1、石家莊鐵道大學四方學院畢業論文土工合成材料在路基中的應用Geo-synthetic Materials Application in Engineering2021 屆 土木工程 系專 業 土木工程 學 號 20215125學生姓名 楊迎輝 指導教師 李琳 完成日期 2021年5月25日畢業論文成績單學生姓名楊迎輝學號20215125班級方1001-5專業土木工程畢業論文題目土工合成材料在路基中的應用指導教師姓名李琳指導教師職稱助教評定成績指導教師得分評閱人得分辯論小組組長得分成績：院長(主任) 簽字： 年 月 日題目土工合成材料在路基中的應用學生姓名楊迎輝學號20215125班級方1001-

2、5專業土木工程承當指導任務單位土木工程系導師姓名李琳導師職稱助教一、課題背景 土工合成材料可以用來鋪設在軟土地基上改造不良地基。在我國，土工合成材料在七十年代開始運用于鐵路路基基床的改造；八十年代，土工合成材料被廣泛應用于提防工程的防沖刷，路堤、海堤和油漆罐的地基處理等領域；最近十年，土工合成材料還被運用于住宅建筑的淺根底處理，以及結合其他方式處理、加固地基。土工合成材料在路基工程中的應用前途一片光明。二、根本要求(1)土工材料的開展情況；(2)土工合成材料特性分析及類型；(3)常用施工方法及技術特性；(4)針對某一具體實例，進行詳細介紹；(5)結合課題獨立思考，施工方案結合工程實際，嚴禁抄襲

3、。(6)設計使用的標準、標準符合技術實際和國家相關的標準標準。(7)翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數不少于3000漢字。三、參考文獻1 方左英.路基工程M.北京：人民交通出版社.2 楊航宇.公路邊坡防護與治理M. 北京：人民交通出版社，2002.3 侯兆霞，劉中欣，武春龍.特殊土地基M.北京：中國建材工業出版社，2007. 4 中華人民共和國行業標準TB1001-2005鐵路路基設計標準S.北京：中國鐵道出版社.5 楊廣慶主編.路基工程M.北京：中國鐵道出版社，2003四、進度方案第1周第2周：搜集資料及熟悉參考文獻第3周第4周：外文翻譯，開題報告第5周第7周：撰寫論文第8周第9周：中期報告

4、，論文定稿第10周第12周：論文格式修改，準備辯論教研室主任簽字時 間 2021年 2月 17日畢業論文任務書畢業論文開題報告題目 土工合成材料在路基中的應用學生姓名楊迎輝學號20215125班級方1001-5專業土木工程研究背景 隨著國內經濟的開展，全國各地都需要鋪設鐵路，我國既有鐵路由于受歷史和地域等因素的影響，在一些區段內，鐵路路基存在著情況不一、輕重不一的各種病害。尤其在鐵路列車全面提速后，列車引起的地面振動幅度加大，頻率增高，使得路基病害進一步加劇。更為突出的是在雨量充足的季節和山區線路，基床翻漿冒泥，路基下沉外擠及邊坡崩塌等病害時有發生，嚴重影響了列車的平安運行。因此路基處理尤為重

5、要，而土工合成材料的橫空出世使路基加固變得相對簡單。土工合成材料在路基工程中的應用前途一片光明。 中國土工合成材料的生產與應用是從70年代后期逐步開展起來的到80 年代末、90年代初生產能力、應用范圍、測試技術、理論研究等各個方面都開展得非常迅速并具有相當大的生產規模形成了一門新的科學領域。目前中國土工合成材料總的開展趨勢是：產品數量不斷增加產品質量不斷提高產品品種范圍不斷擴大。產品向系列型、合成型、復合型開展。應用范圍從一般工程向大、中型工程開展。每年均有上千個工程應用土工合成材料每年所需應用數量早已突破1億。由于不同類型的土工合成材料的生產能力、應用范圍、應用技術等不同因而生產、應用情況也

6、不平衡其中編織土工織物與針刺短纖非織造土工布的產量與應用量均占較大比例。國內現狀目前國內一些較大的工程、跨世紀工程中均不同程度地應用了土工合成材料。如長江三峽工程、長江口深水航道整治工程、上海浦東國際機場等由此可以看出中國正成為土工合成材料應用與銷售的最大市場。世界各國對中國土工合成材料的應用與開展都十分關注積極籌劃將設備和產品打入中國市場這也充分說明中國土工合成材料市場的潛在能力很大。同時土工合成材料的產品標準試驗方法標準設計、施工技術標準等也將相繼出臺這為土工合成材料的開展與應用創造了良好的條件應充分利用這一難得的好時機使土工合成材料的生產和應用進入一個嶄新階段。土工合成材料在實際工程中的

7、應用效果說明，土工合成材料在處理軟土路基及路基加固方面效果明顯，物理力學性能良好，對于拆房土等建筑垃圾同樣適用。對于軟土路基處理，特別是分布范圍廣、厚度厚的軟土區域具有很高的推廣價值。同時有效地利用了城市建筑垃圾和工業廢渣垃圾，變廢為寶，解決了環境保護問題。三、研究方法1、查閱相關資料及設計標準，針對荷載及土層情況，根據不同的地基土質，確定采用的地基加固方法及加固措施。2、廣泛閱讀，積極參照國內外的土工合成材料在路基中應用的成功實例，再綜合分析，確定不同土質的加固方法。3、積極與指導老師溝通，認真聽取老師意見，并積極搜集與專業相關的資料，例如標準、學術論文、設計案例等。做到對設計任務的全面系統

8、把握。四、參考文獻 1 白曉紅.幾種特殊土地及的工程特性及地基處理J.工程力學，2007，S2 2 唐研，鄭兵.淺談幾種淺根底的弱地基處理方法J.科技致富向導，2021，6 3 中華人民共和國行業標準TB1001-2005鐵路路基設計標準S.北京：中國鐵道出版社 4 BB50290-98.土工合成材料應用技術標準S.0 5 JTJ/T019-98.公路土工合成材料應用技術標準S.0 6 SL403-2007 土工合成材料綜合測試儀校驗規程五、進度安排第1周第2周：外文翻譯第3周第4周：搜集資料及熟悉參考文獻第5周第7周：研究路基病害及防治措施第8周第9周：研究處理措施第10周第12周：撰寫論文

9、及辯論指導教師簽字時 間 年 月 日摘 要土工合成材料是巖土工程中使用的以人工合成的高分子聚合物為原料而制成的各種類型產品的統稱，是一種新型的巖土工程材料，已廣泛應用于水利、公路、鐵路、港口、建筑等工程的各個領域。土工合成材料具有多方面的功能，一種土工合成材料往往就兼有數種功能。隨著土工復合材料的開展，所兼有的功能就更多?？偟恼f來，土工合成材料的主要功能可歸納為六類，即反濾功能、排水功能、隔離功能、防滲功能、以及加筋和加固功能。道路建設是國民經濟建設與產業開展的重要前提，隨著道路工程建設規模的不斷擴大與道路承載要求的不斷提升，工程質量控制工作更顯重要。本文介紹了土工合成材料的功能、分類、特性及

10、工程實際應用概況作出了說明，并就土工合成材料的加筋功能、排水功能和防護功能進行了較詳細的闡述。關鍵詞： 土工合成材料 工程 加筋功能 排水功能 防護功能AbstractGeosynthetics is referred to as used in geotechnical engineering with artificial synthetic polymer as the raw material of various types of products, is a new type of rock soil engineering material, has been widely us

11、ed in various fields of water conservancy, highway, railway, port, building engineering.Geosynthetics has many functions, one of the geosynthetics often and several function. With the development of geotechnical compound materials, both function more. Generally speaking, the main function of geosynt

12、hetics can be classified into six categories, namely the filter function, drainage function, isolation, seepage control function, as well as reinforcement and reinforcement function.Road construction is an important prerequisite for economic construction and industrial development of the National Ro

13、ad, along with the continuous expansion of construction scale and the road load requirements of the continuous upgrading, project quality control is more important. This paper introduces the function, classification, characteristics and engineering geosynthetic application of an explanation, and has

14、 carried on the detailed elaboration on the geosynthetic reinforcement function, drainage function and protection function.Key word：Geosynthetics Engineering Reinforcement Drainage Protection目 錄TOC o 1-3 u 第1章 緒論 PAGEREF _Toc26004 1 1.1 選題背景及意義 PAGEREF _Toc30664 1 1.2 國內應用與研究 PAGEREF _Toc23910 2 1.3

15、 國外應用與研究 PAGEREF _Toc17679 3第2章 土工合成材料簡介 PAGEREF _Toc15610 5 2.1土工合成材料的種類 PAGEREF _Toc7990 5 2.1.1 土工織物 PAGEREF _Toc22137 6 2.1.2 土工膜 PAGEREF _Toc8960 6 2.1.3 土工特種材料 PAGEREF _Toc488 7 2.1.4 土工復合材料 PAGEREF _Toc1377 9 2.2 土工合成材料在路基工程中的應用 PAGEREF _Toc4435 9第3章 土工合成材料加筋技術 PAGEREF _Toc1430 12 3.1 加筋土技術原理

16、及應用 PAGEREF _Toc3828 12 3.1.1 加筋土技術原理 PAGEREF _Toc29978 12 3.1.2 加筋土技術應用與推廣 PAGEREF _Toc24023 12 3.2路堤加筋技術 PAGEREF _Toc11326 13 3.2.1結構形式 PAGEREF _Toc22689 13 3.2.2 技術要求 PAGEREF _Toc14435 14 3.2.3施工要點 PAGEREF _Toc10062 15 3.3加筋土擋墻 PAGEREF _Toc14635 15 3.3.1 結構形式 PAGEREF _Toc3112 15 3.3.2 技術要求 PAGERE

17、F _Toc19491 18 3.3.3 施工要點 PAGEREF _Toc10574 18 3.4 加筋土技術在路基工程中的應用 PAGEREF _Toc8872 19 3.4.1 加筋土技術在軟土路基工程中的應用 PAGEREF _Toc2936 19 3.4.2 加筋土技術在路基結合部工程施工中的應用 PAGEREF _Toc31774 19 3.4.3 加筋土技術在路基高填方工程中的應用 PAGEREF _Toc27616 20第4章 土工合成材料排水技術 PAGEREF _Toc20211 21 4.1 路基排水設計原那么 PAGEREF _Toc27259 21 4.2 土工合成材

18、料選用原那么 PAGEREF _Toc31523 23 4.3 土工合成材料路基排水施工要點 PAGEREF _Toc19169 23 4.4 塑料排水板在軟土地基工程中的應用 PAGEREF _Toc3248 24 4.4.1 國內外已有大量工程實例的技術 PAGEREF _Toc20891 24 4.4.2 一些先進的排水板產品 PAGEREF _Toc19335 26第5章 土工合成材料防護技術 PAGEREF _Toc3241 29 5.1 坡面防護 PAGEREF _Toc25021 29 5.2 沖刷防護 PAGEREF _Toc27013 30適用條件 PAGEREF _Toc3

19、027 30 5.2.2沖刷防護設計原那么 PAGEREF _Toc19435 30 5.3 風沙防護 PAGEREF _Toc23241 31 5.4 嚴寒地區防護 PAGEREF _Toc13356 31 5.5 土工合成材料路基防護施工要點 PAGEREF _Toc31674 32 5.5.1 坡面防護 PAGEREF _Toc14556 32 5.5.2 沖刷防護 PAGEREF _Toc22852 32 5.5.3 風沙防護 PAGEREF _Toc30481 33 5.5.4 嚴寒地區防護 PAGEREF _Toc19790 34第6章 案例分析 PAGEREF _Toc30104

20、 35 6.1 大石村水庫漿砌石壩防滲加固工程 PAGEREF _Toc3565 35 6.1.1 工程概況 PAGEREF _Toc6851 35 6.1.2 工程措施 PAGEREF _Toc5747 35 6.1.3 防滲效果分析 PAGEREF _Toc4545 35 6.2 長江耙鋪大堤中家墩堤段防滲工程 PAGEREF _Toc5610 36 6.2.1 地形條件 PAGEREF _Toc9121 36 6.2.2 地質條件 PAGEREF _Toc30355 36 6.2.3 工程設計 PAGEREF _Toc26985 36 6.2.4 復合土工膜鋪設 PAGEREF _Toc

21、28184 37第7章 結論與展望 PAGEREF _Toc10215 39 7.1 結論 PAGEREF _Toc17555 39 7.2 展望 PAGEREF _Toc27442 39參考文獻 PAGEREF _Toc12448 40致 謝 PAGEREF _Toc26345 41 附 錄A PAGEREF _Toc22790 42 附 錄B PAGEREF _Toc2483 49第1章 緒論1.1 選題背景及意義土工合成材料的工程應用由來已久。在我國古代，勞動人民很早就曾用紅柳或蘆葦與石、礫石壓疊筑造長城民間至今也還有將稻草或麥秸混入泥土中筑墻的方法。土工合成材料是應用于宕土工程的人工聚

22、合物制品的總稱。它的出觀帶來了一場巖土工程技術革命，使得目前已在巖土工程學科中形成了一個重要的分支。般認為，現代土工合成材料在治土工程中的使用應始于上世紀三、四十年代將聚氯乙烯土工膜用于渠道和水池的防滲。事實上，美國北加州公路管理局在 1926年就已將厚棉布鋪設于瀝青層下以減少道路裂縫和局部破壞，這是有據可査最早的土工材料使用記錄。從1977年在法國巴黎召開的笫一屆國際土工織物 會議以來，圍繞著土工合成材料推廣及應用己經召開了七次這一主題的國際會議。與此同時，許多國際與區域性組織，例如國際標準化組織(ISO)、美國材料與試驗協會(ASTM)、英閑標準協會(BSI)、法國標準(NF)、徳國標準化

23、研究所(D LN)、日本工業標準(JIS)等，也圍繞土工合成材料不斷制定和補充試驗與應用的標準。這些標準涉及土工合成材料的試驗、選擇、設計和施工等各個方面。此外，許多土工合成材料的生產廠商也有各自相應的設計、施工指南，他們為土工合成材料的推廣應用做出了不懈的努力。其中，J.P.Giraud最早用Geo textile命名土工織物，并將土工合成材料的開展分為三個時期，具體如下：1960-1975應用開拓時期：這一時期主要產品為土工織物和土工膜，側重子 工程需要，以應用實踐為主。1975-1990設計施工方法研究和新產品研制時期：這一時期人們開始探討土工合成材料的作用機理和設計推那么。由于土工合成

24、材料的應用始于巖土工程中的穩定、變形、滲流等領域，因此土工合成材料的設計理論及施工方法就不可防止地以土力學的根本原理為根底，如穩定問題采用極限平衡理論；變彤采用固結理論；滲流采用達西定律等。1990年以后是土工聚合物時期：各種新型七工合成材料在這一時期大量涌現，如纖維土塊、土工泡沫板、土工格室等。新材枓的出現使得現有的分類體系難以確切描述它們的特點，有學者那么用Gcosynthetics或Geoproducts將其歸為一類?，F代加筋土技術的開展應歸功于法國工程師herry.vidal。1966年他以鍍鎳鋼條為加筋材料修建了世界上第一座現代加筋土擋墻；同時他還預見到加筋材料可以改善地基承載力。一

25、般從材料上來說，加筋的材料分為金屬和合成材料，從形式上可分為條棒、網、土工布和土工格柵等。七十年代末期，土工合成材料的廣泛應用和開展，土工加筋技術也不斷更新，并得到飛速開展。目前應用的加筋材料主要為玻璃纖維和塑料纖維，以及由他們作為原材料而制成的土工織物和土工格柵。這些材料的顯著特點是具有高的抗拉強度和耐腐蝕性能，可以根據需要生產出形態各異、功能兼備的產品。1.2 國內應用與研究土工合成材料可以用來鋪設在軟土地基上改造不良地基。在我國，土工合成材料在七十年代開始運用于鐵路路基基床的改造；八十年代，土工合成材料被廣泛應用于提防工程的防沖刷，路堤、海堤和油漆罐的地基處理等領域；最近十年，土工合成材

26、料還被運用于住宅建筑的淺根底處理，以及結合其他方式處理、加固地基。二十世紀八十年代也是我國試驗研究應用和開展加筋土技術的重要時期。十年間，我國相繼修建了各類加筋土工程300多座，突破了一些國家標準對選材的限制，這些加筋土工程中80%選用聚合物土工合成材料。與此同時，全國上下廣泛開展了加筋土技術的研究，從理論研究、模型試驗、現場觀測到機理分析，都取得了重大突破。水利部、交通部、鐵道部相繼制定了相應的加筋工程設計準那么和施工標準。在加筋土技術和應用中，許多著名專家學者做出了巨大共享，如：喬正壽(1986)在光茂鐵路修建過程中，采用塑料排水帶和土工織布聯合處理路堤下7m厚的軟基，僅43天就填筑9m高

27、的路堤；凌旭初等在滬嘉高速公路中，對其下面正交通道的開挖路塹，采用土工織物砂墊層處理底下水位以下的淤泥質土地基；用土工織物加固處于高含水量岸灘上的路基，起到防止液化的效果；方應杰在南昆鐵路水豐營站和廣梅汕鐵路工程中采用三到五層土工網夾砂卵石層(間距0.5m)，處理軟土地基；趙可等(19%) 用土工織物和砂墊層處理津港公路試驗段淺層軟土地基，并分析了加筋作用：其他還有蔣振雄等(19%)和王福勝(1996)等在軟土地基上的應用。除鐵路和公路路堤的地基處理和邊坡穩定外，堤防工程也廣泛地利用土工合成材料加筋處理軟弱土地基和加速悸水固結等。俞仲泉等(1989)報導了我國在海堤軟基上應用土工合成材料的事例

28、，如深圳赤灣港防波堤、北侖港的電廠灰壩青島前灣防波堤和廈門東渡港二朗圍垠等，堤高從4.7m到11.0m，這些都是建筑在深厚軟土地基上的成功事例。吳正友(1989)在連云港廟嶺圍堰施工中，在厚4m到5m的淤泥上，采用土工織物砂墊層修建了長252m、高7m到9m的拋石圍堰。陳洪江等(1992)在大港選用無紡織物鋪于3m厚的淤泥和淤泥質土上，修建長5km、高5.5m的海堤，從1987年到1990年施工結束，1991年6月沉降即根本穩定。土工合成材料在淺根底加筋的應用雖然不及其在路基路面和堤防工程那樣廣泛，但是也由于其多方面的優勢而倍受青睞。淺根底加筋的應用最早的報道是王鐵儒等(1986)在杭州印染廠

29、氣柜地基中的應用。氣柜的直徑為15.4m，高7.85m，重122t，其下淤泥和淤泥質土厚14m，用抗拉強度為16kN/m的土工織物制成長管袋，內裝碎石，分四層鋪設，總厚度約lm，直徑23m，并結合砂井進行地基處理。在此之后，淺根底的成功運用也有許多范例，其中較有代表性的有：張元進(2002)在廣州新白云國際機場地基處理中采用粉噴樁與土工合成材料加筋墊層聯合處理軟土地基，是軟土地基處理的又一新形式；王衛正(2001)通過山西省晉城市二期城市集中供熱西區鍋爐房的工程實例，闡述了飽和黃土地基的工程特性，指出了采用振密碎石砂樁處理飽和黃土可能引起的一系列問題，并提出采用加筋復合墊層對飽和黃土地基進行加

30、固的計算方法，介紹了土工筋帶復合墊層處理地基的設計原那么及施工要求。霍保全、程杰利用加筋復合砂石墊層法處理哈爾濱三聯藥業綜合制劑大樓，節約費用13.48萬元，共縮短施工工期8天.建成后實測最大沉降量為4.3cm，最小沉降量為2.9cm，平均沉降11為3.6cm，相鄰根底最大沉降差為1.84cm，滿足標準要求(0.003e=2.4cm)。證明土工筋帶復合砂石墊層處理軟弱粘性土、雜填土及淤泥質土等軟弱地基是一種平安合理、經濟可行的處理方法。此外還有1998年用長管碎石袋和有紡織物砂墊層處理南京煉油廠2萬m的油罐地基(王鐵儒等19%)；陳忠實(1991)將土工織物用于廠房機器根底的加筋砂墊層；在杭州

31、和紹興的軟土地基上，用長管碎石袋和土工織物加筋砂墊層修建八棟4至8層的樓房，包括框架結構和磚混結構這批建筑經4至6年的運行觀測，沉降均勻，運用正常。土工合成材料同樣也用于橋臺的處理中。周志剛，鄭健龍(2000)通過對云南省楚人高速公路祥云段內跨線橋壬東坡岸橋臺的土工格柵加筋柔性橋臺的試驗，證實了土工格柵加筋柔性橋臺能有效地降低橋臺與橋臺背填料間的差異沉降，防止橋頭跳車現象。路橋過渡段是一個薄弱環節，壓實質里不易保證，常有病害發生。經過專家學者們多年的潛心研究，誕生了一些經實踐檢驗是可行的技術處理措施。我國也已開始嘗試運用土工格柵來處理路橋過渡段問題。1.3 國外應用與研究法國工程師Herry.

32、Askja通過模型試驗發現：當土體中摻入有機纖維材料后，強度可以明顯提高。他于1963年公布了自己的研究成果，提出了“加筋土的概念，并提出了早期的土的加筋方法和設計理論。隨后他又依據自己的理論，于1966年用鍍鎳鋼條作加筋材料在法國第比牛斯山的普拉聶爾斯修建了世界上第座現代加筋土擋墻，另外，他還預見到加筋材料可以改善地基的承載力，開創了現代加筋土技術的先河。20世紀70年代，加筋土技術從法國傳向全世界，相應的試驗研究和理論分析也都蓬勃開展起來，其中具有代表性的機構主要有：法園橋梁道路中心、美國加州大學、日本建設省等。法國的F.Sch Josser，N.C.Long和I.Buran等在擋土墻土壓

33、力分布和計算、破壞面的形態、加筋材料的拉力分布等方面做出了杰出的奉獻，他們的一些理論到現在仍被廣泛使用。1975年，Banquet在他的論文中提出了關于加筋地基設計著名的“Binquet法。70年代末期，各國專家和學者先后在匹茲堡、悉尼、巴黎等地召開了國際性的研討會。各類國際性和區域性地合作研究機構相繼成立，其中歐美和日本等興旺國家的研究機構先后制定了指導加筋土應用的規程、條例和手冊，20世紀80年代，除了進一步從理論上探討加筋土結構的根本形狀和完善設計方法外，在工程實踐上也運用得越來越多。1984年初，英鐵遨部門在Tilbury 車站鋪設了長達90m的土工格室來加固路基基床：1987年，美國

34、鐵道部門在徳克薩斯州的鐵路建設中也采用土工格室加固鐵路路基。1985年，H. G. Rathjnaycr 等將有紡織物用于赫爾辛基Vantaat河灣的圍墾堤工程。鑒于堤基為淤泥質土，他采用了在海水中沿堤基鋪設織物這一措施，然后分別按一道堤和兩道平行堤推進的方式，加快了施工速度，減少了拋石量。D.Williams等在大雅茅斯旁道工程深達22m的淤泥上，用三層土工織布加筋，成功修建了高度為2-8m的堤。1987年，英法學者合作完成了“加筋土坡和路堤的研究工程，80年代中后期，美法學者利用離心機進行模擬試驗，研究了不同的筋材、面板剛度、地基土的壓縮性以及不同的超載和填料對加筋土內部穩定性的影響，并將

35、有限元方法首次引入加筋土結構的設計和試驗成果的整理中來。第2章 土工合成材料簡介土工合成材料是巖土工程領域中的一種新型建筑材料，是由聚合物形成的纖維制品的總稱。人工聚合物雖然已有100年左右的歷史，但應用于土建工程那么是20世紀30年代末才開 始的，最初只是將塑料薄膜作為防滲材料應用于水利工程，到50年代末，土工合成材料開始應 用于海岸護坡工程，直到70年代，由于無紡織物的推廣，土工合成材料才以很快的速度開展起 來，從而在巖土工程學科中形成一個重要的分支。到1984年，全世界10萬余項不同類型的工程中已鋪設3億多平方米的土工合成材料。在20世紀60年代中期到70年代末，有紡織物開始在我國應用于

36、河道、涵閘及防治路基翻漿冒泥等工程。80年代初，無紡織物開始在鐵路工程上試用，80年代中期，土工合成材料才 在我國的水利、鐵路、公路、軍工、港口、建筑、礦冶和電力等領域逐漸推廣。當前國內外對土工合成材料的技術名稱也未統一，有稱土工聚合物、土工合成材料(geo-sythetics)或土工織物(geotextile、geofabrics)等。其中以“土工合成材料最具有代表性，是應用于土木工程中的合成纖維織物的統稱。隨著高分子化學工業的飛速開展，合成纖維新品和 高分子合成的新型材料不斷出現，這種新型材料已超越“織物的范疇，如土工網(geoweb)、土工格柵(geogrid)、土工膜(geo memb

37、rane)和土工墊(geomat)等。目前國內土工合成材料所用 原材料主要有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚酰胺(PA)、高密度聚乙烯(HDPE)和 聚氯乙烯(PVC)等幾種。巖土工程的開展歷來倚重于材料和設備的改良，土作為一種散粒體，客觀地需要一種二維連續介質來改善其工程特性，而土工合成材料耐腐蝕、高強度、質輕、價廉，能滿足這一要求。經過幾十年的開展和實踐，土工合成材料已在土木、水利、交通和環境工程中得到廣泛應用，并帶動了化工和紡織工業的開展。2.1 土工合成材料的種類土工合成材料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、外表

38、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標準?將土工合成材料分為土工織物、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格柵、土工模袋、土工網、土工網墊、土工格室、土工織物膨潤土墊(GCL)、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的，如復合土工膜、復合土工織物、復合防排水材料(排水帶、排水管等)等。2.1.1 土工織物土工織物為透水性土工合成材料。土工織物的制造過程是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。土工織物按制造方法分為有紡(織造)土工織物和無紡(非織造)土工織物。有紡土工織物由兩組平行

39、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(黏結劑)聯合、熱力聯合和機械聯結三種方式。土工織物突出的優點是質量輕、整體連續性好(可做成較大面積的整體)、施工方便、抗拉強度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點是未經特殊處理，抗紫外線能力低，如暴露在外，受紫外線直接照射容易老化，但如不直接暴露，那么抗老化及耐久性能仍較高，土工織物的性能與其聚合物原料、土工織物的種類及加工制造方法密切相關。2.1.2 土工膜土工膜一般分為瀝青和聚合物(合成高聚物)兩大類。瀝青土工膜為復合型土工膜(含編織型或無紡型的土工織物)，瀝青

40、作為浸潤黏合劑。聚合物土工膜根據不同的主材料分為塑料土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。大量工程實踐說明，土工膜的不透水性很好，彈性和適應變形的能力很強，能適應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其耐久性尤為突出)。土工膜具有突出的防滲和防水性能。下面是兩張工程實例中土工膜圖2-1(a) 土工膜圖2-1(b) 土工膜圖2-1(a) 土工膜圖2-1(b) 土工膜2.1.3 土工特種材料(1)土工格柵土工格柵由于其良好的工程特性已廣泛應用于加筋土結構工程中。按照土工格柵的原材料和成型的工藝的不同，可分為以下幾種：整體成型格柵。主要原材料為聚乙烯(即PE)塑料，利用塑

41、料擠出機擠成薄片材，經沖孔、整體拉伸后成為網格狀，稱為整體成型格柵，如以下圖2-2所示。圖2-2 整體成型土工格柵圖2-2 整體成型土工格焊接成型格柵。主要原材料為聚丙烯(PP)塑料，利用塑料擠出機擠成高強抗拉條帶，然后縱橫組合交叉焊接成網格狀，稱為組合式焊接成型格柵，如圖2-3所示。圖2-2 整體成型土工格柵圖2-2 整體成型土工格圖2-3 組合式焊接成型格柵鋼塑格柵。主要原材料為鋼絲及包裹的塑料，復合成鋼塑帶后組合焊接成網格狀，稱為鋼塑格柵，如圖2-4所示。圖2-3 組合式焊接成型格柵玻纖格柵。主要原材料為玻璃纖維(或混合化學纖維)，紡織成帶后，精編成網格狀，稱為玻纖格柵如圖2-5所示。圖

42、2-5 玻纖格柵圖2-4 鋼塑格柵圖2-5 玻纖格柵圖2-4 鋼塑格柵(2)土工模袋土工模袋是一種雙層聚合化纖織物制成的連續(或單獨)袋狀材料，它可以代替模板用高壓泵把混凝土或砂漿灌入膜袋中，最后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有可以分為反濾排水點膜袋、無反濾排水點膜袋、無排水點膜袋、無排水混凝土膜袋、鉸鏈塊膜袋及框格型膜袋。(3)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、剛度較大的平面結構或三維結構的網狀土工合成材料。用于軟基加固墊層、坡面防護、

43、植草，以及用作制造組合土工材料的基材。(4)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(圖2-6)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，常用于防沖蝕和保土工程，剛度較大的、側限能力較高的土工格室多用于地基墊層路基基床或道床中。圖2-6 土工格室示意圖(5)聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是近年來開展起來的超輕型土工合成材料。它是在聚苯乙烯中添加發泡劑，用所規定的密度預先進行發泡，再把發泡的顆粒放在筒倉中枯燥后填充到模具內加熱形成的，EPS具有質量輕(為填土質量的1/101/50，重

44、度為0.20.4kN/)、耐熱、抗壓性能好、吸水率低、自立性好等優點，常用作鐵路路基的填料。2.1.4 土工復合材料土工織物、土工膜或某些特種土工合成材料，兩兩或幾種組合起來使用，便可形成土工復合材料。土工復合材料可將不同構成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。又如土工復合排水材，它是以無紡土工織物和土工網、土工膜或不同形狀的合成 材料芯材組成的排水材料，可用于軟基排水固結處理、路基縱橫向排水、建筑地下排水管

45、道、集水井、支擋建筑物的墻后排水、隧道排水、堤壩排水等。路基工程中常用的塑料排水板就是一種土工復合排水材料。2.2 土工合成材料在路基工程中的應用鐵路系統應用土工合成材料最開始于1966年，由廣州鐵路局與地方廠家合作，開發出氯丁橡膠土工膜，并于1969年8月在京廣線郴州基床翻漿工點的整治中進行了應用試驗，取得了很好的效果。1983年鐵道第四勘察設計院在三茂鐵路基塘軟土路堤工點首次應用機織型土工布加固軟土地基，也取得了成功。此后鐵路系統將土工合成材料廣泛應用于許多鐵路新 線的路基加固及既有線的病害整治工程，取得了明顯的技術和經濟效益。在這些工程中所用的土工合成材料幾乎涉及所有的品種，如有紡和無紡

46、土工織物，各種土工膜和復合土工膜，塑料排水帶、排水板、PVC和軟式透水管，土工網、土工格柵、土工格室、土工網墊、土工筋帶、土工模袋、土工纖維、聚苯乙烯泡沫塑料等。土工合成材料具有加筋、隔離、防護、防滲、過濾和排水等多種功能，在路基工程中主要應用于以下方面：(1)將土工織物、土工格柵、土工格室設于軟土地基和路堤之間，加筋軟基路堤，保證路堤的穩定性。(2)采用塑料排水板處理軟土路基。(3)利用土工格柵構筑加筋陡邊坡路堤，增強路堤穩定性，節省用地。(4)采用土工格柵和復合加筋帶構筑加筋土擋墻，采用土工格柵和土工織物構筑加筋土 橋臺。(5)在地基承載力較低的地基上，采用土工網、土工格柵、土工格室結合碎

47、石或砂礫墊層形成加筋墊層，提高地基承載力，滿足涵洞等構造物的需要。(6)將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，處治橋頭跳車和路基不均勻沉降。(7)采用土工格柵和土工網處理膨脹土等特殊路基。(8)將土工墊(三維網)應用于路基邊坡上，進行路基邊坡的植被防護。(9)應用土工模袋進行臨水路基邊坡的沖刷防護。(10)土工織物包裹碎石形成碎石排水暗溝和滲溝，用于排除地下水。(11)將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。(12)將土工膜、土工織物、土工格室鋪設在基床中，進行基床加固與處理。(13)將土工格柵或土工網同錨桿結合，防護路

48、塹邊坡。軟基處理加固、加筋土工程(加筋土擋土墻和加筋陡坡)、路堤邊坡的植被防護、路基排水、基床加固與處理是目前鐵路路基工程應用土工合成材料的主要場合。在軟土地基加固處理方面，廣泛采用塑料排水帶或袋裝砂井加速軟基的排水固結；采用土工織物或土工網、土工格柵、土工格室補強地基，提高路基的整體穩定性。國外還有的采用聚苯乙烯泡沫塑料構筑軟土路堤，減輕路堤自重，減少沉降，提高穩定性。在加筋土工程方面，采用土工格柵或土工拉筋帶建造加筋土擋土墻，采用土工格柵或土工網提高土質較差的路堤堤身或邊坡的穩定性，也可用來加固路堤陡邊坡或改善、加寬路基的結合部位狀態。在路基防護方面，主要采用土工網或土丁網墊結合種草，或采

49、用土工格柵結合噴射水泥漿、混凝土，進行路基邊坡坡面防護；采用石籠、沉枕、土工模袋等做沖刷防護；采用土工網、土工網墊結合植草種樹，在風砂地區進行路基邊坡防護，還可用來覆蓋砂石、固定浮沙，建立防沙網、沙障阻止沙丘移動；在鹽漬土地區，采用復合土工膜隔斷毛細水，防止路堤鹽漬化。在路基排水方面，采用土工織物反濾層，用于護坡、護墻、擋土墻反面的反濾排水，用于滲溝、暗溝的溝壁反濾排水和浸水的粗、細顆粒填料間的隔離反濾；采用土工膜或復合土工膜，用于路基頂面或底面的防滲及橫向排水；采用塑料滲水管和軟式透水管，用于引排擋土墻背后及邊坡或滑坡體內的地下水。在基床加固與處理方面，主要采用土工膜、土工織物、土工格室等材

50、料封閉和加固基床表層，處理基床翻漿冒泥、下沉外擠，加固軟弱基床；在高寒地區采用聚苯乙烯泡沫塑料板防治基床凍害；采用無紡土工織物及排水管引排地下水等。在鐵路與公路路基工程中應用土工合成材料普遍取得了明顯的技術、經濟效益。例如采用土工網結合植草做路基邊坡防護，不僅穩固了邊坡，降低了造價，而且美化了環境，有利于環保；采用土工格柵、土工拉筋帶建造加筋土擋土墻，不僅能充分發揮土體自身的應力，使擋土結構穩定、擋墻外觀美觀，而且可以大量節省用地，開發土地資源。在經濟效益方面也是十分顯著的。第3章 土工合成材料加筋技術當路堤填料為細粒土或軟質巖，改建或增建二線加寬的路基穩定性較差，受地形限制需要加陡路堤邊坡時

51、，可采用土工合成材料加筋補強。在土工合成材料加筋路堤中，土工合成材料的主要作用在于提高路堤堤身的穩定性和抵抗邊坡淺層溜坍的能力，因此當路堤采用細粒土、軟質巖等填料填筑時，可采用土工格柵、土工網等加固邊坡。200km/h及以上鐵路的正線不宜采用土工合成材料加筋土擋墻及加筋陡邊坡。采用土工合成材料作拉 筋的加筋土擋土墻，單級高度不宜大于10m，大于10m時應進行特殊設計。土工合成材料用于地基的加筋補強時，宜選用強度較高、延伸率較小的土工格柵、土工織物或土工格室。采用土工合成材料處理軟土地基的措施，應根據地基情況、路堤高度及穩定、工后沉降、工期等要求確定。3.1 加筋土技術原理及應用3.1.1 加筋

52、土技術原理加筋土技術是土工結合施工應用的工程理論根底上開展起來的，此種技術的應用不僅能夠有效為工程施工建設提供結構支持，還能有效增強工程施工的整體性與穩定性，且對土工系統及周邊環境有極小的擾動。加筋土本身是填土、拉筋及工程面板組合而成的一種結構，材料那么具有更好的撓性，能有效改善土體系統的受力特點與自重特點，整體提升土體系統力學性能。3.1.2 加筋土技術應用與推廣早在上世紀60年代，加筋土技術便為國外工程建設所應用，我國于上世紀80年代引入加筋土技術，在三十多年的社會經濟開展與工程施工應用中，加筋土技術憑借其良好的精確度、隱蔽性與經濟效益、工程效益與社會效益逐漸得到公路路面、路基、橋臺、碼頭

53、、倉庫、水電廠、堤壩、市政工程等多個工程建設領域的青睞，目前在路基工程中的應用主要是軟土路基工程、路基結合部工程、路基高填方工程等方面。3.2 路堤加筋技術 結構形式(1)采用細粒土或軟質巖等填料的路堤邊坡，宜選用圖3-1的邊坡加筋補強結構形式，以抑制邊坡淺層溜坍和增強邊坡抗沖蝕的能力。(2)受地形、地物限制需加陡路堤邊坡時，宜選用圖3-2的加筋土路堤結構形式，筋材的回折長度可按式(3-1)計算：土工合成材料土工合成材料圖3-1 路堤邊坡加筋補強結構形式土工合成材料土工合成材料計算拉筋層的水平回折包裹長度，按水平投影長度計拉筋的上、下層間距作用在墻面上的側向應力拉筋與填料之間的黏聚力填料重度拉

54、筋距頂部的距離拉筋與填料之間的摩擦角土工格柵拉筋回折包裹長度應大于計算的最小值，且不宜小于2.0m，加筋土體最上部12層拉筋的回折長度應適當加長。(3)為增強路堤填土界面處的摩擦力，提高路堤的整體穩定性時，宜選用圖3-3的填土界面加筋結構形式。土工格柵土工格柵圖3-3 技術要求當路堤采用多層土工合成材料加筋時，各層土工合成材料之間的間距不宜小于每一填筑層的最小厚度，且不宜大于lm，加筋材料的最小鋪設寬度不應小于2.5m。加筋土路堤土工合成材料的鋪設層數和長 度應按圓弧滑動法或楔體滑動法穩定性檢算確定，平安系數不得小于1.3。筋材的錨固長度除應滿足抗拔穩定性檢算要求外，且不得小于2.5m。加筋材

55、料的技術性能指標應符合以下規定：(1)用于路堤邊坡加筋補強時，宜選用土工格柵、土工網，其極限抗拉強度不應小于25kN/m。(2)用于加筋土路堤的土工合成材料宜選擇強度高、變形小、粗糙度大、抗老化、蠕變變形小的土工格柵，其極限抗拉強度不應小于35kN/m。(3)用于填土界面的加筋材宜選用土工格柵。3.2.3 施工要點(1)鋪設土工合成材料時，應將強度高的方向置于垂直于路堤的軸線方向。(2)土工合成材料受力方向上的連接必須牢固，連接強度不得低于材料的設計容許抗拉強度，另一方向應密貼排放。(3)土工合成材料的鋪設應拉緊不得有褶皺，必要時可用插釘固定；多層鋪設時，上下層接縫應錯開。(4)鋪設土工合成材

56、料的填土外表應平整，不得有堅硬凸出物，嚴禁碾壓機械直接在土工合成材料外表上進行碾壓。(5)土工合成材料攤鋪后應及時填筑填料，防止陽光長時間直接照射。3.3 加筋土擋墻加筋土擋墻(MechanicallyStabilizedEarthWall)是建立在60年代初法國人H.Vidal提出的加筋土(ReinforcedEarth)概念之上的。這類支擋結構與傳統擋墻相比，具有很好的柔性和抵抗地震荷載的穩定性，且造價上具有優勢，目前，美國每年新建的MSEW超過700000，主要集中在交通工程領域，在該領域已占到各類支擋的2/3以上。3.3.1 結構形式加筋土擋土墻可采用包裹式、掛板式等結構形式。以土工合

57、成材料作筋材的擋土墻時，可采用圖3-4圖3-7的結構形式。當墻高大于6.0m時，宜采用圖3-6的結構形式。路基面上需設置桿架、溝槽、管線的地段，應采取保證加筋土擋土墻的完整和穩定的工程措施。土質地基和風化層較厚難以全部去除的巖石地基，加筋土擋土墻面板根底的埋置深度不應小于0.6m，并應滿足防沖刷和防凍脹要求。加筋土擋土墻應有防水、排水設施，頂面應設置柔性封閉層。關于填土土壓力計算和破裂面形式，與加筋材料和填土的相對剛度等有著密切關系。一般的指導性原那么：外部穩定性分析，將整個加筋復合體視為剛性體，與普通擋墻一樣處理；內部穩定性分析，主要用于土工合成材料長度、間距和外端反那么自錨長度；對于筋材與

58、土的相對剛度較低的土工織物，但是對于相對剛度稍大的土工格柵，墻高6m的土壓力計算那么與上述的原那么不盡相同。混凝土護面或植草混凝土護面或植草土工合成材料圖3-4 加筋土擋土墻結構形式之一(包裹式)根底土工合成材料混凝土空心磚根底土工合成材料混凝土空心磚圖3-5 加筋土擋土墻結構形式之二(掛板式)土工合成材料土工合成材料帽石面板根底圖3-6 加筋土擋土墻結構形式之三(掛板式，拉筋材不等長布置)面板根底帽石土工合成材料面板根底帽石土工合成材料圖3-7 加筋土擋土墻結構形式之四(掛板式，拉筋材等長布置)3.3.2 技術要求(1)拉筋材料的性能對加筋土擋土墻的設計有重大影響。拉筋的強度和變形性能關系到

59、擋土墻的穩點，拉筋不能有過大的變形，蠕變易使拉緊產生應力松弛，使墻體變形量過大甚至破壞。因此，拉筋應選擇強度高、延伸率小、能與填料產生足夠摩擦力、抗老化性能好、蠕變變形小的高密度聚乙烯土工格柵、雙向經高強度滌綸土工格柵或復合拉筋帶，并且其鋪設，接長和與面板的連接應簡易行。(2)考慮到鐵路加筋土擋土墻的受力特征和平安性要求較高的特點，綜合其技術和經濟等因素，要求土工格柵極限抗拉強度不小于35kN/m。(3)土工格柵極限抗拉強度對應的延伸率：高密度聚乙烯土工格柵不應大于12%，其他土工格柵不應大于10%。(4)復合拉筋帶破短時，拉伸應變不得大于2%，單根破斷拉力不得小于9kN，外表應有粗糙花紋。3

60、.3.3 施工要點(1)用作拉筋的土工格柵應將強度高的方向垂直于墻面鋪設。復合拉筋帶應垂直于墻面呈扇形散開鋪設，并分布均勻，自墻面板起至筋帶長度的1/3以后不應重疊。(2)筋材與面板的連接、土工格柵的回折長度應符合設計要求。(3)筋材應鋪設在有1%3%橫坡的平整壓實的填土上(使筋材末端比前端高510cm)。筋材應拉直、拉緊，不得有卷曲、扭結。筋材拉緊固定后，應立即填鋪上層填料。(4)筋材需要接長時，連接處強度不得低于設計容許強度，同一層接點不得多于2個。(5)筋材重疊交叉時，筋材之間應用填料隔開，其厚度宜大于5cm。墻面轉角處相鄰24塊面板上宜增設加強筋材，加強筋材的數量不宜少于結構設計數量的