基礎工程6土工合成材料

基礎工程

FoundationEngineering大連大學建筑工程學院主講教師：肖麗萍第6章土工合成材料(Geosynthetics)6.1概述6.2加筋的作用機理6.3加筋擋墻及其設計原理6.4堤壩軟基加筋6.5建筑物地基加筋6.1概述土工合成材料是以聚酯（PET），聚酚胺（PA），聚丙烯（PP），聚丙烯睛（PAN），聚氯乙烯（PVC）等高分子聚合物和玻璃等為主要原料制成的一種新型的工程材料，應用于巖土工程，曾稱為土工聚合物或土工織物，現(xiàn)統(tǒng)一稱為土工合成材料（Geosynthetics）。特點：質輕、高強、彈性好、耐磨、耐酸堿、不易腐爛、不易蟲蛀、吸濕性小。在陽光照射下易老化，但埋置于地下，并采用防老化措施后可滿足工程應用的要求。應用領域：水利、鐵路、公路、建筑等。6.1.1土工合成材料的分類

按制造工藝和工程性能分：（1）土工織物（Geotextiles）；（2）土工隔柵(Geogrids)；（3）土工網(wǎng)格(Geonets)；（4）土工膜(Geomenbranes)；（5）土工復合材料(Geocomposites)；（6）其他如土工膜袋，土工格室，土工席墊，加筋條帶等。6.1.2土工合成材料的性能

（1）物理性質①重；②單位面積質量；③厚度（2）力學性質①抗拉強度；②撕裂強度；③握持拉伸強度；④摩擦試驗強度；⑤拉拔試驗強度；⑥壓縮性；⑦蠕變性；⑧其他強度試驗。（3）水力性質①滲透性；②等效孔徑《土工合成材料應用技術規(guī)范》(GB50290—1998)《公路土工合成材料試驗規(guī)程》(JTJ/T060—1998)HDPE單向塑料土工格柵

以高密度聚乙烯（HDPE）為原料，經塑化擠出板材、沖孔、加熱、拉伸而成。通過拉伸使得原來分布散亂的鏈形分子重新定向而呈線性狀態(tài)，充分提高了格柵的抗拉強度和剛性。將其鋪設在土壤中，通過格柵網(wǎng)孔與土體之間的咬合和互鎖作用，構成了一個高效的應力傳遞機構，使局部載荷能迅速有效地擴散到大面積的土體中去，從而降低局部破壞應力，提高工程使用壽命。適用于修建公路、鐵路以及江河湖海岸邊的加筋擋土墻、堤壩、橋面、陡坡及土工格室等工程。其作用是可提高擋土墻或堤壩的承載力，延長使用壽命，減少占地面積，縮短工期，降低造價，減小維修費用。玻璃纖維土工格柵

玻纖格柵是選用優(yōu)質增強型無堿玻纖紗，利用國外先進經編機織成基材，采用經編定向結構，充分利用織物中紗線強力，改善其力學性能，使其具有良好的抗拉強度，抗撕裂強度和耐蠕變性能，并經過優(yōu)質改性瀝青涂覆處理而成的平面網(wǎng)絡狀材料。特點

強度高、伸長率低、耐高溫、模量高、重量輕、韌性好、耐腐蝕、壽命長。用途

1.舊瀝青砼路面，加筋增強瀝青面層，防治病害。

2.水泥砼路面改建復合式路面，抑制板塊收縮等引起反射裂縫。

3.道路拓改工程，防治新老結合部及不均勻沉降而造成裂紋。

4.軟土基加筋處理，利于軟土析水固結，有效抑制沉降，均勻應力分布，增強路基整體強度。

5.新建道路半鋼性基層產生收縮裂縫，加筋增強防止基礎裂紋反射而引起的路面裂縫。雙向塑料土工格柵應用領域：

1.適用于各種公路、鐵路、機場的路基增強路面增強。

2.適用于大型停車場和碼頭貨場等永久性承載的地基增強。

3.適用鐵路、公路的邊坡防護。

4.適用的涵洞增強。

5.適用于單向拉伸土工格柵增強后的土坡的二次增強，進一步增強土坡，防止水土流失。

6.礦山、坑道加固。工程實例：蘭武鐵路

許平南高速

雙向拉伸塑料土工格柵的外觀近似正方形的網(wǎng)絡狀結構，它是用聚丙烯為主要原材料，通過擠出、然后再縱向、橫向拉伸形成的一種高強度土工材料。該材料在縱向和橫向上有很大的拉伸強度，被廣泛應用于軟基加筋處理。單向塑料土工格柵

單向拉身伸塑料土工格柵是一種以高分子聚合物為主要原料，加入一定的防紫外線、抗老化助劑，經過單向拉伸使原來分布散亂的鏈形分子重新定向排列呈線性狀態(tài)的高強度土工材料。大大優(yōu)于傳統(tǒng)的或現(xiàn)有的加筋材料，是非常理想的土木工程加固、加筋增強體合成材料。

應用領域：1、單向拉伸塑料土工格柵是一種高強度結構材料，適用于高速公路、市政道路、鐵路、飛機跑道等路基增強。2、適用于江河海壩的堤壩增強。3、適用于果園、菜地、牲畜、土地等的圍欄，使用安全方便、且利于拆裝，美觀大方。4、適用于高速公路、市政道路、鐵路、飛機跑道、江河海岸邊的加筋土擋墻的加筋工程。高強聚酯纖維土工格柵

采用高強滌綸纖維或丙綸纖維為原料，經過經編定向織造，經特殊工藝浸膠涂敷處理而成。

性能與特點：

1、具有極高的抗拉強度

2、延伸率較小

3、耐侵蝕、耐老化

4、與基料有較強的咬合力

5、質量輕、有排水作用

應用：

1、公路、鐵路、市政道路等各種道路軟土路基加筋增強，能有效地提高路基的強度，延緩道路的反射裂縫。

2、水利工程中的堤壩、河道的加筋、隔離，加固軟土基礎，增強其防護能力，提高基礎的承載力和穩(wěn)定性。

3、用于路堤邊坡加筋、擋土墻加筋，增強整體強度。鋼塑復合土工格柵

鋼塑加筋土工格柵是由鋼塑加筋帶經新穎工藝復合而成,由于此產品表面延壓成具有規(guī)則的粗花紋,鋪設于換填土層中承受了巨大的抗應力和與填土之間的摩擦力,整體上限制了地基土的剪切,側面擠出及隆起,由于加筋土墊層的剛度較大,有利于上部基礎荷載的擴散并較均勻地傳遞,分布到下臥軟土層上,較好地提高了地基的承載力,由于加筋土墊層的作用,加大了壓縮層范圍內地基的整體剛度,有利于調整地基的變形,使用了鋼塑加筋土工格柵而形成的加筋土復合墊層屬于柔性結構物,能很好地吸收地震的能量,故其抗震性能好。HDPE土工膜（防滲膜）高密度聚乙烯原生樹脂，經三層共擠技術制成。應用：

1、環(huán)保，環(huán)衛(wèi)（如生活垃圾填埋場，污水處理，有毒有害物處理場，危險品倉庫，工業(yè)廢棄物，建筑及爆破垃圾等）

2、水利（如江河湖泊水庫堤壩的防滲、堵漏、加固、水渠的防滲、垂直芯墻，護坡等）

3、市政工程（高速公路、地鐵，建筑物的地下工程和屋頂蓄水池，屋頂花園的防滲，污水管道的內襯等）

4、園林（人工湖，池塘，高爾夫球場的水塘底襯，護坡等）

5、石化（化工廠，煉油廠，加油站的儲油罐防滲，化學反應池，沉淀池的內襯，二次襯層等）

6、礦業(yè)（洗選池、堆浸池、堆灰場、溶解池、沉淀池、堆場、尾礦的低襯防滲等）

7、交通設施（公路的基礎加固，涵洞的防滲）

8、農業(yè)（水庫，飲用水池，蓄水塘，灌溉系統(tǒng)的防滲）

9、水產養(yǎng)殖業(yè)（魚塘，蝦池的內襯等）其他設施的防滲，防腐，防漏，加固，滲濾液的收集。臨時性容器結構，特殊構件的預制等。聚酯長絲土工布

具有強度高、抗穿刺能力強。

耐酸堿、抗腐蝕、抗微生物、耐老化。

具有優(yōu)越的透水性、過濾性、保土性、起到隔離、排水過濾、防護的作用。

成本低、價格優(yōu)、施工簡單、使用方便。塑料安全防護格柵塑料安全防護格柵是以聚乙烯為主要原料，同時添加了抗老化劑（UV）并經過塑化而成。它具有強度高，耐老化，輕便柔軟等特點。產品特點：主要用于公路工程、鐵路工程、市政工程、綠化工程、庭院柵欄等。復合土工格柵復合土工格柵是土工格柵和土工布的復合。產品特性：

具有抗拉強度高，延伸率小，縱橫向變形均勻的特點。同時具有較高透水性，反濾性和耐磨性優(yōu)良。工程應用：

1、用于公路、鐵路、機場等路面的增強。

2、用于舊路面（瀝青路面、水泥混凝土路面）的維修、拓寬等。

3、用于路基增強。土工布主要有短纖針刺非織造土工布和裂膜絲機織土工布?？蓮V泛用于鐵路、公路、運動館、堤壩、水工建筑、遂洞、沿海灘涂、圍墾、環(huán)保等工程。特點

良好的透氣性和透水性，有效截留砂土流失。

良好的導水性，可在土體內部形成排水通道，將土體結構內多余液體和氣體外排。

增強土體的抗拉強度和抗變形能力，增強建筑結構的穩(wěn)定性，以改善土體質量。

有效的將集中應力擴散，傳遞或分解，防止土體受外力作用而破壞。

防止上下層砂石、土體及混凝土之間混雜。且網(wǎng)孔不易堵塞。

耐腐蝕—以丙綸或滌綸等化纖為原料，耐酸堿，不腐蝕，不蟲蛀，抗氧化

施工簡單—重量輕，使用方便，施工簡單復合土工膜功能：

防滲、隔離

用途：土工壩、堆石壩、砌石壩和展壓混凝土壩；堤、壩前水平防滲鋪蓋，地基垂直防滲層；尾礦壩、污水庫壩身及庫區(qū)；施工圍堰；渠道、蓄液池（坑、壙）；廢料場；地鐵、地下室和隧道、隧洞防滲襯砌;公路、高速公路、鐵道的路基；路基及其它地基鹽漬防治；膨脹土和濕陷性黃土的防水層；屋面防漏

產品：兩布一膜（防滲膜的兩面加有防護用的土工布）一布一膜（防滲膜的一面加有防護用的土工布）

幅寬：4~6米

經編復合土工布是以玻璃纖維（或合成纖維）為增強材料，通過與短纖針刺無紡布復合而成的新型土工材料。其最大特點是經線與緯線的交叉點不彎曲，各自處于平直狀態(tài)。用捆綁線將兩者捆扎牢固，可全面較均勻同步，承受外力，分布應力，且當施加的外力撕裂材料的瞬時，紗線會沿初裂口擁集，增加抗撕裂強度。特性：高抗拉強度，低延伸率，縱橫向變形均勻，抗撕裂強度高，耐磨性能優(yōu)良，透水性高，反濾性強。工程應用

1.擋土墻、道路邊坡、水庫堤壩、土石圍堰、隧道、排水溝的反濾防護。

2.道路邊坡、路基、沿山道路背山護墻背面、鐵路道砟下層、高速公路路基和路面之間的排水

。

3.建筑圍堰、碼頭、防坡堤軟土與塊石的隔離，垃圾填埋場場底與防滲層的隔離保護，垃圾填埋場濾料與垃圾之間的隔離，柏油路面與路基的隔離與路面增強。

4.公路與鐵路等邊坡分層加筋排水，回填路基與堤壩的排水加筋。

5.人工湖、河道、水庫等防滲工程中防滲層的保護等。

6.景觀綠化工程等基層與綠化種植層的隔離。

7.軟地基的排水、加筋增強路基的承載力。防水板產品介紹：PE、EVA、ECB防水板是新型防水材料采用高分子合成，具有抗?jié)B性能好，抗斷裂強度高，操作方便、易于掌握等特點。同時還具有較好的耐高溫、低溫的性能及優(yōu)異的耐老化性，以適應使用期的溫度變化。應用領域：已廣泛用于各種屋面、地下、水池、水渠、隧道、核電、煤礦及水庫、大型垃圾場、水壩的防水滲漏工程。工程實例：烏鞘嶺隧道

北京地鐵

太長七標

土工網(wǎng)主要應用在軟基處理、路基增強、邊坡防護、橋臺加固、以及海岸邊坡防護、水庫庫底加固等工程。

在道路邊坡上鋪設土工網(wǎng)，可防止巖塊滑落，避免對人或車輛造成危害；用土工網(wǎng)包裹住道渣，可防止道渣流失和路基變形，提高路基穩(wěn)定性；鋪設土工網(wǎng)可加固路面，防止反射裂縫的發(fā)展；土工網(wǎng)作為擋土墻體填土中的加筋材料，可分散土體應力，限制側向位移，增強穩(wěn)定性；用土工網(wǎng)制成石籠用于堤壩、巖石表面的防護，可防止侵蝕、避免塌方、和水土流失。

土工格室是由聚乙烯塑料制成的片材經高強度超聲波焊接而成的三維網(wǎng)狀結構材料，它利用當?shù)夭牧希ㄉ匙?、碎石子、泥土等）作為填充材料，形成通用結構的組合材料，實現(xiàn)較高的承載能力，既可形成穩(wěn)定的路基，又可在上植草，綠化穩(wěn)定邊坡。目前在廣西洛湛鐵路、京珠高速、濟邵高速、浦南高速、扎南高速等工程中得到廣泛使用。

膨潤土防水毯GCL

上層為無紡布、中間為經過處理的天然鈉基膨潤土、底層為土工纖維布。用途作用：主要應用于環(huán)境工程中的廢棄物填埋場、地下水庫、地下基礎設施建設等工程中，解決密封、隔離、防滲漏問題，效果好，抗破壞性強。防水機理

天然鈉基膨潤土具有高膨脹性，當膨潤土防水毯遇水后，其中的鈉基膨潤土吸水膨脹，在受到一定擠壓力（來自基底、臨時保護層、回填土以及防水毯內部纖維拉力等）作用下，分子之間發(fā)生穿插排列，內部空隙縮小，形成致密的凝膠結構層，水分子無法透過，從而起到防水作用。擠壓力越大，致密程度就越高，防水效果就越理想。

聚丙烯工程纖維聚丙烯網(wǎng)狀纖維是由聚丙烯樹脂經特殊加工與處理制成的一束束互相交織成網(wǎng)狀的纖維，它和混凝土基料有極強的親和力，經攪拌后，因受到水泥砂子的沖擊，自動張開，形成一根根的網(wǎng)狀單絲或互相牽扯亂向分布纖維，減少混凝土早期的塑性收縮