土工聚合物施工方法.doc

第10章 加筋土技术 10.1 概述 在一定级配及压实条件下，土体具有较大的剪切强度，但其抗拉强度很低，无粘性土甚至不能承受拉力。与钢筋混凝土的概念相类似，人们在填土中加入金属或土工合成材料等筋材，并依靠筋材和土之间的摩擦力来加强土体，这就引入了加筋土的概念。简言之，加筋土就是在土中加入抗拉材料，以改善土的工程性质。 事实上，加筋土的概念并不新鲜。动物利用树枝、稻草、芦苇和泥建成栖息的巢穴，就本能地演示了加筋土的基本原理。此外，人们在土坯中加入草筋提高强度，将柴排铺在泥沼地带修筑道路等，均是自发地利用带筋或纤维加筋加固的典型例子。例如：在陕西半坡村发现的仰韶遗址中，有许多简单房屋，其墙壁和屋顶是利用草泥修筑而成的。据估计，这些建筑距今已有五、六千年的历史。在玉门一带，还保留有用砂、砾石和红柳或芦苇压叠而成的汉长城遗址。国外也有类似的利用天然植物作加筋材料的记载。约在1822年，Colonel Plasley 采用帆布代替天然植物，将加筋土技术引进英国军队。 1963年，法国工程师亨利·维多尔(Henry Vidal)根据三轴试验结果提出了加筋土的概念及加筋土的设计理论，成为加筋土发展历史上的一个重要里程碑，标志着现代加筋土技术的兴起。自1965年法国在普拉格尔斯(Prageres)成功地修建了一座公路加筋土挡土墙以来，加筋土的研究和应用迅猛发展，加筋材料也从天然植物、帆布、金属发展到预制钢筋混凝土和土工合成材料，工程应用从经验性到具有较为系统的理论指导，加筋土的发展经历了几千年的漫长历程。加筋土技术被誉为“继钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土之后又一造福人类的重要复合材料”，是加固土体的三大法宝之一。 在我国，自1979年由云南煤矿设计院在田坝修建第一座加筋土挡土墙以来，加筋土技术方兴未艾。现在除西藏和青海省以外，其他各省市修建的加筋土工程已逾千项，砌墙面积超过70万m2。在大量工程实践的基础上，随着经验的积累，创造了符合我国国情的加筋土技术，在某些方面还达到了国际先进水平。如位于陕西洛川201国道上的加筋土挡墙，其主体墙全部设在曲线上，墙高50.13m，其高度位居世界第二。 10.2 土工合成材料 10.2.1 概述 土工合成材料(geosynthetics)是岩土工程中应用的合成材料的总称，其原料主要是人工合成的高分子聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶，等等。土工合成材料可置于岩土或其他工程结构内部、表面或各结构层之间，具有加强、保护岩土或其他结构的功能，是一种新型工程材料。 大约20世纪50年代，土工合成材料开始应用于岩土工程中。随着新产品的不断开发和新技术的发展，土工合成材料日益显示出其优越性，并且逐步成为当今的主要加筋材料。正象有人指出的那样,“应用土工合成材料对于岩土工程将是一场革命”。早在1958年,美国首先使用聚氯乙烯单丝编织物代替传统的级配砂砾料用于护岸工程;1970年法国开创了土石坝工程中使用土工合成材料的先例。最近二三十年土工合成材料发展迅速,尤以北美、西欧和日本发展最快。土工合成材料被誉为继砖石、木材、钢铁、水泥之后的第五大工程建筑材料，广泛应用于铁路、公路、水利、港口、城建、国防等领域。随着应用范围的不断扩大，土工合成材料的生产和应用技术也在迅速地提高，使其逐渐成为一门新的边缘性科学，有关学术活动也在不断地扩大和深入。自1977年以来，先后召开了六届国际土工合成材料学术会议；国际土力学与基础工程学会也于1983年成立了土工织物协会，后更名为国际土工合成材料协会，成为土工学术界重视土工聚合物的重要标志。 在我国，土工合成材料的应用与研究起步较晚，但发展较快。20世纪70年代末，铁道部门开始研究并在现场试验中应用土工织物防治铁路路基基床翻浆冒泥和包石盲沟加强排水；水利和交通部门也开始研究土工织物在反滤、防渗和排水等方面的应用。1984年成立了全国性的“土工织物科教情报协作网”，后更名为“中国土工合成材料协会”，自1986年以来，先后召开了五届土工合成材料学术会议，推动了土工合成材料在我国的应用与发展。1998年土工合成材料在抗洪抢险中发挥的巨大作用引起了国家领导人的关注，为了进一步推广应用，有关专家综合国内外的研究成果和工程实践经验，在短短的几个月内制订了《土工合成材料应用技术规范》（GB 50292-98），水利、交通、铁道部门也制订了相应的行业标准。 10.2.2 土工合成材料的类型及特性 1．土工合成材料的类型 1977年，J.P.Giroud和J.Pefetti建议将土工合成材料分成两大类：土工织物和土工膜，分别代表透水和不透水的土工合成材料。由于新产品的不断涌现，超出了旧产品的分类体系，因此，1983年，J.P.Giroud和P.G.Caroll提出把土工合成材料分为土工织物和土工织物相关产品两大类，这