土工合成材料在路基中应用成品最最终版

石家庄铁道大学四方学院毕业论文土工合成材料在路基中的应用GEOSYNTHETICMATERIALSAPPLICATIONINENGINEERING2014届土木工程系专业土木工程学号20105125学生姓名杨迎辉指导教师李琳完成日期2014年5月25日毕业论文成绩单学生姓名杨迎辉学号20105125班级方10015专业土木工程毕业论文题目土工合成材料在路基中的应用指导教师姓名李琳指导教师职称助教评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩院长主任签字年月日毕业论文任务书题目土工合成材料在路基中的应用学生姓名杨迎辉学号20105125班级方10015专业土木工程承担指导任务单位土木工程系导师姓名李琳导师职称助教一、课题背景土工合成材料可以用来铺设在软土地基上改造不良地基。在我国，土工合成材料在七十年代开始运用于铁路路基基床的改造；八十年代，土工合成材料被广泛应用于提防工程的防冲刷，路堤、海堤和油漆罐的地基处理等领域；最近十年，土工合成材料还被运用于住宅建筑的浅基础处理，以及结合其他方式处理、加固地基。土工合成材料在路基工程中的应用前途一片光明。二、基本要求1土工材料的发展情况；2土工合成材料特性分析及类型；3常用施工方法及技术特性；4针对某一具体实例，进行详细介绍；5结合课题独立思考，施工方案结合工程实际，严禁抄袭。6设计使用的标准、规范符合技术实际和国家相关的规范标准。7翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于3000汉字。三、参考文献1方左英路基工程M北京人民交通出版社2杨航宇公路边坡防护与治理M北京人民交通出版社，20023侯兆霞，刘中欣，武春龙特殊土地基M北京中国建材工业出版社，20074中华人民共和国行业标准TB10012005铁路路基设计规范S北京中国铁道出版社5杨广庆主编路基工程M北京中国铁道出版社，2003四、进度计划第1周第2周搜集资料及熟悉参考文献第3周第4周外文翻译，开题报告第5周第7周撰写论文第8周第9周中期报告，论文定稿第10周第12周论文格式修改，准备答辩教研室主任签字时间2014年2月17日毕业论文开题报告题目土工合成材料在路基中的应用学生姓名杨迎辉学号20105125班级方10015专业土木工程1、研究背景随着国内经济的发展，全国各地都需要铺设铁路，我国既有铁路由于受历史和地域等因素的影响，在一些区段内，铁路路基存在着情况不一、轻重不一的各种病害。尤其在铁路列车全面提速后，列车引起的地面振动幅度加大，频率增高，使得路基病害进一步加剧。更为突出的是在雨量充足的季节和山区线路，基床翻浆冒泥，路基下沉外挤及边坡崩塌等病害时有发生，严重影响了列车的安全运行。因此路基处理尤为重要，而土工合成材料的横空出世使路基加固变得相对简单。土工合成材料在路基工程中的应用前途一片光明。中国土工合成材料的生产与应用是从70年代后期逐步发展起来的到80年代末、90年代初生产能力、应用范围、测试技术、理论研究等各个方面都发展得非常迅速并具有相当大的生产规模形成了一门新的科学领域。目前中国土工合成材料总的发展趋势是产品数量不断增加产品质量不断提高产品品种范围不断扩大。产品向系列型、合成型、复合型发展。应用范围从一般工程向大、中型工程发展。每年均有上千个工程应用土工合成材料每年所需应用数量早已突破1亿。由于不同类型的土工合成材料的生产能力、应用范围、应用技术等不2M同因而生产、应用情况也不平衡其中编织土工织物与针刺短纤非织造土工布的产量与应用量均占较大比例。2、国内现状目前国内一些较大的工程、跨世纪工程中均不同程度地应用了土工合成材料。如长江三峡工程、长江口深水航道整治工程、上海浦东国际机场等由此可以看出中国正成为土工合成材料应用与销售的最大市场。世界各国对中国土工合成材料的应用与发展都十分关注积极筹划将设备和产品打入中国市场这也充分说明中国土工合成材料市场的潜在能力很大。同时土工合成材料的产品标准试验方法标准设计、施工技术规范等也将相继出台这为土工合成材料的发展与应用创造了良好的条件应充分利用这一难得的好时机使土工合成材料的生产和应用进入一个崭新阶段。土工合成材料在实际工程中的应用效果表明，土工合成材料在处理软土路基及路基加固方面效果明显，物理力学性能良好，对于拆房土等建筑垃圾同样适用。对于软土路基处理，特别是分布范围广、厚度厚的软土区域具有很高的推广价值。同时有效地利用了城市建筑垃圾和工业废渣垃圾，变废为宝，解决了环境保护问题。三、研究方法1、查阅相关资料及设计规范，针对荷载及土层情况，根据不同的地基土质，确定采用的地基加固方法及加固措施。2、广泛阅读，积极参照国内外的土工合成材料在路基中应用的成功实例，再综合分析，确定不同土质的加固方法。3、积极与指导老师沟通，认真听取老师意见，并积极搜集与专业相关的资料，例如规范、学术论文、设计案例等。做到对设计任务的全面系统把握。四、参考文献1白晓红几种特殊土地及的工程特性及地基处理J工程力学，2007，（S2）2唐研，郑兵浅谈几种浅基础的弱地基处理方法J科技致富向导，2009，（6）3中华人民共和国行业标准TB10012005铁路路基设计规范S北京中国铁道出版社4BB5029098土工合成材料应用技术规范S05JTJ/T01998公路土工合成材料应用技术规范S06SL4032007土工合成材料综合测试仪校验规程五、进度安排第1周第2周外文翻译第3周第4周搜集资料及熟悉参考文献第5周第7周研究路基病害及防治措施第8周第9周研究处理措施第10周第12周撰写论文及答辩指导教师签字时间年月日摘要土工合成材料是岩土工程中使用的以人工合成的高分子聚合物为原料而制成的各种类型产品的统称，是一种新型的岩土工程材料，已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等工程的各个领域。土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即反滤功能、排水功能、隔离功能、防渗功能、以及加筋和加固功能。道路建设是国民经济建设与产业发展的重要前提，随着道路工程建设规模的不断扩大与道路承载要求的不断提升，工程质量控制工作更显重要。本文介绍了土工合成材料的功能、分类、特性及工程实际应用概况作出了说明，并就土工合成材料的加筋功能、排水功能和防护功能进行了较详细的阐述。关键词土工合成材料工程加筋功能排水功能防护功能ABSTRACTGEOSYNTHETICSISREFERREDTOASUSEDINGEOTECHNICALENGINEERINGWITHARTIFICIALSYNTHETICPOLYMERASTHERAWMATERIALOFVARIOUSTYPESOFPRODUCTS,ISANEWTYPEOFROCKSOILENGINEERINGMATERIAL,HASBEENWIDELYUSEDINVARIOUSFIELDSOFWATERCONSERVANCY,HIGHWAY,RAILWAY,PORT,BUILDINGENGINEERINGGEOSYNTHETICSHASMANYFUNCTIONS,ONEOFTHEGEOSYNTHETICSOFTENANDSEVERALFUNCTIONWITHTHEDEVELOPMENTOFGEOTECHNICALCOMPOUNDMATERIALS,BOTHFUNCTIONMOREGENERALLYSPEAKING,THEMAINFUNCTIONOFGEOSYNTHETICSCANBECLASSIFIEDINTOSIXCATEGORIES,NAMELYTHEFILTERFUNCTION,DRAINAGEFUNCTION,ISOLATION,SEEPAGECONTROLFUNCTION,ASWELLASREINFORCEMENTANDREINFORCEMENTFUNCTIONROADCONSTRUCTIONISANIMPORTANTPREREQUISITEFORECONOMICCONSTRUCTIONANDINDUSTRIALDEVELOPMENTOFTHENATIONALROAD,ALONGWITHTHECONTINUOUSEXPANSIONOFCONSTRUCTIONSCALEANDTHEROADLOADREQUIREMENTSOFTHECONTINUOUSUPGRADING,PROJECTQUALITYCONTROLISMOREIMPORTANTTHISPAPERINTRODUCESTHEFUNCTION,CLASSIFICATION,CHARACTERISTICSANDENGINEERINGGEOSYNTHETICAPPLICATIONOFANEXPLANATION,ANDHASCARRIEDONTHEDETAILEDELABORATIONONTHEGEOSYNTHETICREINFORCEMENTFUNCTION,DRAINAGEFUNCTIONANDPROTECTIONFUNCTIONKEYWORDGEOSYNTHETICSENGINEERINGREINFORCEMENTDRAINAGEPROTECTION目录第1章绪论111选题背景及意义112国内应用与研究213国外应用与研究3第2章土工合成材料简介521土工合成材料的种类5211土工织物6212土工膜6213土工特种材料7214土工复合材料922土工合成材料在路基工程中的应用9第3章土工合成材料加筋技术1231加筋土技术原理及应用12311加筋土技术原理12312加筋土技术应用与推广1232路堤加筋技术13321结构形式13322技术要求14323施工要点1533加筋土挡墙15331结构形式15332技术要求18333施工要点1834加筋土技术在路基工程中的应用19341加筋土技术在软土路基工程中的应用19342加筋土技术在路基结合部工程施工中的应用19343加筋土技术在路基高填方工程中的应用20第4章土工合成材料排水技术2141路基排水设计原则2142土工合成材料选用原则2343土工合成材料路基排水施工要点2344塑料排水板在软土地基工程中的应用24441国内外已有大量工程实例的技术24442一些先进的排水板产品26第5章土工合成材料防护技术2951坡面防护2952冲刷防护30521适用条件30522冲刷防护设计原则3053风沙防护3154严寒地区防护3155土工合成材料路基防护施工要点32551坡面防护32552冲刷防护32553风沙防护33554严寒地区防护34第6章案例分析3561大石村水库浆砌石坝防渗加固工程35611工程概况35612工程措施35613防渗效果分析3562长江耙铺大堤中家墩堤段防渗工程36621地形条件36622地质条件36623工程设计36624复合土工膜铺设37第7章结论与展望3971结论3972展望39参考文献40致谢41附录A42附录B49第1章绪论11选题背景及意义土工合成材料的工程应用由来已久。在我国古代，劳动人民很早就曾用红柳或芦苇与石、砾石压叠筑造长城民间至今也还有将稻草或麦秸混入泥土中筑墙的方法。土工合成材料是应用于宕土工程的人工聚合物制品的总称。它的出观带來了一场岩土工程技术革命，使得目前已在岩土工程学科中形成了一个重要的分支。般认为，现代土工合成材料在治土工程中的使用应始于上世纪三、四十年代将聚氯乙烯土工膜用于渠道和水池的防渗。事实上，美国北加州公路管理局在1926年就已将厚棉布铺设于沥青层下以减少道路裂缝和局部破坏，这是有据可査最早的土工材料使用记录。从1977年在法国巴黎召开的笫一届国际土工织物会议以来，围绕着土工合成材料推广及应用己经召开了七次这一主题的国际会议。与此同时，许多国际与区域性组织，例如国际标准化组织ISO、美国材料与试验协会ASTM、英闲标准协会BSI、法国标准NF、徳国标准化研究所DLN、日本工业标准JIS等，也围绕土工合成材料不断制定和补充试验与应用的标准。这些标准涉及土工合成材料的试验、选择、设计和施工等各个方面。此外，许多土工合成材料的生产厂商也有各自相应的设计、施工指南，他们为土工合成材料的推广应用做出了不懈的努力。其中，JPGIRAUD最早用GEOTEXTILE命名土工织物，并将土工合成材料的发展分为三个时期，具体如下19601975应用开拓时期这一时期主要产品为土工织物和土工膜，侧重子工程需要，以应用实践为主。19751990设计施工方法研究和新产品研制时期这一时期人们开始探讨土工合成材料的作用机理和设计推则。由于土工合成材料的应用始于岩土工程中的稳定、变形、渗流等领域，因此土工合成材料的设计理论及施工方法就不可避免地以土力学的基本原理为基础，如稳定问题采用极限平衡理论；变彤采用固结理论；渗流采用达西定律等。1990年以后是土工聚合物时期各种新型七工合成材料在这一时期大量涌现，如纤维土块、土工泡沫板、土工格室等。新材枓的出现使得现有的分类体系难以确切描述它们的特点，有学者则用GCOSYNTHETICS或GEOPRODUCTS将其归为一类。现代加筋土技术的发展应归功于法国工程师HERRYVIDAL。1966年他以镀镍钢条为加筋材料修建了世界上第一座现代加筋土挡墙；同时他还预见到加筋材料可以改善地基承载力。一般从材料上来说，加筋的材料分为金属和合成材料，从形式上可分为条棒、网、土工布和土工格栅等。七十年代末期，土工合成材料的广泛应用和发展，土工加筋技术也不断更新，并得到飞速发展。目前应用的加筋材料主要为玻璃纤维和塑料纤维，以及由他们作为原材料而制成的土工织物和土工格栅。这些材料的显著特点是具有高的抗拉强度和耐腐蚀性能，可以根据需要生产出形态各异、功能兼备的产品。12国内应用与研究土工合成材料可以用来铺设在软土地基上改造不良地基。在我国，土工合成材料在七十年代开始运用于铁路路基基床的改造；八十年代，土工合成材料被广泛应用于提防工程的防冲刷，路堤、海堤和油漆罐的地基处理等领域；最近十年，土工合成材料还被运用于住宅建筑的浅基础处理，以及结合其他方式处理、加固地基。二十世纪八十年代也是我国试验研究应用和发展加筋土技术的重要时期。十年间，我国相继修建了各类加筋土工程300多座，突破了一些国家规范对选材的限制，这些加筋土工程中80选用聚合物土工合成材料。与此同时，全国上下广泛开展了加筋土技术的研究，从理论研究、模型试验、现场观测到机理分析，都取得了重大突破。水利部、交通部、铁道部相继制定了相应的加筋工程设计准则和施工规范。在加筋土技术和应用中，许多著名专家学者做出了巨大共享，如乔正寿1986在光茂铁路修建过程中，采用塑料排水带和土工织布联合处理路堤下7M厚的软基，仅43天就填筑9M高的路堤；凌旭初等在沪嘉高速公路中，对其下面正交通道的开挖路堑，采用土工织物砂垫层处理底下水位以下的淤泥质土地基；用土工织物加固处于高含水量岸滩上的路基，起到防止液化的效果；方应杰在南昆铁路水丰营站和广梅汕铁路工程中采用三到五层土工网夹砂卵石层间距05M，处理软土地基；赵可等19用土工织物和砂垫层处理津港公路试验段浅层软土地基，并分析了加筋作用其他还有蒋振雄等19和王福胜1996等在软土地基上的应用。除铁路和公路路堤的地基处理和边坡稳定外，堤防工程也广泛地利用土工合成材料加筋处理软弱土地基和加速悸水固结等。俞仲泉等1989报导了我国在海堤软基上应用土工合成材料的事例，如深圳赤湾港防波堤、北仑港的电厂灰坝青岛前湾防波堤和厦门东渡港二朗围垠等，堤高从47M到110M，这些都是建筑在深厚软土地基上的成功事例。吴正友1989在连云港庙岭围堰施工中，在厚4M到5M的淤泥上，采用土工织物砂垫层修建了长252M、高7M到9M的抛石围堰。陈洪江等1992在大港选用无纺织物铺于3M厚的淤泥和淤泥质土上，修建长5KM、高55M的海堤，从1987年到1990年施工结束，1991年6月沉降即基本稳定。土工合成材料在浅基础加筋的应用虽然不及其在路基路面和堤防工程那样广泛，但是也由于其多方面的优势而倍受青睐。浅基础加筋的应用最早的报道是王铁儒等1986在杭州印染厂气柜地基中的应用。气柜的直径为154M，高785M，重122T，其下淤泥和淤泥质土厚14M，用抗拉强度为16KN/M的土工织物制成长管袋，内装碎石，分四层铺设，总厚度约LM，直径23M，并结合砂井进行地基处理。在此之后，浅基础的成功运用也有许多范例，其中较有代表性的有张元进2002在广州新白云国际机场地基处理中采用粉喷桩与土工合成材料加筋垫层联合处理软土地基，是软土地基处理的又一新形式；王卫正2001通过山西省晋城市二期城市集中供热西区锅炉房的工程实例，阐述了饱和黄土地基的工程特性，指出了采用振密碎石砂桩处理饱和黄土可能引起的一系列问题，并提出采用加筋复合垫层对饱和黄土地基进行加固的计算方法，介绍了土工筋带复合垫层处理地基的设计原则及施工要求。霍保全、程杰利用加筋复合砂石垫层法处理哈尔滨三联药业有限公司综合制剂大楼，节约费用1348万元，共缩短施工工期8天建成后实测最大沉降量为43CM，最小沉降量为29CM，平均沉降11为36CM，相邻基础最大沉降差为184CM，满足规范要求0003E24CM。证明土工筋带复合砂石垫层处理软弱粘性土、杂填土及淤泥质土等软弱地基是一种安全合理、经济可行的处理方法。此外还有1998年用长管碎石袋和有纺织物砂垫层处理南京炼油厂2万M的油罐地基王铁儒等19；陈忠实1991将土工织物用于厂房机器基础的加筋砂垫层；在杭州和绍兴的软土地基上，用长管碎石袋和土工织物加筋砂垫层修建八栋4至8层的楼房，包括框架结构和砖混结构这批建筑经4至6年的运行观测，沉降均匀，运用正常。土工合成材料同样也用于桥台的处理中。周志刚，郑健龙2000通过对云南省楚人高速公路祥云段内跨线桥壬东坡岸桥台的土工格栅加筋柔性桥台的试验，证实了土工格栅加筋柔性桥台能有效地降低桥台与桥台背填料间的差异沉降，避免桥头跳车现象。路桥过渡段是一个薄弱环节，压实质里不易保证，常有病害发生。经过专家学者们多年的潜心研究，诞生了一些经实践检验是可行的技术处理措施。我国也已开始尝试运用土工格栅来处理路桥过渡段问题。13国外应用与研究法国工程师HERRYASKJA通过模型试验发现当土体中掺入有机纤维材料后，强度可以明显提高。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设计理论。随后他又依据自己的理论，于1966年用镀镍钢条作加筋材料在法国第比牛斯山的普拉聂尔斯修建了世界上第座现代加筋土挡墙，另外，他还预见到加筋材料可以改善地基的承载力，开创了现代加筋土技术的先河。20世纪70年代，加筋土技术从法国传向全世界，相应的试验研究和理论分析也都蓬勃开展起来，其中具有代表性的机构主要有法园桥梁道路中心、美国加州大学、日本建设省等。法国的FSCHJOSSER，NCLONG和IBURAN等在挡土墙土压力分布和计算、破坏面的形态、加筋材料的拉力分布等方面做出了杰出的贡献，他们的一些理论到现在仍被广泛使用。1975年，BANQUET在他的论文中提出了关于加筋地基设计著名的“BINQUET法”。70年代末期，各国专家和学者先后在匹兹堡、悉尼、巴黎等地召开了国际性的研讨会。各类国际性和区域性地合作研究机构相继成立，其中欧美和日本等发达国家的研究机构先后制定了指导加筋土应用的规程、条例和手册，20世纪80年代，除了进一步从理论上探讨加筋土结构的基本形状和完善设计方法外，在工程实践上也运用得越来越多。1984年初，英铁遨部门在TILBURY车站铺设了长达90M的土工格室来加固路基基床1987年，美国铁道部门在徳克萨斯州的铁路建设中也采用土工格室加固铁路路基。1985年，HGRATHJNAYCR等将有纺织物用于赫尔辛基VANTAAT河湾的围垦堤工程。鉴于堤基为淤泥质土，他采用了在海水中沿堤基铺设织物这一措施，然后分别按一道堤和两道平行堤推进的方式，加快了施工速度，减少了抛石量。DWILLIAMS等在大雅茅斯旁道工程深达22M的淤泥上，用三层土工织布加筋，成功修建了高度为28M的堤。1987年，英法学者合作完成了“加筋土坡和路堤”的研究项目，80年代中后期，美法学者利用离心机进行模拟试验，研究了不同的筋材、面板刚度、地基土的压缩性以及不同的超载和填料对加筋土内部稳定性的影响，并将有限元方法首次引入加筋土结构的设计和试验成果的整理中来。第2章土工合成材料简介土工合成材料是岩土工程领域中的一种新型建筑材料，是由聚合物形成的纤维制品的总称。人工聚合物虽然已有100年左右的历史，但应用于土建工程则是20世纪30年代末才开始的，最初只是将塑料薄膜作为防渗材料应用于水利工程，到50年代末，土工合成材料开始应用于海岸护坡工程，直到70年代，由于无纺织物的推广，土工合成材料才以很快的速度发展起来，从而在岩土工程学科中形成一个重要的分支。到1984年，全世界10万余项不同类型的工程中已铺设3亿多平方米的土工合成材料。在20世纪60年代中期到70年代末，有纺织物开始在我国应用于河道、涵闸及防治路基翻浆冒泥等工程。80年代初，无纺织物开始在铁路工程上试用，80年代中期，土工合成材料才在我国的水利、铁路、公路、军工、港口、建筑、矿冶和电力等领域逐渐推广。当前国内外对土工合成材料的技术名称也未统一，有称土工聚合物、土工合成材料GEOSYTHETICS或土工织物GEOTEXTILE、GEOFABRICS等。其中以“土工合成材料”最具有代表性，是应用于土木工程中的合成纤维织物的统称。随着高分子化学工业的飞速发展，合成纤维新品和高分子合成的新型材料不断出现，这种新型材料已超越“织物”的范畴，如土工网GEOWEB、土工格栅GEOGRID、土工膜GEOMEMBRANE和土工垫GEOMAT等。目前国内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等几种。岩土工程的发展历来倚重于材料和设备的改进，土作为一种散粒体，客观地需要一种二维连续介质来改善其工程特性，而土工合成材料耐腐蚀、高强度、质轻、价廉，能满足这一要求。经过几十年的发展和实践，土工合成材料已在土木、水利、交通和环境工程中得到广泛应用，并带动了化工和纺织工业的发展。21土工合成材料的种类土工合成材料是以人工合成的聚合物如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料应用技术规范将土工合成材料分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等类型。土工特种材料包括土工格栅、土工模袋、土工网、土工网垫、土工格室、土工织物膨润土垫GCL、聚苯乙烯泡沫塑料EPS等。土工复合材料是由上述各种材料复合而成的，如复合土工膜、复合土工织物、复合防排水材料排水带、排水管等等。211土工织物土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造过程是先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。土工织物按制造方法分为有纺织造土工织物和无纺非织造土工织物。有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成。按照联结纤维的方法不同，可分为化学黏结剂联合、热力联合和机械联结三种方式。土工织物突出的优点是质量轻、整体连续性好可做成较大面积的整体、施工方便、抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，抗紫外线能力低，如暴露在外，受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，则抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。212土工膜土工膜一般分为沥青和聚合物合成高聚物两大类。沥青土工膜为复合型土工膜含编织型或无纺型的土工织物，沥青作为浸润黏合剂。聚合物土工膜根据不同的主材料分为塑料土工膜、弹性土工膜和组合型土工膜。大量工程实践表明，土工膜的不透水性很好，弹性和适应变形的能力很强，能适应不同的施工条件和工作应力，具有良好的耐老化能力处于水下和土中的土工膜其耐久性尤为突出。土工膜具有突出的防渗和防水性能。下面是两张工程实例中土工膜图21A土工膜图21B土工膜213土工特种材料1土工格栅土工格栅由于其良好的工程特性已广泛应用于加筋土结构工程中。按照土工格栅的原材料和成型的工艺的不同，可分为以下几种整体成型格栅。主要原材料为聚乙烯即PE塑料，利用塑料挤出机挤成薄片材，经冲孔、整体拉伸后成为网格状，称为整体成型格栅，如下图22所示。焊接成型格栅。主要原材料为聚丙烯PP塑料，利用塑料挤出机挤成高强抗拉条带，然后纵横组合交叉焊接成网格状，称为组合式焊接成型格栅，如图23所示。钢塑格栅。主要原材料为钢丝及包裹的塑料，复合成钢塑带后组合焊接成网格状，称为钢塑格栅，如图24所示。玻纤格栅。主要原材料为玻璃纤维或混合化学纤维，纺织成带后，精编成网格状，称为玻纤格栅如图25所示。图22整体成型土工格栅图22整体成型土工格图23组合式焊接成型格栅图24钢塑格栅图25玻纤格栅2土工模袋土工模袋是一种双层聚合化纤织物制成的连续或单独袋状材料，它可以代替模板用高压泵把混凝土或砂浆灌入膜袋中，最后形成板状或其他形状结构，常用于护坡或其他地基处理工程。膜袋根据其材质和加工工艺的不同，分为机制和简易膜袋两大类。机制膜袋按其有无反滤排水点和充胀后的形状有可以分为反滤排水点膜袋、无反滤排水点膜袋、无排水点膜袋、无排水混凝土膜袋、铰链块膜袋及框格型膜袋。3土工网土工网是由合成材料条带、粗股条编织或合成树脂压制的具有较大孔眼、刚度较大的平面结构或三维结构的网状土工合成材料。用于软基加固垫层、坡面防护、植草，以及用作制造组合土工材料的基材。4土工网垫和土工格室土工网垫和土工格室都是用合成材料特制的三维结构。前者多为长丝结合而成的三维透水聚合物网垫，后者图26是由土工织物、土工格栅或土工膜、条带聚合物构成的蜂窝状或网格状三维结构，常用于防冲蚀和保土工程，刚度较大的、侧限能力较高的土工格室多用于地基垫层路基基床或道床中。图26土工格室示意图5聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料EPS是近年来发展起来的超轻型土工合成材料。它是在聚苯乙烯中添加发泡剂，用所规定的密度预先进行发泡，再把发泡的颗粒放在筒仓中干燥后填充到模具内加热形成的，EPS具有质量轻为填土质量的1/101/50，重度为0204KN/、耐热、抗压性能好、吸水率低、自立性好等优点，常用3M作铁路路基的填料。214土工复合材料土工织物、土工膜或某些特种土工合成材料，两两或几种组合起来使用，便可形成土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，就是将土工膜和土工织物按一定要求制成的一种土工织物组合物。其中，土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的合成材料芯材组成的排水材料，可用于软基排水固结处理、路基纵横向排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水等。路基工程中常用的塑料排水板就是一种土工复合排水材料。22土工合成材料在路基工程中的应用铁路系统应用土工合成材料最开始于1966年，由广州铁路局与地方厂家合作，开发出氯丁橡胶土工膜，并于1969年8月在京广线郴州基床翻浆工点的整治中进行了应用试验，取得了很好的效果。1983年铁道第四勘察设计院在三茂铁路基塘软土路堤工点首次应用机织型土工布加固软土地基，也取得了成功。此后铁路系统将土工合成材料广泛应用于许多铁路新线的路基加固及既有线的病害整治工程，取得了明显的技术和经济效益。在这些工程中所用的土工合成材料几乎涉及所有的品种，如有纺和无纺土工织物，各种土工膜和复合土工膜，塑料排水带、排水板、PVC和软式透水管，土工网、土工格栅、土工格室、土工网垫、土工筋带、土工模袋、土工纤维、聚苯乙烯泡沫塑料等。土工合成材料具有加筋、隔离、防护、防渗、过滤和排水等多种功能，在路基工程中主要应用于以下方面1将土工织物、土工格栅、土工格室设于软土地基和路堤之间，加筋软基路堤，保证路堤的稳定性。2采用塑料排水板处理软土路基。3利用土工格栅构筑加筋陡边坡路堤，增强路堤稳定性，节省用地。4采用土工格栅和复合加筋带构筑加筋土挡墙，采用土工格栅和土工织物构筑加筋土桥台。5在地基承载力较低的地基上，采用土工网、土工格栅、土工格室结合碎石或砂砾垫层形成加筋垫层，提高地基承载力，满足涵洞等构造物的需要。6将土工格栅和土工网铺设于桥头、填挖交界处、新老路基结合部位，处治桥头跳车和路基不均匀沉降。7采用土工格栅和土工网处理膨胀土等特殊路基。8将土工垫三维网应用于路基边坡上，进行路基边坡的植被防护。9应用土工模袋进行临水路基边坡的冲刷防护。10土工织物包裹碎石形成碎石排水暗沟和渗沟，用于排除地下水。11将软式透水管水平打人路堑边坡中，排除边坡内积水；将其铺设于道路中央分隔带中，进行分隔带排水。12将土工膜、土工织物、土工格室铺设在基床中，进行基床加固与处理。13将土工格栅或土工网同锚杆结合，防护路堑边坡。软基处理加固、加筋土工程加筋土挡土墙和加筋陡坡、路堤边坡的植被防护、路基排水、基床加固与处理是目前铁路路基工程应用土工合成材料的主要场合。在软土地基加固处理方面，广泛采用塑料排水带或袋装砂井加速软基的排水固结；采用土工织物或土工网、土工格栅、土工格室补强地基，提高路基的整体稳定性。国外还有的采用聚苯乙烯泡沫塑料构筑软土路堤，减轻路堤自重，减少沉降，提高稳定性。在加筋土工程方面，采用土工格栅或土工拉筋带建造加筋土挡土墙，采用土工格栅或土工网提高土质较差的路堤堤身或边坡的稳定性，也可用来加固路堤陡边坡或改善、加宽路基的结合部位状态。在路基防护方面，主要采用土工网或土丁网垫结合种草，或采用土工格栅结合喷射水泥浆、混凝土，进行路基边坡坡面防护；采用石笼、沉枕、土工模袋等做冲刷防护；采用土工网、土工网垫结合植草种树，在风砂地区进行路基边坡防护，还可用来覆盖砂石、固定浮沙，建立防沙网、沙障阻止沙丘移动；在盐渍土地区，采用复合土工膜隔断毛细水，防止路堤盐渍化。在路基排水方面，采用土工织物反滤层，用于护坡、护墙、挡土墙背面的反滤排水，用于渗沟、暗沟的沟壁反滤排水和浸水的粗、细颗粒填料间的隔离反滤；采用土工膜或复合土工膜，用于路基顶面或底面的防渗及横向排水；采用塑料渗水管和软式透水管，用于引排挡土墙背后及边坡或滑坡体内的地下水。在基床加固与处理方面，主要采用土工膜、土工织物、土工格室等材料封闭和加固基床表层，处理基床翻浆冒泥、下沉外挤，加固软弱基床；在高寒地区采用聚苯乙烯泡沫塑料板防治基床冻害；采用无纺土工织物及排水管引排地下水等。在铁路与公路路基工程中应用土工合成材料普遍取得了明显的技术、经济效益。例如采用土工网结合植草做路基边坡防护，不仅巩固了边坡，降低了造价，而且美化了环境，有利于环保；采用土工格栅、土工拉筋带建造加筋土挡土墙，不仅能充分发挥土体自身的应力，使挡土结构稳定、挡墙外观美观，而且可以大量节省用地，开发土地资源。在经济效益方面也是十分显著的。第3章土工合成材料加筋技术当路堤填料为细粒土或软质岩，改建或增建二线加宽的路基稳定性较差，受地形限制需要加陡路堤边坡时，可采用土工合成材料加筋补强。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稳定性和抵抗边坡浅层溜坍的能力，因此当路堤采用细粒土、软质岩等填料填筑时，可采用土工格栅、土工网等加固边坡。200KM/H及以上铁路的正线不宜采用土工合成材料加筋土挡墙及加筋陡边坡。采用土工合成材料作拉筋的加筋土挡土墙，单级高度不宜大于10M，大于10M时应进行特殊设计。土工合成材料用于地基的加筋补强时，宜选用强度较高、延伸率较小的土工格栅、土工织物或土工格室。采用土工合成材料处理软土地基的措施，应根据地基情况、路堤高度及稳定、工后沉降、工期等要求确定。31加筋土技术原理及应用311加筋土技术原理加筋土技术是土工结合施工应用的工程理论基础上发展起来的，此种技术的应用不仅能够有效为工程施工建设提供结构支持，还能有效增强工程施工的整体性与稳定性，且对土工系统及周边环境有极小的扰动。加筋土本身是填土、拉筋及工程面板组合而成的一种结构，材料则具有更好的挠性，能有效改善土体系统的受力特点与自重特点，整体提升土体系统力学性能。312加筋土技术应用与推广早在上世纪60年代，加筋土技术便为国外工程建设所应用，我国于上世纪80年代引入加筋土技术，在三十多年的社会经济发展与工程施工应用中，加筋土技术凭借其良好的精确度、隐蔽性与经济效益、工程效益与社会效益逐渐得到公路路面、路基、桥台、码头、仓库、水电厂、堤坝、市政工程等多个工程建设领域的青睐，目前在路基工程中的应用主要是软土路基工程、路基结合部工程、路基高填方工程等方面。32路堤加筋技术321结构形式1采用细粒土或软质岩等填料的路堤边坡，宜选用图31的边坡加筋补强结构形式，以抑制边坡浅层溜坍和增强边坡抗冲蚀的能力。2受地形、地物限制需加陡路堤边坡时，宜选用图32的加筋土路堤结构形式，筋材的回折长度可按式31计算土工合成材料图31路堤边坡加筋补强结构形式土工合成材料图32外边回折的加筋土路堤结构形式31）（TANCH0DL式中，计算拉筋层的水平回折包裹长度，按水平投影长度计M；0拉筋的上、下层间距M；D作用在墙面上的侧向应力；HAKP拉筋与填料之间的黏聚力；C填料重度；3/MKN拉筋距顶部的距离M；拉筋与填料之间的摩擦角。土工格栅拉筋回折包裹长度应大于计算的最小值，且不宜小于20M，加筋土体最上部12层拉筋的回折长度应适当加长。3为增强路堤填土界面处的摩擦力，提高路堤的整体稳定性时，宜选用图33的填土界面加筋结构形式。土工格栅图33填土界面加筋结构形式322技术要求当路堤采用多层土工合成材料加筋时，各层土工合成材料之间的间距不宜小于每一填筑层的最小厚度，且不宜大于LM，加筋材料的最小铺设宽度不应小于25M。加筋土路堤土工合成材料的铺设层数和长度应按圆弧滑动法或楔体滑动法稳定性检算确定，安全系数不得小于13。筋材的锚固长度除应满足抗拔稳定性检算要求外，且不得小于25M。加筋材料的技术性能指标应符合下列规定1用于路堤边坡加筋补强时，宜选用土工格栅、土工网，其极限抗拉强度不应小于25KN/M。2用于加筋土路堤的土工合成材料宜选择强度高、变形小、粗糙度大、抗老化、蠕变变形小的土工格栅，其极限抗拉强度不应小于35KN/M。3用于填土界面的加筋材宜选用土工格栅。323施工要点1铺设土工合成材料时，应将强度高的方向置于垂直于路堤的轴线方向。2土工合成材料受力方向上的连接必须牢固，连接强度不得低于材料的设计容许抗拉强度，另一方向应密贴排放。3土工合成材料的铺设应拉紧不得有褶皱，必要时可用插钉固定；多层铺设时，上下层接缝应错开。4铺设土工合成材料的填土表面应平整，不得有坚硬凸出物，严禁碾压机械直接在土工合成材料表面上进行碾压。5土工合成材料摊铺后应及时填筑填料，避免阳光长时间直接照射。33加筋土挡墙加筋土挡墙MECHANICALLYSTABILIZEDEARTHWALL是建立在60年代初法国人HVIDAL提出的加筋土REINFORCEDEARTH概念之上的。这类支挡结构与传统挡墙相比，具有很好的柔性和抵抗地震荷载的稳定性，且造价上具有优势，目前，美国每年新建的MSEW超过700000，主要集中在交通工程领域，在该领域已占到各类支挡的2/32M以上。331结构形式加筋土挡土墙可采用包裹式、挂板式等结构形式。以土工合成材料作筋材的挡土墙时，可采用图34图37的结构形式。当墙高大于60M时，宜采用图36的结构形式。路基面上需设置杆架、沟槽、管线的地段，应采取保证加筋土挡土墙的完整和稳定的工程措施。土质地基和风化层较厚难以全部清除的岩石地基，加筋土挡土墙面板基础的埋置深度不应小于06M，并应满足防冲刷和防冻胀要求。加筋土挡土墙应有防水、排水设施，顶面应设置柔性封闭层。关于填土土压力计算和破裂面形式，与加筋材料和填土的相对刚度等有着密切关系。一般的指导性原则外部稳定性分析，将整个加筋复合体视为刚性体，与普通挡墙一样处理；内部稳定性分析，主要用于土工合成材料长度、间距和外端反则自锚长度；对于筋材与土的相对刚度较低的土工织物，但是对于相对刚度稍大的土工格栅，墙高6M的土压力计算则与上述的原则不尽相同。图34加筋土挡土墙结构形式之一包裹式基础土工合成材料混凝土空心砖图35加筋土挡土墙结构形式之二挂板式混凝土护面或植草土工合成材料图36加筋土挡土墙结构形式之三挂板式，拉筋材不等长布置图37加筋土挡土墙结构形式之四挂板式，拉筋材等长布置土工合成材料帽石基础面板土工合成材料帽石面板基础332技术要求1拉筋材料的性能对加筋土挡土墙的设计有重大影响。拉筋的强度和变形性能关系到挡土墙的稳点，拉筋不能有过大的变形，蠕变易使拉紧产生应力松弛，使墙体变形量过大甚至破坏。因此，拉筋应选择强度高、延伸率小、能与填料产生足够摩擦力、抗老化性能好、蠕变变形小的高密度聚乙烯土工格栅、双向经高强度涤纶土工格栅或复合拉筋带，并且其铺设，接长和与面板的连接应简易行。2考虑到铁路加筋土挡土墙的受力特征和安全性要求较高的特点，综合其技术和经济等因素，要求土工格栅极限抗拉强度不小于35KN/M。3土工格栅极限抗拉强度对应的延伸率高密度聚乙烯土工格栅不应大于12，其他土工格栅不应大于10。4复合拉筋带破短时，拉伸应变不得大于2，单根破断拉力不得小于9KN，表面应有粗糙花纹。333施工要点1用作拉筋的土工格栅应将强度高的方向垂直于墙面铺设。复合拉筋带应垂直于墙面呈扇形散开铺设，并分布均匀，自墙面板起至筋带长度的1/3以后不应重叠。2筋材与面板的连接、土工格栅的回折长度应符合设计要求。3筋材应铺设在有13横坡的平整压实的填土上使筋材末端比前端高510CM。筋材应拉直、拉紧，不得有卷曲、扭结。筋材拉紧固定后，应立即填铺上层填料。4筋材需要接长时，连接处强度不得低于设计容许强度，同一层接点不得多于2个。5筋材重叠交叉时，筋材之间应用填料隔开，其厚度宜大于5CM。墙面转角处相邻24块面板上宜增设加强筋材，加强筋材的数量不宜少于结构设计数量的1/3，加强筋材可与面板斜交。6填料的种类、颗粒粒径应符合设计要求，与筋材直接接触部分的填料不应含有尖锐棱角的块体，填料中最大粒径不宜大于单层填料压实厚度的1/3。7填料必须分层填筑、碾压，分层厚度以30CM为宜。8填料的碾压顺序应从筋材中部压向筋材尾部，再由中部压向面板，全面轻压后再重压。填料未压实前，碾压机械不应做90转向操作。压实机械与面板距离不应小于LM，在此范围内应采用小型夯实机械或人工夯实。9施工机械严禁在未覆盖填料的筋材上行驶，机械行驶时，其筋材上填料覆盖厚度不宜小于20CM。34加筋土技术在路基工程中的应用341加筋土技术在软土路基工程中的应用1工程工序管理准备工作。根据软土路基工程规划划出路基的坡脚线，使用石灰等材料沿线作出标记，并根据工程规划与标准严格进行路基表面土体清理作业，保证土表平整，并严格根据施工指标进行路基承载力检测。土工合成料铺设。首先，认真检查合成材料质量，对材料存在的变形、断裂等问题及时、妥善处理，杜绝工程施工中的严重材料问题；优先选用宽幅加筋土材料，保持材料高强度端侧与路基轴向的垂直分布；保持合成材料在铺设过程的平整性，采用相应的工具辅助进行铺设作业，将材料的搭接铺设宽度控制于813CM范围内，需要多幅连接时，采用绑扎法进行固定处理，绑扎距离为13CM左右；避免材料接缝重复铺设，将各层之间接缝距离控制于30CM以上。砂砾垫层铺设。根据路基施工实际铺设相应厚度的砂砾层并进行压实处理，保持铺设层表面平整。需要采用中粗砂铺垫时，将材料中泥含量控制于8以内。选用砂砾石铺垫时，将材料粒径控制于7CM以内，泥含量控制于8以内。合成材料二次铺设。砂砾垫层铺设并压实平整处理完毕后，进行合成料二次铺设，铺设要求同第一次。填土碾压。上述操作妥当后，使用卡车将加筋土载入工程现场，沿路线标记将加筋土卸下，尽量将加筋土卸于已铺设的层面之上，控制卸土范围与卸土高度，避免局部土体堆积引起地基垮塌；卸土完毕后，沿路线两侧向中心进行平行于路基中心线进行填土作业，填土完毕后，进行碾压平整处理。施工检测。进行路基压力检测、变形检测与回弹模量试验，任何一项检测不合格则立即进行强化施工，直至各项试验均符合既定指标为止。2施工质量控制软土路基工程中的加筋土技术控制主要通过流程控制实现。从技术准备工作直至最终的施工检测环节，均有专门人员负责监督管理，对施工材料、施工技术进行严格管理。342加筋土技术在路基结合部工程施工中的应用路基结合部施工前，并根据工程规划与标准严格进行大范围路基表面土体清理作业，使用相应的工具将地面碾压处理平整，从准备工作开始，基本依照软土路基加筋土作业流程实施。施工中需对加筋土等材料进行锚固作业在施工路基边坡处挖出台阶，将加筋料铺设于开挖好的台阶与施工路基之处，具体的加筋料铺设方式主要有以下三种使用U形钉进行加筋料的锚固处理，根据路基工程实际情况选取相应的U形钉，U形钉的长度一般在15CM之上；在开挖的台阶处继续开挖长宽均在40CM左右的方形沟，并将制作好的土工格栅铺入方形沟内部，沿沟底铺设完毕后，使用卡车将加筋土载入工程现场，沿路线标记将加筋土卸下并进行回填作业，回填完毕后进行压实处理，保持路基平整。另外，根据路基工程排水要求，适当采用砾石回填以保障路基渗水功能。对于地基坡度较大的工程，可在沟底铺设工作完成后，采用现浇混凝土技术对加筋回填材料与砾石回填材料等进行加固处理。343加筋土技术在路基高填方工程中的应用1土工合成料的选取与制备选取综合性能良好的材料作为工程施工材料，其中的砂砾应根据路基工程既定的渗透性指标进行选取，一般控制粒径与13MM以内，砂砾材料含泥量控制与55以内，其不均匀系数维持在2581之间，材料的干密度应保持在1850106/DCU范围内，材料含水率维持在10以内。土工格栅需严格依照路基工程建设指3/MKG标进行制作，应符合不同的规格标准、强度要求。2实际施工操作施工前，并根据工程规划与标准严格进行大范围路基表面土体清理作业，使用相应的工具将地面碾压处理平整，平稳铺设格栅，使用工具辅助平整处理格栅，注意避免格栅的过分扭曲和变形。在完成格栅铺设并保证格栅与地基密切相贴之后，尽快进行填筑作业，作业过程避免时隔过长尽量在两天之内完成，同时注意避免日晒雨淋。格栅夯实与沉降观测制定科学合理的沉降观测标准与参数，并根据工程实际设置格栅铺设作业沉降观测点，于加筋土施工过程中随时进行沉降观测与记录，并辅以相应的裂缝检测，及时发现施工中的裂缝与沉降问题并技术进行处理，以保障路基施工质量。第4章土工合成材料排水技术土工合成材料可作为反滤层、隔水防渗层、排水管等材料用于截排路基或支挡防护建筑物的地表水和地下水。反滤材料宜选用无纺土工织物，隔水防渗材料宜选用土工膜或复合土工膜，排水管可选用带孔塑料或软式透水管。41路基排水设计原则1土工织物用于反滤适用范围土工织物作为反滤层时适用于坡面防护的护坡、护墙及路基挡土墙背后的砂砾石反滤层；在截排