工程技術(shù)論文土工聚合物應(yīng)用于加筋土工程中注意事項(xiàng)

1、工程技術(shù)論文：土工聚合物應(yīng)用于加筋土工程中注意事項(xiàng)【摘 要】本文論述了土工聚合物的種類和技術(shù)性能以及應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題,對(duì)加筋土工程施工具有一定的指導(dǎo)意義。 【關(guān)鍵詞】土工聚合物;加筋土;技術(shù)性能1. 前言土工聚合物以原料來(lái)源豐富、用途廣泛、質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、吸水性小等突出的優(yōu)越性能,得以被土木工程界大量使用。 土工聚合物是從石油提煉制成的高分子化合物,通常采用聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚乙烯等一種或多種材料混合而成。 加筋土中所采用的筋材有工程塑料帶、復(fù)合工程塑料帶、土工布、土工網(wǎng)和土工格柵等土工聚合物加筋材料,而應(yīng)用于支擋結(jié)構(gòu)物中的加筋主要為工程塑料帶以及土工網(wǎng)格。本文將對(duì)土工聚合物筋材在

2、加筋土工程應(yīng)用中的若干問(wèn)題作一討論。 2. 土工聚合物在加筋土工程中的應(yīng)用種類及特性 2.1 工程塑料帶。 我國(guó)近千座的加筋土支擋結(jié)構(gòu)物中應(yīng)用該種筋帶的約占7580%,這種塑料帶是寬1025mm厚0.81.4mm的表面具有凹凸形狀的筋帶,主要材料為聚丙烯,在拉伸速度低時(shí),斷裂強(qiáng)度高,但伸長(zhǎng)率大,反之拉伸速度高,伸長(zhǎng)率小,斷裂強(qiáng)度低。它具有良好的耐彎曲疲勞性。由于聚丙烯是高分子量和結(jié)構(gòu)的關(guān)系,因而比低分子材料具有較大的蠕變效應(yīng)和較長(zhǎng)的蠕變性能。由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系,該種筋帶最嚴(yán)重的缺點(diǎn)就是在加工和使用過(guò)程中易受光、熱、氧的作用,而使材料老化。 2.2 復(fù)合工程塑料帶。 目前國(guó)內(nèi)有兩種復(fù)合帶,一種為

3、高強(qiáng)度鋼絲,另一種為高強(qiáng)度的玻璃纖維。拉力均由上述材料承擔(dān)。加工工藝是按要求將抗拉材料均勻排列,外部包裹聚乙烯或聚丙烯烴,這些材料克服了未經(jīng)拉伸的聚丙烯包裹易開(kāi)裂的弊端,表面并延壓成規(guī)則的紋路,使之外形成扁平狀,與填土產(chǎn)生摩擦作用,如此斷裂伸長(zhǎng)率將大為縮小,因而設(shè)計(jì)取值亦將隨之提高,目前生產(chǎn)的規(guī)格大都為寬2550mm厚23mm。但目前鋼絲或玻璃纖維與外包高分子材料之間握裹強(qiáng)度尚未徹底解決,因而其設(shè)計(jì)取值尚應(yīng)留有足夠的安全度。 2.3 土工織物。 土工織物按其制造主要有編型、織型、無(wú)紡型、組合型土工纖維,無(wú)紡產(chǎn)品是將高分子化合物擠拉在纖維,然后用機(jī)械或加熱處理以及化學(xué)粘結(jié)等,將纖維混合成一平整的

4、毯子狀織物,因其分子在加工過(guò)程中未經(jīng)拉伸,纖維呈無(wú)規(guī)則的排列,故抗拉強(qiáng)度一般均較低,延伸率也較高,因而,一般用作排水、反濾等,很少單一用作加筋。有紡?fù)凉た椢镆话闶怯上嗷ソ诲e(cuò)的纖維經(jīng)編或織而成,應(yīng)用于加筋中的有紡?fù)凉た椢锎蠖际嵌嗬w維編織物。組合型土工織物是由兩種或兩種以上的土工織物組合而成,如有紡織物與無(wú)紡織物的組合,有紡或無(wú)紡與土工薄膜的組合等。目前用于巖土工程的加筋、大多是用多纖維編織物的組合型土工纖維,它具有較高的抗拉強(qiáng)度,較低的延伸率和良好的與土的摩擦結(jié)合的性能。 2.4 土工網(wǎng)。 土工網(wǎng)又叫擠出網(wǎng),是采用熱塑擠壓、生產(chǎn)出整體的聚合物的網(wǎng),它改變了編型、織型、無(wú)紡、組合型的生產(chǎn)工藝。土工

5、網(wǎng)的生產(chǎn)工藝是將原料按比例要求配好,經(jīng)過(guò)擠塑機(jī)在溫控加熱的條件下,由擠塑機(jī)擠出至一特制的旋轉(zhuǎn)模頭內(nèi)經(jīng)擠壓、熱粘合、冷卻產(chǎn)生各種不同孔眼大小及形狀的系列網(wǎng)格,產(chǎn)品多為寬幅不等的卷材。該網(wǎng)1977年開(kāi)始應(yīng)用于土木工程。 2.5 土工格柵。 土工格柵又叫拉伸網(wǎng),其生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜,精度要求高,拉伸網(wǎng)又可分為單向及雙向拉伸網(wǎng),該種網(wǎng)是按高分子聚合物的特性,經(jīng)定向拉伸后其分子鏈定向排列,因而提高了聚合物的抗拉強(qiáng)度。拉伸網(wǎng)具有較高的抗拉強(qiáng)度,因而在使用原料的用量上不足一般擠出網(wǎng)用量的一半,且拉伸網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度卻是擠出網(wǎng)的10倍甚至更高。一般抗拉強(qiáng)度達(dá)12110KN/m。因而兩種網(wǎng)格力學(xué)指標(biāo)懸殊較大,所以拉伸

6、網(wǎng)在土木工程中的適應(yīng)情況遠(yuǎn)較擠出網(wǎng)的使用范圍廣泛,且拉伸網(wǎng)并有按強(qiáng)度要求及工程類別不同生產(chǎn)的系列產(chǎn)品,以滿足各種構(gòu)件受力大小的需要。 3. 土工聚合物在加筋土工程中的應(yīng)用范圍 土工聚合物在加筋土工程中的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的,可用在公路的路面中作為加強(qiáng)材料,以增加其強(qiáng)度,達(dá)到減小路面的厚度和避免車轍的產(chǎn)生和裂縫的開(kāi)展?？捎糜阼F路公路方面的基床部分,使其受力均勻,起到擴(kuò)散和防止路基基床病害的產(chǎn)生。當(dāng)用在填方地段邊坡時(shí),可使坡度變陡,坡面得以加固,以防止邊坡溜坍,提高其穩(wěn)定性,可以用在加筋土擋墻中的拉筋,使之坡面直立,以節(jié)省用地和降低造價(jià),可以用在道路工程、堤壩、機(jī)場(chǎng)跑道等的軟土地基處理,以提高軟土的強(qiáng)

7、度,增大臨界高度,加速填土速率和改善局部沉降的作用,當(dāng)?shù)鼗鶚O軟時(shí),可將網(wǎng)格立起,組合成一格狀,內(nèi)填片石等,使之成一剛性的堤壩,產(chǎn)生垂直沉落,避免地基和橫向剪切破壞。還可用于滑坡整治的支擋防護(hù)等工程上。在水利工程方面可組成石籠作坡面防護(hù)及加固,以防止沖刷,修筑導(dǎo)流堤及丁壩等。同時(shí)還可以應(yīng)用于地下工程中的噴錨支護(hù)中,作為掛網(wǎng)材料,以減少襯砌厚度降低造價(jià)。同時(shí)還可以作成三維網(wǎng),應(yīng)用于坡面植草加固,綠化環(huán)境等。總之土工聚合物在加筋土工程中的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的。 4. 土工聚合物應(yīng)用于加筋土工程中的幾個(gè)問(wèn)題 土工聚合物應(yīng)用于加筋土工程中的種類較多,但用作加筋材料,彌補(bǔ)土壤承受抗拉強(qiáng)度低的缺陷,而改變土的性

8、質(zhì),增強(qiáng)土體抗剪能力的筋材使用的品種主要有工程塑料帶、土工織物、土工網(wǎng)及土工格柵數(shù)種,有關(guān)各自的特性,前面已作了介紹,為此在應(yīng)用中可考慮其綜合因素,結(jié)合工程特征,并按各自工程的有關(guān)設(shè)計(jì)方法加以選用。以下將就一些設(shè)計(jì)施工中值得注意的幾個(gè)問(wèn)題加以討論。 4.1 有關(guān)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的選擇。 由于土工聚合物應(yīng)用于加筋土工程中種類較多,且各有其使用條件,因而設(shè)計(jì)強(qiáng)度的取值亦各異。 (1)土工織物:目前我國(guó)對(duì)土工織物的應(yīng)用,大都是在路基基床及軟土地基上的加固方面,以阻止地基土的側(cè)向剪切破壞,雖然土工織物具有較大的伸長(zhǎng)率,能適應(yīng)變形,由于土工織物是將上下土隔離,因此尚需考慮頂破與穿刺力,當(dāng)用于道床與路基土隔離時(shí),

9、可取3左右的安全系數(shù),而鋪設(shè)在土堤下碎石或砂上時(shí),安全系數(shù)可取1.52.0之間。 (2)工程塑料帶及復(fù)合工程塑料帶:工程塑料帶雖然具有較大的抗拉強(qiáng)度,但因變形及蠕變均較大,不能滿足結(jié)構(gòu)的變形要求,為此其設(shè)計(jì)應(yīng)力取值將應(yīng)以變形值控制,結(jié)合加筋土支擋結(jié)構(gòu)的允許變形一般在3%左右以內(nèi),按工程塑料帶的蠕變特性曲線,相應(yīng)于變形為3%時(shí),其強(qiáng)度約為極限強(qiáng)度的1/51/7。目前我國(guó)使用該種拉筋建造的擋墻,部分由于設(shè)計(jì)允許拉力取值不當(dāng),致使建成的擋墻變形較大,影響美觀。故建議應(yīng)按其蠕變特性取值。復(fù)合工程塑料帶中的受拉材料,由于采用了變形及蠕變均較小的材料,但斷裂強(qiáng)度仍達(dá)120200MPa,且斷裂伸長(zhǎng)率通常在1

10、.43%之間,遠(yuǎn)較聚丙烯工程塑料帶1025%的變形量為小,因而設(shè)計(jì)時(shí)可取較高的抗拉強(qiáng)度,以節(jié)省筋帶的用量,但目前高強(qiáng)度鋼絲或玻璃纖維與外包的聚丙烯烴間的握裹強(qiáng)度尚未徹底解決好,為安全計(jì),因此設(shè)計(jì)取值的安全系數(shù)建議取1/3的斷裂強(qiáng)度。(3)土工網(wǎng)與土工格柵:土工網(wǎng)與土工格柵都是具有一定空格帶肋的網(wǎng),因其具有較大的孔洞,所以孔洞上下之間的土壤顆粒可以直接接觸,因而筋與土之間和作用機(jī)理除表面產(chǎn)生的摩擦外,尚存在著上下土壤間的剪切,即土體本身的剪切。因具有網(wǎng)肋,故在加筋肋的接點(diǎn)處承載面上要受到土壓力,土壓力的產(chǎn)生必須在土和加筋的支承面間有相對(duì)位移,這意味著網(wǎng)格孔眼內(nèi)的土必須相對(duì)于網(wǎng)格移動(dòng),由于上半部與

11、下半部是向相反的方向而產(chǎn)生的剪力,所以承載應(yīng)力能與網(wǎng)格的承載部分相平衡。由上述簡(jiǎn)單機(jī)理敘述可以看出加筋后復(fù)合體的強(qiáng)度與填土的性質(zhì)關(guān)系密切,而填土的顆粒大小影響到網(wǎng)格的損害程度,粗顆粒較細(xì)粒填土對(duì)網(wǎng)格施工的損壞程度較大,因此土工網(wǎng)與土工格柵的設(shè)計(jì)應(yīng)力取值除根據(jù)建筑物的重要性及土的性質(zhì),網(wǎng)格形狀等因素外,尚應(yīng)按顆粒大小因素綜合考慮,可取1/51/7作為設(shè)計(jì)容許應(yīng)力。 4.2 筋帶與土之間的摩擦系數(shù)的取值。 加筋土的筋帶按使用位置不同,受力狀態(tài)也各異,而在加筋土支擋結(jié)構(gòu)中,擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定性是靠填土的重量壓在拉筋上所產(chǎn)生的摩擦力而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的,因而摩擦系數(shù)是設(shè)計(jì)的重要參數(shù),根據(jù)過(guò)去的現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)的拉拔試

12、驗(yàn),影響總抗力因素除與筋材的形狀、填土的類型與填土密度以及拉筋上部法向力有關(guān)之外,通常尚有粘著及咬合力,而粘著及咬合力是不隨筋帶埋深而變化的常量,在總抗拔力中所占的比例隨墻的增高而迅速降低,在工程實(shí)踐中,擋墻通常都有一定的高度,因此在設(shè)計(jì)計(jì)算中為了簡(jiǎn)化計(jì)算和偏于安全,通常僅按一個(gè)綜合摩擦系數(shù)來(lái)計(jì)算抗拔力。在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)采用工程塑料帶拉筋時(shí)一般摩擦系數(shù)取0.30.5之間,而使用土工網(wǎng)格時(shí),因咬合及接點(diǎn)處的承載作用,可以適當(dāng)?shù)奶岣?.10.2。 4.3 填料的選擇與要求。 根據(jù)土工聚合物所使用的原料物理力學(xué)特性,大都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,它幾乎對(duì)酸堿鹽的溶液大部分無(wú)破壞作用,因而對(duì)一般的填料通常是

13、可以適用的。另方面由于加筋土工程的筋材均埋于土中,土體溫差不大,且細(xì)菌對(duì)土工聚合物也不起作用。但腐植質(zhì)對(duì)聚丙烯卻有害,因?yàn)楦操|(zhì)在腐化過(guò)程中將產(chǎn)生熱量,且堆放時(shí)間過(guò)長(zhǎng),溫度升高,有時(shí)將有自燃的可能,而聚丙烯有慢燃的特性,因而填料是絕對(duì)禁止使用生活垃圾的。另方面填料不應(yīng)使用帶有棱角的片石,以免將加筋材料頂破或劃破,所以在與筋材接觸處換填較細(xì)顆粒填料,以保護(hù)筋材的完整性。 4.4 運(yùn)輸及保管。 由于土工聚合物易老化,而影響老化危害最大的就是紫外線的照射,我們知道陽(yáng)光中就存在著大量的這種不可見(jiàn)光,雖然用于加筋土的土工聚合物加筋材料中大都加有抗紫外線的吸收劑或屏蔽劑,以防老化,但在運(yùn)輸及保管使用過(guò)程中

14、仍需特別注意,這一問(wèn)題往往極易被人所忽視,使產(chǎn)品長(zhǎng)期暴露于大氣之中,致使老化過(guò)程加速,強(qiáng)度降低,工程質(zhì)量下降。為此產(chǎn)品應(yīng)有外包裝,運(yùn)輸或使用過(guò)程中應(yīng)防止破損,拆包后應(yīng)迅速使用,并盡快的上覆填土,縮短日光照射時(shí)間,保管過(guò)程中不可置于戶外,應(yīng)有遮避等措施。 4.5 施工中的注意事項(xiàng)。 土工聚合物用于加筋土工程中時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)均有固定的位置,為此應(yīng)按設(shè)計(jì)要求,并應(yīng)將加筋材料拉緊,以保證沒(méi)有松弛,減少施工中的變形。 當(dāng)一層加筋材料鋪設(shè)完畢后,按要求進(jìn)行填土,在未填土前,應(yīng)禁止所有車輛在加筋材料上行駛,每層填料的厚度一般不小于15cm,太薄時(shí),壓實(shí)機(jī)具容易在行走時(shí)將拉筋帶動(dòng)。經(jīng)壓實(shí)后的土層高度應(yīng)符合筋材的鋪設(shè),并應(yīng)平整。當(dāng)用在加筋土擋墻工程中,為了避免面板產(chǎn)生過(guò)大的變形,為此應(yīng)考慮輾壓機(jī)具類型(即線荷載的大小),在靠近墻面板12m范圍之內(nèi),不可使用重型的輾壓機(jī)具,該范圍內(nèi)為了適應(yīng)輕型實(shí)機(jī)械而達(dá)到填土的要求密度,填土厚度可以小于15cm。 5. 結(jié)語(yǔ) 綜上所述,由于土工聚合物材料的性能差異較大,特別是抗拉