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土工合成材料在土工技術(shù)中的應(yīng)用
點(diǎn)擊數(shù)：69742016-03-07 19:22:59 來(lái)源: 新疆磐基實(shí)業(yè)有限公司
1．加筋土坡
土坡中加入土工合成材料(土工格柵或土工織物)可以將土坡填筑得更陡一些。就加筋功能而言，同針刺土工織物相比，土工格柵和有紡?fù)凉た椢锟梢栽谳^小的應(yīng)變下發(fā)揮作用。針刺土工織物則具有土工格柵和有紡?fù)凉た椢锼痪哂械耐凉ず铣刹牧掀矫鎯?nèi)的透水性。因而，土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的最新進(jìn)展是
(1)針刺土工織物與土工格柵疊合鋪設(shè)，具有加筋和排水功能；或
針刺土工織物與有紡?fù)凉た椢锆B合鋪設(shè)結(jié)合，具有加筋和排水功能；或
(2)土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和土工格柵結(jié)合；或
土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和有紡?fù)凉た椢锝Y(jié)合。
土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的應(yīng)用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體，使土工合成材料成為具有導(dǎo)水性的填充聚合物或金屬纖維。從而，通過(guò)電泳、離子轉(zhuǎn)移和電滲改善加筋區(qū)內(nèi)細(xì)粒土的性質(zhì)。
Nettleton等1998年對(duì)以上概念進(jìn)行了描述，目前正處于早期的研究和試驗(yàn)應(yīng)用階段。
2．加筋土擋墻
與加筋土坡類似，加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋可以是土工織物，但更多的是使用土工格柵。近10年的主要進(jìn)展是在墻面系統(tǒng)上的不斷改進(jìn)，包括：
土工合成材料包繞墻面系統(tǒng)；
木制墻面系統(tǒng)； 焊接絲網(wǎng)墻面系統(tǒng)；
堆疊筐籠墻面系統(tǒng)； 預(yù)制混凝土板(全高)墻面系統(tǒng)；
現(xiàn)澆混凝土面板墻面系統(tǒng)； 預(yù)制混凝土(分單元)墻面系統(tǒng)；
標(biāo)準(zhǔn)混凝土塊(現(xiàn)稱分塊擋土墻)(SRWS)墻面系統(tǒng)。
在以上所有的墻面系統(tǒng)中，分塊加筋土擋墻的墻面一般采用干砌方式。經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生新型的面塊、面塊的新型細(xì)部設(shè)計(jì)和新型錨固方式。這種墻型現(xiàn)多用于較高的擋墻(達(dá)15米)，以承受較大的超載(如鐵路)，或者加筋土擋墻面向水流(如小溪、河流等)。這種擋墻在地震區(qū)也表現(xiàn)出良好的性能。
最有意義的是SRWS的新型面板塊上設(shè)有向上的槽口，填土后，可以種植當(dāng)?shù)氐闹参?。如果氣候適宜，這種“活墻”可以遮擋干砌面板。
土工合成材料在加筋土擋墻中的應(yīng)用前景是在錨固區(qū)設(shè)置聚合繩、條帶和錨具(或土釘)，將墻面單元通過(guò)加筋體錨固在錨固區(qū)。實(shí)質(zhì)上，這一概念在20世紀(jì)80年代在我國(guó)的加筋土擋墻上已經(jīng)采用[2]。如果加筋土擋墻距巖體較近，也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。
3．土堤地基加筋
20世紀(jì)70年代，美國(guó)工程師兵團(tuán)采用高強(qiáng)土工織物加固土堤地基。其最終目的是減少軟土地基上土堤的沉降。荷蘭也是將該技術(shù)用于大面積填土的較早采用者之一。
目前的進(jìn)展是在土堤和地基之間設(shè)置加筋以減少不均勻沉降。如果土堤需要跨過(guò)地基中的孔洞，就所涉及的加筋抗拉強(qiáng)度而言，導(dǎo)致不均勻沉降的地基中孔洞的最大尺寸是最為關(guān)鍵的。
土工合成材料作為土堤地基加筋的應(yīng)用前景是尋找現(xiàn)場(chǎng)安裝預(yù)應(yīng)力加筋的方法。如果取得成功，經(jīng)過(guò)應(yīng)力松弛，該預(yù)應(yīng)力可以減少變位的發(fā)生。
4．混凝土壩防滲
許多已建成的混凝土壩存在嚴(yán)重的缺陷。除了剝落和裸露鋼筋外，工程上最為關(guān)心的缺陷是結(jié)構(gòu)滲漏的增加?，F(xiàn)行的方法是放空水庫(kù)后，在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2米設(shè)一水平不銹鋼槽，以?shī)A緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設(shè)置土工網(wǎng)格，然后將土工膜粘貼在土工網(wǎng)格上。設(shè)置土工網(wǎng)格的目的是收集滲過(guò)土工膜的水。土工膜用于該目的已有15年。據(jù)報(bào)道，它最早用于意大利，目前在全世界得到普遍的采用。
這方面的最新進(jìn)展是粘貼區(qū)域的處理。例如，在不放空水庫(kù)或部分放空水庫(kù)的情況下，由潛水員完成粘貼。在土工膜下面設(shè)置氣泡系統(tǒng)，以防水庫(kù)上游面的冰將土工膜刺壞。
由于紫外線和氧化作用，土工膜的壽命受到限制。如遇高溫，這些作用對(duì)大多數(shù)聚合材料的影響非常大。這方面的發(fā)展前景應(yīng)是開(kāi)發(fā)改善型的聚合材料，以提供壽命更長(zhǎng)的土工膜。
5．土壩防滲
土工膜以及土工合成材料和粘性土形成的襯砌(GCL)，已被用在土壩或土壩的上游面作為防滲體。土工膜應(yīng)妥善防護(hù)，防止刺破，并妥善錨固。
最新的發(fā)展是將該項(xiàng)技術(shù)用于碾壓混凝土壩。在這種情況下，土工膜及鋪于土工膜下面的土工織物在工廠被粘貼在混凝土板上。在現(xiàn)場(chǎng)，隨混凝土壩升高，逐步進(jìn)行安裝。在現(xiàn)場(chǎng)，用土工膜條帶對(duì)這種板進(jìn)行粘貼。該項(xiàng)技術(shù)有效地減少了水平滲漏。
將來(lái)的可能是將土工膜用于已建成的土壩的防滲處理上。利用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，在土壩內(nèi)挖槽(如有必要，該槽應(yīng)深入壩基)。土工膜置于槽的上游面。應(yīng)小心地選擇用于置換膨潤(rùn)土泥漿的回填土，使回填土本身能形成防滲層。
6．隧道防滲
現(xiàn)行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側(cè)的防滲體，與針刺的、較厚的無(wú)紡?fù)凉た椢镆黄?，將水?dǎo)人設(shè)在隧道底腳的排水出口，形成封閉的排水系統(tǒng)。
然而，土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會(huì)從臨時(shí)的護(hù)頂下垂，在永久性混凝土襯砌施工時(shí)容易遭到破壞。因此，現(xiàn)在的進(jìn)展集中在施工方法的改進(jìn)上。土工合成材料應(yīng)和永久性混凝土襯砌同時(shí)施工，以避免在永久性混凝土襯砌施工時(shí)損壞土工合成材料。
將來(lái)的發(fā)展是開(kāi)發(fā)壽命在100年以上的土工合成材料，以抵抗隧道周圍的不利環(huán)境。因而，施工方法的改進(jìn)和材料的壽命是最關(guān)心的問(wèn)題。
土坡中加入土工合成材料(土工格柵或土工織物)可以將土坡填筑得更陡一些。就加筋功能而言，同針刺土工織物相比，土工格柵和有紡?fù)凉た椢锟梢栽谳^小的應(yīng)變下發(fā)揮作用。針刺土工織物則具有土工格柵和有紡?fù)凉た椢锼痪哂械耐凉ず铣刹牧掀矫鎯?nèi)的透水性。因而，土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的最新進(jìn)展是
(1)針刺土工織物與土工格柵疊合鋪設(shè)，具有加筋和排水功能；或
針刺土工織物與有紡?fù)凉た椢锆B合鋪設(shè)結(jié)合，具有加筋和排水功能；或
(2)土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和土工格柵結(jié)合；或
土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和有紡?fù)凉た椢锝Y(jié)合。
土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的應(yīng)用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體，使土工合成材料成為具有導(dǎo)水性的填充聚合物或金屬纖維。從而，通過(guò)電泳、離子轉(zhuǎn)移和電滲改善加筋區(qū)內(nèi)細(xì)粒土的性質(zhì)。
Nettleton等1998年對(duì)以上概念進(jìn)行了描述，目前正處于早期的研究和試驗(yàn)應(yīng)用階段。
2．加筋土擋墻
與加筋土坡類似，加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋可以是土工織物，但更多的是使用土工格柵。近10年的主要進(jìn)展是在墻面系統(tǒng)上的不斷改進(jìn)，包括：
土工合成材料包繞墻面系統(tǒng)；
木制墻面系統(tǒng)； 焊接絲網(wǎng)墻面系統(tǒng)；
堆疊筐籠墻面系統(tǒng)； 預(yù)制混凝土板(全高)墻面系統(tǒng)；
現(xiàn)澆混凝土面板墻面系統(tǒng)； 預(yù)制混凝土(分單元)墻面系統(tǒng)；
標(biāo)準(zhǔn)混凝土塊(現(xiàn)稱分塊擋土墻)(SRWS)墻面系統(tǒng)。
在以上所有的墻面系統(tǒng)中，分塊加筋土擋墻的墻面一般采用干砌方式。經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生新型的面塊、面塊的新型細(xì)部設(shè)計(jì)和新型錨固方式。這種墻型現(xiàn)多用于較高的擋墻(達(dá)15米)，以承受較大的超載(如鐵路)，或者加筋土擋墻面向水流(如小溪、河流等)。這種擋墻在地震區(qū)也表現(xiàn)出良好的性能。
最有意義的是SRWS的新型面板塊上設(shè)有向上的槽口，填土后，可以種植當(dāng)?shù)氐闹参?。如果氣候適宜，這種“活墻”可以遮擋干砌面板。
土工合成材料在加筋土擋墻中的應(yīng)用前景是在錨固區(qū)設(shè)置聚合繩、條帶和錨具(或土釘)，將墻面單元通過(guò)加筋體錨固在錨固區(qū)。實(shí)質(zhì)上，這一概念在20世紀(jì)80年代在我國(guó)的加筋土擋墻上已經(jīng)采用[2]。如果加筋土擋墻距巖體較近，也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。
3．土堤地基加筋
20世紀(jì)70年代，美國(guó)工程師兵團(tuán)采用高強(qiáng)土工織物加固土堤地基。其最終目的是減少軟土地基上土堤的沉降。荷蘭也是將該技術(shù)用于大面積填土的較早采用者之一。
目前的進(jìn)展是在土堤和地基之間設(shè)置加筋以減少不均勻沉降。如果土堤需要跨過(guò)地基中的孔洞，就所涉及的加筋抗拉強(qiáng)度而言，導(dǎo)致不均勻沉降的地基中孔洞的最大尺寸是最為關(guān)鍵的。
土工合成材料作為土堤地基加筋的應(yīng)用前景是尋找現(xiàn)場(chǎng)安裝預(yù)應(yīng)力加筋的方法。如果取得成功，經(jīng)過(guò)應(yīng)力松弛，該預(yù)應(yīng)力可以減少變位的發(fā)生。
4．混凝土壩防滲
許多已建成的混凝土壩存在嚴(yán)重的缺陷。除了剝落和裸露鋼筋外，工程上最為關(guān)心的缺陷是結(jié)構(gòu)滲漏的增加?，F(xiàn)行的方法是放空水庫(kù)后，在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2米設(shè)一水平不銹鋼槽，以?shī)A緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設(shè)置土工網(wǎng)格，然后將土工膜粘貼在土工網(wǎng)格上。設(shè)置土工網(wǎng)格的目的是收集滲過(guò)土工膜的水。土工膜用于該目的已有15年。據(jù)報(bào)道，它最早用于意大利，目前在全世界得到普遍的采用。
這方面的最新進(jìn)展是粘貼區(qū)域的處理。例如，在不放空水庫(kù)或部分放空水庫(kù)的情況下，由潛水員完成粘貼。在土工膜下面設(shè)置氣泡系統(tǒng)，以防水庫(kù)上游面的冰將土工膜刺壞。
由于紫外線和氧化作用，土工膜的壽命受到限制。如遇高溫，這些作用對(duì)大多數(shù)聚合材料的影響非常大。這方面的發(fā)展前景應(yīng)是開(kāi)發(fā)改善型的聚合材料，以提供壽命更長(zhǎng)的土工膜。
5．土壩防滲
土工膜以及土工合成材料和粘性土形成的襯砌(GCL)，已被用在土壩或土壩的上游面作為防滲體。土工膜應(yīng)妥善防護(hù)，防止刺破，并妥善錨固。
最新的發(fā)展是將該項(xiàng)技術(shù)用于碾壓混凝土壩。在這種情況下，土工膜及鋪于土工膜下面的土工織物在工廠被粘貼在混凝土板上。在現(xiàn)場(chǎng)，隨混凝土壩升高，逐步進(jìn)行安裝。在現(xiàn)場(chǎng)，用土工膜條帶對(duì)這種板進(jìn)行粘貼。該項(xiàng)技術(shù)有效地減少了水平滲漏。
將來(lái)的可能是將土工膜用于已建成的土壩的防滲處理上。利用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，在土壩內(nèi)挖槽(如有必要，該槽應(yīng)深入壩基)。土工膜置于槽的上游面。應(yīng)小心地選擇用于置換膨潤(rùn)土泥漿的回填土，使回填土本身能形成防滲層。
6．隧道防滲
現(xiàn)行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側(cè)的防滲體，與針刺的、較厚的無(wú)紡?fù)凉た椢镆黄?，將水?dǎo)人設(shè)在隧道底腳的排水出口，形成封閉的排水系統(tǒng)。
然而，土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會(huì)從臨時(shí)的護(hù)頂下垂，在永久性混凝土襯砌施工時(shí)容易遭到破壞。因此，現(xiàn)在的進(jìn)展集中在施工方法的改進(jìn)上。土工合成材料應(yīng)和永久性混凝土襯砌同時(shí)施工，以避免在永久性混凝土襯砌施工時(shí)損壞土工合成材料。
將來(lái)的發(fā)展是開(kāi)發(fā)壽命在100年以上的土工合成材料，以抵抗隧道周圍的不利環(huán)境。因而，施工方法的改進(jìn)和材料的壽命是最關(guān)心的問(wèn)題。
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