土工合成材料地基

7 1 8 土工合成材料地基土工合成材料地基 7 1 8 1 土工织物地基土工织物地基 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 允许偏差或允许值 项序检查项目 单位数值 检查方法 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 主控 项目 3地基承载力设计要求按规定方法 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 一般 项目 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 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