、表面或各種結構層之間，具有過濾、防滲、隔離、排水、加筋和防護等多種功能，發揮加強、保護巖土或其它結構功能的一種新型巖土工程材料。
一般將其分為土工織物、土工膜、土工復合材料和土工特種材料等。
表征土工合成材料的性能指標一般可分為物理性能指標、力學性能指標、水力性能指標、土工合成材料與土相互作用指標及耐久性指標等。
3 土工合成材料在軟土路基加固中的作用機理
3.1 約束地基側向位移，提高地基承載力
土有一定的抗壓強度，但抗剪強度很弱。土工合成材料在垂直荷載作用下，地基產生壓縮沉降和側向位移，此時土工合成材料受拉，故而能支承部分豎向荷載，土工合成材料與地基之間的摩阻力還可約束地基側向位移從而提高地基的承載力。
3.2 隔離、分散應力
鋪設在軟弱地基上的土工合成材料將上部填料與地基土隔離開來，具有的抗拉強度和良好的變形性能，使得填料與地基土的接觸部分具有相對剛度，從而將上覆荷載較均勻地分散到較大范圍的地基上，提高了地基承載力。工程實踐證明，控制加載速率的條件下，鋪設土工布后地基承載力比天然地基承載力提高約12.8%。同時，在不同性質的填料分層面上，鋪設土工合成材料使不同性質的填料互不摻雜，保持其結構性能。
3.3 防滲、排水
土工膜和復合型土工膜（兩布一膜等）具有防止水流滲透的良好性能，它們通常被當作土工結構物的防滲層。土工合成材料的排水作用表現在它能使土體中的水分匯集到它的表面并沿著這個表面排出。在沼澤、鹽漬土等軟弱地基處理中通常利用土工布來隔斷毛細水或地下水上升。
3.4 邊坡加固
邊坡加固作用表現為兩種形式，一是將土工合成材料鉚釘在邊坡的表面，結合邊坡綠化等措施實現邊坡防護功能，二是將特定的土工合成材料平鋪到邊坡內部一定的深度，借助材料的抗拉強度來加固邊坡。在膨脹土路基設計或既有路基加寬設計時，通過在邊坡一定深度內分層鋪設土工格柵等具有一定抗拉強度和變形性能的土工合成材料來加固邊坡。
3.5 減小不均勻沉降
通常土工合成材料與碎石層共同作為一層，這層具有與路堤本身和軟土地基不同的剛度，通過這一墊層將堤身荷載傳到軟土地基中去，它既是軟土固結的排水面，又是路堤的柔性筏基，因此可使地基變形均勻，且路堤中心沉降量比不鋪土工合成材料時要小。
4 設計檢算
4.1 穩定性驗算
土工合成材料加筋路基的穩定性包括地基與堤身的整體穩定性、堤身穩定性、平面滑動穩定性。各項穩定性的安全系數不得小于表l規定的值。
4.1.1 加筋路堤整體穩定性
加筋路堤穩定性分析的計算方法，常采用圓弧條分法進行。計算時應假設若干個穿越地基土的滑弧。以求得安全系數最小值和相應的臨界滑動面。計算常采用瑞典法和荷蘭法兩種計算模型。瑞典法計算模型是假定土工合成材料的拉力總是保持在原來鋪設方向。如圖1所示，則安全系數最小值和相應的臨界滑動面可按下式計算：
（1）
式中：-第i土條土重，KN/m
-第i土條土體粘聚力，kPa
-內摩擦角
-第j層土工合成材料設計抗拉強度，KN/m
-第i層土條所受地震水平力，KN/m
其余符號含義如圖1所示。
4.1.2 加筋路堤的堤身穩定性
采用圓弧條分法按公式（1）計算，此時不考慮地震力。在計算時應在堤身范圍內假定不同的滑弧，求得安全系數的最小值和相應的臨界滑動面。
4.1.3 加筋路堤的平面滑動穩定性
當堤下地基是淺層軟弱土層或相對于路堤荷載淺層地基土強度較低時，應驗算加筋路堤的平面滑動穩定性。加筋路堤平面滑動表現圩堤與地基沿下臥硬土層頂面滑動和地基側向擠出滑動。
（1）下臥硬土層頂面滑動的穩定性計算采用式（2），其相應的計算圖如圖2所示。在計算中應假定d、C點位于堤腳線，變換線位置形成不同的滑動面，求出安全系數的最小值。
（2）
式中：-ab面的主動土壓力，KN/m
-cd面的被動土壓力，KN/m
-硬土層側面的抗滑力，KN/m
Q-作用于土體abcd上的地震水平力，KN/m
（2）地基土側向擠出滑動的穩定計算采用公式（3），其相應的計算圖示如圖3所示。在計算中應假定abcd土體不同位置以及不同的b、C兩點距離，求出安全系數的最小值。
（3）
式中：分別為地基軟土層與土工合成材料界面的粘聚力和摩擦角。
Q為作用于土體abcd上的地震水平力，KN/m
其余符號意義相同。
4.2 復合地基承載力計算
軟土地基在鋪設土工織物后地基極限承載力為以下三項之和，即為沒有鋪設土工織物時，原天然地基的極限承載力；在荷載作用下，地基的沉降使土工織物發生變形而承受拉力所產生的垂直分力；土工織物阻止隆起而產生的平衡鎮壓作用的效應.土工織物加筋復合地基的極限承載力計算公式：
（4）
式中：-土的粘聚力
-地繼承載力
-土工織物的抗拉強度
-基礎邊緣與土工織物的傾斜角
-地基底寬
-地基形狀系數
-復合地繼承載力
-地基變形當量半層
4.3 土工合成材料鋪設長度計算
加筋路堤中，土工合成材料深入到穩定土中的錨固長度，不得小于最小錨固長度，最小錨固長度采用公式（5）計算。
（5）
式中：-最小錨固長度，m
-土工合成材料設計抗拉強度，KN/m
-錨固安全系數，對于無粘性土取1.5，粘性土取2.0
-作用在某層筋材上的覆壓力，kPa
-土與土工合成材料的界面摩擦系數，當計算的錨固長度小于2.0時，取為2.0。
土工合成材料的鋪設長度 L為滑動面內的長度與錨固長度之和，即：
L=+……………………………………………………（6）
5 結語
土工合成材料具有以下的優點：經濟，資料表明通常情況下，采用土工合成材料比傳統方法節約30% 以上的投資；施工工藝簡單，進度快，輕便，勞動強度低，無須特殊機械；材料生產工廠化，材料來源基本上不受地域限制；質量控制標準化，易檢測，易儲存，易運輸；功能復合，效果突出，適用領域更加廣闊；環保，施工無噪音，對水源、大氣污染小。基于這些優點土工合成材料在軟土地基的加固中得到了廣泛的應用，但作為一種新型的合成材料對其性能以及施工工藝還有待于進一步的認識和探索。
參考文獻：
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關鍵詞：土工合成材料；灰庫；應用
0 前言
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，自問世以來，發展非常迅速，尤其是近二三十年在全世界范圍內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，國內外已廣泛應用在水利、交通、電力、堤壩、防止沙漠化和水土保持等工程建設中，其中我國電力能源系統新建電廠粉煤庫90％以上采用土工合成材料修建灰庫堤，40％的老灰庫維修和擴建也均采用了土工合成材料。
1 土工合成材料在黃石火電廠灰庫加高子壩工程中的應用
用于儲存火電廠粉煤灰的地方稱為灰庫，其相應擋灰的建筑物稱為灰壩。在火電廠運行過程中，灰庫將逐漸被粉煤灰填滿，因此，許多電廠在原來灰壩上加筑子壩，從而提高了灰庫的庫容，延長灰庫的使用壽命。湖北黃石火電廠分別對其所屬的筲箕窩灰庫和百沙灘灰庫進行了加高子壩的工程。在這兩項工程中，均采用了土工合成材料，下面具體介紹一下土工合成材料在這兩項工程中的應用和施工。
1.1 筲箕窩灰庫加高子壩工程
1.1.1工程情況。該工程由1號、2號兩座土石代料子壩，兩座排水豎井組成。加高子壩高6m，由混合代料經分層填筑碾壓而成。在壩體的排水盲溝、壩基以及迎灰面均鋪設有400g/m2的無紡土工布，共計28550m2。
壩底排水盲溝尺寸為50cm×50cm，溝中充填瓜米石。為保證排水盲溝的反濾排水，在溝底三個側面均鋪設無紡土工布。由于地基是粉煤灰，為防止滲透破壞，故沿整個壩基也鋪設了無紡土工布，把粉煤灰與上部填筑代料隔離開來，同時又增強了地基承載能力。壩體迎灰面鋪設的無紡土工布主要起到反濾排水的作用，以防止粘土鋪蓋和粉煤灰中細小顆粒進入到后部代料區。
1.1.2無紡土工布施工。在施工中，無紡土工布的鋪設采用人工操作，設專人負責。具體方法是：在碾壓平整后的壩基面和壩坡面上，垂直壩軸線方向鋪設，鋪設過程中采用撤退式方法鋪設。垂直壩軸線方向上的土工布必須是整塊，不允許連接。平行壩軸線方向允許土工布連接，連接采用專用縫合機和滌綸線雙線縫接，為保證整體性，搭接長度大于10cm。土工布和岸邊基巖結合處考慮沉陷引起的張拉現象，各邊應留0.5m左右的余量，可供伸縮變形，以杜絕漏灰問題的發生。
1.2 百沙灘灰庫加高子壩工程
1.2.1工程情況。該工程為一長約1300m、高1m的子壩。子壩直接修筑在原灰壩上，一面擋灰，一面擋水，采用“HEC”固化粉煤灰分層填筑、碾壓而成。在該工程中，為防止加高子壩與老壩結合面的滲透破壞，在壩身內部加設一道垂直的土工膜，土工膜在老壩和子壩中各插入25cm。選用土工膜為“F-5”型（580g/m2），其物理力學指標為：抗拉強度19KN/m，延伸率53.6％，CBR頂破強度3.41KN，垂直滲透系數4.76×10-13cm/s。
1.2.2土工膜施工。在鋪設垂直防滲土工膜時，設計深度應深入老壩內0.25m。先由人工在老壩壩面開挖10cm×25cm的槽縫，然后將土工膜垂直放入槽內，鋪完塑的溝槽采用粘土漿充填。每兩塊土工膜之間采用搭接，搭接長度30cm，待搭接部位洗凈擦干后采用自走式熱熔雙縫焊機焊接。局部破損的土工膜補漏，采用PVC膠合劑粘接，粘接寬度不小于15cm，要求粘貼牢固、均勻、可靠。土工膜槽口外漏段，應敷土加以保護，避免陽光直接照射。
上述兩工程由于采用了土工合成材料，簡化了設計和施工程序，一定程度上為工程的順利完工創造了有利條件。工程投入正常使用一年后，經實地復檢表明兩座灰壩均運行正常，沒有出現滲透破壞現象，這說明土工合成材料在灰壩工程中的運用是成功的。
2 結束語
土工合成材料作為一種全新的工程材料應用時間不長，經驗不足，目前還存在一些問題，如測試設備的升級滯后于該材料在工程中的應用，部分類型材料易老化以及該材料價格過高，提高了工程造價等，這些都限制了它的進一步推廣應用。但我們相信，隨著土工合成材料研究工作的深入，隨著生產的批量化和生產技術的改進，更重要的是人們對這種材料優良技術性能的進一步認識，土工合成材料在工程實際中，特別是灰庫工程中會得到越來越廣泛的運用。
參考文獻
隨著水利工程建設的不斷發展，與水利工程相關的技術工藝也都在不斷提高，新型材料施工技術也不斷應用到了水利工程的建設當中。在水工建筑項目施工的過程里，土工合成材料因為具有施工效果好、成本低、抗腐蝕性、防滲性等優點得到了越來越廣泛的應用和提升，與此同時，土工合成材料的應用也讓水利工程建設的工程質量變得越來越有保障。
2土工合成材料
2．1意義與特點
作為土工工程材料當中的一種常見材料的土工合成材料，其是利用人工制造合成的聚合物作為原始材料，繼而通過加工制造成各式合成產品，在施工的時候固定在巖石或土體表面或者里面來達到加強土體結構強度目的，并讓土體結構有足夠的保障且更加穩定。土工合成材料中的土工主要指的是巖石工程與土工工程，而合成材料即是通過合成材料加工制造出來的合成產品。土工合成材料在巖石與土工工程中的應用很廣泛。通常來說，制造合成產品的原材料主要是高分子聚合物，且大部分是從煤、石油、天然氣等提煉出來，再通過后續的加工將其處理成合成材料，繼而制作成合成產品。土工合成材料在巖石工程、土工工程當中的應用，帶來了很多方便之處。與類似的建筑施工材料進行對比，土工合成材料擁有施工效果好、施工成本低、自重輕等優點，此外，它還具有很好的抗腐蝕性，能夠提高工程或產品的使用壽命。
2．2適用范圍
因為土工合成材料的功能特性，其在水工建筑物施工中的應用尤為廣泛，這也是緣于水利工程的基礎、防滲墻結構等，使得它能夠得到很好的施工效果并且能夠讓施工的成本與造價在一定程度上降低。水利工程基礎建設的投資逐年加大，工程建設的規模和數量也同樣不斷在增加，在這樣的情況下，如何保障施工的質量、發揮工程的防洪排澇功能，增加使用壽命等都是現階段面對的重要的問題。土工合成材料的運用，無疑能夠在一定程度上發揮出作用，促進水利工程建設事業的發展。
3水利工程中土工合成材料的應用和施工方法
3．1水利工程中水工合成材料的應用
(1)防滲。防滲亦即是防止流體滲透流失，在水利工程中的防滲可以利用復合土工膜來達到效果。一般情況下，水利工程都會有大量引水蓄水的工程建設，一般防滲處理最為重要，而土工合成材料具有很好的防滲性能，正好可以運用到水利工程當中。在這里，防滲性能的好壞需要通過物理力學指標來決定，而對于土工合成材料來說又大部分是弱透水材料，也就是土工膜以及復合水工膜，它們都具有預防滲水與氣體侵蝕的作用。大多數的時候，利用土工合成材料進行的防滲都是在土石壩上游的壩面來進行的，這就需要先放干凈水庫里面的水，之后在壩的上游進行貼土工膜的處理，并且利用鋼槽對其進行加固。現在，這種過去的方式逐漸在被水工網格粘貼土工膜進行處理，讓土工合成材料的防滲效果變得更好了。除此之外，利用漿砌石壩或者是碾壓混凝土壩的上游壩面也可以應用這種方式來進行防滲處理。
(2)防護。通常在水利工程的建設當中，堤坡或者岸坡被破壞的情況時有發生，這對于水利建設工程來說等于是埋下了安全隱患。堤坡或者岸坡被破壞的情況有來自于大自然的不可抗拒因素，也有人為導致的因素，無論如何，必須要加強對于堤坡和岸坡的保護才行。此外，采用的防護措施應該是具有持久性的，最好是無需長期進行維護更新的，從而減少成本的投入也提升對堤坡或者岸坡的保護效果。水工合成材料恰恰具有這樣的優勢，能夠適合這方面的要求。采取在需要被保護的土面上進行土工織物覆蓋，并且利用重物壓住以防移動的可能。土工織物具有很好的反濾性能，對于預防水流沖刷對于堤坡、岸坡的破壞很有效用。同時，采用土工織物的辦法比較簡單可行，成本相對比較低，且無需維護維修，是一種十分可取的辦法。
(3)排水。土工合成材料不但具有抗腐蝕性、能夠防滲，起到防護以及隔離的作用之外，還能夠幫助水利建筑物進行排水。通常來說，處理的辦法就是用土工合成材料在水利建筑的土體中建立起一條專門的供土體中水流流動的通道，由此將水流導出水利建筑內。這種排水辦法也需要在土壩內部垂直或者是防滲水工膜后面或者土壩內部水平排水以及土壩混凝土護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)坡面鋪膜。坡面鋪膜可以說是當下土工合成材料施工時最為普通的施工方式，但它在施工時的技術與質量的控制卻起著重要作用。目前的水利工程施工項目是以土石壩壩體結構模式為主，在進行施工的過程中，土工膜的施工十分關鍵。一般來說，要進行壩體的水工膜鋪設采用順壩軸方向是沒有問題的，但是垂直壩軸方向的效果要更加的好一些。只是，垂直壩軸方向鋪設的焊縫長度要比順壩軸方向鋪設更長，綜合來說，順壩軸方向鋪設的方案要更好一點。對于比較高的壩坡，水工膜鋪設大部分利用壩上部分垂直壩軸線進行鋪設，如此及能夠讓應力最小，還能夠減少焊縫的長度;而壩底則可以利用順壩軸方向鋪設的方案，既減少焊縫長度也能夠讓基槽邁進不透水層。當鋪膜完畢了之后，無論是回填堤腳還是上部護坡都應該動作迅速，免得出現開挖斷面局面土質太差而出現滑坡現象。在鋪膜的時候，更應該注意動作適度，盡量不要出現應力集中的情況，更要避免人為損傷，而這之外的土工膜和地基結合面應該保證平整無褶皺。
(2)堤腳的開挖和堤身削坡。在水利工程建設當中，如果要進行堤腳開挖或者是堤身削坡就必須涉及到機械的使用。同時，這也需要根據堤壩本身的情況來分析處理，不能夠偏離了施工前的項目規劃設計才行。如果進行了削坡，在那之后應該要把坡面進行清理，保證坡面的平整度沒有受到破壞。對堤身以及堤頂進行開挖必須要分開進行，止滑槽堤腳基礎必須根據原先規劃好的斷面來進行施工。當工程進行到抵達不透水層之后，還需要繼續向下開挖一個深一米、寬一米的溝槽，并再次進行斷面清理。基坑排水與邊坡穩定的工作也要及時處理好，當這些都做好了以后，相關的工作人員再檢查堤坡的規格并做好記錄，最后報監理工程師來進行驗收。
(3)土壩防滲。垂直鋪膜與坡面鋪膜都是為了達到防滲的目的，在這兩個方向進行鋪膜的施工與鋪設的工藝也有所不同。如果存在尖棱物，水工合成材料很容易受到破壞，而水壓力或者土壓力過大也可能因為沒有約束支撐而受到破壞，包括下層氣體與液體的頂托作用都可能造成破壞，甚至是溫度、浪擊與水位線都可能會對薄膜造成破壞。因此，在施工的過程中，應該盡量避免類似的情況發生，嚴格按照施工規范與項目的規劃設計來進行施工。
4結束語
關鍵詞:公路工程;土工合成材料;施工技術
1土工合成材料介紹
土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格柵等都屬于土工合成材料。在制造土工合成材料時，首先需要加工聚合物原料，使其形成絲、短纖維、紗或條帶，然后將其連接制作形成平面結構。有紡土工織物和無紡土工織物是按照制作方法分成的兩大類土工織物材料，兩者排列形式存在一定不同之處。有紡土工織物交織的方式為正交或斜交的經線和緯線，而無紡土工織物是定向隨意排列然后加工形成的。土工織物的聯結方式主要包括三類，分別為化學聯結、熱力聯結和機械聯結。重量輕、連續性好、施工方便、抗拉強度高、耐腐蝕、抗微生物等都是土工織物突出的特點。由于土工合成材料的抗拉力學性能較好，尤其是土工布和土工格柵，可以在工廠批量生產，質量便于控制，當前在土木工程各個領域中已經得到了較為廣泛的應用。土工布在公路工程中主要用以路面罩面的形式應用，可以將路面發射裂縫發生的概率降低，有助于反射裂縫發生和發展的控制。在公路工程軟土路基中，利用土工格柵還能夠達到快速固結地基、地基承載力優化的效果。
2土工合成材料的基本功能
隔離、加強、排水、過濾是土工合成材料的最為基本的四個功能。在公路工程中，土工材料廣泛地應用于路基排水、防護、裂縫防治等工作中。不同的材料的性能存在一定差別，但是其基本功能相差不大。
2．1隔離功能
在不同材料的交界面鋪設土工合成材料能夠達到隔離的作用，避免這些材料相互摻雜。通過設置土工合成材料，能夠實現擴散應力的作用，從而均勻控制地基土沉降量，為地基排水固結創造有利條件。
2．2加強功能
在地下鋪設土工合成材料能夠實現材料和土層摩擦力的增強，進而將拉伸強度提高。通過鋪設土工合成材料，能夠約束材料變形，增加土工合成材料復合體在外表上層的強度，達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點之一，在土體內部埋設土工合成材料能夠借助材料的平面滲透性將土體中的水分排出，讓內部水沿著垂直于平面的方向流動。
2．4過濾功能
相比于過去天然骨料過濾層，土工合成材料的過濾排水作用、功能形態都有著很大的改善。土工合成材料可以利用被過濾土層中形成的濾餅層打到過濾的效果而不是利用自身的透水性進行過濾。換言之，土工合成材料并不需要自身具備較強的透水性，通常只要是相鄰土透水系數的十倍就可以滿足工程過濾功能的要求。
3土工合成材料在公路工程中的應用
3．1路堤加筋及軟弱地基的處理
如果公路所在地區為軟土地基，那么在高填土路堤施工中會導致表面受到側向土壓力的影響出現水平剪應力，進而可能發生路堤位移、失穩等不良現象。通過在路堤中使用土工合成材料可以利用加筋作用將路堤的穩定性有效提高，從而將路堤不均勻沉降問題大大減小。通常可以在堤身底部鋪設土工合成材料完成加筋工程施工。其中土工格柵嵌入到土體中能夠緊密貼合土體，利用自身較高的強度以及材料和土體的膜材料實現路堤或者軟弱地基強度優化的效果。熱熔擠壓方法也是制作土工格柵的一種常用方法，和冷拉格柵相比，熱熔擠壓方法制作的格柵各項性能有所降低，所以在質量要求較低的公路工程中可以應用熱熔擠壓土工格柵。近些年土工格柵材料也在不斷改進創新，當前有一種纖維土工格柵主要是由滌綸或者玻璃纖維制作而成，有著較強的強度和較低的延伸率，在公路工程中可以發揮良好的效果。
3．2臺背路基處理
橋涵、隧道等是公路工程建設中常見的構造物，在此類建筑物修建時如果沒有合理處理臺背路基填土很容易導致剛度出現較大的差異，進而導致臺背出現不均勻沉降的問題，久而久之，路橋結構穩定向降低，橋頭跳車問題嚴重。在臺背路基處理中合理地應用土工合成材料能夠將回填材料和構造物形成一個整體，將不均勻沉降問題發生的概率大大降低，從而將公路工程的施工質量提升。當前土工泡沫聚苯乙烯塊是公路工程臺背路基施工處理中常用的材料，它能夠填筑或者換填臺背路基材料，可以將路基的自重大大減小，有助于路基穩定性的改善，降低發生橋頭跳車的現象。
3．3路基防護
公路工程中路基是非常重要的一部分內容，路基防護主要包括兩方面內容，一是沖刷防護，二是坡面防護。對于土質坡面的防護措施常用的包括拉伸網草皮、固定草種布以及網格固定撒種等;在防護巖石邊坡時常常采用的防護方式包括土工網或土工格柵;在防護沿河路基時常常采用的防護方式為土工織物軟體沉排、土工模袋。通過沖刷防護能夠將路基穩定性提升，通常可以采用直接加固的方式急性坡岸的沖刷防護。另一種間接防護主要是將水流的方向、速度等進行干預。當前土工網墊、土工格室、土工格柵等都是常見的路基防護措施。土工網比土工格柵強度低，但是有著更小變形量，所以此類交叉黏結的復合土工材料在坡面防護中得到廣泛應用。在路基沖刷防護工程中應用土工網需要配合填充土石、混凝土材料等，將其剛度和側限提升，保證結構整體的穩定性。
3．4排水
排水是公路工程中非常關鍵的一項工作，其直接影響著公路結構整體穩定性。在公路防排水施工中，土工合成材料能夠將結構的排水能力改善和提升。將土工合成材料應用于公路工程中能夠充當排水體和過濾體，當前土工復合材料、土工模袋等常常在暗溝、滲溝中應用，是公路穩定性提升、路基排水性能優化的常用方法。在應用土工模袋時，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強度的結構，在地基或者護坡中可以應用此結構。和設置泄水孔相比，土工模袋的施工更加便捷，并且反濾和排水效果更好。可以用薄形的土工織物包裹土工復合排水材料，實現土工織物排水性能優化、降低排水結構內部滲透入小顆粒的概率，避免阻塞排水通道。在路基路面縱橫向排水系統中或者支擋結構墻后的反濾排水系統中可以應用復合土工排水材料。
3．5對新、舊路基銜接應用
公路工程改擴建施工各種常常需要進行新舊路基路面的銜接，在結合位置非常容易出現的一種現象就是不均勻沉降。可以說，不均勻沉降已經成為困擾公路改擴建施工的一大難點。如果施工人員沒有合理處理新舊路基接合位置，一旦在后期運行中發生錯臺現象就會進而造成開裂，對公路質量安全產生嚴重不良影響，甚至引發交通事故。為了將不均勻沉降問題盡量減少，需要合理處理新舊路基交接部位。首先需要處理新路基部分，然后按照臺階形狀挖掘原路基，開挖按照0．5～0．8m臺階高度、1．0～2．0m臺階寬度逐級完成，到最后一級臺階寬度應當≥2m。然后將土工合成材料順著路線鋪設，將其鋪平扯直，避免重疊、扭曲、褶皺。新路基鋪設的土工合成材料長度大于2m從而實現土工合成分別落在原路基和新路基尚，盡量保持新就路基填料一致。采用分層填筑的方式填筑臺階，逐層壓實。
3．6對隧道內的路面應用
隧道內巖層局部會存在較高的水位和較大的水壓力，容易出現地下水反滲的情況，如果沒有采取有效的排水設施，那么長此以往會導致路面遭受地下水的浸泡腐蝕，影響路面結構。隧道路面的結構層大多為混凝土材料，基層防水性不佳，將土工合成材料鋪設在混凝土路面和基層之間，同時做好排水管的設置可以有效避免地下水對路基產生侵蝕，降低地下水對路基路面的影響。土工合成材料能夠將反滲的水繞到兩側排水溝中將路面干燥性提高，保證通車安全。
4結語
在公路工程中，土工合成材料能夠解決很多施工中的難題，能夠達到排水、加固、隔離等諸多效果，有助于工程成本的控制，有助于施工效率和工程質量的優化。當前土工合成材料已經在很多公路項目中應用，取得了良好的效果。在未來發展中，應當進一步改進創新，提升土工材料的各項性能。
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關鍵詞 土工合成材料；防滲；排水；應用
中圖分類號TU5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）56-0155-01
土工合成材料是以人工合成的聚合物（包括各種塑料、合成纖維、合成橡膠）為原料制成的土工織物和土工膜等產品。土工合成材料具有重量輕、整體性好、產品規格化、強度高、耐腐蝕性強、運輸和儲運方便、施工簡易等優點。應用于土石壩工程可收到節省工程投資、縮短工期的效果。土工合成材料具有防滲、排水、過濾、加筋、隔離、防護等多種功能，是一種很有發展前景的新型壩工材料。隨著其日益廣泛的應用，產品品種不斷增加，質量性能不斷提高。我國國家技術監督局與建設部也已了GB50290――98《土工合成材料應用技術規范》。
1土工膜
土工膜為高分子聚合物或由瀝青制成的一種相對不透水薄膜。聚合物薄膜所用的聚合物有合成橡膠和塑料兩類。合成橡膠薄膜可用尼龍絲布加筋，其抗老化及各種力學性能都較好，但價格比塑料薄膜貴。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，還有各種復合型土工膜，如將土工薄膜與土工織物復合成一體，土工織物能起緩沖受力作用，可彌補土工膜強度的不足，又能改善接觸面的抗磨性能。土工膜的滲流系數一般都在1×10-8cm/s以下。土工膜早期應用于渠道防滲，20世紀60年代以后應用于土石壩，在前蘇聯及法國等歐洲國家應用較多。據報道，前蘇聯曾在150多座土石壩中使用土工膜防滲，效果良好。1984年西班牙建成的波扎弟洛斯拉莫斯堆石壩，壩高97m，使用土工膜防滲運行良好，現已加高到期134m。
應用土工膜作土石壩防滲體時，可以鋪設在上游面，并在其上部和下部分別設置上墊層和下墊層，再在表面加防護層。防護層可采用砂礫料、干砌或漿砌塊石、混凝土塊等；上墊層可采用砂礫料、瀝青混凝土、土工織物或土工網等；下墊層可采用壓實細粒土、土工織物、土工網、土工格柵等。當土工膜具有足夠強度和抗老化能力時，也可不設防護層、上墊層；復合土工膜可不設下墊層。采用土工膜的壩坡坡度受墊層和土工膜間的摩擦系數所控制，一般比較平緩，用料較多，但鋪設和檢修較方便。也可將土工膜直立鋪設于壩體中部，此時壩坡坡度可不受其影響，薄膜也不易損壞，但以后的維修更新不便。土工膜多用于斜墻壩。在土工膜防滲體設計施工中，要注意許多細部構造問題，以保證其防滲效果，如盡量采用復合型土工膜，膜厚不宜小于0.5mm,對于重要工程應適當加厚；對于次要工程,可以適當減薄,但最小不得薄于0.3mm；做好底部、周邊與不透水地基或岸坡的結合，一般采用錨固槽的連接方式；鋪設時應保持松弛狀態，以避免高應力造成的破壞；注意薄膜的粘結或焊接工藝，以保證連接質量。土石壩上游防滲土工膜鋪設通常有平直坡形、折坡形、鋸齒形、臺階形4種方式。施工工序主要有準備工作、鋪設、拼接、質量檢驗和回填。土工膜防滲系統應進行穩定性驗算及膜后排滲能力校核。
土工膜的老化和使用壽命問題為工程界所關注。通過大量室內和現場試驗研究表明，薄膜埋設于土石壩內中，與溫度、紫外線、大氣等老化因素基本隔絕，加上抗老化劑的應用，可以認為，老化并不嚴重。前蘇聯在有關規程中規定：聚乙烯薄膜可用于使用年限不超過50年的建筑。從試驗室加速老化試驗的結果推算，埋在壩內的聚乙烯薄膜可使用100年。歐美國家也有類似的經驗。
2土工織物
土工織物為用聚酯（PES）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚乙烯醇（PVA）等高分子聚合物纖維制造的透水性織物，但其中不得摻有棉、毛、絲、麻等天然纖維，因其強度較低，耐久性能較差。按加工工藝的不同，可區分為織造土工織物和非織造（無紡）土工織物兩類。用途較廣的是非織造土工織物，它的纖維呈不規則或隨意排列，用化學粘合、熱力粘合、機械粘合等方法制成。其最大優點是強度沒有明顯的方向性，不像紡織物沿經線、緯線的強度高，與經線、緯線斜交方向的強度低。土工織物已較普遍地應用于排水反濾系統與護坡墊層。土工織物的滲流系數一般為10-3~10-4cm/s，與面板堆石壩對墊層料的要求相近。但應用土工織物作反濾層，要防止其被細粒土淤堵失效，宜盡可能用在易修補部位，如護坡下面的墊層、壩下游排水溝下面的反濾層、下游貼坡排水的反濾層等處。應用土工織物加筋墊層，可增加壩坡的穩定性。在施工中應特別注意：當有往復水流時,織物后面的土料不易形成天然濾層,需要鋪薄砂層予以改善.此外,土工織物是聚合材料,紫外線直接照射會引起降解等破壞作用,故應盡早覆蓋保護.傳統用粒狀材料建豎向或斜向反濾或排水體質量很難保證,采用土工織物不僅能保證質量而且施工方便.
3其它土工合成材料
由兩種或兩種以上土工合成材料復合而成的土工復合材料，包括復合土工膜、復合土工織物、復合防排水材料（排水帶、排水管）等，可用于防滲、反濾、排水、加筋及防護等方面。土工特種材料為根據特殊需要加工而成的制品，包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網、土工模袋、土工網墊、土工織物膨潤土墊（GCL）、聚苯乙烯（EPS）等，主要用于防護、加筋等方面。
土工合成材料是一種很有發展前景的新型壩工材料，隨著其產品品種的不斷增加，具有防滲、排水、過濾、隔離、防護等多種功能，越來越得到廣泛的應用，值得在土石壩工程中大面積推廣使用。
參考文獻
【關鍵詞】 土工合成材料水工建筑物大港海堤應用
⑽薹男鴕約爸男退拇罄嘈?人工合成的聚合物是土工合成材料的原料。其功能包括防滲、保護、加筋、隔離、反濾排水等,同時以其造價低廉、施工簡便、貯存運輸方便、抗腐蝕、強度高、易搬運、重量輕等優點得到了廣泛應用。土工織物是土工合成材料應用較為廣泛的一種,將土工織物埋置于土體之中,按照不同設計功能可以發揮出不同的搏水、過濾、加筋等作用。因其施工方便 、重量輕、造價低廉 、體積小等優點,在水利、海港等許多基本建設工程中得到廣泛的應用。本文主要介紹土工織物在天津大港油田港東海堤圍海工程應用的情況。
1 工程概況
大港油田港東海堤圍海工程地理位置在天津市南部約60km處的渤海灣西岸,其地理位置如圖1所示。
由于鉆采石油等的需要大港油田在沿海潮間帶不斷地在筑堤圍海造陸,該工程是屬于圍海海堤向外的擴展部分工程。主要作用是大港電廠的粉煤灰存儲、石油鉆采和海產養殖。主體工程分為A、B、C三 區,平面布置如圖2所示。A區工程動工于1987年7月,合攏于1989年5月,全部完工于1990年12月。為合攏后進行再圍堤后填部分,主要包括兩側向海延伸的突堤和橫向的岸堤 (主堤)。海堤高5.5m,總長約5km。南堤長175km、北堤長1.65km、主堤長1.55km,總圍墾面積2.7km。是在極其復雜的海灘潮間帶地區大港油田建筑的第一座大型海堤工程。B、C區工程目前還未進行開工建設進行。
2 土工布用于淤泥地基的主要作用:
2.1 地基表層的捧水墊層
主要是利用土工布較強的滲透性能,在飽和淤泥軟土地基之上鋪設土工布,土工布自身會形成一個良好的捧水面。由于筑堤填土荷載,就能將淤泥中的水分順著這一通道排出,達到淤泥固結,強度提高的效果。本工程采用的是滲透系數為1．8×10-4m／s的土工布。采用深度3m范圍內的淤質粉質粘土和流塑性淤泥進行固結計算,取固結系數Cv為3.0×104cm2／年,取滲透系數K為5×l0-8m／s,可計算出地基未鋪土工布時的穩定沉降量為13.9m,完全固結所需時間為7.4年。鋪設土工布淤泥堤基的固結被大大加速,把下部粉砂視作一弱透水層,按雙面排水計算,僅需1.85年就完全達到堤基固結,經工程測量,沉降達到穩定經歷了兩年左右時間,此時地基固結度已達到90％以上,對應沉降量經計算為12.5m,實際測量值僅為0.85～1.47m,因此可以判斷土工布還能夠起到限制沉降發展的作用。
2.2 防止地基側向位移
隨著堤身的填高堤基會產生壓縮沉降和側內位移現象,土工布此時會受拉,承載了部分荷載,同時地基側向位移也會受到土工布與地基土之間的摩擦阻力的約束。
2.3 擴散荷載
較大的延伸率是土工布具有的一大特性,這與荊芭一同類似一柔性筏片基礎,這就使得土工布能夠適應較大的沉降變形,由于荊芭片在鋪設與土工布上方一層,就使得具有一定的剛度,也就能起到擴散填土載荷的效果。
2.4 使地基剪切破壞區和堤體拉力破壞區的貫通得到隔離
抗拉強度較高的土工布能將堤體和地基進行分隔,不但能夠約束堤體向外側變形,減少堤內拉力的破壞作用,而且能夠使堤基塑性區的范圍縮小,達到提高堤體的整體性和穩定性效果。
3 海堤工程斷面設計
海堤主要采用的是斜坡式土堤結構,目的是適應軟弱地基的沉降變形,按位2m設計堤頂標高,校核標準為五十年一遇位,設定為5.5m。按照港工規范設計坡比,外坡設計為折線形,上下部比例分別為為1∶2和1∶3,使結冰期斜坡的折冰作用得到增強,內坡為1∶2。堤頂寬定為10.5m,主要考慮到行車等要求。底寬42.6m。堤頂處設置的防浪墻主要用來防大潮時濺浪和壅高,墻頂高程為6.3m。迎水坡堤腳設置了6m寬的護坦用來防止淘刷。典型斷面如圖3所示。
粘性土料裝袋用于填筑堤心,1.3m厚干砌片石用于護坡,主要防止波浪沖刷和淘蝕迎水坡。土工無紡布墊下,作反濾捧水。土工布上加設一層荊芭,用于保護土工布不被片石剌破。
4 工程施工
4.1 土工布墊層的鋪設
在退潮4小時間隙內進行海堤施工,土工布鋪于灘地表面垂直于堤軸線方向。大于堤寬 0.5m寬,布幅之問搭接寬度為0.2～0.4m．應注意平整,避免扭曲、折皺,土工布上再鋪一層荊芭片,以增加層間摩擦力和土工布的剛度,同時避免土工布受力不均,編織袋裝土堆砌鎮壓其上,編織袋裝土堆砌鎮壓和土工布鋪設同時進行,以防止土工布被潮水沖走。鎮壓順序為先海堤內外兩側邊端,后由堤中心向外擴展,流動狀態的地表淤泥這樣就能夠被擠出,面后再填土筑堤。
4.2 堤心修筑
袋裝土堤心用于修筑,圍堰堆砌高度3.5m,高于水位。圍堰的迎水坡和背承坡用編織布袋裝土堆砌2～3層,以防止潮水波浪沖刷。當地灘涂表面露出的粉土和粉砂被用作土料,主要成分為粉砂粒66～87％、粉粒19-26％、粘粒
4.3 堤外護坡的砌筑
圍堤堆砌好后,一層土工濾布鋪設在迎水坡面由上而下,鋪設時應注意保持一定的松緊度。土工布鋪設好后緊跟著做干砌石護坡,采用的是10-50kg的片石為原料,用于是防止土工布日曬光照的老化和被灌水打壞。
4.4 完成土堤斷面
海堤被加高至設計高程,修填圍堰內側部分用素土分層夯實,加寬毒堤。海堤內側因此變為陸地,施工設備得以進入場地,工程建設速度得以加快。
5 工程使用效果和觀測情況
兩次海堤標高測量于1991年6月和l1月分別進行,堤頂標高的高程基本上穩定在5.28～5.37m之間,說明工程建設至今,沉降已基本穩定。各堤段沉降量不同,這是因為表層淤泥質土層的厚薄不同。南北堤為1.47m．東堤為0.85m,但堤身并沒有因此斷裂,地基和堤坡整體滑動現象也沒有出現。土工布處理淤泥地基良好的技術效果得到顯現。另外,經濟效益也是十分顯著的,3200萬元,土工布鋪設的投資費用約114萬元,占占工程總投資的3.32％,相比較拋石方案,節省投資670多萬元,施工工期也僅用了58天 。
6 結語
綜上所述,作為新型材料,土工合成材料在水工建筑物的施工過程中所起到的作用是舉足輕重的,它不僅能夠使水工建筑物結構更為合理,同時有效降低了工程造價,取材方便。具有投資少、施工方便、見效快、工程質量可靠、工期短等特點。通過在大港海堤工程中的實際應用,更為土工合成材料得到進一步的發展與應用打下了堅實的基礎。
參考文獻:
