土工合成材料基礎(chǔ)知識(shí)

1、土工合成材料基礎(chǔ)知識(shí),長(zhǎng)沙建益新材料有限公司,主講：朱李元,土工合成材料基礎(chǔ)知識(shí),綜述篇,土工合成材料綜述,工合成材料在早期曾被稱(chēng)為“土工織物”(geotextile)和“土工膜”(geomembrane)。隨著工程需要，這類(lèi)材料不斷有新的品種出現(xiàn)，例如土工格柵、土工網(wǎng)和土工模袋等，原來(lái)的名稱(chēng)已不能準(zhǔn)確地涵蓋全部產(chǎn)品，這樣，在其后的一段時(shí)期內(nèi)，把它們稱(chēng)之為“土工織物、土工膜和相關(guān)產(chǎn)品(related product)”。顯然，這樣的名稱(chēng)不宜作為一種技術(shù)名詞或?qū)W術(shù)名詞。,土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來(lái)的化學(xué)物質(zhì)制成，再進(jìn)一步加工成

2、纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。,什么是土工合成材料，概括而言，土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱(chēng)。因?yàn)樗鼈冎饕糜趲r土工程，故冠以“土工”(geo一)兩字，稱(chēng)為“土工合成材料”，以區(qū)別于天然材料。,為此，1994年在新加坡召開(kāi)的第五屆國(guó)際土工合成材料學(xué)術(shù)會(huì)議上，正式確定這類(lèi)材料的名稱(chēng)為“土工合成材料”(geosynthetics),4,土工合成材料的發(fā)展歷史,土工合成材料的最早應(yīng)用可追溯到本世紀(jì)二三十年代。1926年美國(guó)南卡羅林拉州公路

3、部門(mén)曾采用過(guò)在棉布上灑瀝青而制成的材料，其形式類(lèi)似于土工膜。其后，人們?cè)捎镁勐纫蚁㏄VC土工膜作為游泳池的防滲材料。50年代初，美國(guó)墾務(wù)局采用PVC土工膜作防滲襯砌。前蘇聯(lián)以聚乙烯膜進(jìn)行渠道防滲也有較長(zhǎng)歷史,以近代人工聚合物為原料的土工織物的最早應(yīng)用實(shí)例，是50年代初的荷蘭三角洲工程。據(jù)估計(jì)，用量超過(guò)了1000萬(wàn)m2，大大促進(jìn)了土工合成材料的工程應(yīng)用。60年代，美國(guó)逐漸擴(kuò)展了采用土工織物修建護(hù)坡下的墊層和反濾以及護(hù)岸等，并將土工織物鋪在瀝青路面中以防止路面反射裂縫。土工網(wǎng)于1968年在日本開(kāi)始應(yīng)用，主要用在填土坡，幫助坡緣填土壓實(shí)，以增大其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，土工網(wǎng)也被用在軟基上筑堤，以

4、后又發(fā)展為在堤底全面鋪設(shè)。,非織造土工合成材料技術(shù)可能于1967年在美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)開(kāi)始應(yīng)用，它是一種較厚的聚酯非織造土工織物，作為大壩上游拋石護(hù)坡下的反濾層，或作為基土與其上覆蓋的粗粒料之間的隔離層。非織造織物的出現(xiàn)為土工織物的應(yīng)用開(kāi)辟了較廣闊的天地。,80年代后出現(xiàn)了排水帶，路堤下用非織造織物作加筋，以及土工織物加筋擋墻等應(yīng)用實(shí)例。,在1998年夏秋，在長(zhǎng)江和松花江、嫩江特大洪災(zāi)的防汛搶險(xiǎn)工作中，土工合成材料發(fā)揮了重要作用。國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)高瞻遠(yuǎn)矚，在災(zāi)后多次批示和指示，工程界和制造廠(chǎng)商積極響應(yīng)，展現(xiàn)了前所未有的應(yīng)用土工合成材料熱潮?？梢灶A(yù)見(jiàn)，我國(guó)的土工合成材料的應(yīng)用程度、技術(shù)水平、以及產(chǎn)品的質(zhì)

5、量和品種在不遠(yuǎn)的將來(lái)必將邁上一個(gè)新臺(tái)階。,我國(guó)應(yīng)用土工合成材料開(kāi)始較晚，但發(fā)展速度很快。目前幾乎在各種類(lèi)型的巖土工程和大量的水利及堤防工程中都得到應(yīng)用。1974年江蘇省江都嘶馬用織造型土工織物制成的軟體排，結(jié)合混凝土塊壓重，進(jìn)行長(zhǎng)江護(hù)岸。稍后江都西閘和湖北省長(zhǎng)江堤防也都采用了軟體排。非織造土工織物用作反濾料的工程實(shí)例更多，云南麥子河水庫(kù)用得最早。80年代中期，非織造土工織物在尾礦壩和灰堤等工程中得到應(yīng)用。塑料排水帶早在80年代初即在天津新港用于加固軟基，目前排水帶在高速公路和機(jī)場(chǎng)工程已應(yīng)用得十分廣泛?；炷聊４钤缬糜诮K南宮河口岸，80年代末已成功應(yīng)用于30多項(xiàng)工程。加筋土擋墻已修建不少。近

6、年來(lái)我國(guó)已能生產(chǎn)土工格柵，其工程需求量很大，預(yù)計(jì)會(huì)大大促進(jìn)加筋土技術(shù)的快速發(fā)展。聚苯乙烯板塊在我國(guó)寒冷地區(qū)早已用于工程防凍。近來(lái)土工格室、植被土工網(wǎng)墊等新技術(shù)也已開(kāi)始應(yīng)用。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今我們采用土工合成材料的工程已逾8000項(xiàng)。,我國(guó)土工材料的發(fā)展史,我國(guó)GB50290-98土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范將土工合成材料分為以下四大類(lèi)：,土工織物是一種透水性材料,土工膜是一種基本不透水的材料,土工復(fù)合材料是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品,土木特殊材料是為工程特定需要而生產(chǎn)的產(chǎn)品，品種多,土工特種材料,土工織物,土工膜,土工復(fù)合材料,土工合成材料的種類(lèi),土工織物,土工織物(土工布)的

7、分類(lèi),(一) 織造型土工織物,絲種包括單絲、多絲及二者的混合。單絲是單根絲，典型直徑約為圖1-2土工織物的經(jīng)緯絲0.5mm，它是將聚合物熱熔后從模具中擠壓出來(lái)的連續(xù)長(zhǎng)絲。在擠出同時(shí)或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強(qiáng)度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強(qiáng)土工織物時(shí)常采用多絲。多絲也有用切割成的短絲(一般長(zhǎng)100mm)搓擰而成的。,圖1-2 土工織物的經(jīng)緯絲,土工織物,這類(lèi)產(chǎn)品又稱(chēng)有紡?fù)凉た椢?，是最早的土工織物產(chǎn)品。它的制造分兩道工序：先將聚合物原料加工成絲或紗或帶，再借織機(jī)制成平面結(jié)構(gòu)的布狀產(chǎn)品?？椩鞎r(shí)常包括相互垂直的兩組平行絲，如圖1-2。沿織機(jī)(長(zhǎng))方向的稱(chēng)經(jīng)絲，橫過(guò)織機(jī)(

8、寬)方向的稱(chēng)緯絲。這種織物看來(lái)簡(jiǎn)單，卻有著不同的絲種和不同的織法。,(一) 織造型土工織物,早期的土工織物系由單絲織成，后來(lái)發(fā)展為采用扁絲。扁絲是由聚合物薄片經(jīng)利刀切成的薄條，其厚度比單絲薄得多，且在切片前后都要牽引拉伸以提高其強(qiáng)度。扁絲寬度約為3mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多數(shù)編織土工織物是由扁絲織成，而圓絲和扁絲結(jié)合織成的織物有較高的滲透性，如圖1-3。,圖1-3 圓絲和扁絲織成的織物,另一種特殊的扁絲叫裂膜絲(fabrillated yarn)，它是將一根扁絲剖成許多根細(xì)絲，但仍連在一起。由裂膜絲織成的織物較為密實(shí)，柔軟而滲透性小。多絲和裂膜絲結(jié)合織成的編織物厚度可達(dá)12mm，比扁

9、絲織成的要厚。,土工織物,織造型土工織物的制造型式,織造型土工織物有三種基本的制造型式：平紋、斜紋和緞紋。平紋是一種最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最多的織法。其形式是經(jīng)、緯絲一上一下，如圖1-2、圖1-3。斜紋則是經(jīng)絲跳越幾根緯絲，最簡(jiǎn)單的形式是經(jīng)絲二上一下，如圖1-4。緞紋織法是經(jīng)絲和緯絲長(zhǎng)距離的跳越，例如經(jīng)絲五上一下，這種織法適用于衣料類(lèi)產(chǎn)品。,圖1-4 斜紋土工織物,在織造時(shí)，由于梭子要不斷地牽引緯絲從經(jīng)絲的空間中穿過(guò)，故要求經(jīng)絲強(qiáng)度比緯絲的高。采用不同的絲和紗以及不同的織法，可以使織成的產(chǎn)品具有不同的特性。例如平紋織物有明顯的各向異性，如圖1-5，其經(jīng)、緯向的摩擦系數(shù)也不一樣；圓絲織物的滲透性一般比扁絲

10、的要高，每厘米長(zhǎng)的經(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物也愈密愈強(qiáng)，滲透性則愈低。單絲的表面積較多絲的要小，其防止生物淤堵的性能要好一些。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快，等等。由此可見(jiàn)，可以借調(diào)整絲(紗)的材質(zhì)、品種和織造方式等來(lái)得到符合工程要求的強(qiáng)度、經(jīng)緯強(qiáng)度比、摩擦系數(shù)、等效孔徑和耐久性等項(xiàng)指標(biāo)。在工程實(shí)施中應(yīng)根據(jù)具體要求來(lái)優(yōu)選產(chǎn)品，鋪設(shè)時(shí)要注意材料的合理鋪設(shè)方向,土工織物,圖 針刺無(wú)紡?fù)凉げ?(二) 非織造型土工織物,這類(lèi)產(chǎn)品又稱(chēng)無(wú)紡?fù)凉た椢?。根?jù)粘合方式的不同，非織造型土工織物分為熱粘合、化學(xué)粘合和機(jī)械粘合等三種。,熱粘合非織造型土工織物的制造，是將纖維在傳送帶上成網(wǎng)，讓其通過(guò)兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的

11、熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)受到一定溫度后，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化。該法主要用于生產(chǎn)薄型土工織物，厚度一般為O.51.0mm。由于纖維是隨機(jī)分布的，織物中形成無(wú)數(shù)大小不一的開(kāi)孔。再因?yàn)闊o(wú)經(jīng)緯絲之分，故其強(qiáng)度的各向異性不明顯。,化學(xué)粘合法土工織物，是通過(guò)不同工藝，將粘合劑均勻地施加到纖維網(wǎng)中，待粘合劑固化，纖維之間便互相粘連，使網(wǎng)得以加固，厚度可達(dá)3mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合劑前加以滾壓，得到較薄的和孔徑較小的產(chǎn)品。這類(lèi)產(chǎn)品在工程中的應(yīng)用較少。,機(jī)械粘合法是以不同的機(jī)械工具將纖維網(wǎng)加固，應(yīng)用最廣的是針刺法，還有用水刺法的。針刺法利用裝在針刺機(jī)底板上的許多

12、截面為三角形或棱形且側(cè)面有鉤刺的針，由機(jī)器帶動(dòng)，作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，讓網(wǎng)內(nèi)的纖維互相纏結(jié)，從而織網(wǎng)得以加固。產(chǎn)品厚度一般在1mm以上，孔隙率高，滲透性大，反濾排水性能均佳，在水利工程中應(yīng)用很廣。水刺法是利用高壓噴射水流射入纖維網(wǎng)，使纖維互相纏結(jié)加固。其產(chǎn)品較為柔軟，主要用作衛(wèi)生用品，工程中尚未應(yīng)用，,土工織物,土工膜,土工膜是一種基本不透水的材料。根據(jù)原材料不同，可分為聚合物和瀝青兩大類(lèi)。為滿(mǎn)足不同強(qiáng)度和變形需要，又有不加筋和加筋的區(qū)分。聚合物膜在工廠(chǎng)制造，瀝青膜則大多在現(xiàn)場(chǎng)制造。,制造土工膜的聚合物有熱塑塑料(如聚氯乙烯)、結(jié)晶熱塑塑料(如高密度聚乙烯)、熱塑彈性體(如氯化聚乙烯)和橡膠(如氯丁

13、橡膠)等。,工廠(chǎng)制造土工膜的方法主要有擠出、壓延或加涂料等。擠出是將熔化的聚合物通過(guò)模具制成土工膜，厚0.254mm。壓延則是將熱塑性聚合物通過(guò)熱輥壓成土工膜，厚0.252mm。加涂料是將聚合物均勻涂在紙片上，待冷卻后將土工膜揭下來(lái)而成。,現(xiàn)場(chǎng)制造土工膜是在地面噴涂或敷一層冷或熱的粘滯聚合物而成。瀝青土工膜用的是瀝青聚合物或合成橡膠。,制造土工膜時(shí)還需要摻入一定量的添加劑，使在不改變材料基本特性的情況下，改善其某些性能和降低成本。例如摻入碳黑可以提高抗日光紫外線(xiàn)能力，延緩老化；摻人鉛鹽、鋇、鈣等衍生物以提高材料的抗熱、抗光照穩(wěn)定性；摻人滑石等潤(rùn)滑劑以改善材料可操作性；摻入殺菌劑可防止細(xì)菌破壞等

14、。對(duì)于瀝青類(lèi)土工膜，其主要的摻人材料是一些填料或纖維。填料可為細(xì)礦粉，它能增加膜的強(qiáng)度且降低其成本；加入纖維，也是為提高膜的強(qiáng)度。,圖 土工膜,HDPE防滲膜,HDPE 防滲膜選用優(yōu)質(zhì)的聚乙烯原生樹(shù)脂，主要成分為 97.5% 的高密度聚乙烯，約 2.5% 的碳黑、抗老化劑、抗氧劑、紫外線(xiàn)吸收劑、穩(wěn)定劑等輔料，用目前國(guó)際上最先進(jìn)的意大利全自動(dòng)土工生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)三層共擠技術(shù)制成。所有產(chǎn)品均依據(jù)美國(guó) GRI 標(biāo)準(zhǔn)和 ASTM 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行生產(chǎn)，規(guī)格齊全，光面糙面厚度 0.25mm-3.0mm ，寬幅 4m-12m ，滿(mǎn)足環(huán)保環(huán)衛(wèi)、水利、建筑、市政工程、園林、景觀(guān)、石化、礦業(yè)、鹽業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)

15、用要求。,HDPE防滲膜作為一種新型材料，具有優(yōu)異的防滲、防腐性能、化學(xué)穩(wěn)定性好，并可以根據(jù)實(shí)際工程需要進(jìn)行加工的特性和功能，已被廣泛用于水利工程的堤、壩、水庫(kù)的防滲，同時(shí)也在渠道、蓄水池、污水池、游泳池、房屋建筑、地下建筑物、垃圾場(chǎng)、環(huán)境工程等方面作為防滲、防腐、防漏、防潮材料使用。發(fā)達(dá)國(guó)家從上世紀(jì)30 年代起，就開(kāi)始廣泛應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)也從80 年開(kāi)始在各項(xiàng)工程中逐步推廣使用HDPE防滲膜。,土工復(fù)合材料,土工復(fù)合材料是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品。這類(lèi)制品將各組合料的特性相結(jié)合，以滿(mǎn)足工程的特定需要。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(shuō)土工復(fù)

16、合材料是當(dāng)前和今后一段時(shí)期發(fā)展的大方向。,復(fù)合土工膜是將土工膜和土工織物（包括織造和非織造型）復(fù)合在一起的產(chǎn)品。應(yīng)用較多的是非織造針刺土工織物，其單位面積質(zhì)量一般為200600g/m2。復(fù)合土工膜在工廠(chǎng)制造時(shí)可以有兩種方法，一是將織物和膜共同壓成；另外也可在織物上涂抹聚合物以形成二層（俗稱(chēng)一布一膜）、三層（二布一膜）、五層（三布二膜）的復(fù)合土工膜。,復(fù)合土工膜有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：以織造型土工織物復(fù)合，可以對(duì)土工膜加筋，保護(hù)膜不受運(yùn)輸或施工期間的外力損壞；以非織造型織物復(fù)合，不僅對(duì)膜提供加筋和保護(hù)，還可起到排水排氣的作用，同時(shí)提高膜面的摩擦系數(shù)，在水利工程和交通隧洞工程中有廣泛的應(yīng)用。,復(fù)合土工膜

17、,土工復(fù)合材料概述,土工復(fù)合材料,塑料排水帶(prefabricafed strip drain）,塑料排水帶是由不同截面形狀的連續(xù)塑料芯板外面包裹非織造土工織物（濾膜）而成。芯板的原材料為聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多種型式，常見(jiàn)的有城垛式、和乳頭式等，如圖1-6。芯板起骨架作用，截面形成的縱向溝槽供通水之用，而濾膜多為滌綸無(wú)紡織物，作用是濾土、透水。塑料排水帶的寬度一般為100mm，厚度3.54mm，每卷長(zhǎng)100200m，每米重約0.125kg。我國(guó)目前排水帶的寬度最大達(dá)230mm，國(guó)外已有2m以上的寬帶產(chǎn)品。,塑料排水帶的施工是利用插帶機(jī)將其埋沒(méi)在土層中的預(yù)定位置。塑料帶前端與錨

18、靴相連，用插帶機(jī)導(dǎo)桿頂住錨靴，插入土層中，達(dá)到預(yù)定深度后拔出導(dǎo)桿，但排水帶仍留在預(yù)定位置，在高出地面一定高度(0.5m左右)剪斷排水帶。施工時(shí)可用靜荷或動(dòng)荷送桿，靜荷送桿對(duì)土層擾動(dòng)小，較為常用。我國(guó)插帶機(jī)的插入深度可達(dá)約25m，入士速率可達(dá)6m/min。排水帶的平面分布間距可借理論計(jì)算確定，一般為l2m。排水帶插入軟基后，為排除土中的多余水量提供了捷徑，多余水可水平向通過(guò)帶的濾膜進(jìn)入芯板溝槽，再向上由地表的透水料墊層排走。排水帶在公路、碼頭、水閘等軟基加固工程中應(yīng)用廣泛，以加速軟土固結(jié)。,塑 料 排 水 帶,土工復(fù)合材料(geocomposite),土工復(fù)合材料,軟式排水管,軟式排水管又稱(chēng)為滲

19、水軟管，是由高強(qiáng)鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護(hù)作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的，如圖1-7。高強(qiáng)鋼絲由鋼線(xiàn)經(jīng)磷酸防銹處理，外包一層PVC材料，使其與空氣及水隔絕，避免氧化生銹。包裹材料有三層，內(nèi)層為透水層，由高強(qiáng)特多龍紗或尼龍紗作為經(jīng)紗，特殊材料為緯紗制成；中層為非織造土工織物過(guò)濾層；外層為與內(nèi)層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復(fù)合整體性，支撐體和管壁外裹材料間，以及外裹各層之間都采用了強(qiáng)力粘結(jié)劑粘合牢固。目前市場(chǎng)出售的管徑分別為50.1mm、80.4mm和98.3mm，相應(yīng)的通水量(坡降i1/250)為45.7cm3/s、162.7cm3/s、311.4cm 軟式排水管兼有硬水

20、管的耐壓與耐久性能，又有軟水管的柔性和輕便特點(diǎn)，過(guò)濾性強(qiáng)，排水性好，可用于各種排水工程中。,圖1-7軟式排水管構(gòu)造示意圖,軟 式 排 水 管,土工復(fù)合材料,塑料波紋管,塑料波紋管有HJ50至HJ160多種規(guī)格，能與不同規(guī)格的預(yù)應(yīng)力群錨配套使用，具有密封性好、強(qiáng)度高、不漏漿、不易被振動(dòng)棒鑿破、摩阻系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。在預(yù)應(yīng)力橋梁、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中使用塑料波紋管圓管管形成的孔道解決了傳統(tǒng)金屬波紋管易漏漿，造成孔道堵塞無(wú)法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力穿束、張拉、灌漿施工。采用真空灌漿工藝提高預(yù)應(yīng)力孔道灌漿的飽滿(mǎn)度及密實(shí)度，提高了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。,土工復(fù)合材料,其他復(fù)合排水材料,現(xiàn)在已生產(chǎn)出各種型式芯材和外包濾

21、膜的復(fù)合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各種奶頭形的，有土工網(wǎng)的，還有用塑料絲纏成的網(wǎng)狀體的等等(圖1-8)，它們均具有較大的排水能力，可按工程需要選用。,圖1-8 復(fù)合排水材料,土工復(fù)合材料,三維植被網(wǎng),三維植被網(wǎng)是一種新型土木工程材料，屬于國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)品目錄中新型材料技術(shù)領(lǐng)域重復(fù)各材料中的增強(qiáng)體材料。 特點(diǎn)： 是用于植草固土用的一種三維結(jié)構(gòu)的似絲瓜網(wǎng)絡(luò)樣的網(wǎng)墊，質(zhì)地疏松、柔韌，留有90%的空間可充填土壤、沙礫和細(xì)石，植物根系可以穿過(guò)其間，舒適、整齊、均衡的生長(zhǎng)，長(zhǎng)成后的草皮使網(wǎng)墊、草皮、泥土表面牢固地結(jié)合在一起，由于植物根系可深入地表以下3040cm，形成了一層堅(jiān)固的綠色復(fù)合保護(hù)層

22、。,土工復(fù)合材料,塑料盲溝,塑料盲溝是土工合成材料，是塑料芯體外包裹無(wú)紡布土工布組成。塑料芯體是認(rèn)熱可塑料，合成樹(shù)脂為主要原料，經(jīng)過(guò)改性，在熱溶狀態(tài)下，通過(guò)噴嘴擠壓出細(xì)的塑料絲條，再通過(guò)成型裝置將擠出的塑料絲在結(jié)點(diǎn)上熔接，形成三堆立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成盲溝材。,土工復(fù)合材料,軟式透水管,軟性透水管是以防銹彈簧圈支撐管體，形成高抗壓軟式結(jié)構(gòu)，無(wú)紡布內(nèi)襯過(guò)濾，使泥砂不能進(jìn)入管內(nèi);從而達(dá)到凈滲滲水的功效。丙綸絲燒被覆層具有優(yōu)良吸水性，能迅速懼土體中多余水份。橡膠筋使管壁被覆層與彈簧鋼圈管體成為有機(jī)一體，具有很好的全方位透水功能，滲透水能順利滲入管內(nèi)，而泥砂雜質(zhì)被阻擋在管外，從而達(dá)到透水、過(guò)濾排水一氣呵成之

23、目的。,土工復(fù)合材料,EVA防水板,EVA防水板防水材料是由多層共擠成型的薄膜（防滲膜）該產(chǎn)品具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐老化、抗穿刺性強(qiáng)、摩擦系數(shù)大、柔韌、耐腐蝕等特點(diǎn)，同時(shí)兼有質(zhì)輕、幅寬、耐低溫、防水性好、鋪設(shè)加工容易、焊接性好等優(yōu)點(diǎn)。,EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物，具有良好的撓曲性、柔韌性、彈性、耐候性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性和粘接性能.,土工特種材料,(一) 土工格柵,土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進(jìn)行拉伸而成的帶長(zhǎng)方形或方形孔的板材，如圖1-9。加熱拉伸是讓材料中的高分子定向排列，以獲得較高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率。按拉伸方向不同，格柵分為單向拉伸(孔近矩形)和雙向拉伸(孔近方形

24、)兩種。前者在拉伸方向上有較高強(qiáng)度，后者在兩個(gè)拉伸方向上皆有較高強(qiáng)度。,（a）“坦薩”SS2；（b）“奈特龍”CE121；（c）“坦薩”SR2；（d）“坦薩”GM1,土工格柵因其高強(qiáng)度和低延伸率而成為加筋的好材料，例如英國(guó)奈特龍(Netlon)公司生產(chǎn)的坦薩(TENSAR)SR2(單向)的縱、橫向抗拉強(qiáng)度分別為80kN/m和13kN/m，延伸率分別為9和15(常溫下)。土工格柵埋在土內(nèi)，與周?chē)林g不僅有摩擦作用，而且由于土石料嵌入其開(kāi)孔中，還有較高的咬合力，它與土的摩擦系數(shù)可以高達(dá)0.81.0。,土工格柵的品種和規(guī)格很多，目前開(kāi)發(fā)的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的(圖1-10)，也有用高強(qiáng)合成

25、材料絲縱橫連接而成的，等等。,圖 l-10加筋帶焊成的土工格柵,土工特種材料,塑料焊接土工格柵,塑料焊接土工格柵是以聚丙烯為主料，加入抗老化劑和其它助劑，通過(guò)擠壓拉伸成表面有粗糙壓紋的高強(qiáng)度的精制肋條，把肋條按平面經(jīng)緯成直角，經(jīng)超聲波焊接其交點(diǎn)而成,土工特種材料,土工格柵分類(lèi),土工特種材料,鋼塑復(fù)合土工格柵,鋼塑加筋土工格柵是由鋼塑加筋帶經(jīng)新穎工藝復(fù)合而成, 由于此產(chǎn)品表面延壓成具有規(guī)則的粗花紋, 鋪設(shè)于換填土層中承受了巨大的抗應(yīng)力和與填土之間的摩擦力, 整體上限制了地基土的剪切, 側(cè)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(chǔ)荷載的擴(kuò)散并較均勻地傳遞, 分布到下臥軟土層上, 較

26、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(nèi)地基的整體剛度, 有利于調(diào)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(fù)合墊層屬于柔性結(jié)構(gòu)物, 能很好地吸收地震的能量, 故其抗震性能好。,土工特種材料,玻璃纖維土工格柵,玻璃纖維土工格柵是一種用于路面增強(qiáng)、老路補(bǔ)強(qiáng)，加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。在處理瀝青 路面反射裂紋應(yīng)用上，已成為不可替代的材料。該產(chǎn)品是以高強(qiáng)無(wú)堿玻璃纖維通過(guò)國(guó)際先進(jìn)的經(jīng)編工藝制成網(wǎng)狀基材，經(jīng)表面涂覆處理而制成的半剛性制品。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率，并具有耐高 溫、耐低寒、抗老化、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于瀝青路面、水泥路

27、面及路基的增強(qiáng)和鐵路路基、堤壩護(hù)坡、機(jī)場(chǎng)跑道、防沙治沙等工程項(xiàng)目。,土工特種材料,凸接點(diǎn)鋼塑復(fù)合土工格柵,土工特種材料,塑料拉伸土工格柵,土工特種材料,玻璃纖維土工格柵,玻璃纖維土工格柵是一種用于路面增強(qiáng)、老路補(bǔ)強(qiáng)，加固路基及軟土基的優(yōu)良土工合成材料。在處理瀝青 路面反射裂紋應(yīng)用上，已成為不可替代的材料。該產(chǎn)品是以高強(qiáng)無(wú)堿玻璃纖維通過(guò)國(guó)際先進(jìn)的經(jīng)編工藝制成網(wǎng)狀基材，經(jīng)表面涂覆處理而制成的半剛性制品。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率，并具有耐高 溫、耐低寒、抗老化、耐腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于瀝青路面、水泥路面及路基的增強(qiáng)和鐵路路基、堤壩護(hù)坡、機(jī)場(chǎng)跑道、防沙治沙等工程項(xiàng)目。,土工特種材

28、料,(二) 土工網(wǎng),土工網(wǎng)是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應(yīng)用熱塑擠出法生產(chǎn)的具有較大孔徑和較大剛度的平面結(jié)構(gòu)材料?？梢蚓W(wǎng)孔尺寸、形狀、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差異。一般而言，土工網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度都較低，延伸率較高，以英國(guó)NETLON系列為例，其抗拉強(qiáng)度僅為28kN/m，延伸率一般達(dá)到20以上。,這類(lèi)產(chǎn)品常用于坡面防護(hù)、植草、軟基加固墊層，或用于制造復(fù)合排水材料。一般說(shuō)來(lái)，它只有在受力水平不高的場(chǎng)合，才能用于加筋。 CE131和CE151兩種用途最廣的土工網(wǎng)。,土工特種材料,CE131和CE151土工網(wǎng),CE1311. 用于路基補(bǔ)強(qiáng)，使粒狀填料與網(wǎng)格互相鎖合在一起，形成穩(wěn)定的平面，防止填料

29、下陷，并可將垂直載苛分散，地理?xiàng)l件惡劣地區(qū)可采用多層補(bǔ)強(qiáng)； 2. 鋪于堤壩及路基填土中能增加它的穩(wěn)定性，減少占地面積； 3. 用于路面補(bǔ)強(qiáng)，使網(wǎng)格與路面材料摻合在一起，可以有效地分散傳遞載荷，防止路面裂紋； 4. 可承受一定沖擊載荷； 5. 可承受較大的交變載荷； 6. 縮短工程建設(shè)周期； 7. 在惡劣環(huán)境條件下，也能施工； 8. 可防止翻漿造成的路面沉陷和裂紋； 9. 可減少路面材料用量； 10. 加快施工速度。 CE1511. 堤壩及巖石表面的防護(hù)。以防止侵蝕作用，避免產(chǎn)生塌方、巖石松動(dòng)和水土流失； 2. 河、道岸治理工程，因具有柔韌性強(qiáng)、滲透性好、不受海水侵蝕，并能吸收波浪沖擊能量，故可

30、做成矩形、方形或管狀石 籠，直接安裝在水下，起導(dǎo)流和防護(hù)作用，施工時(shí)不需要費(fèi)用昂貴的潛水作業(yè)； 3. 隧洞周壁的噴錨防護(hù)網(wǎng)。,土工特種材料,(三) 土工模袋,土工模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續(xù)袋狀材料，袋內(nèi)充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板，可用作護(hù)坡。這種袋體代替了混凝土的澆注模板，故而得名。模袋上下兩層之間用一定長(zhǎng)度的尼龍繩來(lái)保持其間隔，可以控制填充時(shí)的厚度。澆注在現(xiàn)場(chǎng)用高壓泵進(jìn)行?；炷粱蛏皾{注入模袋后，多余水量可從織物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使強(qiáng)度增高。,按加工工藝的不同，可將模袋分為兩類(lèi)，即機(jī)織模袋和簡(jiǎn)易模袋。前者是由工廠(chǎng)生產(chǎn)的定型產(chǎn)品，而后者

31、是用手工縫制而成。,機(jī)織模袋按其有無(wú)排水點(diǎn)和充填后成型的形狀分成許多種。我國(guó)現(xiàn)行的機(jī)織模袋有下列五種，其形狀、規(guī)格與用途見(jiàn)表1-2,土工特種材料,土工特種材料,1有過(guò)濾點(diǎn)模袋(FP) 過(guò)濾點(diǎn)將上下兩片織物連在一起，濾點(diǎn)處不讓泵液進(jìn)入，它可供排除土坡滲水，消除孔隙水壓力。這類(lèi)模袋充填砂漿。 2薄型無(wú)過(guò)濾點(diǎn)模袋(NF) 這類(lèi)模袋只有接縫排水，充填料用砂漿，適用于無(wú)水位驟降和無(wú)防滲要求的護(hù)坡。 3厚型無(wú)過(guò)濾點(diǎn)模袋(CX) 充填細(xì)砂混凝土，厚度大，用于重型防護(hù)工程，如海灣、碼頭護(hù)岸。 4鉸鏈型模袋(RB) 這類(lèi)模袋充填砂漿凝固后，形成許多獨(dú)立而又以尼龍繩相聯(lián)的塊體，塊與塊間能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，排水通暢，適用于

32、有較大不均勻沉降和地形變化大的坡面或地基防沖。 5框架型模袋(NB) 這類(lèi)模袋充填砂漿后形成方形或長(zhǎng)方形格子，格中可種植花草，既可護(hù)坡，又美化環(huán)境。 此外，近年來(lái)美國(guó)HYDROTEX公司還生產(chǎn)一種稱(chēng)為AB型的模袋，其中插有鋼筋，為鉸鏈?zhǔn)?，?qiáng)度高，適用于海岸防護(hù)。,土工特種材料,(四) 土工格室,土工格室是由強(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型的條帶厚1.2mm、寬100mm，每隔300mm進(jìn)行焊接。閉合和張開(kāi)時(shí)的形狀如圖1-11。格室張開(kāi)后，可填以土料，由于格室對(duì)土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強(qiáng)度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用

33、于固沙，還可用于護(hù)坡等。,圖1-11土工格室（a）規(guī)格；（b）鋪設(shè)后,土工特種材料,(五) 土工管、土工包,聚苯乙烯板塊稱(chēng)泡沫塑料，是由聚苯乙烯聚合物為原料，加入發(fā)泡劑制成的。它的主要特點(diǎn)是質(zhì)量極輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小，但也有一定抗壓強(qiáng)度。其單位體積質(zhì)量?jī)H20.440.8kg/m3，為砂和混凝土的1/501/100，屬超輕型材料；導(dǎo)熱系數(shù)為p0.030.038kcalmH，吸水率僅為O.150.20g/100cm3。由于其質(zhì)輕，可用它代替土料，填筑橋端的引堤，解決橋頭跳車(chē)問(wèn)題。其導(dǎo)熱系數(shù)低，故在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結(jié)構(gòu)物凍害，例如在擋墻背面或閘底板下，放置泡沫塑料以防止凍脹等。,土工

34、特種材料,(七) 土工合成材料粘土墊層,土工合成材料粘土墊層是由兩層或多層土工織物(或土工膜)中間夾一層膨潤(rùn)土粉末(或其他低滲透性材料)以針刺(縫合或粘接)而成的一種復(fù)合材料。它與壓實(shí)粘土墊層相比，具有體積小、質(zhì)量輕、具柔性、密封性良好、抗剪強(qiáng)度較高、施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)不均勻沉降等優(yōu)點(diǎn)，可以代替一般的粘土密封層，用于水利或土木工程中的防滲或密封設(shè)計(jì)。國(guó)外大量用于廢料坑的底部防滲襯砌和頂部封蓋。,現(xiàn)有的土工合成材料粘土襯墊斷面圖(a)上下土工織物層問(wèn)粘合粘土；(b)上下土工織物層間縫合粘土；(c)上下土工織物層間針刺粘土；(d)土工膜上粘合粘土,(1) 土工合成材料粘土墊層(Geosynthetic

35、s Clay Liner)簡(jiǎn)稱(chēng)GCL，是由兩層(或多層)土工合成材料(織物、膜等)中間夾一層鈉化膨潤(rùn)土粉組成的復(fù)合產(chǎn)品(見(jiàn)圖6-1)，用以代替粘土防滲層。GCL有如下優(yōu)點(diǎn)： 1) 因鈉化膨潤(rùn)土粉與非織造針刺土工織物纖維充分纏繞，止水性強(qiáng)，耐沖刷，且不會(huì)因干濕和凍融反復(fù)循環(huán)而降低防滲性能，其滲透系數(shù)在510-1l510-12m/s之間。 2) 材料的厚度約67mm，幅寬達(dá)4.8m，卷長(zhǎng)約30m，卷在硬質(zhì)軸上，整卷重約500kg，易于運(yùn)輸和安裝。 3) 任何可能的漏水點(diǎn)因膨潤(rùn)土粉的遷移而自愈合，接縫處也只需疊合約0.30m，即可滿(mǎn)足防滲性能。由于以上性能，GCL被用于地下水的保護(hù)、堤壩止水、水庫(kù)和

36、蓄水池防滲，以及填筑和掩埋場(chǎng)的密封面層等.,土工特種材料,膨潤(rùn)土防水墊（GCL） 由三層組成，上下兩層分別為土工織物，主要起保護(hù)和加固作用，使之具有一定的整體抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 ; 中間為鈉基膨潤(rùn)土粒層，它由天然的粘土礦無(wú)機(jī)材料加工而成，具有高膨脹性和高吸水能力，濕潤(rùn)時(shí)透水性能低 ，主要起防滲作用。 膨潤(rùn)土復(fù)合防水墊彩特殊針刺的方法，特殊針刺的過(guò)程就是使粗纖維從上層土工織物穿過(guò)膨潤(rùn)土層，固定在下層土工織物上，將三個(gè)部分結(jié)合為一體，有效的增強(qiáng)了膨潤(rùn)土復(fù)合防水墊的整體性，使膨潤(rùn)土復(fù)合防水墊的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度大大增強(qiáng)。這使得膨潤(rùn)土復(fù)合防水墊可單獨(dú)使用，也可與壓實(shí)粘土防滲體或土工膜組合使用。主要應(yīng)用

37、于環(huán)境工程中的廢棄物填埋場(chǎng)、地下水庫(kù)、地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等工程中，解決密封、隔離、防滲漏問(wèn)題，效果好，抗破壞性強(qiáng)。,膨潤(rùn)土防水毯（GCL,土工合成材料基礎(chǔ)知識(shí),功能篇,土工合成材料的功能,土工合成材料是用各種高分子材料專(zhuān)門(mén)制造的，用于巖土工程、環(huán)境巖土工程、水利和交通工程。土工合成材料的主要功能很方便識(shí)別，可用來(lái)隔離、過(guò)濾、排水、加筋、液體或氣體圍堵、水土保持。在某些情況下，土工合成材料可以有雙重功能。,隔離,土工合成材料可以隔離顆粒級(jí)配不同的兩層土。例如，土工織物可用于防止路基材料嵌入軟弱下臥層，從而維持設(shè)計(jì)厚度和道路的完整性。隔離層也有利于防止細(xì)粒土路基涌入透水狀路基中。,土工合成材料的性能

38、和砂濾層類(lèi)似，允許水流 經(jīng)土壤同時(shí)又保留所有高水位處的土壤顆粒。例如，土工織物用來(lái)阻止土粒遷移進(jìn)排水骨料或排水管而同時(shí)水能流經(jīng)系統(tǒng)。 土工織物也用在海岸和河岸的拋石和其他護(hù)岸材料下以防土 壤流失。,過(guò)濾,排水,土工合成材料作為排水管引導(dǎo)液體流經(jīng)滲透性較弱的土壤。例如，土工合成材料可用來(lái)消散路堤中孔隙水壓力。針對(duì)更大的流量開(kāi)發(fā)了土工復(fù)合排水管。這些材料已被用來(lái)作為路緣帶排水管、邊坡截水管、壩肩及擋水墻的排水管。塑料排水板（PVDs）已被用于加速堤壩和預(yù)壓荷載下的軟粘土地基的骨節(jié)。,防護(hù)（水土保持）,土工合成材料用于減少由降雨影響和地 表水徑流造成的土壤流失。例如，臨時(shí)土工合成墊和永久性 輕質(zhì)土工

39、合成墊鋪設(shè)在邊坡上外露的土壤表面上。土工布粉 土圍欄用來(lái)去除含沙徑流水中的懸浮顆粒。用生物降解木纖維制造了一些水土保持墊。,土工合成材料作為土體內(nèi)的加筋體或與土壤結(jié)合形成復(fù)合體，土體強(qiáng)度及變形性能較為加筋土有所提高。例如，土工織物和土工格柵用來(lái)增加土體的抗拉強(qiáng)度以形成垂直或接近垂直臺(tái)階（加筋擋土墻）。加筋能使堤壩建在極軟地 基上，且堤壩邊坡的坡角可以比未加筋時(shí)更陡。土工合成材料（通常土工格柵）可跨越持力層（公路和鐵路）或填埋場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)下的孔洞。,防滲,土工合成材料作為一種不透流體或氣體的屏障。例如，土工膜、薄膜復(fù)合土工布、土工合成材料粘土襯墊（GCLs）和涂層土工布作為流體屏障以阻止液體或氣體

40、的流動(dòng)。這個(gè)功能也可用于瀝青路面覆蓋、膨脹土的封裝和廢棄物的圍堵。,加筋,土工合成材料的功能,隔離功能,可以圖2-1作示意性解釋。圖2-1(a)為在粗粒土上覆蓋細(xì)粒土，并有荷載作用；(b)與圖(a)相反，為在細(xì)粒土上填筑粗粒土；圖(c)則既有粗、細(xì)粒土的相鄰，又有滲流運(yùn)動(dòng)；圖(d)則是在兩種不同界面處有孔穴存在。在這幾種情況中，明顯看出，在標(biāo)有號(hào)碼“1”處，隔離材料在粗粒土的孔隙部位或兩種材料界面的孔穴部位將受到來(lái)自受壓軟土的擠頂作用，為此，要求隔離材料必須有足夠的抗頂破能力；在標(biāo)有號(hào)碼“2”處，隔離材料則將受到由粗土粒棱角施加的穿刺力，故隔離材料還應(yīng)有抵抗刺破的能力。用于隔離的土工合成材料應(yīng)

41、以它們?cè)诠こ讨械挠猛緛?lái)確定。應(yīng)用最多的是有紡和無(wú)紡?fù)凉た椢铩Ｈ绻麑?duì)材料的強(qiáng)度要求較高，有時(shí)還要求以土工網(wǎng)或土工格柵作為材料的墊層。當(dāng)要求隔離防滲時(shí)，則需要土工膜或復(fù)合土工膜。 ,圖2-1 土工合成材料的隔離作用(a)碎石地基；(b)軟基(無(wú)滲水)；(c)軟基(有滲水)；(d)裂縫地基1頂破；2刺破,水利工程中要求隔離的實(shí)例很多，茲舉典型的如下： (1) 堤壩粘土心墻和斜墻上下游的過(guò)濾層。 (2) 堤壩排水體與壩體的隔離層。 (3)岸坡防護(hù)層下的墊層以及地基上填筑粗粒料時(shí)的界面隔離層等。, 隔離是指在兩種物理力學(xué)性質(zhì)不同的材料之間鋪設(shè)土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細(xì)粒土隔離，軟土和

42、填土之間隔離等等。,過(guò)濾(反濾)功能,當(dāng)土中水流過(guò)土工織物時(shí)，水可以順暢穿過(guò)，而土粒卻被阻留的現(xiàn)象稱(chēng)為反濾(過(guò)濾)。反濾不同于排水，后者的水流是沿織物表面進(jìn)行的，而不是穿越織物。當(dāng)土中水從細(xì)粒土流向粗粒土，或水流從土內(nèi)向外流出的出逸處，需要設(shè)置反濾措施，否則土粒將受水流作用而被帶出土體外，發(fā)展下去可能導(dǎo)致土體破壞。土工織物可以代替水利工程中傳統(tǒng)采用的砂礫等天然反濾材料作為反濾層(或稱(chēng)濾層)。,用作反濾的土工織物一般是非織造型(無(wú)紡)土工織物，有時(shí)也可以用織造型土工織物。,堤壩工程中可以用土工合成材料作濾層的情況很多： （1）堤壩粘土斜墻和粘土心墻的反濾層 （2）堤壩內(nèi)部和下游排水體濾層。 （3

43、）渠道、堤防、海岸等亂石或混凝土板護(hù)面下的濾層。 （4）水閘分縫處、下游護(hù)坦、河漫下的濾層。 （5）擋土墻、岸墻等背面排水系統(tǒng)中的濾層。 （6）排水暗管或排水暗溝外面的包裹體。 （7）減壓井或測(cè)壓管的外裹體。 此外，公路和機(jī)場(chǎng)跑道的基層，鐵軌下道渣與土基間的隔離層等，也都同時(shí)要求反濾功能。,以往的直觀(guān)概念都認(rèn)為土工織物起反濾作用等同于過(guò)篩作用，后來(lái)的研究卻證明土工織物所以發(fā)揮反濾功能主要是由于它具有促進(jìn)天然濾層形成的“催化”作用。另外，當(dāng)土工織物作為濾層而長(zhǎng)期作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)有淤堵現(xiàn)象，從而使其反濾作用減弱或至消失。為此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵發(fā)生。 （一）反濾機(jī)理 土工織物的反濾作

44、用可以用圖2-2來(lái)說(shuō)明。圖中左側(cè)為大孔隙堆石體，右側(cè)為被保護(hù)土，二者之間夾有起反濾作用的土工織物。當(dāng)水流從被保護(hù)土自右向左流入堆石體時(shí)，部分細(xì)土粒將被水流挾帶進(jìn)入堆石體。在被保護(hù)土一側(cè)的土工織物表面附近，較粗土粒首先被截留，使透水性增大。同時(shí)，這部分較粗粒層將阻止其后面的細(xì)土粒繼續(xù)被水流帶走，而且越往后細(xì)土粒被流失的可能性越小，于是就在土工織物的右側(cè)形成一個(gè)從左往右顆粒逐漸變細(xì)的“天然反濾層”。該層發(fā)揮著保護(hù)土體的作用?？梢?jiàn)土工織物的存在只是起了促成天然反濾層形成的“催化”作用。 ,過(guò)濾(反濾)功能,圖2-2 反濾機(jī)理示意圖1排水體；2土工織物；3“天然”反濾層；4原土體,化學(xué)淤堵是由于滲流水

45、中的各種離子，受化學(xué)作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、 Fe02等，停留于織物孔隙中，減少水流通道從而降低織物的滲透性。生物淤堵是土體或土中水內(nèi)的藻尖、菌頭微生物和有機(jī)質(zhì)在織物孔隙中滋長(zhǎng)繁殖，堵塞孔隙所造成。淤堵對(duì)織造型和非織造型土工織物有著不同影響。織造型織物孔口通道單一，管狀通道間不連通，故孔口或通道內(nèi)任一處被堵塞，整個(gè)通道即不通。針刺非織造土工織物則兼有垂直和水平結(jié)構(gòu)，而且它們之間是相通的，織物孔隙呈迂回樹(shù)枝狀的立體結(jié)構(gòu)，水分進(jìn)入后即可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相當(dāng)?shù)耐杆浴?(二) 淤堵機(jī)理 土工織物中的孔道被堵塞，過(guò)水面積減小，滲透性下降的現(xiàn)象稱(chēng)淤堵。形成淤堵

46、的原因可分為機(jī)械淤堵、化學(xué)淤堵和生物淤堵。一般情況下，機(jī)械淤堵為主要形式。機(jī)械淤堵是土體中的細(xì)顆粒隨水流進(jìn)入土工織物孔隙中，并停留其中，隨時(shí)間增長(zhǎng)，停留的細(xì)粒愈來(lái)愈多，織物的透水性愈來(lái)愈小。,排水功能,水利工程中需要將土中水排走的情況很多，例如堤壩工程中降低浸潤(rùn)線(xiàn)位置，以減小滲流力；擋墻背面排水，以消減水壓力，提高墻體穩(wěn)定性；土坡排水，減小孔隙壓力，防止土坡失穩(wěn)；隧道和廊道排水，以減輕滲水壓力；軟土地基排水，以加速土固結(jié)，提高地基承載力等等。傳統(tǒng)的排水材料多采用強(qiáng)透水粒狀材料，土工織物用作排水時(shí)兼起反濾作用，同時(shí)，不致因土體固結(jié)變形而失效，它具有施工簡(jiǎn)便，縮短工期，節(jié)約工程費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn),典型應(yīng)用

47、(舉例) 以下是堤壩工程中可以應(yīng)用土工合成材料作為排水設(shè)施的一些常用場(chǎng)合。 (1)堤壩體內(nèi)煙囪式排水及下游排水褥墊層。 (2)堤壩防滲土工膜下的排水、排氣墊層。 (3)設(shè)于水力沖填壩中的孔壓消散層。 (4)土堤下游坡的排水層。 (5)擋墻及岸墻后的排水層。 (6)加速軟基固結(jié)的排水帶或排水板。 (7)凍脹區(qū)用于截?cái)嗝?xì)水上升，防止凍害；干旱區(qū)防止毛細(xì)水上升造成鹽堿化。,圖2-4 煙囪式排水計(jì)算圖(a)堤壩橫斷面團(tuán)；(b)土工織物內(nèi)部滲流示意圖l土工織物；2浸潤(rùn)線(xiàn),圖2-5 土堤底部排水示意圖,加筋功能,土體一般具有一定的抗壓強(qiáng)度，但抗剪強(qiáng)度很低。設(shè)想有一塊自由土體，即其側(cè)面上全無(wú)約束，在其頂面

48、上施加壓力，則在不大的壓力下，土體即將被壓壞。如果同樣的一塊土被放進(jìn)一個(gè)剛性盒中，即其側(cè)面受到完全約束，不可能有橫向擴(kuò)張，則在其頂面上加壓，壓力雖然達(dá)到很大值，土塊也不會(huì)被壓壞。這個(gè)現(xiàn)象闡明了一個(gè)簡(jiǎn)單的道理：土體受壓時(shí)，其破壞與否與土的側(cè)向變形大小有關(guān)，允許的側(cè)向變形愈小，它能承受的壓力將愈高，所以，要提高土的承受能力，可以從設(shè)法減小其側(cè)向擴(kuò)張著手。 加筋土正是利用了這一原理。在土體中的一定部位鋪設(shè)水平方向的加筋材料，將土壓實(shí)后，土與加筋材密切結(jié)合成一復(fù)合土體(加筋土)，當(dāng)在復(fù)合土體的表面施加荷載，由于加筋材與周?chē)林g有較大的摩阻力(有時(shí)尚有咬合力)，限制了土的側(cè)向變形，相當(dāng)于在土體側(cè)面上施

49、加了約束力。從上面的道理可知，這種復(fù)合土體的承壓能力理所當(dāng)然地得到提高。,加筋土中的加筋材料通常采用織造土工織物、土工帶和土工格柵等，只有當(dāng)對(duì)強(qiáng)度和變形要求不高時(shí)，才采用非織造土工織物。加筋土主要用于三個(gè)方面，形成三種類(lèi)型的加筋土結(jié)構(gòu)。 1.軟土地基加固 軟土地基上建堤壩的困難在于土的抗剪強(qiáng)度低，承載力不足，壓縮性過(guò)高。傳統(tǒng)的方法是將填筑速度放得極慢，以待在增加的荷載下軟土固結(jié)，強(qiáng)度增加；或采取分期填筑方法；或在堤壩兩側(cè)，將填土延伸一定距離，形成戧臺(tái)或反壓馬道，以平衡部分促進(jìn)滑動(dòng)的滑動(dòng)力矩等等。這樣，工期會(huì)拖得很長(zhǎng)，費(fèi)用高，有時(shí)填筑高度仍受到一定限制。而若在填筑之前，先在場(chǎng)地上預(yù)鋪一層織造土工

50、織物或土工格柵，對(duì)地基進(jìn)行加固，可以較好解決這一難題。 2.堤壩邊坡加筋 堤壩如果將邊坡做陡，不僅能減少填土方量，還可節(jié)約用地，是一舉兩得的好事。如果地基的承載力較高，堤壩不致因坡度過(guò)陡而破壞，這時(shí)采用土工織物加筋陡坡即可達(dá)到此目的。 3.加筋土擋墻 它可以代替混凝土重力式擋墻。其最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地基的要求比重力式擋墻要低，抗震性較好。,圖2-27 加筋土擋墻的基本形式(a)剛性筋式；(b)柔性筋式1加筋帶；2土工織物；3基礎(chǔ)；4面板,防滲,防滲是防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發(fā)擴(kuò)散。水利工程中要修建大量的擋水蓄水、引水和輸水等建筑物，更有防滲、防漏的要求。常見(jiàn)的防滲工程如下： (1)

51、 堤壩的防滲斜墻或心墻。 (2) 透水地基上堤壩的水平防滲鋪蓋和垂直防滲墻。 (3) 混凝土壩、圬工壩及碾壓混凝土壩的防滲體。 (4) 渠道的襯砌防滲。 (5) 涵閘、海漫與護(hù)坦的防滲。 (6) 隧道和堤壩內(nèi)埋管的防滲。 (7) 施工圍堰的防滲。,圖2-11 防滲結(jié)構(gòu),圖2-12 防滲結(jié)構(gòu)l防護(hù)層；2上墊層；3土工膜；4下墊層；5支持層,土工膜的厚度很薄，容易遭破壞，為了有效保護(hù)和提高其在坡面上的穩(wěn)定性，要求按一定的結(jié)構(gòu)形式鋪設(shè)。原則上防滲結(jié)構(gòu)應(yīng)包括5層，,1.防護(hù)層：是與外界接觸的最外層，是 為了防御外界水流或波浪沖擊、風(fēng)化浸蝕、冰凍破壞和遮蔽日光紫外線(xiàn)而設(shè)置。該層由透水的堆石、砌石或預(yù)制混

52、凝土板構(gòu)成，要求有一定厚度。 2.上墊層：是防護(hù)層和下臥土工膜之間的過(guò)渡層，由于防護(hù)層多是大塊粗糙材料，如果直接置于土工膜上，很容易破壞土工膜，如果防護(hù)層的塊體有移動(dòng)，更會(huì)傷害膜材，因此上墊層必須做好。上墊層可以采用透水性良好的砂礫料，厚度應(yīng)不小于10cm，根據(jù)具體情況，有時(shí)也可采用無(wú)砂混凝土或?yàn)r青砂漿等；如果防滲材料采用的是復(fù)合土工膜，則膜兩側(cè)的非織造土工織物可以起保護(hù)膜的作用，不必另設(shè)墊層。 3.土工膜：是防滲主體，除要求有可靠的防滲性外，還應(yīng)該能承受一定的施工應(yīng)力和使用期間結(jié)構(gòu)物沉降等引起的應(yīng)力，故也有強(qiáng)度要求。土工膜的強(qiáng)度與其厚度直接有關(guān)，可通過(guò)理論計(jì)算或工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。單一土工膜表面

53、光滑，摩擦系數(shù)小，鋪在坡面上要考慮下滑的可能性。為此，在可能條件下，一般要求采用復(fù)合土工膜，其表面的非織造土工織物與土的摩擦系數(shù)要比單膜的大得多；另外，也有地方將單膜加上紋路以增加糙度；,4.下墊層：鋪在土工膜的下面，有雙重功能：一是排除膜下的積水、積氣，確保膜的穩(wěn)定；二是保護(hù)土工膜，使其不受支持層的破壞。對(duì)于粗粒的堆石壩，下墊層也可起堆石與土工膜之間過(guò)渡層的作用，這時(shí)的下墊層由礫石、細(xì)礫和砂構(gòu)成，三者之間的粒徑應(yīng)符合一定的層間關(guān)系。如果采用的是非織造土工織物復(fù)合膜，而且是用于碾壓式土壩，則下墊層一般可以省去，因?yàn)榉强椩焱凉た椢镆呀?jīng)可以起到保護(hù)和排水排氣作用，而且又增加了與土工膜的摩擦力。下墊

54、層對(duì)土工膜起支持層的重要作用。如果土工膜直接放在粗粒料上，在水壓力作用下，它會(huì)被壓進(jìn)粗粒的大孔隙中，而被拉破。相反，如果膜下為平整硬層或細(xì)粒土料，則情況就會(huì)不同了。前人的試驗(yàn)研究證明，0.25mm厚的聚乙烯土工膜鋪在級(jí)配良好的砂卵石層上，作用水頭甚至達(dá)到200m，土工膜也沒(méi)有破壞，這表明膜下墊層的狀態(tài)對(duì)膜的安全至關(guān)重要。 5.支持層：土工膜是柔性材料，必須鋪設(shè)在可靠的支持層上，它可以讓土工膜受力均勻。除上述的下墊層外，支持層還可采用級(jí)配良好的壓實(shí)土層，粒徑應(yīng)根據(jù)膜厚來(lái)選擇。有學(xué)者建議，對(duì)于0.2mm厚的土工膜，支持層的最大粒徑應(yīng)不大于6mm，不均勻系數(shù)應(yīng)不小于20。如果是碾壓式土石壩，由于其壩

55、面平整，又有較大密實(shí)度，可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置支持層。,防護(hù)功能（水土保持）,防護(hù)作用具有廣泛的涵義。為了消減自然現(xiàn)象、環(huán)境影響和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)堤坡和岸坡造成的危害，常要采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。岸坡防護(hù)包括河岸、湖岸、海岸等的防水流沖刷，波浪沖擊等，這類(lèi)防護(hù)措施古已有之，有許多迄今仍在繼續(xù)采用。傳統(tǒng)的防護(hù)辦法有利用埽枕、柴排、石籠、拋石保護(hù)岸坡或打護(hù)坡樁等。它們雖然也能起到護(hù)坡的良好作用，但耐久性較差，常要不斷維修。根本的弱點(diǎn)，是它們放在被保護(hù)土面上，不具有反濾功能，受水流沖蝕和潮浪淘刷抽吸的作用，被保護(hù)土顆粒容易被水流帶走，導(dǎo)致剝蝕和坍塌。,圖2-15 岸坡防沖結(jié)構(gòu)(a)岸坡的一般防護(hù)；(b)底部可能被沖刷

56、；(c)排水端部防沖1膠結(jié)亂石；240cm亂石；3土工織物濾層；4估計(jì)沖刷深度,排體順?biāo)鞣较虻某叽鐬榕艑?，垂直水流方向的尺寸為排長(zhǎng)。枯水位以上為水上部分，以下為水下部分。排體水上部分長(zhǎng)度為坡面長(zhǎng)和掛排所需長(zhǎng)度之和；水下部分長(zhǎng)度由與水上部分銜接段長(zhǎng)度、水下坡面長(zhǎng)度(其中應(yīng)包括排體褶皺和收縮長(zhǎng)度)以及因坡底可能發(fā)生沖刷需要預(yù)留的長(zhǎng)度三部分組成。水上部分與水下部分長(zhǎng)度之和為要求的排長(zhǎng)。排寬應(yīng)為待保護(hù)區(qū)的寬度、相鄰排塊搭接所需寬度和考慮排體收縮需預(yù)留的寬度之和。相鄰兩塊排的搭接寬度一般為0.5m，上游排塊蓋在下游排塊上。,土工合成材料基礎(chǔ)知識(shí),應(yīng)用篇,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,道路和高速公路對(duì)于一

57、個(gè)國(guó)家發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。由于重載交通，氣候因素， 建造所用材料力學(xué)性能的衰減，高速公路路面壽命可能比期望值要低得多。土工合成材料可以有效地用來(lái)增強(qiáng)未鋪筑道路及軟土地基上工作面的強(qiáng)度。說(shuō)得更詳細(xì)些，土工合成材料可以有具有下列功能的一個(gè)或多個(gè)：分離，加固和排水。在這些工作中土工布及土工格柵是最常用的材料。相對(duì)于未加筋處理道路，用土工合成材料加筋有下列好處：,減少填土厚度； 提高軟土承載力； 降低填土側(cè)向變形； 有力的應(yīng)力分布； 加寬垂直應(yīng)力增量的擴(kuò)散范圍； 由于膜效應(yīng)降低了垂直形變； 延長(zhǎng)了道路的使用壽命； 需要較少的定期維護(hù)； 降低道路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。,公路 路基,土工合成材料在路基中的

58、應(yīng)用,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,鐵路 路基,土工合成材料在軌道建設(shè)以及軌道的修繕中能起到以下作用：分離作用、過(guò)濾作用、排水作用以及土體的加筋作用。在鐵路建設(shè)中，土工合成材料往往被放置在道渣層，下道渣層內(nèi)部或其下部。,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,分離作用：土工合成材料（土工織物）可以用于由不通大小、土工特征的顆粒組成 的軌道支撐結(jié)構(gòu)的分層?；疖?chē)通過(guò)會(huì)引起枕木的松動(dòng)，地基中的細(xì)小顆粒就可能會(huì)形成 翻漿冒泥進(jìn)入道渣層，而引起地基土體承載能力和排水能力的減小。土工合成材料的使用能減少道渣顆粒侵入軟土地基，因此能夠保持顆粒層的厚度和完整性并能延長(zhǎng)軌道的壽命。要具備此項(xiàng)功能，

59、土工合成材料必須能夠抵抗集中應(yīng)力（撕裂、刺破和沖擊）并且要具有保土能力。,土工合成材料在路基中的應(yīng)用,過(guò)濾作用：水從地基向上部礫石層的流動(dòng)會(huì)帶走地基中的微粒。這種現(xiàn)象實(shí)際存在的，因?yàn)榛疖?chē)通行會(huì)導(dǎo)致地基應(yīng)力水平上升。在這種情況下，土工織物就起到 了過(guò)濾作用。它允許水自由通過(guò)，但是土中固體顆粒被保留了下來(lái)。要實(shí)現(xiàn)這一功能，土工織物必須要有足夠的滲透和保土特征，而且要有防淤堵的特 性。,加筋作用：布置在軟弱基礎(chǔ)上的土工合成材料（土工織物、土工格柵和土工格室）可以減少置換該層的必要性，增加承載能力，從而得到更均勻的土粒分布形式。當(dāng)被放 置在道渣層或下道渣層時(shí)，土工合成材料有助于減少豎向碎石層或碎石底層材料向外擠出導(dǎo)致的沉降。實(shí)現(xiàn)這一功 能所要考慮的材料主要特性有：合成土層間的界面相互作用、材料抵抗外力破壞的能力以及材料的抗拉模量和抗拉 強(qiáng)度。,排水作用：為了防止降到路軌系統(tǒng)上的或從地基中進(jìn)入到碎 石層中的水對(duì)軌道產(chǎn)生的破壞，良好的排水能力是非常重要的。 如果在軌道結(jié)構(gòu)的相關(guān)點(diǎn)設(shè)置排水帶，能夠形成垂直軌道斷面排 水系統(tǒng)，便可以阻止水的積累。要實(shí)現(xiàn)這一功能，土工復(fù)合材料 要有足夠的通水能力并且要能抵抗外力破壞。采用適當(dāng)?shù)牟贾眯问胶?，土工合成材料能夠增加鐵路的使用壽命，還能延長(zhǎng)定期養(yǎng) 護(hù)周期的實(shí)踐，從而能夠改進(jìn)鐵路的狀況。,土工合成材料在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,