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【摘 要】本文论述了土工聚合物的种类和技术性能以及应用中应注意的问题,对加筋土工程施工具有一定的指导意义。
【关键词】土工聚合物;加筋土;技术性能
Discuss Some aspects should notice of soil work polymer applying in tendon soil engineering
Ding Hong
(Weifang City Highway road and bridge construction Development Center Weifang Shandong 261000)
【Abstract】The article discussed soil work category and technique function and application of the polymer in should notice of problem, have certain instruction meaning towards adding the Jin soil engineering construction.
【Key words】Soil work polymer; Add tendon soil; Technique function
1. 前言土工聚合物以原料来源丰富、用途广泛、质轻、强度高、耐腐蚀、吸水性小等突出的优越性能,得以被土木工程界大量使用。
土工聚合物是从石油提炼制成的高分子化合物,通常采用聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚乙烯等一种或多种材料混合而成。
加筋土中所采用的筋材有工程塑料带、复合工程塑料带、土工布、土工网和土工格栅等土工聚合物加筋材料,而应用于支挡结构物中的加筋主要为工程塑料带以及土工网格。本文将对土工聚合物筋材在加筋土工程应用中的若干问题作一讨论。
2. 土工聚合物在加筋土工程中的应用种类及特性
2.1 工程塑料带。
我国近千座的加筋土支挡结构物中应用该种筋带的约占75~80%,这种塑料带是宽10~25mm厚0.8~1.4mm的表面具有凹凸形状的筋带,主要材料为聚丙烯,在拉伸速度低时,断裂强度高,但伸长率大,反之拉伸速度高,伸长率小,断裂强度低。它具有良好的耐弯曲疲劳性。由于聚丙烯是高分子量和结构的关系,因而比低分子材料具有较大的蠕变效应和较长的蠕变性能。由于化学结构的关系,该种筋带最严重的缺点就是在加工和使用过程中易受光、热、氧的作用,而使材料老化。
2.2 复合工程塑料带。
目前国内有两种复合带,一种为高强度钢丝,另一种为高强度的玻璃纤维。拉力均由上述材料承担。加工工艺是按要求将抗拉材料均匀排列,外部包裹聚乙烯或聚丙烯烃,这些材料克服了未经拉伸的聚丙烯包裹易开裂的弊端,表面并延压成规则的纹路,使之外形成扁平状,与填土产生摩擦作用,如此断裂伸长率将大为缩小,因而设计取值亦将随之提高,目前生产的规格大都为宽25~50mm厚2~3mm。但目前钢丝或玻璃纤维与外包高分子材料之间握裹强度尚未彻底解决,因而其设计取值尚应留有足够的安全度。
2.3 土工织物。
土工织物按其制造主要有编型、织型、无纺型、组合型土工纤维,无纺产品是将高分子化合物挤拉在纤维,然后用机械或加热处理以及化学粘结等,将纤维混合成一平整的毯子状织物,因其分子在加工过程中未经拉伸,纤维呈无规则的排列,故抗拉强度一般均较低,延伸率也较高,因而,一般用作排水、反滤等,很少单一用作加筋。有纺土工织物一般是由相互交错的纤维经编或织而成,应用于加筋中的有纺土工织物大都是多纤维编织物。组合型土工织物是由两种或两种以上的土工织物组合而成,如有纺织物与无纺织物的组合,有纺或无纺与土工薄膜的组合等。目前用于岩土工程的加筋、大多是用多纤维编织物的组合型土工纤维,它具有较高的抗拉强度,较低的延伸率和良好的与土的摩擦结合的性能。
2.4 土工网。
土工网又叫挤出网,是采用热塑挤压、生产出整体的聚合物的网,它改变了编型、织型、无纺、组合型的生产工艺。土工网的生产工艺是将原料按比例要求配好,经过挤塑机在温控加热的条件下,由挤塑机挤出至一特制的旋转模头内经挤压、热粘合、冷却产生各种不同孔眼大小及形状的系列网格,产品多为宽幅不等的卷材。该网1977年开始应用于土木工程。
2.5 土工格栅。
土工格栅又叫拉伸网,其生产工艺比较复杂,精度要求高,拉伸网又可分为单向及双向拉伸网,该种网是按高分子聚合物的特性,经定向拉伸后其分子链定向排列,因而提高了聚合物的抗拉强度。拉伸网具有较高的抗拉强度,因而在使用原料的用量上不足一般挤出网用量的一半,且拉伸网的抗拉强度却是挤出网的10倍甚至更高。一般抗拉强度达12~110KN/m。因而两种网格力学指标悬殊较大,所以拉伸网在土木工程中的适应情况远较挤出网的使用范围广泛,且拉伸网并有按强度要求及工程类别不同生產的系列产品,以满足各种构件受力大小的需要。 3. 土工聚合物在加筋土工程中的应用范围
土工聚合物在加筋土工程中的应用是相当广泛的,可用在公路的路面中作为加强材料,以增加其强度,达到减小路面的厚度和避免车辙的产生和裂缝的开展。可用于铁路公路方面的基床部分,使其受力均匀,起到扩散和防止路基基床病害的产生。当用在填方地段边坡时,可使坡度变陡,坡面得以加固,以防止边坡溜坍,提高其稳定性,可以用在加筋土挡墙中的拉筋,使之坡面直立,以节省用地和降低造价,可以用在道路工程、堤坝、机场跑道等的软土地基处理,以提高软土的强度,增大临界高度,加速填土速率和改善局部沉降的作用,当地基极软时,可将网格立起,组合成一格状,内填片石等,使之成一刚性的堤坝,产生垂直沉落,避免地基和横向剪切破坏。还可用于滑坡整治的支挡防护等工程上。在水利工程方面可组成石笼作坡面防护及加固,以防止冲刷,修筑导流堤及丁坝等。同时还可以应用于地下工程中的喷锚支护中,作为挂网材料,以减少衬砌厚度降低造价。同时还可以作成三维网,应用于坡面植草加固,绿化环境等。总之土工聚合物在加筋土工程中的应用是相当广泛的。
4. 土工聚合物应用于加筋土工程中的几个问题
土工聚合物应用于加筋土工程中的种类较多,但用作加筋材料,弥补土壤承受抗拉强度低的缺陷,而改变土的性质,增强土体抗剪能力的筋材使用的品种主要有工程塑料带、土工织物、土工网及土工格栅数种,有关各自的特性,前面已作了介绍,为此在应用中可考虑其综合因素,结合工程特征,并按各自工程的有关设计方法加以选用。以下将就一些设计施工中值得注意的几个问题加以讨论。
4.1 有关设计强度的选择。
由于土工聚合物应用于加筋土工程中种类较多,且各有其使用条件,因而设计强度的取值亦各异。
(1)土工织物:目前我国对土工织物的应用,大都是在路基基床及软土地基上的加固方面,以阻止地基土的侧向剪切破坏,虽然土工织物具有较大的伸长率,能适应变形,由于土工织物是将上下土隔离,因此尚需考虑顶破与穿刺力,当用于道床与路基土隔离时,可取3左右的安全系数,而铺设在土堤下碎石或砂上时,安全系数可取1.5~2.0之间。
(2)工程塑料带及复合工程塑料带:工程塑料带虽然具有较大的抗拉强度,但因变形及蠕变均较大,不能满足结构的变形要求,为此其设计应力取值将应以变形值控制,结合加筋土支挡结构的允许变形一般在3%左右以内,按工程塑料带的蠕变特性曲线,相应于变形为3%时,其强度约为极限强度的1/5~1/7。目前我国使用该种拉筋建造的挡墙,部分由于设计允许拉力取值不当,致使建成的挡墙变形较大,影响美观。故建议应按其蠕变特性取值。复合工程塑料带中的受拉材料,由于采用了变形及蠕变均较小的材料,但断裂强度仍达120~200MPa,且断裂伸长率通常在1.4~3%之间,远较聚丙烯工程塑料带10~25%的变形量为小,因而设计时可取较高的抗拉强度,以节省筋带的用量,但目前高强度钢丝或玻璃纤维与外包的聚丙烯烃间的握裹强度尚未彻底解决好,为安全计,因此设计取值的安全系数建议取1/3的断裂强度。
【关键词】土工聚合物;加筋土;技术性能
Discuss Some aspects should notice of soil work polymer applying in tendon soil engineering
Ding Hong
(Weifang City Highway road and bridge construction Development Center Weifang Shandong 261000)
【Abstract】The article discussed soil work category and technique function and application of the polymer in should notice of problem, have certain instruction meaning towards adding the Jin soil engineering construction.
【Key words】Soil work polymer; Add tendon soil; Technique function
1. 前言土工聚合物以原料来源丰富、用途广泛、质轻、强度高、耐腐蚀、吸水性小等突出的优越性能,得以被土木工程界大量使用。
土工聚合物是从石油提炼制成的高分子化合物,通常采用聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚乙烯等一种或多种材料混合而成。
加筋土中所采用的筋材有工程塑料带、复合工程塑料带、土工布、土工网和土工格栅等土工聚合物加筋材料,而应用于支挡结构物中的加筋主要为工程塑料带以及土工网格。本文将对土工聚合物筋材在加筋土工程应用中的若干问题作一讨论。
2. 土工聚合物在加筋土工程中的应用种类及特性
2.1 工程塑料带。
我国近千座的加筋土支挡结构物中应用该种筋带的约占75~80%,这种塑料带是宽10~25mm厚0.8~1.4mm的表面具有凹凸形状的筋带,主要材料为聚丙烯,在拉伸速度低时,断裂强度高,但伸长率大,反之拉伸速度高,伸长率小,断裂强度低。它具有良好的耐弯曲疲劳性。由于聚丙烯是高分子量和结构的关系,因而比低分子材料具有较大的蠕变效应和较长的蠕变性能。由于化学结构的关系,该种筋带最严重的缺点就是在加工和使用过程中易受光、热、氧的作用,而使材料老化。
2.2 复合工程塑料带。
目前国内有两种复合带,一种为高强度钢丝,另一种为高强度的玻璃纤维。拉力均由上述材料承担。加工工艺是按要求将抗拉材料均匀排列,外部包裹聚乙烯或聚丙烯烃,这些材料克服了未经拉伸的聚丙烯包裹易开裂的弊端,表面并延压成规则的纹路,使之外形成扁平状,与填土产生摩擦作用,如此断裂伸长率将大为缩小,因而设计取值亦将随之提高,目前生产的规格大都为宽25~50mm厚2~3mm。但目前钢丝或玻璃纤维与外包高分子材料之间握裹强度尚未彻底解决,因而其设计取值尚应留有足够的安全度。
2.3 土工织物。
土工织物按其制造主要有编型、织型、无纺型、组合型土工纤维,无纺产品是将高分子化合物挤拉在纤维,然后用机械或加热处理以及化学粘结等,将纤维混合成一平整的毯子状织物,因其分子在加工过程中未经拉伸,纤维呈无规则的排列,故抗拉强度一般均较低,延伸率也较高,因而,一般用作排水、反滤等,很少单一用作加筋。有纺土工织物一般是由相互交错的纤维经编或织而成,应用于加筋中的有纺土工织物大都是多纤维编织物。组合型土工织物是由两种或两种以上的土工织物组合而成,如有纺织物与无纺织物的组合,有纺或无纺与土工薄膜的组合等。目前用于岩土工程的加筋、大多是用多纤维编织物的组合型土工纤维,它具有较高的抗拉强度,较低的延伸率和良好的与土的摩擦结合的性能。
2.4 土工网。
土工网又叫挤出网,是采用热塑挤压、生产出整体的聚合物的网,它改变了编型、织型、无纺、组合型的生产工艺。土工网的生产工艺是将原料按比例要求配好,经过挤塑机在温控加热的条件下,由挤塑机挤出至一特制的旋转模头内经挤压、热粘合、冷却产生各种不同孔眼大小及形状的系列网格,产品多为宽幅不等的卷材。该网1977年开始应用于土木工程。
2.5 土工格栅。
土工格栅又叫拉伸网,其生产工艺比较复杂,精度要求高,拉伸网又可分为单向及双向拉伸网,该种网是按高分子聚合物的特性,经定向拉伸后其分子链定向排列,因而提高了聚合物的抗拉强度。拉伸网具有较高的抗拉强度,因而在使用原料的用量上不足一般挤出网用量的一半,且拉伸网的抗拉强度却是挤出网的10倍甚至更高。一般抗拉强度达12~110KN/m。因而两种网格力学指标悬殊较大,所以拉伸网在土木工程中的适应情况远较挤出网的使用范围广泛,且拉伸网并有按强度要求及工程类别不同生產的系列产品,以满足各种构件受力大小的需要。 3. 土工聚合物在加筋土工程中的应用范围
土工聚合物在加筋土工程中的应用是相当广泛的,可用在公路的路面中作为加强材料,以增加其强度,达到减小路面的厚度和避免车辙的产生和裂缝的开展。可用于铁路公路方面的基床部分,使其受力均匀,起到扩散和防止路基基床病害的产生。当用在填方地段边坡时,可使坡度变陡,坡面得以加固,以防止边坡溜坍,提高其稳定性,可以用在加筋土挡墙中的拉筋,使之坡面直立,以节省用地和降低造价,可以用在道路工程、堤坝、机场跑道等的软土地基处理,以提高软土的强度,增大临界高度,加速填土速率和改善局部沉降的作用,当地基极软时,可将网格立起,组合成一格状,内填片石等,使之成一刚性的堤坝,产生垂直沉落,避免地基和横向剪切破坏。还可用于滑坡整治的支挡防护等工程上。在水利工程方面可组成石笼作坡面防护及加固,以防止冲刷,修筑导流堤及丁坝等。同时还可以应用于地下工程中的喷锚支护中,作为挂网材料,以减少衬砌厚度降低造价。同时还可以作成三维网,应用于坡面植草加固,绿化环境等。总之土工聚合物在加筋土工程中的应用是相当广泛的。
4. 土工聚合物应用于加筋土工程中的几个问题
土工聚合物应用于加筋土工程中的种类较多,但用作加筋材料,弥补土壤承受抗拉强度低的缺陷,而改变土的性质,增强土体抗剪能力的筋材使用的品种主要有工程塑料带、土工织物、土工网及土工格栅数种,有关各自的特性,前面已作了介绍,为此在应用中可考虑其综合因素,结合工程特征,并按各自工程的有关设计方法加以选用。以下将就一些设计施工中值得注意的几个问题加以讨论。
4.1 有关设计强度的选择。
由于土工聚合物应用于加筋土工程中种类较多,且各有其使用条件,因而设计强度的取值亦各异。
(1)土工织物:目前我国对土工织物的应用,大都是在路基基床及软土地基上的加固方面,以阻止地基土的侧向剪切破坏,虽然土工织物具有较大的伸长率,能适应变形,由于土工织物是将上下土隔离,因此尚需考虑顶破与穿刺力,当用于道床与路基土隔离时,可取3左右的安全系数,而铺设在土堤下碎石或砂上时,安全系数可取1.5~2.0之间。
(2)工程塑料带及复合工程塑料带:工程塑料带虽然具有较大的抗拉强度,但因变形及蠕变均较大,不能满足结构的变形要求,为此其设计应力取值将应以变形值控制,结合加筋土支挡结构的允许变形一般在3%左右以内,按工程塑料带的蠕变特性曲线,相应于变形为3%时,其强度约为极限强度的1/5~1/7。目前我国使用该种拉筋建造的挡墙,部分由于设计允许拉力取值不当,致使建成的挡墙变形较大,影响美观。故建议应按其蠕变特性取值。复合工程塑料带中的受拉材料,由于采用了变形及蠕变均较小的材料,但断裂强度仍达120~200MPa,且断裂伸长率通常在1.4~3%之间,远较聚丙烯工程塑料带10~25%的变形量为小,因而设计时可取较高的抗拉强度,以节省筋带的用量,但目前高强度钢丝或玻璃纤维与外包的聚丙烯烃间的握裹强度尚未彻底解决好,为安全计,因此设计取值的安全系数建议取1/3的断裂强度。