土工合成材料篇1

关键词：土木工程土木工程材料课程标准

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1672-3791（2017）02（b）-0082-02

课程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件[1-3]。课程标准与教学大纲相比，在课程的基本理念、课程目标、课程实施建议等几部分阐述的详细、明确，特别是提出了面向全体学生的学习基本要求。土木工程材料课程是土木工程专业的一门专业基础课程，其教学目的是使学生掌握有关土木工程材料的性质，应用的基本知识以及必要的基础理论，了解工程材料性质和材料结构的关系，以及改善性能的途径，并获得主要土木工程材料的试验方法的基本技能训练。通过该课程的学习，为将来从事专业技术工作时，能够针对不同工程，合理地选择和使用材料打下理论基础，并能与后续课程密切配合，了解材料与设计参数及施工措施的相互关系。《土木工程材料》课程标准的制订显得尤为重要。

1土木工程材料课程设计的理念及思路

该课程主要是为了使未来的建设工程师了解和掌握工程中常用材料的基本性能与应用方法，因此，在教学中应始终贯彻工程应用和创新两种理念，加强土木工程材料在工程实际中的应用及重视感性认识，通过实验和情景式教学提高学生实践能力，鼓励科学探索，培养创新意识。因此，土木工程材料力学课程的教学，应从工程事例出发，回归于工程应用，以项目的形式组织教学，加强演示实验，采用启发式教学，加强学生创新意识的培养。

2土木工程材料课程目标

《土木工程材料》课程的知识目标是让学生充分了解材料的组成以及结构对材料性质的影响，了解外界因素对材料性质的影响，了解各主要性质间的相互关系，初步学会主要建筑材料的试验方法并掌握材料的组成、性质及技术要求等。通过学习使学生会利用理论知识知道改善材料性质的措施，熟悉有关国家标准或行业标准，根据工程要求能够合理地选用材料。

3土木工程材料课程内容及要求

土木工程材料课程可以以不同项目为教学组织主线[4]，以不同任务作为教学模块，分为11个教学单元。

（1）土木工程材料的基本性质。主要内容包括材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料与水有关的性质、材料的热性质、材料的耐久性。主要让学生熟悉材料的物理性质，掌握从材料物理性质分析材料的性质方法，会根据材料的结构构造对材料的性能进行分析，熟练掌握材料的力学性质及耐久性和环境协调性，材料的结构构造对其性能的影响以及了解材料的热性质。

（2）气硬性胶凝材料。主要内容包括石膏、石灰、水玻璃。主要让学生掌握胶凝材料的分类及特征，以及原材料和生产过程；了解石膏、石灰的种类及生产；了解其制备技术及制品的技术性质。掌握水玻璃的生产及特征，应用；掌握水泥的生产和水泥的组成材料，会根据胶凝材料的特征在实际生产中加以应用。

（3）水泥。主要内容包括通用硅酸盐水泥，其他品种水泥。主要让学生掌握水泥的生产和水泥的组成材料；掌握水泥水化硬化，水泥石的腐蚀与防止，水泥的技术性质；掌握水泥石防止腐蚀的措施；掌握通用硅酸盐水泥的运输、储存，通用硅酸盐水泥的特性及应用，简单了解其他品种水泥。

（4）混凝土。主要内容包括混凝土的定义与分类，普通混凝土的组成材料，混凝土拌合物和易性，混凝土的强度，混凝土的变形性能，混凝土的耐久性，混凝土质量波动与混凝土配制强度，普通混凝土配合比设计，粉煤灰混凝土，轻骨料混凝土，其他品种混凝土。主要让学生掌握混凝土组成材料的技术要求，掌握外加剂和掺合料的应用。混凝土的分类、组成材料及对组成材料的要求，混凝土常加的外加剂和掺合料的特性。通过学习混凝土拌合物的和易性及影响因素，会在实际中对混凝土的和易性进行调整；熟练掌握混凝土拌合物的和易性，了解影响和易性的主要因素；熟练掌握混凝土的强度及影响强度的主要因素；熟练掌握混凝土的配合比设计方法（初步配合比，基准配合比，实验室配合比）；熟悉混凝土配制强度波动规律；了解轻骨料混凝土的性能，配合比设计及应用，熟练掌握粉煤灰混凝土及轻骨料混凝土的配合比设计及应用。

（5）建筑砂浆。主要内容包括：静矩和形心、惯性矩与惯性积、平行移轴公式主轴和主惯性矩、组合截面惯性矩的计算。主要让学生掌握建筑砂浆的组成材料及性质，砌筑砂浆的配合比设计，抹面砂浆的配制和应用。

（6）砌筑材料。主要内容包括砌筑砂浆、抹面砂浆，其它建筑砂浆。主要是让学生了解砖、砌块、砌筑石材；掌握各种墙体材料的技术性质与特性。

（7）沥青及沥青混合料。主要内容包括沥青的分类及石油沥青的基本结构组成，沥青的基本性质，沥青的技术要求与性质，沥青的掺配、改性及主要制品，沥青混合料。主要是让学生了解沥青的组成结构及石油沥青；熟练掌握石油沥青的组成、结构；熟悉石油沥青的技术性能及其标准和选用；了解改性的沥青材料及其制品。

（8）金属材料。主要内容包括建筑钢材，铝合金及制品。主要让学生理解钢材的性能及应用。熟悉钢材的分类，掌握钢材的主要技术性能，熟练掌握钢材的拉伸性能，熟悉钢材的化学成分对钢材性能的影响，掌握钢材冷加工及r效。基本了解铝合金及其制品性能。

（9）木材及制品。主要内容包括木材的分类与构造，木材的物理力学性质，木材的防腐与防火，木材的综合应用。主要让学生理解木材的性质及土木工程中常用的木材。掌握木材的主要性质，了解木材的分类与构造，了解土木工程中常用木材，了解木质材料制品和木材的防腐与防火。

（10）建筑功能材料。主要内容包括绝热材料、吸声材料。主要让学生了解绝热材料，吸声材料的概念；掌握绝热材料的特性，了解常用的绝热材料，掌握吸声材料的性质；掌握吸声材料的吸声系数，了解常用的吸声材料。

参考文献

[1]郭培英.浅谈《化工单元操作》课程改革标准[J].内蒙古石油化工，2015（5）：72-73.

[2]任翔，石小平.基于岗位工作过程的《物流市场营销》课程标准设计[J].交通企业管理，2016，31（6）：74-76.

土工合成材料篇2

【关键词】纤维复合材料（FRP）；土木工程；加固应用

土木工程学科的发展要依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。FRP复合材料在土木工程结构加固工程中应用潜力很大。FRP材料具有轻质高强、抗腐蚀性强、耐腐蚀耐久性能好、自重轻、施工方便、热膨胀系数与混凝土相近、抗疲劳、节省材料、施工方便、维护成本低等优点。FRP材料的结构修复和形成新结构在土木工程中的研究与应用较多，结构修复包括维修、加固、更新等几个方面；形成新结构包括采用FRP材料形成新结构和FR材料与混凝土形成混合结构。在21世纪的结构加固领域，采用FRP材料加固的应用范围越来越广，主要应用于加固混凝土、梁、板、柱、砌体结构、钢结构等。土木工程中，各国政府对材料的安全性、耐久性、经济性是很重视的。

1FRP在结构加固中的研究现状

我国FRP材料的研究和应用与发达国家相比，技术水平还比较落后。但是目前，我国应用FRP材料已完成多项工程，其发展前景还是很广，近些年来，我国有更多的研究单位加人到FRP材料的研发中来，因此，我国的FRP研发的技术领域得到快速发展。它的发展也会带动市场材料的使用量，在土木工程领域中，FRP复合材料的应用在我国起步较晚，FRP材料队也土木工程建筑物来说，造价不能过高，FRP材料工程应用经验较少，造成FRP材料的应用比其他行业会滞后些,而工程师面对的FRP实践性问题也是关于这种材料加强结构的预期或先见效果，实践设计经验少，对FRP材料加固结构设计的标准和研究也很缺乏[1]。

从20世纪90年代早期,在FRP材料以使用于土木工程中,这是因为FRP材料自身具有轻质高强、抗腐蚀和耐疲劳等特点,从90年代开始,很多发达国家开始引用航天技术和补强技术中成熟的FRP复合材料,将它代替钢材,作为土木工程结构加固材料。与传统的加固方法相比,利用FRP复合材料加固节省了材料，并且缩短了施工工期,在土木工程的的应用上取得一定的经济效益。据资料统计,从早期到90年代末期，在国际上，已经有超过2000个大中工程采用用FRP复合材料，被用作于土木工程结构加固修补,建筑发达国家每年要生产数百万平方米的FRP复合材料，用作结构加固,在我国，现有的很多桥梁和建筑物建造较早,对于这些工程的承载要求在不断提高,但是，一些住宅的质量问题仍存在，其加固修补技术也就越来越高[2]。

2FRP材料的特点

FRP材料与普通钢材相比,FRP材料在工程结构应用中发挥了很大的优势，我们需要掌握并利用它的优点，FRP材料的比强度性能较高,利用它的轻质高强性能,可以减轻土木工程结构自重。在抗震工程中，可以减小地震作用，在桥梁工程中,使用FRP结构作为上部结构，可以增加桥梁的极限跨度；FRP材料的抗拉强度较高,其抗拉强度类似于高强钢材的强度,在达到抗拉强度之前,几乎不会产生塑性变形；FRP材料抗剪强度也较低，基本上在其抗拉强度的10%左右；FPR材料弹性模量小，其弹性模量约为普通钢材的25%～70%；FPR材料有良好的耐腐蚀性和耐久性,在酸、碱和潮湿的环境中，FPR材料可以长期使用,大大提高了结构的使用寿命；另外，FRP材料密度是钢材的25%左右，具有自重轻的特点,便于工程施工[3]。

3FRP材料在结构加固中应用

在土木工程结构加固中,新型FRP材料还有很多优点，例如节省人工，因为这种材料不需笨重的机械设备；施工便利，因为它不受施工场地大小的限制；还有工期短、加固综合费用低等优点[4]。

FRP材料在梁的加固中的应用，FRP材料加固梁是将混凝土表面进行打磨、修补的处理，在进行整平、清灰等等过程，确保混凝土粘贴面处理平整干净后，再用粘结材料将FRP复合材料粘贴到梁的受拉表面。在实际加固工程研究中，由于非预应力FRP板具有施工便捷，不需使用任何特殊设备且工期较短，所以这种材料的应用范围很广。FRP材料在柱的加固中的应用，在使用FRP材料对钢筋混凝土柱进行加固修复时，先将FRP纤维沿柱子环向缠绕，使用环氧树脂将FRP材料与旧的混凝土相粘接上，保证FR材料P和混凝土有效粘接。FRP材料对砌体结构的加固应用，很多砌体结构由于设计基准期的接近、结构设计和抗震标准的提高及对建筑物的安全性、实用性和耐久性的要求的提高等原因，砌体结构就更需要维修加固，我国采用FRP材料新型技术对砌体结构进行加固，弥补了传统砌体结构补强方法的缺点，FRP材料加固砌体结构，可以提高抗震性能，它约束墙体而阻止了裂缝，从而改善了整体结构的受力状态，避免了整体结构的突然破坏[5]。FRP材料在土木工程结构加固中的应用很广泛，可用于民用建筑、桥梁及工业厂房的钢筋混凝土建筑物，另外还有烟囱、水塔、地铁、隧道、等建筑物和工程中中都有所应用[6]。

随着经济高速发展和科技的进步，FRP复合材料是一种新型的结构建筑材料，其技术具有发展潜力，FRP复合材料作为传统建材的一个重要补充，它在某些方面不能取代传统的建筑材料。FRP复合材料加固法有明显的优势,具有良好的经济效益,在结构工程中将得到广泛的应用。FRP复合材料技术的研究与开发，推动了现代土木工程的技术进步，它将有越来越广阔的应用前景。

参考文献：

[1]YeLP,LuXZ,ChenJF.DesignproposalfordebondingstrengthsofFRPstrengthenedRCbeamsintheChinesedesigncode[C]//ProceedingsofInternationalSymposiumonBondBehaviorofFRPinStructure.HongKong,2005:45-54.

[2]任慧韬.纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究[D].大连:大连理工大学土木工程学院,2003.

[3]CEB-FIP.ExternallybondedFRPreinforcementforRCstructure,TechnicalreportonthedesignanduseofexternallybondedfiberreinforcedpolymerreinforcementforreinforcedconcretestructurepreparedbyaworkingpartyoftheTaskGroup9.3FRPreinforcementforconcretestructure[S].

[4]吴智深.FRP复合材料在基础工程设施的增强和加固方面的现状与发展[A].中国纤维增强塑料(FRP)混凝土结构学术交流会论文集[C].2000.5-20.

土工合成材料篇3

【关键词】土工布；土工格栅；公路工程；应用

1前言

半刚性基层是目前公路路面工程的主要结构形式，它具有强度高、水稳定性好、刚度大、变形小等优点，但同时带来一个在施工过程中非常难以克服的难题----裂缝。基层开裂后，会使沥青路面底部出生较大的应力集中，该房屋的沥青路面最可能发生反射裂缝，它在诸如雨水、氧化、粉尘等环境因素的作用下，会使裂缝迅速向四周扩散、延伸，是路面早期破坏的主要原因之一。为了既能防止基层裂缝反射到面层上来，又能防止地表水下渗的双重作用，许多工程改建、维修中采用土工布进行裂缝治理，采用土工格栅进行软土路基的治理。

2土工合成材料介绍

土工合成材料包括土工膜袋、土工网、土工网垫、土工格栅等。它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。土工织物按制造方法可以分为有纺土工织物和无纺土工织物。有纺土工织物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。按照联接纤维的方法不同，可分为化学联接、热力联接和机械联接三种联接方式。

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。

土工织物最突出的优点是重量轻、整体连续性好，施工方便，抗拉强度高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。

鉴于土工合成材料（土工布和土工格栅）具有优良的抗拉力学特性，工厂化批量生产、稳定的质量和下沉简易的施工特点，已被广泛应用于土木工程各个领域。

在道路路面工程中，土工布主要应用于路面罩面，防止路面反射裂缝，延缓反射裂缝发生和发展。在路基工程中，主要选用土工格栅来处理软土地基，加速地基的固结，提高地基承载力。

3土工布应用于路面裂缝的防治

3.1方案选定

在山西，有很多的公路承担着晋煤外运的重任，随着交通量的不断增加和运煤车辆的单车载重的大幅度增加，许多道理现已出现大面积的裂缝、沉陷等病害，虽经多次大面积挖补，仍不能阻止病害的发展。在这些道路的修建过程中，为了保证在工程建设期间不出现路面早期破坏，同时也为了缩短工期，较大规模地采用土工布用于路面裂缝的防治与治理，收到了较好的效果。

3.2土工布防止反射裂缝的作用机理

为保证工程质量，对土工布的规格加以严格控制，选用了压缩性小、规模大、化学作用稳定、浸透沥青性能良好的聚酯长丝无纺土工布。具有良好的延伸性和抗刺破、胀破能力，可将应力扩展至更广范围，缓解裂缝处的应力集中，起到了吸收部分拉伸能量的作用。

首先，由于土工布的存在，减少了罩面层与基层的结合力，虽然界面强度下降，但足以防止界面的上下相对位移而保持连续。

其次，土工布具有耐高温的优良性能，沥青混合料热铺时温度高达150℃以上。而土工布在该温度下不出现熔化和软化，否则，将起不到应有的作用。T010/140土工布以聚酯为原料，熔点高达230℃，摊铺时性能稳定不会发生任何变化。该土工布与沥青混合料、沥青胶油有较好的结合性，正常的施工步骤是先在基层顶面上均匀喷洒沥青胶油，再铺放土工布，然后再其上摊铺沥青混合料，最后碾压成型。土工布下的沥青胶油在碾压过程中透过土工布与热铺面层结合，因此，要求土工布具有良好的渗透性及与沥青的结合性。同时对沥青的选用和沥青用量也有严格的要求，一般选用热沥青，尽可能不用乳化沥青。

3.3材料的性能与要求

聚酯长丝针刺无纺烧毛土工布，其技术参数为：单位面积质量150±15g/，厚度1.6mm，断裂强度≥8.0KN/m，断裂伸长率≥50%，垂直渗透系数0.3/s。

3.4施工工艺

3.4.1施工准备：选择高温天气，铺设土工布前，对水泥稳定碎石基层顶面进行清扫，并保持其干净。

3.4.2洒布沥青：沥青材料选用普通热沥青作为粘层油，沥青洒布量根据试验确定，一般应控制在0.9kg-1.1kg/。沥青的洒布用专用沥青洒布车进行，洒布量要提前检测符合要求，洒布宽度控制在超过土工布宽度20cm，洒布速度根据实际土工布铺设速度与碾压速度而定。对于局部洒布过量的沥青，及时予以清除。

3.4.3铺设土工布：土工布铺设选在沥青冷却失去黏聚性之前进行；土工布铺设要求平整、无折叠与皱褶；铺设完成后，用轮胎压路机进行碾压，使之结合紧密。土工布与土工布的搭接长度为15cm；土工布破损和粘贴不好的地方，要除去重新铺设；土工布皱褶的地方，要人工展平或涂刷沥青，把折起的地方重新粘贴，使得在碾压后，上、下两层土工布粘结在一起。

3.4.4沥青混合料摊铺：在铺设土工布后，应立即摊铺沥青混合料，其温度控制在160℃以内。为了便于其它施工车辆行驶，在土工布上洒一些砂或加热后的石屑。沥青混合料摊铺完成后立即进行碾压，直至达到施工技术规范的要求。用土工布防止反射裂缝，目前还是一门新技术，但通过实践证明，效果是非常好的。

4道路路基中的土工格栅

4.1方案的选定

有的高速公路要经过河塘、沼泽地，地下水丰富，软土分部广泛，厚度高达1.5m以上。最初，人们采取抛石挤淤的方案和换填的办法，往往因片石需要远距离调运，数量较大，而且耗时较长；若进行清淤换填，又经常会遇到征地困难，弃方无处可弃。采用砂砾土工格栅加垫层进行软基处理，并同时布设纵横向排水盲沟，可以说是一个比较好的方案。

4.2土工格栅加垫层处理软土地基的原理

4.2.1土工格栅具有一定的刚度，从而使上面的负荷得到扩散，可以提高地基的承载力。

4.2.2由于土工格栅的抗拉强度大，它的存在可增加路堤的稳定性。

4.2.3由于土工格栅能够适应地基变形，砂砾又能与土工格栅的网孔互相锁合在一起，形成比较稳固的平面，防止砂砾的下陷，增加地基的抗剪切强度，从而可防止软弱地基产生过大或不均匀沉降以及侧向变形。

4.2.4砂砾垫层及盲沟的作用。砂砾垫层可保证路堤排水良好，有软土地基时，砂砾垫层及盲沟形成一个综合排水通道，通过上部的路堤荷载作用，可加速软土地基的排水固结，并在施工阶段完成大部分沉降。

4.3材料的性能与要求

砂砾垫层要求使用含泥量＜5%的砂砾，粒径为3-6cm，以利于形成排水通道。

土工格栅采用CE131型土工网，该材料系高密度聚乙烯配以抗老化剂经挤压旋转模型成型。具有强度高、耐腐蚀和使用寿命长等特点。且其质量较轻，方便施工。CE131土工格栅其纵横向抗拉强度≥5.8KN/m，网孔尺寸为27mm×27mm；幅长30mn，幅宽2.5m，材料单位重量660g/。

4.4施工工艺

4.4.1先平整场地，清除表土，并排干地表水。

4.4.2在地基上铺设第一层格栅，铺设从处理地段的一端开始，垂直于路线沿线路走向一幅接一幅向前铺设。横向铺网与路堤两边纵向边沟相接，相邻两幅的搭接长度为40cm，搭接边用U型钉固定。格栅靠路堤处应回折2-3m，以利于格栅的稳固。然后在格栅上铺设粒径为3-6、厚度为40的砂砾，整平后，用轻型压路机振压3-5遍，接着在砂砾层上再铺设土工格栅，最后开始分层填土碾压。

4.4.3填筑土应分层填筑并满足相应的规范要求。运输车辆不得在已经铺设并张紧定位的土工格栅上直接碾压。

4.4.4施工中应控制路堤的填土速率，并加强沉降和侧向位移的观察，防止路堤失稳。

土工合成材料篇4

【关键词】土工合成材料应用现状发展趋势

中图分类号：TU3文献标识码：A

土工合成材料是近几十年发展起来的一种新型岩土工程材料。它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、表面和各层土体之间，起着加强和保护土体的作用。虽然土工合成材料问世历史不长，然而整个土木工程却因之发生了巨大变化，许多土木工程领域中的新概念也应运而生。土工合成材料是一种多功能的材料，利用合成纤维高强性、整体连续性、良好水理性和抗腐蚀等特性，可开发成透水的工程材料。目前已在水利、公路、铁路、工业与民用建筑、海港、采矿、军工等工程的各个领域得到广泛的应用。

一、土工合成材料的种类

土工合成材料（Geosynthetics）是一种新的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥增强或保护土体的作用。“土工合成材料”是一概括性术语，标识很广泛的产品，土工合成材可分为土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型。目前已广泛应于水利、水电、公路、铁路、建筑、海港、采矿、军工等各个领域的工程建设。

1、土工织物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分为：（1）有纺土工织物；（2）针织土工织物；（3）无纺土工织物；（4）复合土工织物。

2、土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、沥青以及合成纤维和织物另加一定的填充料和外加剂制成的材料。它具有很好的防渗和防水性能及很强的抗变形能力和耐久性。它的厚度一般为0.25~7.50mm，它主要有以下优点：（1）改进荷载分布状况；（2）减少填料层厚度，并能满足抗剪强度的要求；（3）限制土体的侧向位移；（4）抗拉性能高，能避免产生裂缝；（5）增加土层刚度。

3、复合型土工合成材料。它包括土工格栅、土工网、超轻型土工合成材料、土工膜袋、土工垫、土工格栅等。常用的土工合成材料为前3种。

4、特种土工合成材料。土工特种材料包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管、土工模袋、三维网垫、EPS等,均由聚合物按需要分别以不同加工方法制成。如土工格栅是聚合物片材经冲孔和单向或双向拉伸，形成具有条格形或长方形格栅状的抗拉材料；土工带由聚合物经挤压拉伸，再加筋材复合制成的条带抗拉材料；土工网由聚合物经挤塑成网或由粗股条编织或由合成树脂压制成的具有较大孔眼和一定刚度的平面结构网状材料；土工模袋由双层化纤织物(织造型)制成连续的不同间距(厚度)的平面袋状结构材料。

二、工材料应用现状

1、加筋

（1）加筋土坡

将土工合成材料(土工格栅或土工织物)加入土坡中可以起加筋作用。就加筋功能而言,同针织土工织物相比,土工格栅和有纺土工织物可以在较小的应变下发挥作用,针织土工织物则具有土工格栅和有纺土工织物所不具有的土工合成材料平面内的透水性。在实际应用过程中,可将不同的土工合成材料组合使用,使得加筋效果更加良好。例如可将针织土工织物与土工格栅叠合铺设、针织土工织物与有纺土工织物叠合铺设结合,具有加筋和排水功能;土工合成材料作为土坡内排水系统(竖向和水平向)和土工格栅、有纺土工织物结合。土工合成材料在加筋土坡中的应用前景是将土工合成材料作为含有活性炭纤维的载体,使土工合成材料成为具有导水性的填充聚合物或金属纤维。从而,通过电泳、离子转移和电渗改善加筋区内细粒土的性质。

（2）加筋土挡墙

与加筋土坡类似,加筋土挡墙可以形成直立墙面。加筋材料可以是土工织物,但采用更多的是土工格栅。土工合成材料在加筋土挡墙中的应用前景是在锚固区设置聚合绳、条带和锚具(或土钉),将墙面单元通过加筋体锚固在锚固区。实质上,这一概念在20世纪80年代在我国的加筋土挡墙上已经采用。如果加筋土挡墙距岩体较近,也可以将锚具(或土钉)锚固在岩石上。

2、排水

土工织物主要是无纺织物，是良好的透水材料。无论是织物的法向或水平向，均具有较好的排水能力，能将土体内的水积聚到织物内部,形成一排水通道，排出土体。较厚的针刺无纺土工布和一些具有较多孔隙的复合土工布都可以起排水作用。在岩土工程中很多情况下需要采取排水措施,以降低渗透压力，或加速土体的固结,或降低无压渗流场的浸润线的位置。过去所采用的常规措施是在适当的部位(如两种透水性不同的土层的交界面，或土料与混凝土建筑物表面的交界面等)铺放在碎石层进行排水。用土工织物则可取代这种碎石层。这种取代不仅可以收到排水效果，而且施工特别简单(特别对倾斜或垂直方向的施工面)，工程造价也可以大为节省。可用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水，埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水等。

3、防渗

（1）混凝土坝防渗

在混凝土坝的上游面粘贴土工膜。沿垂直方向每隔2米设一水平不锈钢槽,以夹紧土工膜。该方法的改善是先在混凝土坝上游面设置土工网格,然后将土工膜粘贴在土工网格上。由于紫外线和氧化作用,土工膜的寿命受到限制。如遇高温,这些作用对大多数聚合材料的影响非常大。这方面的发展前景应是开发改善型的聚合材料,以提供寿命更长的土工膜。

（2）隧道防渗

现行的方法是将土工膜用于永久性混凝土里侧的防渗体,与克重较大的针刺非织造土工织物一起,将水导入设在隧道底脚的排水出口,形成封闭的排水系统。然而,土工膜及其下面的土工织物的布置是很困难的。土工合成材料会从临时的护顶下垂,在永久性混凝土衬砌施工时容易遭到破坏。土工合成材料应和永久性混凝土衬砌同时施工,以避免在永久性混凝土衬砌施工时损坏土工合成材料。将来的发展是开发寿命在100年以上的土工合成材料,以抵抗隧道周围的不利环境,因而施工方法的改进和材料的寿命是最关键的问题。

4、隔离

将土工合成材料放在不同的材料之间或同一材料不同粒径之间及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来。当受外部荷载作用时,虽然材料受力互相挤压，而由于土工织物在中间隔开，不使互相混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。隔离用的土工织物必须有较高的强度来承受外部荷载作用时而产生的应力，保证结构的整体性。可用于道路基层与路基之间或路基与地基之间的隔离层，在土石混合坝中隔离不同的筑坝材料，用作坝体与地基之间的隔离体，堆场与地基间的隔离层等。

工程土工合成材料的发展趋势

目前国内一些较大的工程，跨世纪工程中均不同程度地应用了土工合成材料。如长江三峡工程，长江口深水航道整治工程，上海浦东国际机场等，由此可以看出中国正成为土工合成材料应用与销售的最大市场。世界各国对中国土工合成材料的应用与发展都十分关注，积极筹划将设备和产品打入中国市场，这也充分说明中国土工合成材料市场的潜在能力很大。虽然近几十年来土工合成材料总的发展趋势是不管在产品的种类、数量和质量上都有大幅度的提高，而对这一新型材料的认识和应用还不普及，土工合成材料的利用和研究还比较少，有些材料的品种还是空白，与世界上的先进国家相比，还有一定的差距。但是随着工程建设的大规模发展，土工合成材料的推广应用必将在工程建设中得以迅速发挥，发挥巨大的经济效益和社会效益。

四、结束语

土工合成材料具有其独特的力学性能,应用范围广泛，各类土工合成材料已经应用到水利、土建所有的领域中。在某些种类的特定工程中应用土工合成材料，不仅可以减少造价，而且效果都优于其他材料。

参考文献

土工合成材料篇5

关键词：土工合成材料；铺设损伤；强度折减系数；现场试验

土工合成材料铺设损伤是加筋土工程中广为关注的问题，国外研究结果表明：在路堤加筋工程中，压实机械的碾压是导致土工合成材料强度降低的主要因素之一，相对于国外的深入研究，国内对该领域的研究工作较少，用于指导工程实践的研究成果更为缺乏，而随着国内高等级公路建设的不断深入，公路穿越的不良地基也越来越复杂，导致土工合成材料用量急剧增加。因此，对土工合成材料铺设损伤进行研究，已成为工程建设的一项迫切需求。本文依托某高速公路扩建工程，对土工合成材料铺设损伤进行了现场试验研究，从而为土工合成材料铺设损伤研究提供了现场试验依据，对于进一步深入研究以及工程实践，都具有重要的实际意义和参考价值。

1工程概况及现场试验

在某高速公路施工现场选择一块15m×4.5m的平坦的场地，去除表层杂草及腐殖土，用施工机械整平并用重型压路机（本试验采用徐州工程机械厂生产的18t光轮压路机）碾压4～6遍，以前后两次的碾压不再出现明显轮迹为止。

根据现场路堤施工所确定的松铺系数，在压实好的场地上用路基填筑材料铺筑一定厚度的填料并压实至30cm厚的下卧层，然后用压路机进行碾压，在碾压初始不断用人工来找平，下卧层的施工完全按照现行《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）进行。

将事先裁好的土工布和土工格栅按试验方案要求平铺在已碾压好的下卧层上，试样的裁剪严格按照现行《公路土工合成材料试验规程》（JTGE50-2006）进行。并用人工在上面铺筑一定厚度的同一种填料，不同厚度之间保留0.5m的过度段，试验段两侧填料各宽出土工合成材料1m，以保证合成材料上面填料的压实度。本试验采用压实后10cm、20cm和30cm的不同对比厚度。铺筑完毕后进行压实，然后用灌砂法测定碾压后的压实度，所有的碾压和试验方法皆按现行有关公路技术规范进行。除地基外，下卧层及上层填料的压实度皆保证93%且最低碾压次数不低于10次。

图1现场铺设试验路段碾压前照片

本次试验共用两种填料，分别为砾类土（粗颗粒为花岗岩）和砂类土（粗颗粒为砂岩）。每种填料各做了压实后10cm、20cm、30cm三种不同铺设厚度的对比试验，共做了5个不同厂家的12块试样。除土工织物的每块尺寸均为1.2m×1.2m外，其他几种土工格栅的铺设用试样尺寸分别为：A土工格栅0.8m×1.6m，B土工格栅的尺寸约为1m×1.8m，C土工格栅的尺寸为2.4m×3.6m。

图2现场试验路段碾压后情况

2试验结果分析

为了解碾压后土体颗粒粒径变化，用四分法取试验前后不同碾压厚度的砾类土各100kg左右进行筛分试验，表1给出了砂岩砂类土的物理指标，表2给出了花岗岩砾类土筛分后D50的变化值，图3则给出了花岗岩砾类土未碾压前及碾压后的筛分曲线。

图3花岗岩砾类土筛分试验曲线

由表2可以看出花岗岩砾类土经碾压后D50迅速降低，铺设厚度越小，D50降低的也越小，30厚填料经碾压后，D50下降了近一半，由此可以看出，土工合成材料在碾压过程中所承受损伤也将相当严重，图4为试验后塑料土工格栅照片。

图430cm花岗岩砾类土下B土工格栅

压实后10cm厚砾类土下的塑料土工格栅，掘出后共有7根断肋，占整个肋数的21.8%，并有超过一半的粘结点出现滑动脱落；压实后20cm厚花岗岩砾类土下的塑料土工格栅，亦有近一半的接点遭到破坏，但未发现断肋，这说明20cm以上砾类土的填筑厚度对土工格栅有较好的保护作用，但由此造成的损伤仍很明显；压实后30cm厚砾类土填料下的塑料土工格栅，亦未发现因碾压而造成的断肋现象，但遭到破坏的接点数亦近1/3，在此种填料和厚度下铺设的两块土工织物，上层表面明显的搓松起毛，特别是规格为250g/m2的土工织物，上表面破坏更为明显，粗估其强度降低有一半左右，但与下卧层相接触的下表面却仍非常光滑，几乎未有什么改变，由此可见下卧层的光滑和平整对于土工合成材料的铺设损伤具有一定影响。同时，这两块土工织物经铺设碾压后各有多处孔洞，比较严重的一块有明显10多处较大的孔洞。在30cm厚砂岩砂类土下铺设的塑料土工格栅，外表无明显变化，既无断肋也无结点破坏。在该类填料下铺设的两块土工织物，其下表面变化不大，但上表面亦被搓动起毛，这显然会对土工织物的强度造成影响。由此可见，即便在土工合成材料上面铺筑30cm厚的砂类土，其损伤情况亦比较明显。在10cm和20cm厚砂岩砂类土下铺设的塑料土工格栅，亦未发现断肋或结点破坏，由此可见，填料的颗粒大小和硬度对土工合成材料铺设损伤具有一定影响。

将铺设前后的土工合成材料进行宽条样拉伸，其中塑料土工格栅亦应用20cm的夹具，所得拉伸试验结果见表3。

注：强度折减系数为原始试样最大拉伸强度与铺设损伤后试样的最大拉伸强度比值。

由表3可以看出，两种土工织物在砂岩砂类土下的强度折减系数都在1.5左右，而在花岗岩砾类土下的强度折减系数都大于2.0，亦即铺设后最大拉伸强度损失了50%以上，由此可见，铺设损伤对土工合成材料强度降低的影响非常显著。

针对单向粘结式C塑料土工格栅CATTDG40，现场还用花岗岩砾类土和砂岩砂类土做了压实后10cm、20cm和30cm三种不同厚度的对比试验，试验所得的强度折减系数见表4。

由上表可以看出，当填料压实后厚度为10cm时，试验用土工合成材料强度降低极为明显，这说明过薄的填料铺设厚度会对土工合成材料产生严重损伤，国外研究结果表明：土工合成材料上面覆盖15cm厚的填料松铺厚度是施工时的最低铺设厚度，虚铺厚度低于此值，土工合成材料铺设损伤后强度将急剧下降。本次现场铺设用18t重型振动压路机，对以上两种填料的有效压实厚度皆在30cm左右，故当填料的铺设厚度在20cm左右时，塑料土工格栅仍承受了较大的铺设损伤。由此可见：在路堤加筋工程中，当填料的铺设厚度在压实机械有效压实厚度附近时，不仅可有效利用压实机械，而且对降低土工合成材料的铺设损伤具有重要意义，过薄的碾压层厚不仅会导致施工机械的浪费，而且对土工合成材料的强度保持也不利。

3结语

通过土工合成材料铺设损伤现场试验，验证了室内模拟试验结果的可靠性和可重复性，也证明本文所得出的土工合成材料铺设损伤折减系数建议值获得了工程实践验证，该系数具有可推广性和工程实用性。同时通过对不同铺设厚度的现场铺设损伤试验结果进行分析表明，过薄的填料铺设厚度会对土工合成材料造成过大铺设损伤，在加筋土工程施工中，根据填料和压实机具类型合理确定出填料的有效摊铺厚度，不仅可充分发挥压实机具的有效性能，而且对于避免土工合成材料遭受过大的铺设损伤具有重要意义。

在路堤加筋工程中，压实机械的碾压是导致土工合成材料强度降低的主要因素之一，欧美等发达国家通过研究发现，土工合成材料的最不利状态是在施工铺设阶段，如果土工合成材料经受得了施工铺设过程中引起的应力，那么也就能经受使用阶段的应力。由此可以看出铺设损伤对土工合成材料工程应用有着重要的影响。试验结果不仅证明了铺设损伤是导致土工合成材料强度降低的一个主要影响因素，同时也土工铺设损伤的研究提供了重要的现场试验依据。

参考文献

[1]包承纲.土工合成材料应用原理与工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2]王正宏.ASTM有关土工合成材料的试验标准，兼述我国的相应标准[A].2009.

[3]交通运输部.公路工程土工合成材料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2006.

土工合成材料篇6

[关键词]边坡防护边坡病害侵蚀机理土工合成材料

问题的提出

从20世纪80年代开始，我国的公路基础设施实现了跨越式的发展，取得了举世瞩目的成就。随着我国基础设施的大力发展，在公路、铁路等部门都涉及到大量的边坡问题，因此对边坡的正确认识、合理设计、适当治理，把边坡失稳造成的灾害降到最低限度意义重大。目前，土工合成材料发展很快，应用范围不断扩大，工艺水平日新月异，使得新产品常常成为展览品。各种土工合成材料，包括土工薄膜、土工织物、土工栅条、土工网格、土工模袋，在填土衬垫、陡坡和竖直挡土墙的加固、排水系统、软土路基、侵蚀控制、堤防和大坝等方面补充或替代了传统的设计。

路基边坡病害分析及防护设计原则

1.边坡破坏产生的危害。①边坡破坏带来系列的工程问题和环境问题，严重的中断交通，甚至造成人员伤亡，给国家和人民的利益带来巨大的损失。②边坡的浅层破坏造成边坡落石，还危及行车安全，导致人员伤亡事故有时发生。③边坡深层破坏带来的后果更加严重。除在公路建设和养护期间需要花费大量的人力和财力进行处治外，还往往中断交通。处治后发生病害的边坡在进行处治时，技术和施工难度增加。④路堤边坡破坏往往导致路面断板、开裂，这种现象较为普遍，严重的情况是出现路堤整体滑动和中断交通，除给公路运营管理部门带来直接的经济损失外，还给用路者带来难以估量的间接损失。

2.路基边坡病害的原因分析。（1）气候因素。气候因素有气温、降水、风速、风向、最大冻土深度等。在大面积的土质或风化岩质坡面上，由于温差对地表的影响，加上雨水直接冲刷坡面，极易风化剥落，导致堑坡水土大量流失，或坡面产生裂缝，发生浅层溜方。（2）水文因素。水文因素如地表水的排泄，河流常水位、洪水位，有无地表积水和积水时间长短，河岸淤积情况；水文地质因素有地下水埋深、移动规律，有无层间水、裂隙水、泉水等。（3）土质因素。沿线地质因素，如岩石的种类、风化程度和裂隙情况，岩石走向、倾向、倾角、层理和岩层厚度以及有无断层或其他不良地质现象。

土是建筑路基及边坡的基本材料，不同的土类具有不同的工程性质。砂粒土的强度构成以内摩擦力为主，强度高，受水的影响小；黏性土的强度形成以黏聚力为主，强度随密实程度的不同变化较大，并随湿度的增大而降低；粉土类土毛细现象强烈，强度和承载力随着毛细水上升和湿度的增大而下降。对于黄土质砂黏土或其他黏土质土，因其透水性弱、崩解性强、经雨水浸泡后土体表层含水量达到和状态时，易使边坡失稳而溜方；若路堤填料不合格，又没有进行土质改良，将导致边坡结构层断裂破坏。

土工合成材料在路基边坡防护中的应用

土工合成材料的种类。土工合成材料大体可以分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料四大类，每类材料又都有各自的相关产品。

1.土工织物特点。土工织物是采用编织技术生产的透水性土工合成材料，他的特点是重量轻、整体连续性好。可做成较大面积的整体，长度可达数百米。并且施工简便、抗拉强度高、耐腐蚀和微生物侵蚀性好。

2.土工膜的分类及特点。土工膜是一种不透水的土工合成材料，可分为沥青土工膜和聚合物土工膜两类。土工膜的主要特点是透水性极低，其工程特性随类别、制作方法、产品类型的不同而发生很大的变化。土工膜还有很好的弹性和应变能力、良好的耐老化能力，尤其适用于水下工程。

3.关于土工材料的说明。土工格栅、土工网、土工模袋、土工垫和土工室以及轻型土工合成材料统称为土工合成材料。土工格栅是经过拉伸工艺形成的具有方形或矩形格栅的聚合物板材，主要用作加筋材料。土工网是合成料条带编织或合成树脂压制成的具有较大孔眼、刚度较大的网状合成材料，是主要的加筋材料。土工模袋是一种双层聚合物化纤织物制成的袋状材料，他可以代替模板成型混凝土或砂浆。土工垫和土工室是合成材料特制的三维结构，前者多为透水聚合物网垫，后者多为蜂窝状或网状三维结构，主要用于护坡或植草绿化

4.土工复合材料。土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成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，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜―土工织物组合物，称复合土工膜。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。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。

土工合成材料发展前景

土工合成材料有诸多功能，又有重量轻，体积小，强度高，耐腐蚀等特点，尤其是缺砂少石的地区更有其用武之地。但土工合成材料毕竟是一门非常年轻的新技术，对其生产、试验、设计、施工工艺等在世界范围内还没有完全统一，很多人对这种新型建筑材料还不甚了解，但土工合成材料毕竟是富有生命力的新生事物，况且世界对土工合成材料的研究与应用已达相当高的水平，在不远的将来，其效能一定能蓬勃发展，为社会主义建设作出重大贡献。

总之，搞好铁路、公路建设，确保公路边坡稳定、安全、搞好环境保护，要深入了解公路边坡破坏的型式与机理，针对不同工程对象的土质、水文、气候等特点，灵活采用不同的防护型式，加强设计，加强施工建设管理，建安全之路、建生态之路、优美之路。

参考文献：

[1]杨航宇，朱赞凌，罗志聪.公路边坡防护与治理[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应用[M].人民交通出版社.