土工材料

土工材料

土工材料是一种新型的复合结构材料,它以天然的高分子聚合物为基本组分并加入适量的助剂或添加剂,通过先进的加工技术和工艺使其形成一个网状结构。当土体受到外力作用时,首先被损坏的是被破坏部分(或孔隙)本身,然后受到不断的发展、补充和修复。通过材料自身的自修复和人工补救达到加固及防护目的。从而避免了在使用过程中因结构失效而造成水、土等各种分离破坏现象发生的可能性。目前应用最广泛的土工格栅就是一种土工材料,它主要用于土体在自然状态下,由于外界环境因素影响而产生力学、化学变化或物理因素作用,使其力学特性改变的一种高分子聚合物结构。具有很强的柔韧性;高强度和抗腐蚀性能(耐酸碱、耐低温),同时又具有一定的抗蠕变性能。

  • 一、透水、过滤

    透水型材料主要用于水的过滤,可以避免雨水渗入土体,防止地下水被污染。透水型材料通常是聚酯、聚乙烯、聚丙烯等树脂,具有极高的强度和较高的耐腐蚀性能。其抗渗性能可通过渗透试验证明其渗透性强,能有效阻隔各类地下水对于土表层及基质的渗透或过滤、渗透。因此,作为一种优良的天然透水材料,具有较好的渗透性能和较好的过滤性能。它与水发生化学反应,将杂质吸附于其表面以保证水不能渗入到地下水中,防止水中杂质污染水源或危害人体健康。是理想的过滤材料。能在各种水质条件下稳定发挥作用。由于具有不透水性,可使水中污染物完全析出,同时由于水分子透过透气性而对其起到隔离作用,从而降低了水体密度,达到净化水质目的使用安全寿命长等优点。特别是对地下水质量安全及其它特殊要求的水质提供了有效方法和手段。可使水体得到净化、保护和利用.是生态环境和人类健康的重要保证。

  • 1、作为一种新的生态滤料,它的主要功能是作为过滤材料。

    具有很强的耐蚀性,可使用多种化学试剂来处理水。用于水处理工业时,这种材料可吸附各种污染物。在实际中,常用的处理方法是通过投加石灰或钙盐,来提高水的透明度,使水变清和透明度增加,这一方法具有成本低,净化速度快等优点,是目前处理水污染物的重要方法。

  • 2、用高分子材料制成的滤料由于具有良好的过滤性能,可有效去除水中的各种杂质和有害物质,因此具有很好的水质稳定性。

    用于污水处理的聚丙烯(PP)滤料,是目前广泛使用的高分子滤料之一。由于其分子量大,粒径分布宽。对水中杂质的去除率高,并能稳定地保持其在较低浓度范围内,使净化后的水达到饮用水标准,可以作为城市供水系统的给水材料。它可以采用机械和物理两种方法进行净化处理。通过机械吸附作用能除去有机物和无机盐等,达到水处理目的;通过物理作用可去除水中的悬浮物(胶体颗粒物等)、胶体悬浮物含量过高时,利用物理吸附方法也能达到水处理目的。它还能吸附水中悬浮物、胶体颗粒,去除水中的有机物和无机盐。

  • 3、用于保护地基,防止建筑物倒塌或防止地下水污染。

    使地下水有较大幅度的降低,减少地下水对建筑物的损害,保护地下水环境。因此在某些地区可采用土工合成材料作地基保护材料。由于透水型材料本身无孔,因此,其孔隙均匀,为土体提供了很好的渗透性,使地下水有很好的过滤效果,防止了污染物在地下水位上升的过程中对建筑物造成破坏。

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  • 二、加筋作用

    加筋指通过增大钢筋与基体间的摩擦力,使基体钢筋更加稳固地分布于整个土体上,并达到增强抗剪能力和抗渗能力,降低造价的目的。加筋方法有钻孔灌注法、锚固法、热固性塑料注射法等。其中热固性塑料加筋土工格栅应用范围最广,其使用技术成熟,特别是应用于高速公路与铁路的养护作业更是得到了大力推广;公路、铁路工程用加筋剂是用来增加公路和铁路路基抗剪强度,增加抗拉强度,提高承载能力以及增加耐久性等性能;沥青加筋层也可以作为加筋剂来提高混凝土公路和铁路路基工程质量;同时也能有效地控制沉降,增强结构稳定性,提高抗剪强度和耐久性等方面达到加固目的.但使用范围较窄,目前国内市场上所使用的都是化学建材在进行施工制作时会在混凝土里面加一些加筋剂来使水泥成为一个牢固的骨架材料以增加抗拉强度等特性;通过添加一些特殊材料来实现的一种结构材料。这种产品在我国应用非常多,它已经成为我们工程建设中不可缺少的一部分;而且也成为很多行业中不可或缺的一种材料!~。目前它被广泛地应用于道路路基、水利设施、铁路公路、机场、港口及工业等工程中用于防渗层加筋以及结构加固和结构加宽等。现在常用到以下几种:加筋剂是一种化学材料和添加剂(一般添加于矿粉当中)通过高温高压或物理机械性能而形成的产品;它含有大量杂质组分,具有优良性能且能满足施工需要;另外还含有一定比例稀土元素等物质。这类土工材料通常含有天然高分子化合物成分,经过加工处理后形成了具有特殊结构和功能特点的聚合物材料或新材料、新工艺材料等.在我国大量应用于高速公路工程中提高了抗震性、抗老化性与加筋剂及其他添加剂所起到不小作用。由于添加有化学添加剂会使工程使用寿命缩短!而一些国家却大量进口土工材料以达到其目的.因此在我国很多高速公路施工中采用了这种

  • 1、土工材料可根据需要在混凝土中加入不同成分的树脂,使之形成不同性质的材料。

    加筋土工格栅可用于防排水,固结加固,挡土墙,路堤,水坝,堤坝加固,道路,涵洞,隧道,边坡,护坡等。2.作为填方或回填材料可用于路堤固结、护坡加固及护坡,填方或回填后的路基,挡土墙,固结可降低路基沉降,防止由于路堤侧壁的沉陷而造成路面下沉引起的路面开裂,提高路面抗滑能力防止路面开裂;3.将其应用于加筋排水工程可将其应用于公路路基固结可使路基固结密实,降低路基沉降,延长路基使用寿命(适用于公路路基边坡)6.对堤坝等坝前挡固可提高坝体加宽和强度防止坝后地基沉陷造成的路基开裂6.对边坡可增强坡面稳定性防止边坡坍塌造成路基下沉7.对路基施工面具有一定排水能力且对路基进行铺筑之前都要对其进行排水处理1.加固后(通常是在铺筑沥青路面前)。

  • 2、改性树脂后,土工格栅的耐热性、耐腐蚀性、耐老化、韧性与强度大大提高。

    加筋塑料格栅在公路中的应用:与传统的加筋剂不同,塑料格栅具有更好地抗冲击性,同时塑料格栅抗撕裂,并在沥青混凝土路面或水泥路面加筋层,可有效地控制沉降,增加其承载力和耐久性。此外,塑料排水板可有效地将水排出路基或将水排出路面。(2)防渗垫在公路建设中广泛用于桥梁工程,具有很好的渗水性能。如在公路路基填土中添加适当的防渗垫层,可以在很大程度上提高其承载力,并在一定程度上减少因漏水造成的路基损失,对防止路基沉降和渗水具有很大的帮助。

  • 3、土工材料由于采用了高分子聚合物材料作为填料来增强填料的附着力和粘弹性,故增加抗拉强度。

    隔离.通常用来防止水土流失和减少公路建设中对路基的破坏,从而达到保证铁路稳定的目的。常见用于高速与公路、铁路工程中。土工布分为热固性土工格栅、热塑板两大类,其结构主要有增强聚丙烯塑料土工布、无纺布、复合土工布和高分子塑料土工布四种.热固性塑料加筋土工布网孔开度为30-40,有效地提高了强度和防水能力,且不影响孔隙结构。近年来,随着高铁的快速发展以及新隧道等工程的不断建设及不断完善.越来越多的道路开始使用 HDPE+ FRP作为路基材料.高速公路采用 HDPE+ FRP作为防排水材料时,施工周期短、质量好;应用在基层上的高分子塑料加筋土工布能有效增强基层抗冲刷能力以及增强基层整体密实性;同时由于加筋土中含有大量离子,还能渗透入基体内部,使孔隙中矿物质及水分不被土体污染,形成一个完整的防渗膜.这类格栅具有良好的排水防渗功能及其耐腐蚀性能。其中聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯属于热固性塑料.热塑可以使聚合物与土体发生化学结合和热化学反应而生成不溶或不熔的聚合物;具有极强的透水性及抗渗性。

  • 4、改性聚乙烯还可以作为增强体,形成复合土工复合材料。

    防渗性能,即针对工程实际情况的设计防渗层材料,并通过对防渗材料使用效果进行评价分析,以确保各种防渗材料设计使用效果的合理性与可靠性.使用效果分析方法:试验评价法。将测试样品装入专用储存箱中,再将试验样品依次装入已装满材料的容器(如大容量塑料薄膜),最后将贮存箱内装有检测水溶液,检测样品在试液的作用下产生的化学反应后,观察水中的气泡的大小,以及气泡的出现频率在一定范围内,可判定样品的防渗性能是否符合要求;然后再用刻度尺测量样品厚度,将两种材料按1:1比例混合,后在无纺布表面涂上一层防水涂料,然后将其装入一个小箱子中密封保存。通过以上试验可以得出该产品在我国工程上运用并不广泛.但目前我国企业在设计研制生产这种产品方面还比较欠缺,这是制约我国工程建设发展不够快的主要原因之一。目前国内外已经开始采用热固性塑料(不溶于水)以及塑料注射法等来进行加工处理后制成各种类型的产品.在建筑工程上已大量用到这类产品并得到了广泛应用。

  • 5、热稳定塑料是指在特定温度下(一般为90~100℃),经均匀地分散和塑化而成的具有一定强度的固体聚合物。

    加强路基排水系统的性能,使土工格栅的渗透性大大提高。由于加筋剂中有大量的化学物质及离子渗入土壤,造成土壤失水及土壤肥力下降,因此在加固地基前,需先进行土壤改良。如果直接采用传统的施工方法,将会出现地基不稳定及地基下沉变形等问题,且要重新开挖基坑,且工期长,成本高等缺点。采用高分子聚合物作为加固材料可以大大提高地基工程造价,使加固的地基具有更好的稳定性。高分子聚合物的强度比普通沥青混凝土要高很多。但其抗老化性能较差,通常是作为防腐涂料或水泥外加剂或在混凝土中掺入一定量物质后在加固过程中添加。

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  • 三、土工材料隔离渗透层

    隔离渗透层是土体与外部环境之间的隔离层,它能使土体渗透到土体内部,从而使土体自身具有透水性,能很好地防止地下水向外渗透。当外部水压较大时,材料表面形成封闭区域,防止水直接渗入地下(孔隙);当内部水压较小时,则向外渗透,造成地下水和空气进入土内部,引起水土流失。所以它对周围介质起着隔离防护作用。渗透层具有良好的排水功能,可以有效地阻止地下水径流进入深层,保护路基及地基,防止由于地下水侵蚀引起地基破坏和地下水位提高而产生严重后果。它可以有效地阻止土壤中微生物生长繁殖,使土壤保持良好酸性,保持水土;它还可以防止地下水对土壤和地下水造成污染,保持土壤结构稳定性和水分平衡等作用,防止水土流失;也可以防止地下水进入引起地下水水头损失等功能。

  • 1、当渗透层与土体接触时,土体由于外界水压的作用,渗透层与土壤之间的空隙被填实或封严,从而隔离土壤环境;

    当土壤中存在孔隙时,又被土体自身的渗透功能所封闭。这就是土工材料在一定条件下对土体进行隔离的基本原理。一般来说,在土层与建筑物的结合部位上都有一层渗透材料,起着隔离渗透层的作用。

  • 2、防止土壤水分和空气进入土内部;

    由于植物根系分布广泛,地下水位高,土壤本身就具有很强的水分吸收能力。当土体存在一定程度的压力时,土体周围的空气将会向内部扩散,并将内部的水分渗透到土体中,造成土壤水分和空气的流失。同时空气将使土壤受到很大程度的损坏,并会产生一些有害的气体,如二氧化硫、氯气、硫化氢等,它们对植物根系构成严重的威胁,甚至使植物死亡,并会对土壤造成污染。因此,在遇到降雨或长期不下雨时,土壤应保持良好的通风条件。由于渗透层存在着特殊的空间结构,能有效地阻止空气入侵,当土壤含水量过大时,将使渗透层承受不住压力从而破坏。如在隧道中使用渗透材料可防止空气渗透过大而产生渗透裂隙时造成漏水。

  • 3、对土壤和地下水起保护作用;

    土工布还可以防止地下水和空气进入土内部,造成地下水污染,保护路基,减少水土流失,同时保护环境。对不同的地基有不同措施。一般地基要求为稳定,土壤要求有一定的厚度,以保持水、土平衡及土中微生物活性,同时有良好的排水和蓄水功能,防止积水流入地下与大气分离。对地下水位较高的地基则要做好控制。

  • 4、防止土壤侵蚀,保持土壤结构稳定性和水分平衡等作用。

    土工材料有较强的渗透性,具有良好的化学稳定性,可使土壤保持在较低含水量范围内,而不受外界环境的影响。使土壤具有较强的耐水性,从而保证土壤能够抵抗干旱和强烈的风蚀。土工材料还具有一定的弹性,能吸收外界水压,降低水头损失,从而保证工程稳定。当有大雨冲刷而造成渗透损失时,土工材料将阻止土壤进一步受到侵蚀,防止地表径流的涌入。在长期冲刷的路基上将具有很好的保护作用。

  • 5、适用于公路和铁路工程,水利、公路路基、护坡、河道及其他工程中作防渗处理时使用。

    土工材料在应用中,由于受土体物理性能和化学性质的影响,一般应在特殊场合下使用。如:公路隧道,护坡,水利设施,堤坝,填土、道路建筑等,均需要在特定环境下,使用特殊用途的土工材料,如沥青防水卷材、沥青渗透涂料等。隔离渗透层一般采用聚酯树脂基膜(EPS)作为材料,通过针刺法、注浆法施工工艺和熔融挤压工艺制成的高分子聚合物。用高分子聚合物制成的隔离膜具有抗拉强度高以及与土体之间的相互隔离等特点。将隔离膜与路基材料连接,形成完整的防护系统,起到保护作用。隔离膜在隔离岩土体中还具有特殊的渗透性和排水性(主要用于防止地下水或空气进入土内部引起水土流失),特别适用于不稳定砂砾层或松散砂砾层等不稳定岩土上的防渗处理。

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  • 四、土工材料固结,增加加筋效果

    土工格栅的加筋效果与所采用的原材料有关,也与加筋技术有关。在某些情况下,加入一定数量的土工材料可以提高地基承载力,但不能使结构稳定。而高强度的土工格栅就具有较好的固结效果。因此,在土工格栅生产中将复合土工格室中填土与加固土两种复合物质作为填充物同时填土而形成复合的网格来增强土体结构。因此,使结构加筋材料成为一种非常有效和稳定且具良好固结性能的复合材料。

  • 1、增强承载能力

    土工格栅的承载能力是由其质量决定的,土工格栅的质量越高,其抗拉强度也越高。因此在设计时应充分考虑到这一点,土工格栅要满足结构强度要求并具有良好的伸长率和变形能力。在承载能力方面,土工格栅还具有一定的阻尼性能,可以增加对地基的摩擦力,使土与土之间形成一个缓冲区域,防止土的破坏,从而提高地基的承载能力。此外,土工格栅的抗剪强度在很大程度上决定了其用于基础处理方面的经济价值。一般的基础处理方式是在地基处理后使用抗剪材料,而不能直接采用强度较高的土工格栅进行增强处理。

  • 2、增强建筑物的稳定性

    在实际工程中,建筑物在地震作用下的稳定性是非常重要的。土工格栅在其与土体之间起到了有效的锁固作用,使得建筑物的结构稳定性得到了增强,建筑物本身抵抗地震能力增强,抗风能力更强。从而也使得建筑物更加安全、稳固。

  • 3、减小地基应力

    土工膜的承载能力较低,应力集中。为了减少土体应力,提高土体的承载能力,可在土工格栅中添加一些具有减振降噪功能的填料或材料,从而增大土体应力。在施工中可采用压实土体材料和混凝土或砂子加固土并将土体中部分应力转移到结构层加筋或应力吸收材料中来降低应变。一般在工程中采用压实法来减小地基应力,但这种方法在某些情况下并不能达到理想的效果,需要在施工过程中进一步研究土体应力的发生机理及减少应力释放材料。

  • 4、提高地基承载力

    地基承载力主要是指土工格栅与土的接触面积。土工格栅与土接触面积越大,能承受的荷载越大。一般土工网与土接触面积占到土体重量的1/3左右,而加筋土工网厚度为1.5 m左右,可以大大提高地基的承载力。

  • 5、加强土体抵抗侧向变形能力强

    在土体遭受到变形时,土工膜对变形起到限制作用,以避免土体发生侧向变形。在变形期间,土工膜会与土体保持良好的接触,从而避免了土受到拉力时产生的剪切破坏而引起的破坏,使土体在变形期间始终保持原有的形状和强度,保证了土体的正常使用。此外,在施加较大拉力时,不会出现拉力变形。在发生应变时,结构膜会和土体之间形成良好的粘结过程。对于边坡来说是非常重要的。但是其具有较大的变形速率和变形能力,对坡面进行处理时需要一定的辅助力量。

  • 6、减少结构变形

    地基在变形的作用下会产生变形,其变形程度与土工材料强度大小、土体变形的方向和速度有关。当结构发生较大变形时,增加的筋所承受的变形力将大于通过土体传至地面的变形力,从而使建筑出现裂缝。而高强度的结构加筋材料,在受到较大变形后,仍能维持良好和稳定的工作状态。因此,在地基处理中应用高强度的结构加筋材料,可以减少结构变形。

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  • 五、土工材料土体保护

    土体保护包括土加固和土体加固。土加固是指对土体采取不加任何材料的加固方法,如通过用土工格栅对坡面进行加固施工或边坡整修或改造等。土体保护可分为人工加固和自然修复方法。人工修复法对土保护通常是在需要使用时进行土壤、沙土、粘土、粉煤灰等基质对加固或防护。如加固工程在受水作用、水土流失、坡面变形、冲刷、雨水侵蚀等影响下容易发生破坏、导致水土流失、坡脚发生位移等原因下,进行人工水土保持工作;也可以用来对坡面进行防护加固处理如加固堤坝、护坡、堤坝护岸等护坡;堤坝坝边坡护坡等,防止水土流失;隧道、路基护脚;道路护坡以及排水等工程治理或防护修复工程中均采用该方法。

  • 1、人工水土保持工程包括水土保持措施和工程措施,工程措施包括水土保持工程措施、水保工程措施、排水工程措施和生态保护措施。

    主要包括植物保护、土壤培肥、植物防护、拦蓄排水、水土保持设施、水环境保护、土壤及地下水保护等。水保工程措施包括沟渠排水、拦河拦蓄、疏浚河道、拦渣坝等。排水工程措施主要包括渗坑、截渗堰(槽)等。

  • 2、自然修复方法,如在坡面进行自然修复,用植物进行土壤保护,用水冲沟,在坡面覆盖粘土及粉煤灰等。

    植物生长是自然修复的重要内容。天然修复的植物种类较多,包括落叶松、黄杨柳、刺槐、杨树、水曲柳、白蜡、山杨、毛白杨等,人工修复通常采用灌木、草皮或其他措施进行水土保持,在自然修复中,要使植被保持水土,应尽量使其形成一定的植被群落;为了防止土壤对植被的侵蚀,在坡面上必须种植一定数量的植物。自然修复后,不能随意改变自然地形地貌,要经过科学的人工设计或人为控制水土流失的程度。根据植被对坡面稳定性及水土保持作用的影响方向和程度不同,植物可以分为单株植物和群落植物,如杨树(俗称杨梅树)、黄杨(俗称白杨)、刺槐、槐树、榆树等。采用这些植物进行自然修复既可美化坡面,又能保持坡面植被,还可减少水土流失。

  • 3、自然修复方法是一种保护性工程措施中施工最简单的方法。

    在工程治理或防护修复过程中,只要施工时将部分基质去除,不会影响土体,一般可采取直接利用自然材料进行修复或防护,如用土工布在坡面做一些绿化植物,如垂丝海棠、木麻黄、樱花等,利用自然材料进行自然修复或防护,也可采用碎石等对边坡进行防护和美化。对自然修复,宜采用分层开挖边坡或开挖边沟的方法,然后用土壤填筑边坡,在坡面开孔设置排水设施,最后按设计要求在坡面种植植物以改善边坡水土质量。自然修复主要用于一些边坡修复过程中,如通过植物覆盖绿化,形成天然护坡物,使坡面有良好的自然景观,防止水土流失。在自然修复后还可通过喷洒植物生长调节剂等来进行人工植被恢复。采用这种方法对人工植物不需施入肥料和药物,成本低,可大大减少费用。

  • 4、人工水土保持措施主要包括工程措施和工程措施两大类。

    工程措施包括河道堤坝、水库坝体结构、拦河坝、护坡、挡墙、排水渠及排洪沟结构等,在防洪工程、水利工程、水保工程过程中,常用坝下种植林木,起到水土保持作用;在水土保持防涝工程中采用行洪蓄滞、导流排渍的技术;在挡潮工程中采用堆土挡潮的技术等。采用这些方法可以有效防止水土流失。自然修复是指对可能发生破坏,可能导致水土流失的区域及时进行人工治理处理的方法。

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