浅谈土工合成材料在公路中的应用

浅谈土工合成材料在公路中的应用目录第一章绪论………………………………………………………………11.1土工合成材料的古今应用……………………………1第二章土工合成材料的种类及特性……………………………………2第三章土工合成材料的工程应用………………………………………33.1过滤作用………………………………………………33.2排水作用………………………………………………33.3隔离作用………………………………………………33.4加筋作用………………………………………………33.5防护作用………………………………………………3第四土工材料的应用实例1…………………………………………4第五章总结及展望………………………………………………………5参考文献…………………………………………………………………6浅谈土工合成材料在公路中的应用摘要：土工合成材料是土木工程应用的土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料的总称。土工合成材料绝大多数采用合成高分子材料主要制成土体表面、内部、不同土体之间，以加强或保护土体。对土工合成材料的分类、主要技术要求、主要作用和在公路中的应用做一简要介。关键词：土工合成材料分类应用浅谈土工合成材料在公路中的应用1绪论1.1土工合成材料的的古今发展（1）古代的原始土工材料据科学考证，数千年前人类就利用芦苇加筋黏土建造房屋，三千多年前，英国人曾在沼泽地带用木排修筑道路。在我国，远在新石器时代，我们的祖先就利用茅草作为土的加筋材料。在河南发现的仰韶遗址距今五六千年，有很多简陋住室的墙壁和屋顶就是利用草泥修筑的。公元前2000～公元前1000年，古巴比伦人曾把织物纤维掺在土中建造庙宇。实际上，在独立于人类文明的自然界，许多鸟类和昆虫都本能地利用非土材料(草与树枝等)加固泥土巢穴；树木依靠庞大的根系吸收养料水分，同时也加固了赖以立足的地基。这些都是以非土材料加固土体原理的自然体现。（2）现代的土工合成材料在现代，1930年美国北卡罗来纳州首次使用棉纺织品加固路基土。在第二次世界大战中，英国曾在路基上铺放梢辊和帆布，供装甲车通行；荷兰曾大量利用柳枝、梢料加固堤坝，防止冲刷。合成纤维自1913年在欧洲问世以来，至今已有百年历史，但合成材料用于土木工程却开始于20世纪50年代末。当时，美国人R．J．Barrett在佛罗里达州首次将透水性合成纤维有纺织物铺设在护岸混凝土块下，作为防冲刷保护层，因而他被称为土工织物之父。我国土工织物的生产和应用发展速度很快，特别是针刺无纺织物的生产和使用量近年来大幅度增长，但尚缺少统一的测试方法和完善的设计理论。当前，除引进外资和国外先进技术外，更重要的是应密切结合我国的土质条件和工程特点，努力开发、研制我国急需的产品，不断提高质量性能和降低成本，总结设计、施工经验，大力推广应用，同时加强织物作用机理方面的研究，逐步统一技术标准，使这一新的建筑材料在工程建设中发挥更大的作用。1957年荷兰首先用尼龙纤维有纺织物制成充砂管袋，应用于护岸防冲和堵口工程。1958年在美国佛罗里达州大西洋海岸防护工程中，聚氯乙烯有纺织物被置于土与石块之间，作为海岸防冲刷。经过27年的观察，其状态仍然良好。1985年，前联邦德国采用合成纤维制成有纺织物砂袋，修筑防波堤。浅谈土工合成材料在公路中的应用1959年在日本伊势湾海岸，海堤和围堤因台风遭到灾难性破坏。在海岸修复工程中，利用有纺织物砂袋和合成材料片成功地修建了堤防；在修复围堤沉排工程时，采用维纶编织布成功代替沉排。5年后检查，未发现腐蚀现象，强度几乎没有下降。1960年荷兰采用尼龙有纺织物充砂垫层，防止海岸淘刷。1962年美国杜邦公司开发纺粘法长纤维无纺布，以取代短纤维无纺布。从此，欧洲各国都以纺粘法生产长纤维无纺布，并用做道路、护岸等工程中的滤层和导水体。1963年土工织物正式应用于日本国营铁道的土建工程中。1967年在海岸保护工程中，丹麦采用透水或不透水砂袋，用水力充填法冲人海滩砂形成充砂长管袋，保护海岸。1968年法国将针刺无纺布应用于道路工程，英国将热粘无纺布应用于道路工程，前联邦德国将短纤维制成的针刺无纺布用于渠道岸边防护工程。一般认为，有纺织物于20世纪50年代首先在美国应用，无纺织物的应用在70年代始于欧洲。20世纪70年代以后，在国外，织物的应用从马路、铁路路基工程逐步扩展到挡土墙、土坝等大型永久性工程。土工织物(geotextile)和土工膜(geomembrane)是1977年J．P．Giroud与J．Perfetti首先提出来的。他们把透水的土工合成材料称为土工织物，不透水的称为土工膜。这两个名词被使用了许多年。近十几年来大量的以合成聚合物为原料的其他类型的土工合成材料的纷纷问世，已经超出了织物和膜的范畴。进入80年代，土工格栅、土工网和土工垫等新材料相继出现，进一步加快了土工合成材料应用技术的发展。1983年J．E．Fluet建议使用土工合成材料(geosynthetics)一词来概括各种类型的材料，现在这一名词已被人们所接受。与世界先进国家相比，土工合成材料在我国的应用大约晚了十几年。在20世纪60年代中期，我国才开始将塑料薄膜用于渠道防渗工程。在70年代，一种由扁丝纤维织成的编织物，即通常所称的化纤包装袋，开始应用于河道与涵闸工程，其原料多采用聚丙烯和聚乙烯，具有易于生产、成本低、强度较高和延伸率小等优点。20世纪80年代开始，从国外引进的许多生产设备和技术资料推动了我国土工织物的生产与应用。1981年，铁路部门采用美国、英国的无纺织物，首先用于路基层，解决了路基翻浆冒泥问题。1983年，江苏省引进日本化纤模袋，用于航道护坡工程；河北省采用法国罗纳普朗克公司生产的针刺无纺布，用于水库过滤层。浅谈土工合成材料在公路中的应用20世纪90年代以来，土工织物由于所具有的功能和特性以及在实际工程中的应用效果，引起全国各行各业的极大兴趣。尤其是在水利水电建设部门应用范围广、应用量大，如三峡水电工程、秦山核电站、京杭大运河等工程。随着理论研究的深入，测试技术、设计水平、施工方法的不断提高，土工织物开始在一些大型工程、重点工程中得以应用，并获得了较好的经济效益和社会效益。我国土工织物的生产和应用发展速度很快，特别是针刺无纺织物的生产和使用量近年来大幅度增长，但尚缺少统一的测试方法和完善的设计理论。当前，除引进外资和国外先进技术外，更重要的是应密切结合我国的土质条件和工程特点，努力开发、研制我国急需的产品，不断提高质量性能和降低成本，总结设计、施工经验，大力推广应用，同时加强织物作用机理方面的研究，逐步统一技术标准，使这一新的建筑材料在工程建设中发挥更大的作用。土工复合材料的应用，古已有之。远在新石器时代，我们的祖先就已使用稻草来改善土砖性能，用棍棒和树枝加固他们的泥房（如在陕西半坡村仰韶遗址的简单房屋）。这种土中加稻草的加筋技术。至今仍在使用。在国外，17世纪和18世纪，法国移民沿加拿大的Fundy湾用棍棒加固泥堤；在英国等国家采用木桩来控制侵蚀和滑坡，还用竹子或铁丝网以控制护岸工程的侵蚀。在现代，土工合成材料的应用与塑料、合成纤维和合成橡胶等的生产紧密相关。自20世纪30年代或40年代初，将聚氯乙烯膜用于游泳池防渗以来，目前土工合成材料已广泛地用在各个土木工程领域。其中类和应用范围也在不断发展充实，并逐渐形成一门新的边缘性科学。它以岩土力学为基础，与石油化学工程和纺织工程有密切联系。应用在土木工程的各个领域。2土工合成材料的种类及工程特性土木合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。按《土木合成材料应用技术规范》（GB50290——98）将土木合成材料分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。特种土工合成材料包括土工格栅、土工膜袋、土工网、土工垫、土工格室、土工泡沫塑料等。复合型合成材料是由上述各种材料复合而成，如复合土工浅谈土工合成材料在公路中的应用膜、土工复合排水材料等。据GB50209—1998《土工合成材料应用技术规范》对于土工合成材料的分类，将土工合成材料归纳为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工各种材料四大类。机织（含编制）织造针织土工织物针刺非织造热粘结化学粘结土工膜土工合成材料复合土工膜土工复合材料复合土工织物复合排水材料（如排水带、排水管、排水防水材料）土工织物，俗称土工布，是经过织造、非织造或编制方法制成的，由纤维或纱线构成连续的平面状材料。这种材料具有柔性和透水（气）性，通常呈织物外观。一般划分为有纺土工织物和无纺土工织物。土工织物在工程应用中可发挥隔离、过滤、排水、加筋和侵蚀控制等作用，土工格栅，是一类再制造过程中经过定向拉伸的具有网格状外观的开口式土工合成材料。常见的有单向拉伸土工格栅和双向拉伸土工格栅两种，土工格栅的主要作用是用于土体的加筋加固，土工膜，是由一种或几种合成材料制成的连续的柔性膜状材料。土工膜具有很低的渗透性，几乎不透水。可用作封闭液体和气体的防渗衬里和防扩散屏障。土工复合材料，是由两种或多种土工合成材料复合而成的一大类土工合成材料。这种材料包括土工织物-土工网型，土工织物-土工格栅型，土工网-土工膜型，土工织物-土工膜型土工复合材料。土工织物和土工膜可构成复合土工膜，土工织物和土工网可以浅谈土工合成材料在公路中的应用构成复合排水板，以及软土地基排水固结法中常用的预制垂直排水带，这些都是典型的土工复合材料。土工合成材料粘土衬垫（GCL）,俗称膨润土防水毯或膨润土防水垫，属于土工复合材料的一种，通常是在上下两层土工织物之间夹一层膨润土，或将一层膨润土粘结在土工膜或单层土工织物上面制成的一种土工复合材料。由两层土工织物覆盖制成的GCL常通过缝合或针刺的方式贯穿膨润土层，用以提高GCL的内部抗剪强度。当膨润土经过水化作用，吸水膨胀，具有很低的渗透性能，可以作为液体或气体的有效屏障。因此，在垃圾填埋场建设中，GCL常与土工膜联合使用，作为填埋场的防身衬垫，或作为水利工程的防渗层单独使用。土工管是用来排水或导气的管壁穿孔或不穿孔的聚合物管材，如垃圾填埋场中用于渗滤液或填埋气体的收集。在一些情况下，在穿孔管外采用无纺土工织物包裹，起反滤作用。土工格室，是由聚合物条带互相连接制成的具有三维网格状或蜂窝状结构的土工合成材料。铺设后，交错连接的条带之间形成一个个格室以填充土、碎石，有时也填充混凝土。这种材料主要用于道路路基底层的加筋或地基加筋，也可用于侵蚀控制工程。土工泡沫块或板式通过聚苯乙烯塑料泡沫膨胀形成的，是一种超低密度的、由封闭充气单元构成的具有空间网状结构的块体或板材。土工泡沫塑料可作为隔热材料和轻质填料使用。在刚性面板挡土墙中，竖立置于面板与填土之间可作为压缩夹层，起到减小土压力的作用。土工网垫是由长丝缠绕结合而成的三维透水网垫，又称三维土工垫。网垫的结构蓬松柔韧，网内空隙可以填土或喷洒含草籽和营养物质的混合材料，常用于坡面植被防护。土工模袋是一种由双层聚合织物制成的连续的管袋装土工合成材料。主要用于水利工程的护面和护坡。土工合成材料的工程特性有物理特性、力学特性、合成材料与填料相互作用时的临界摩擦特性、水力学特性及耐久性。3土工合成材料的工程应用土工合成材料所以能在各项工程中得以广泛的应用，主要是由土工合成材料本身的浅谈土工合成材料在公路中的应用功能所决定的。根据土工合成材料的特性和分类，其主要功能有：过滤作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、保护作用。这几种作用实际工程中应用时，往往是一种功能起主导作用，而其他功能也相应地不同程度地在起作用。3.1过滤作用把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过，从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许土中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压的升高而造成土体的失稳等不利后果。有纺型土工织物针织型无纺型沥青土工膜土工膜聚合物土工膜塑料类土工格栅土工合成材料玻璃土工膜袋特种土工合成材料土工网土工垫土工格室超轻型合成材料图1-1土工合成材料的分类3.2排水作用无纺织物是良好的透水材料，无论是织物的法向或水