土工合成材料地基.docx
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土工合成材料地基
7-1-8土工合成材料地基
7-1-8-1土工织物地基
土工织物地基又称土工聚合物地基、土工合成材料地基，系在软弱地基中或边坡上埋设土工织物作为加筋，使形成弹性复合土体，起到排水、反滤、隔离、加固和补强等方面的作用，以提高土体承载力，减少沉降和增加地基的稳定。
图7-41为土工织物加固地基、边坡的几种应用。
图7-41土工织物加固的应用
（a）排水；（b）稳定路基；（c）稳定边坡或护坡；
（d）加固路堤；（e）土坝反滤；（f）加速地基沉降
1-土工织物；2-砂垫；3-道渣；4-渗水盲沟；5-软土层；6-填土或填料夯实；7-砂井
1．材料要求
土工织物系采用聚酯纤维（涤纶）、聚丙纤维（腈纶）和聚丙烯纤维（丙纶）等高分子化合物（聚合物）经加工后合成。
一般用无纺织成的，系将聚合物原料投入经过熔融挤压喷出纺丝，直接平铺成网，然后用粘合剂粘合（化学方法或湿法）、热压粘合（物理方法或干法）或针刺结合（机械方法）等方法将网联结成布。
土工织物产品因制造方法和用途不一，其宽度和重量的规格变化甚大，用于岩土工程的宽度由2~18m；重量大于或等于0.1kg/m2；开孔尺寸（等效孔径）为0.05~0.5mm，导水性不论垂直向或水平向，其渗透系数k≥10-2cm/s（相当于中、细砂的渗透系数）；抗拉强度为10~30kN/m（高强度的达30~100kN/m）。
2．特点和适用范围
土工织物的特点是：
质地柔软，重量轻，整体连续性好；施工方便，抗拉强度高，没有显著的方向性，各向强度基本一致；弹性、耐磨、耐腐蚀性、耐久性和抗微生物侵蚀性好，不易霉烂和虫蛀；而且，土工织物具有毛细作用，内部具有大小不等的网眼，有较好的渗透性（水平向1×10-1~1×10-3cm/s）和良好的疏导作用，水可竖向、横向排出。
材料为工厂制品，材质易保证，施工简便，造价较低，与砂垫层相比可节省大量砂石材料，节省费用1/3左右。
用于加固软弱地基或边坡，作为加筋使形成复合地基，可提高土体强度，承载力增大3~4倍，显著地减少沉降，提高地基稳定性。
但土工聚合物存在抗紫外线（老化）能力较低，如埋在土中，不受阳光紫外线照射，则不受影响，可使用40年以上。
适用于加固软弱地基，以加速土的固结，提高土体强度；用于公路、铁路路基作加强层，防止路基翻浆、下沉；用于堤岸边坡，可使结构坡角加大，又能充分压实；作挡土墙后的加固，可代替砂井。
此外，还可用于河道和海港岸坡的防冲；水库、渠道的防渗以及土石坝、灰坝、尾矿坝与闸基的反滤层和排水层，可取代砂石级配良好的反滤层，达到节约投资、缩短工期、保证安全使用的目的。
3．施工工艺方法要点
（1）铺设土工织物前，应将基土表面压实、修整平顺均匀，清除杂物、草根，表面凹凸不平的可铺一层砂找平。
当作路基铺设，表面应有4%~5%的坡度，以利排水。
（2）铺设应从一端向另一端进行，端部应先铺填，中间后铺填，端部必须精心铺设锚固，铺设松紧应适度，防止绷拉过紧或褶皱，同时需保持连续性、完整性。
避免过量拉伸超过其强度和变形的极限而发生破坏、撕裂或局部顶破等。
在斜坡上施工，应注意均匀和平整，并保持一定的松紧度；避免石块使其变形超出聚合材料的弹性极限；在护岸工程坡面上铺设时，上坡段土工织物应搭在下坡段土工织物上。
（3）土工织物连接一般可采用搭接、缝合、胶合或U形钉钉合等方法（图7-42）。
采用搭接时，应有足够的宽（长）度，一般为0.3~0.9m，在坚固和水平的路基，一般为0.3m，在软的和不平的地面，则需0.9m；在搭接处尽量避免受力，以防移动；缝合采用缝合机面对面或折叠缝合，用尼龙或涤纶线，针距7~8mm，缝合处的强度一般可达缝物强度的80%；胶结法是用胶粘剂将两块土工织物胶结在一起，最少搭接长度为100mm，胶结后应停2h以上。
其接缝处的强度与土工织物的原强度相同；用U形钉连接是每隔1.0m用一U形钉插入连接，其强度低于缝合法和胶结法。
由于搭接和缝合法施工简便，一般多用之。
图7-42土工织物连接方法
（a）搭接；（b）胶合；（c）、（d）缝合；（e）钉接
（4）为防止土工织物在施工中产生顶破、穿刺、擦伤和撕破等，一般在土工织物下面宜设置砾石或碎石垫层，在其上面设置砂卵石护层，其中碎石能承受压应力，土工织物承受拉应力，充分发挥织物的约束作用和抗拉效应，铺设方法同砂、砾石垫层。
（5）铺设一次不宜过长，以免下雨渗水难以处理，土工织物铺好后应随即铺设上面砂石材料或土料，避免长时间曝晒和暴露，使材料劣化。
（6）土工织物用于作反滤层时应作到连续，不得出现扭曲、折皱和重叠。
土工织物上抛石时，应先铺一层30mm厚卵石层，并限制高度在1.5m以内，对于重而带棱角的石料，抛掷高度应不大于50cm。
（7）土工织物上铺垫层时，第一层铺垫厚度应在50cm以下，用推土机铺垫时，应防止刮土板损坏土工织物，在局部不应加过重集中应力。
（8）铺设时，应注意端头位置和锚固，在护坡坡顶可使土工织物末端绕在管子上，埋设于坡顶沟槽中，以防土工织物下落；在堤坝，应使土工织物终止在护坡块石之内，避免冲刷时加速坡脚冲刷成坑。
（9）对于有水位变化的斜坡，施工时直接堆置于土工织物上的大块石之间的空隙，应填塞或设垫层，以避免水位下降时，上坡中的饱和水因来不及渗出形成显著水位差，使土挤向没有压载空隙，引起土工织物鼓胀而造成损坏。
（10）现场施工中发现土工织物受到损坏时，应立即修补好。
4．质量控制
（1）施工前应对土工织物的物理性能（单位面积的质量、厚度、比重）、强度、延伸率以及土、砂石料等进行检验。
土工织物以100m2为一批，每批抽查5%。
（2）施工过程中应检查清基、回填料铺设厚度及平整度、土工织物的铺设方向、搭接缝搭接长度或缝接状况、土工织物与结构的连接状况等。
（3）施工结束后，应作承载力检验。
（4）土工织物地基质量检验标准如表7-39所示。
土工织物（土工合成材料）地基质量检验标准表7-39
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
土工织物（土工合成材料）强度
%
≤5
置于夹具上作拉伸试验（结果与设计标准相比）
2
土工织物（土工合成材料）延伸率
%
≤3
置于夹具上作拉伸试验（结果与设计标准相比）
3
地基承载力
设计要求
按规定方法
一般项目
1
土工织物（土工合成材料）搭接长度
mm
≥300
用钢尺量
2
土石料有机质含量
%
≤5
焙烧法
3
层面平整度
mm
≤20
用2m靠尺
4
每层铺设厚度
mm
±25
水准仪
7-1-8-2加劲土地基
加劲土地基系由填土和填土中布置一定量的带状筋体（或称拉筋）以及直立的墙面板3部分组成一个整体的复合结构（图7-43）。
这种结构内部存在着墙面土压力、拉筋的拉力、以及填土与拉筋间的摩擦力等相互作用的内力，并维持互相平衡，从而可保证这个复合结构的内部稳定。
同时这一复合体又能抵抗拉筋尾部后面填土所产生的侧压力，使整个复合结构保持稳定。
图7-43加劲土结构物的剖面示意图
1-面板；2-拉筋；3-填料
1．加固机理
松散土在自重作用下堆放就成为具有天然安息角的斜坡面，但若在填土中分层布置埋设一定数量的水平带状拉筋作加筋处理，则拉筋与土层之间由于土自重而压紧，因而使土和拉筋之间的摩擦充分起作用，在拉筋方向获得和拉筋的抗拉强度相适用的粘聚力，使其成为整体，可阻止土颗粒的移动，其横向变形等于拉筋的伸长变形，一般拉筋的弹性系数比土的变形系数大得多，故侧向变形可忽略不计，因而能使土体保持直立和稳定。
2．特点及适用范围
加劲土地基的特点是：
土与拉筋共同作用，可充分利用材料性能，使挡墙结构轻型化，其体积仅相当重力式挡墙结构的3%~5%，对地基土的要求较低；加劲土的墙面和拉筋由工厂预制，可实现工厂化生产，加速工程进度，降低施工成本；适应性强，加劲为柔性材料，可以承受地基较大变形，它所容许的沉降比传统的挡墙为大，因而更适合于软弱地基上进行构筑；加劲土用于重力式构筑物，墙面垂直，节省用地面积，有效减少土方量；挡墙面板薄，基础尺寸小，可节省工程投资20%~60%；而且理论上可不受高度限制；用作挡土结构，面板的形式可按需要进行美化设计，有利于美化环境；加劲土复合结构的整体性能好，结构稳定性强，有良好的抗震性能；结构简单，施工方便，除压实机械外，不需配备其他机械，施工迅速，质量易于控制。
加劲土适用于山区或城市道路的挡土墙、护坡、路堤、桥台、河坝以及水工结构和工业结构等工程上，图7-44为加劲土的部分应用，此外还可用于处理滑坡。
图7-44加劲土的应用
（a）常规深基处理方法；（b）加劲土处理方法（不用深基）
1-填土；2-矿渣；3-粉土；4-砾石；5-泥灰岩；
6-近代冲积层；7-白垩土；8-公路；9-面板；10-拉筋
3．加劲土的材料和构造要求
（1）拉筋材料
要求抗拉强度高，延伸率小，耐腐蚀和有一定的柔韧性。
多采用镀锌带钢（截面5mm×40mm或5mm×60mm）、铝合金钢带和不锈带钢、钢条（Q235钢）、尼龙绳、玻璃纤维和土工织物等。
有的地区，就地取材，也有采用竹筋、包装用塑料带、多孔废钢片、钢筋混凝土代用，效果亦好，可满足要求。
（2）回填土料
宜优先采用一定级配的砾砂土或砂类土，有利于压密和与拉筋间产生良好的摩阻力，也可采用碎石土、黄土、中低液限粘性土等，但不得使用腐殖土、冻土、白垩土及硅藻土等，以及对拉筋有腐蚀性的土。
4．构造要求
面板一般采用钢筋混凝土预制构件，其厚度不应小于80mm，混凝土强度等级不应低于C18；简易的面板亦可采用半圆形油桶或椭圆形钢管。
面板设计应满足坚固、美观、运输方便和安装容易等要求，同时要求能承受拉筋一定距离的内部土引起的局部应力集中。
面板的形式有十字形、槽形、六角形、L形、矩形、Z形等，一般多用十字形，其高度和宽度由50~150mm；厚度80~250mm。
面板上的拉筋结点，可采用预锚拉环、钢板锚头或留穿筋孔等形式。
钢拉环应采用直径不小于10mm的I级钢筋，钢板锚头采用厚度不小于3mm的钢板，露于混凝土外部部分应做防锈处理；土工聚合物与钢拉环的接触面应做隔离处理。
十字形面板与拉筋连接多在两侧预留小孔，内插销子，将面板竖向互相连锁起来（图7-45）。
面板与拉筋的连接处必须能承受施工设备和面板附近回填土压密时所产生的应力。
图7-45预制混凝土面板的拼装
拉筋的锚固长度L，一般由计算确定，但是还要满足L≥0.7H（H—挡土墙高度）的构造要求。
5．施工工艺方法要点
（1）加筋土工程结构物的施工程序是：
基础施工、构件预制→面板安装→填料摊铺、压密和拉筋铺设→地面设施施工。
（2）基础开挖时，基槽（坑）底平面尺寸一般应大于基础外缘0.3m，基底应整平夯实。
基底必须平整，使面板能够直立。
（3）面板可在工厂或附近就地预制。
安装可用人工或机械进行。
每块板布置有安装的插销和插销孔。
拼时由一端向另一端自下而上逐块吊装就位，拼装最下一层面板时，应把半尺寸的和全尺寸的面板相间地、平衡地安装在基础上。
安装时单块面板倾斜度一般宜内倾1/150左右，作为填料压实时面板外倾的预留度。
为防止填土时面板向内外倾斜而不成一垂直面，宜用夹木螺栓或支斜撑撑住，水平误差用软木条或低强度砂浆调整，水平及倾斜误差应逐块调整，不得将误差累积到最后再进行调整。
（4）拉筋应铺设在已经压实的填土上，并与墙面垂直，拉筋与填土间的空隙，应用砂垫平，以防拉筋断裂。
采用钢条作拉筋时，要用螺栓将它与面板连接。
钢带或钢筋混凝土带与面板拉环的连接以及钢带、钢筋混凝土带间的连接，可采用电焊、扣环或螺栓连接。
聚丙烯土工聚合物带与面板的连接，可将带一端从面板预埋拉环或预留孔中穿过，折回与另一端对齐。
聚合物可采用单孔穿过、上下穿过或左右环孔合拼穿过，并绑扎防止抽动（图7-46），但避免土工聚合物带在环（孔）上绑成死结。
图7-46聚丙烯土工聚合物带拉筋穿孔法
1-上下穿筋；2-左右穿筋；3-单孔穿筋
（5）填土的铺设与压实，可与拉筋的安装同时进行，在同一水平层内，前面铺设和绑拉筋，后面即可随填土和进行压密。
当拉筋的垂直间距较大时，填土可分层进行。
每层填土厚度应根据上下两层拉筋的间距和碾压机具性能确定。
一般一次铺设厚度不应小于200mm。
压实时一般应先轻后重，但不得使用羊足碾。
压实作业应先从拉筋中部开始，并平行墙面板方向逐步驶向尾部，而后再向面板方向进行碾压，严禁平行拉筋方向碾压，直压到最佳密实度为止。
土料运输、铺设、碾压离板面不应小于2.0m。
在近面板区域内应使用轻型压密机械，如平板式振动器或手扶式振动压路机压实。
（6）加劲土挡墙内填土的压实度，距面板1.0m以外，路槽底面以下0~80cm深度，对高速一级公路应≥95%；对二、三、四级公路应≥93%，路槽底面80cm以下深度，对高速一级公路及二、三、四级公路均应大于90%；距面板1.0m以内，全部墙高，对高速一级公路及二、三、四级公路均应≥90%。
6．质量控制
（1）施工前应对拉筋材料的物理性能（单位面积的质量、厚度、相对密度）、强度、延伸率以及土、砂石料等进行检验。
拉筋材料以100m2为一批，每批抽查5%。
（2）施工过程中应检查清基、回填料铺设厚度、拉筋（土工合成材料）的铺设方向、搭接长度或缝接状况，拉筋与结构的连接状况等。
（3）施工结束后，应作承载力检验或检测。
（4）加劲土地基质量检验标准参照表7-39。
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