土工合成材料的工程应用范例(3篇)

土工合成材料的工程应用范文

关键词：土工合；成材料；岩土工程

土工合成材料是岩土工程中的高分子聚合物为原料制成的各种人工合成材料的总称，是具有良好物理化学特性的水工性能。随着当前社会发展过程中，各种技术手段的不断应用，水工合成材料的应用和发展也在日益的提高与变化，被广泛的应用在当前各种建筑工程中。目前土木合成材料已经被广泛的应用在道理工程、建筑工程、海港工程、矿山工程、军事工程以及水利工程等多个领域。

一、土工合成材料的功能

土工合成材料的功能是多方面的，其主要的功能有以下几点：

1、过滤功能

把土工织物释放在土体表面或者相邻土层之间，可以有效的组织土颗粒通过，从而防止由于土颗粒过量流失造成的土体破坏，同时允许土中的水或者空气穿过织物自由的排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利的后果。

2、排水功能

有些土木合成材料可以在土体中形成排水通道，把土中的水分汇集起来，沿着材料的平面排至体外，这方面的产品有沥青混凝土膜、混合土工膜，排水板风，适用于高填路堤内部的垂直排水或者水平排水、软基处理的过程中垂直排水等。

3、隔离功能

有些土工合成材料能够把两种不同粒径的土、砂、石料隔离开来，或者吧土、砂、石料与地基或者其他建筑物隔离开来，以免相互混杂，失去各种材料和结构的完整性，发生土粒流失现象。.

4、加筋作用

土工合成材料埋在土中，可以扩散土体的预应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移，还能够增加土体和其他材料之间的摩擦力，提高土体及其有关建筑物的稳定性。

二、土工合成材料的应用

1、过滤及其排水

可以根据当前工程过滤、排水的需要，合理的选用土工织物、土工符合材料和土工管等，采用土工合层材料进行过滤、排水设施的主要工程有：

在铁路、公路过滤和排水设施的施工的过程中被广泛的应用，成为当前公路施工的主要手段和方法，更是提高公路施工质量和施工效率的前提和关键。

2、隔离

在水工合成材料使用的过程中，其在各种道路和路基的施工中都能够有效的将软土地基和路基进行隔离，产生相应的隔离层，在公路基层施工的过程中是利用其进行地基和路基碎石进行隔离的主要方式和方法。

三、土工合成材料的施工技术

1、土工合成材料的储存与保管

土工合成材料是以高分子聚合物为原料的化纤产品，在阳关照射下容易老化，使得强度降低，尽管在制造的过程中采用了相应的防止老化措施，然而在地下或者水下能够正常使用几十年和其他物质一样老化是不可必满的，对永久性的建筑物而言，当然是手民越长越好，因此其储存与保管就先的非常重要。

2、渗土工合成材料的铺设技术

土工合成材料自广泛用于岩土工程建设以来，在水利水电工程建设中引起不小的变革，这不仅反映在水利水电工程的材料使用上，而且反映在设计原理、计算方法、施工工艺和工程管理上。防渗土工合成材料主要用于垂直铺膜防渗和坡面铺膜防渗，因铺设结构形式的不同，其施工工艺和铺设技术也不尽相同。

3、土工合成材料的施工要求

在施工的过程中首先对使用前的各个设备和材料的使用型号。规格进行严格的检查，其是否能够达到设计要求，用作过滤、垫层、排水层的过程中，对各种具有裂纹、老化的土工成品都不能使用。

在备料的过程中要根据工程部位、大小按照施工的要求进行裁剪和拼接；防渗用土工膜尽量的采用宽幅度，以减少剪裁量，最好是使用预先拼接成的要求尺寸。捐灾钢管上后运至工地。

土工合成材料在接触面的处理中饭，只要铺设面在施工的前面进行处理，清除表面的各种污物和能够损伤土工材料接触面的英武，使得地面平整，土工合成材料在使用的过程中是不易被损坏的，。所以在进行土工织物施工的额过程中要清楚各种表面物体。

铺设土工合成材料是一种连续性、整体性，左后腰与其他结构的连接，特别是土工膜防渗应当与安珀和其他一切防渗体密接，构成完全封闭体系，土工织物当付款和长度达不到要求的时候，要做好接缝。结构，接缝的方法是有搭接、封接和粘接。

4、常见的各种问题

经常遭受石块或其它尖棱物的穿刺破坏；由于土工薄膜缺少约束支持，在承受水压力和土压力时易于被鼓破；薄膜受到下层气体或液体的顶托产生应力集中导致破坏；铺设在支撑土与混凝土面板之间的土工薄膜由于受到温度、重力、土移、浪击和水位变化等因素的影响，可能引起界面滑动，使土工薄膜产生过度拉伸，撕裂或擦伤；在斜面上用土或混凝土面板保护土工薄膜，当水位骤降时，土体中的孔隙水压力和库水位失去平衡而造成失稳滑动。只要按照施工规范和施工组织设计施工，确保施工质量，就可避免或减少类似问题的出现。

四、土工合成材料的施工质量控制

1、土工膜防渗工程接缝检查

接缝粘合质量与其他结构结合的牢固性等检查的方法有目测法、现场见咯发和抽样测试法。

目测法是观察有无漏接，接缝是否五烫伤、五褶皱，是否拼接均匀的主要手段和方法。

现场检漏法应对全部焊缝进行监测，常用的有真空阀和重启法，真空非法是利用吸盘、真空泵的方法进行检查的系统设备。在监测的过程中通过局部刷净、涂肥皂水放入吸盘，通过抽出空气至真空进行监测，然后关闭气泵，看吸盘顶部是否具有透明罩内的肥皂水泡产生，真空度有无下降，若有，说明有漏气，应该及时的补救。

2、土工化合物的检点

检查所用的土工织物的质量和规格是否合格，搭接宽度和缝合质量是否符合设计要求、。

3、土工织物防护工程检点

检查所有的材料品种和规格以及性能是否符合设计要求，抽检施工中所用的各种物料尺寸、质量、结构重量风是否与设计要求相符；检查施工方法是否符合施工规范，对土工合成材料是损坏等。在完工之后检查水上、水下跑护体的范围、高度以及厚度和各种不同类型的防护工程施工质量是否具有设计要求相符合。更要检查被防护工程在施工的过程中能够周围环境影响因素是否否和设计的要求。

土工合成材料的工程应用范文篇2

【关键词】纤维复合材料（FRP）；土木工程；加固应用

土木工程学科的发展要依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。FRP复合材料在土木工程结构加固工程中应用潜力很大。FRP材料具有轻质高强、抗腐蚀性强、耐腐蚀耐久性能好、自重轻、施工方便、热膨胀系数与混凝土相近、抗疲劳、节省材料、施工方便、维护成本低等优点。FRP材料的结构修复和形成新结构在土木工程中的研究与应用较多，结构修复包括维修、加固、更新等几个方面；形成新结构包括采用FRP材料形成新结构和FR材料与混凝土形成混合结构。在21世纪的结构加固领域，采用FRP材料加固的应用范围越来越广，主要应用于加固混凝土、梁、板、柱、砌体结构、钢结构等。土木工程中，各国政府对材料的安全性、耐久性、经济性是很重视的。

1FRP在结构加固中的研究现状

我国FRP材料的研究和应用与发达国家相比，技术水平还比较落后。但是目前，我国应用FRP材料已完成多项工程，其发展前景还是很广，近些年来，我国有更多的研究单位加人到FRP材料的研发中来，因此，我国的FRP研发的技术领域得到快速发展。它的发展也会带动市场材料的使用量，在土木工程领域中，FRP复合材料的应用在我国起步较晚，FRP材料队也土木工程建筑物来说，造价不能过高，FRP材料工程应用经验较少，造成FRP材料的应用比其他行业会滞后些,而工程师面对的FRP实践性问题也是关于这种材料加强结构的预期或先见效果，实践设计经验少，对FRP材料加固结构设计的标准和研究也很缺乏[1]。

从20世纪90年代早期,在FRP材料以使用于土木工程中,这是因为FRP材料自身具有轻质高强、抗腐蚀和耐疲劳等特点,从90年代开始,很多发达国家开始引用航天技术和补强技术中成熟的FRP复合材料,将它代替钢材,作为土木工程结构加固材料。与传统的加固方法相比,利用FRP复合材料加固节省了材料，并且缩短了施工工期,在土木工程的的应用上取得一定的经济效益。据资料统计,从早期到90年代末期，在国际上，已经有超过2000个大中工程采用用FRP复合材料，被用作于土木工程结构加固修补,建筑发达国家每年要生产数百万平方米的FRP复合材料，用作结构加固,在我国，现有的很多桥梁和建筑物建造较早,对于这些工程的承载要求在不断提高,但是，一些住宅的质量问题仍存在，其加固修补技术也就越来越高[2]。

2FRP材料的特点

FRP材料与普通钢材相比,FRP材料在工程结构应用中发挥了很大的优势，我们需要掌握并利用它的优点，FRP材料的比强度性能较高,利用它的轻质高强性能,可以减轻土木工程结构自重。在抗震工程中，可以减小地震作用，在桥梁工程中,使用FRP结构作为上部结构，可以增加桥梁的极限跨度；FRP材料的抗拉强度较高,其抗拉强度类似于高强钢材的强度,在达到抗拉强度之前,几乎不会产生塑性变形；FRP材料抗剪强度也较低，基本上在其抗拉强度的10%左右；FPR材料弹性模量小，其弹性模量约为普通钢材的25%～70%；FPR材料有良好的耐腐蚀性和耐久性,在酸、碱和潮湿的环境中，FPR材料可以长期使用,大大提高了结构的使用寿命；另外，FRP材料密度是钢材的25%左右，具有自重轻的特点,便于工程施工[3]。

3FRP材料在结构加固中应用

在土木工程结构加固中,新型FRP材料还有很多优点，例如节省人工，因为这种材料不需笨重的机械设备；施工便利，因为它不受施工场地大小的限制；还有工期短、加固综合费用低等优点[4]。

FRP材料在梁的加固中的应用，FRP材料加固梁是将混凝土表面进行打磨、修补的处理，在进行整平、清灰等等过程，确保混凝土粘贴面处理平整干净后，再用粘结材料将FRP复合材料粘贴到梁的受拉表面。在实际加固工程研究中，由于非预应力FRP板具有施工便捷，不需使用任何特殊设备且工期较短，所以这种材料的应用范围很广。FRP材料在柱的加固中的应用，在使用FRP材料对钢筋混凝土柱进行加固修复时，先将FRP纤维沿柱子环向缠绕，使用环氧树脂将FRP材料与旧的混凝土相粘接上，保证FR材料P和混凝土有效粘接。FRP材料对砌体结构的加固应用，很多砌体结构由于设计基准期的接近、结构设计和抗震标准的提高及对建筑物的安全性、实用性和耐久性的要求的提高等原因，砌体结构就更需要维修加固，我国采用FRP材料新型技术对砌体结构进行加固，弥补了传统砌体结构补强方法的缺点，FRP材料加固砌体结构，可以提高抗震性能，它约束墙体而阻止了裂缝，从而改善了整体结构的受力状态，避免了整体结构的突然破坏[5]。FRP材料在土木工程结构加固中的应用很广泛，可用于民用建筑、桥梁及工业厂房的钢筋混凝土建筑物，另外还有烟囱、水塔、地铁、隧道、等建筑物和工程中中都有所应用[6]。

随着经济高速发展和科技的进步，FRP复合材料是一种新型的结构建筑材料，其技术具有发展潜力，FRP复合材料作为传统建材的一个重要补充，它在某些方面不能取代传统的建筑材料。FRP复合材料加固法有明显的优势,具有良好的经济效益,在结构工程中将得到广泛的应用。FRP复合材料技术的研究与开发，推动了现代土木工程的技术进步，它将有越来越广阔的应用前景。

参考文献：

[1]YeLP,LuXZ,ChenJF.DesignproposalfordebondingstrengthsofFRPstrengthenedRCbeamsintheChinesedesigncode[C]//ProceedingsofInternationalSymposiumonBondBehaviorofFRPinStructure.HongKong,2005:45-54.

[2]任慧韬.纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究[D].大连:大连理工大学土木工程学院,2003.

[3]CEB-FIP.ExternallybondedFRPreinforcementforRCstructure,TechnicalreportonthedesignanduseofexternallybondedfiberreinforcedpolymerreinforcementforreinforcedconcretestructurepreparedbyaworkingpartyoftheTaskGroup9.3FRPreinforcementforconcretestructure[S].

[4]吴智深.FRP复合材料在基础工程设施的增强和加固方面的现状与发展[A].中国纤维增强塑料(FRP)混凝土结构学术交流会论文集[C].2000.5-20.

土工合成材料的工程应用范文

关键词：加筋；土工合成材料；使用

中图分类号：TU472文献标识码：A文章编号：

加筋类土工合成材料是在土体中与周围的物质相接触的，因此，有一些特殊的破坏形式也是与它们之间的相互作用机理相关的。也就是说，土工合成材料是与三维结构相结合的，许多使用了土工合成材料的结构物的破坏形式是由于二维土工合成材料和三维结构物之间的相互作用引起的。如果加筋材料不能起到其应有的加筋功能，那么其事故的结构形式基本与土的结构破坏形式相同。

1、加筋土坡表层的不稳定性

这是加筋垫层间分离作用的一个迹象。也就是发生在土工合成材料加筋层之间的加筋土坡层的局部不稳定性。在加筋土结构中，这里可能是加筋材料没有对土的特性产生影响的部位，平面加筋筋材对土体的影响部位与立体加筋筋材相比，立体加筋筋材对土体的影响部位要大的多，就是说对被加筋的土体的失稳控制要强有力的多。相对于平面加筋筋材来讲，在土体中没有加筋的大部分区域，土的特性并没有因加筋材料的加筋作用而改变。所以，在这些部位，所表现出来的仍是没有加筋土的破坏形式。例：尤其是在高填方领域，随着填土高度的增加，土体的失稳破坏就会增大，平面筋材在一定填土高度内是安全的，但随着填土高度的增加，筋材与土体累计接触面在被加筋土体中越来越小，因此随着填土高度的增加，使用平面筋材加筋的风险系数增大，这种高填方使用筋材加筋路堤的破坏，近年来在逐渐增加。例广东的汕梅高速公路西关坳高边坡93米，是广东高速公路最高边坡，虽然采用了加筋处理，但仍然在施工后期发生开裂，差一点造成重大质量事故。同时，在选择筋材时，也要考虑当地的土质情况，如果属于松散、黏结强度不高的粉性土质，应考虑采用立面的加筋筋材会更安全、可靠。

以上的这个例子显示，使用加筋材料的工程师应依据每个工程的特定岩土及修筑方案的情况，详细考虑在岩土工程中熟知的影响土坡及土体稳定性的力。这些力在任何时候、任何部位都需被考虑并赋予一定的安全系数值。在一些较为特殊的修筑领域，对加筋材料的选择上，应考虑与土体结合更为紧密、更为广泛的立体加筋材料—土工格室。

2、土体与加筋材料拉伸的相互作用

当加筋材料应用于土体加筋时，它将受到一个拉力的作用，这个拉力的产生是由于土体发生了位移，这将引起土工合成材料加筋土结构的变形。这个变形可能影响其使用的可靠性，进而应考虑其结构的破坏。

这个例子显示需要考虑的相关因素，一是土工合成材料加筋时施工预拉是减小土体和结构物变形需要的一个施工途径；二是在选择加筋材料时，对材料自身的变形性及变形时相对应的材料强度要考虑进去，也就是说对于在土体中使用的加筋材料，其关键指标一是筋材的延伸率，如果材料的延伸率过大，加筋将失去意义，在土体静荷载与动荷载的压应力下，如果使用的筋材延伸率大，土体的变形就会大，并且宜在长期的荷载作用下，产生蠕变现象，所谓蠕变就是指筋材在不断的应力作用下，逐步被拉伸变形，虽然筋材本身没有发生断裂，但被无限（这里的无限是相对于岩土工程中土体允许变形量而言的）拉长的筋材就失去了对土体加筋、控制的意义。对于筋材第二个关键的指标就是使用的筋材强度指标。筋材在土体中承受应力水平的高低，与筋材的强度指标形成正比关系，筋材的强度越高，对土体的加筋效果会越好，当然这种强度指标也不是无限大就好。因为还要考虑筋材与土体结合的紧密程度（摩阻系数与抗拉拔系数）。如果筋材的强度指标过低，筋材在应力的作用下，就会被拉断。因此对于应用于土体中的加筋材料来讲，延伸率的指标与强度指标缺一不可，延伸率高，土体易发生过量的变形，加筋失去意义，强度值低，筋材可能会被拉断。依据国内及国际土工加筋材料的发展及使用经验，例：目前在国内岩土工程中大量使用土工格栅中的双拉格栅及单拉格栅，在国标及部颁标准中，对它们的延伸率指标都是有严格要求的，双拉最大不能超过16%；单拉最大不能超过10%，强度指标最小也要大于20kN/m，并且设计人员在取强度值时，要求的是相对应一定延伸率下的强度指标，这种可控的指标才是岩土工程中有效的强度指标。在一般情况下，加筋材料在国内取值为10%对应内的材料强度值。

3、土体与筋材的最低有效长度问题

当加筋材料的应用领域比较特殊时，如使用于填挖交界、老路拓宽的新旧交界处等特殊领域做加筋处理方案时，筋材在土体中属于应力集中的局部受力情况，此时，不仅要求设计人员在处理方案的选择上，不仅要采取传统的岩土处理方案，比如在交界面开挖一定的台阶，缓解应力集中的现象，而且，要采用加筋类的土工材料作需要的滑动验算。

在土工合成材料加筋路堤的公路行业规范中，要求加筋材料伸入到稳定土中的锚固长度，不得小于最小锚固长度Lm，最小锚固长度采用下式计算：

Lm=TGcFm/(2σ0ƒGs)

式中Lm—最小锚固长度（m）

TGc—土工合成材料抗拉强度（kN/m）

Fm——锚固安全系数，对无粘性土取Fm=1.5，粘性土取Fm=2.0；

σ0——作用在某层筋材上的上覆压力（kPa），按自重应力计算；

ƒGs—土与土工合成材料的界面摩擦系数，其值按ƒGs=0.9tgφq取用。

当计算的最小锚固长度小于2.0m时，取为2.0m。（注：如果用于台阶处，台阶的宽度最少不能小于2m。）

土工材料的铺设长度L为滑动面内的长度La与锚固长度Lm之和，即：

L=La+Lm

无论怎样的加筋方式，在被加筋的土体中，都必须达到这个有效长度，否则加筋就会失去意义，就会对加筋土工程带来危害。

4、结语