土工合成材料的作用范例(3篇)

土工合成材料的作用范文

[关键词]复合材料加固方法建筑结构混凝土

中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）33-0201-01

混凝土结构已成为当今世界上建筑物的主流。长期以来，人们通常认为混凝土是一种特有的耐久性材料，用混凝土建造的建筑物具有使用寿命长和无需维护的特点。但在长期的工程实践中发现，在很多情况下，钢筋混凝土结构由于各种原因而遭受的破坏也是相当迅速而且严重的，如设计的失误、施工质量的低劣，处于高温、潮湿、腐蚀、超载等恶劣的使用环境，遭受地震、爆炸、火灾等灾害的破坏，影响建筑物的耐久性和使用寿命，社会也负担着庞大的基础设施维修和管理费用。因此对既有建筑物进行加固和维修已成为当务之急，也是可持续发展的维修、加固、改造。新建技术的开发和研究是21世纪结构工程工作者的最大课题，目前世界各国正逐渐把建设的重点转移到既有建筑的维修、改造和加固方面。

近年来，随着新型复合材料FRP的产生和发展，用其对既有的混凝土结构进行补强和加固不失为一种简便、有效的方法，它具有传统加固方法不能比拟的优越性。采用碳纤维增强聚合物对建筑进行加固，加固效果明显且施工便捷，已经得到工程界的普遍认同。在欧、美、日等西方发达国家，这种加固、补强技术研究较早，已近产业化，而国内开展这方面的研究较晚，但发展速度很快。近年来，研究人员对FRP材料用于结构加固已经做了大量的研究工作，许多研究成果也已经应用于工程实践，并取得了很好的效果。

1FRP材料的研究及应用

1.1FRP的力学性能

复合纤维增强塑料（简称FRP，即FiberReinforcedPlastic）制成的预应力筋，它是由多股连续纤维，如玻璃纤维、碳纤维及芳纶纤维等，采用基底材料如聚乙烯树脂、环氧树脂等胶合后，经过特制的模具进行挤压、拉拔而成型。FRP材料在成型材料的种类上可分为玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）以及芳纶纤维增强塑料（AFRP）三种。不同的纤维化学成分不同，其力学性能差别很大，相应的FRP也表现出差别很大的物理力学性质。

FRP材料的特点是：1）抗拉强度高。三种FRP材料的抗拉强度均明显超过了钢筋。2）自重轻、施工方便。FRP的密度仅为钢材的25%左右，这样，当建筑结构中采用FRP材料时，施工非常方便，可降低劳动力费用。另外，进行加固作业后，几乎不会对原有结构增加荷重，这对于既有结构的维修加固是非常有益的。3）弹性模量小。除了部分碳纤维材料的弹性模量与普通钢筋相近外，其余大多数FRP材料的弹性模量只约为普通钢筋的25%～70%。4）FRP材料的热膨胀系数与混凝土相近。当环境温度发生变化时，FRP与混凝土协同工作，两者间不会产生大的温度应力。

1.2FRP材料的应用状况

1）FRP纤维混凝土。将FRP纤维用于混凝土中，可以提高混凝土的抗拉强度，增强其抗裂能力和耐久性。

2）FRP代替钢筋。FRP复合材料在长期恶劣的条件下具有良好的耐腐蚀性。

3）FRP代替预应力筋。FRP复合材料在土木工程中可以替代预应力筋，因为FRP材料密度小、重量轻、强度高，可以用作悬索桥及斜拉桥的缆索，甚至可以用作整个桥梁体系。

4）FRP型材。主要是指壳、板和管材。内填混凝土的FRP壳体系结构构件，薄壳由CFRP和环氧树脂预制而成，混凝土现场浇筑，壳对混凝土芯起到增强和模板作用，混凝土承受压力，使薄壳构件保持稳定且混凝土对相连构件起锚固作用。

2复合材料加固修复混凝土结构技术的特点

2.1复合材料补强加固功能

（1）提高混凝土柱承载能力和抗震性能

在大楼立柱、桥梁桥墩周围粘贴碳纤维布，可约束立柱、桥墩混凝土横向变形，改善混凝土的受力性能，提高混凝土抗压强度，增大混凝土柱的延性，有效防止混凝土发生脆裂破坏，这对混凝土柱抵御地震作用极为有利。

（2）有效提高混凝土构件的抗裂性能

在结构构件上粘贴碳纤维布可封闭原有裂缝，使其不再继续扩大延伸，可防止、延缓新的裂缝产生，而且改变裂缝的形态，形成细而密的微小裂缝，不影响构件正常使用。

（3）提高受弯构件抗弯能力

复合材料对提高受弯构件抗弯能力特别有效。在民用建筑、工业厂房、桥梁等结构受弯构件的受拉面粘贴碳纤维布可大幅度提高构件的抗弯曲能力。在基本不改变构件截面尺寸和自重的情况下，一般可提高原构件承载力的2倍～3倍。

（4）提高楼板的承载力，延长楼板的使用寿命

楼板、桥面板粘贴碳纤维布（板），可不增加楼板荷重，却能提高承载力。特别是对楼板开洞，粘贴碳纤维布可有效地改善洞边受力状态，延长楼板使用寿命。

2.2复合材料加固修复混凝土结构的特点

1）高强、高效。可以大大地提高混凝土结构的承载力、延性、抗裂性能；2）加固施工周期短，从将复合材料粘贴在结构构件表面到粘结胶固化，满足强度要求，只需2d～3d；3）减振性能好；4）良好的耐热性能；5）超强的防水和防腐蚀效果，复合材料具有极佳的耐腐蚀性能，不必担心建筑物经常遇到的各种酸、碱、盐对结构的腐蚀；6）复合材料之组合是柔软的，树脂是可以流动的，其产品的形状几乎不受限制。在复合材料成型过程中可以在其中加入添加剂，以改善复合材料的阻燃性能、耐磨性能。

3使用复合材料加固时应注意的问题

对劣损混凝土梁的成功加固以及复合材料厚度、刚度、粘贴长度的选择应考虑：1）既有构件的抗剪强度；2）补强后构件的破坏形态（塑性破坏）；3）补强加固后构件在使用荷载下的挠度情况。

在使用复合材料加固混凝土梁时，由于粘贴质量的好坏直接影响加固成败，所以在加固时应注意几个问题：1）严格按照复合材料加固混凝土梁的粘贴工艺要求进行施工，防止粘结剂涂抹不均匀或不足；2）补强加固梁的长期性能，包括复合材料板和胶结剂的老化性能和耐久性能；3）补强加固梁上拱情况下粘贴复合材料板的胶粘剂徐变收缩对梁体性能的影响；4）补强后混凝土梁的耐久性、疲劳性能以及梁体的可靠性和疲劳可靠性；5）防止混凝土出现弯曲裂缝或剪切裂缝；6）防止混凝土表面凸凹不平。

4结语

由于复合材料本身具有优越的力学性能、超强的防水、防腐蚀效果、施工简便、施工周期短、质量容易保证等优点，在钢筋混凝土结构、钢结构修补加固工程中比一般加固方法有着非常明显的优势，对于水工建筑物中一些形状不规则曲面、复杂曲线、防水、防腐要求严格的结构补强加固更具有其他加固方法无法相比的优越性。因此，可以预料，复合材料在建筑物的修补加固工程中将会发挥重大的作用，有着非常好的发展前景。

参考文献

[1]张大厚，王继辉.复合材料在建筑领域的使用现状及发展方向[J].武汉理工大学学报，2009（04）

[2]肖艳.复合材料的发展历程及其应用[J].建筑，2009（24）

土工合成材料的作用范文篇2

关键词:公路改建土工合成材料施工工艺

中图分类号:U4文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0055-01

公路改扩建工程是在原有道路的基础上,提高道路等级或改善通行能力而进行的建设工程。它包括两个方面的含义,其一是因现有道路及其附属设施不适应交通流量需求而进行的道路技术等级的提高;其二是因交通量轴载需求而进行的道路结构强度的提高。为了保证新旧路基连接部填土之间的紧密结合,因此,要对新填土进行充分的压实或加固,以减少新老路基的差异沉降。

土工合成材料是一种新型的建筑材料,由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、料源丰富等优点,得到迅速的发展和广泛的应用,取得了良好的经济、社会和环境效益。土工合成材料分为四类:土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料,其原材料主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等各种高分子聚合物。土工织物分为有纺土工织物和无纺土工织物两种类型,其中,针刺无纺土工织物,具有孔隙率高、渗透性大、排水性能较好的特点,在大坝工程中常作为排水反滤设施广泛使用。土工膜防渗性能较好,价格便宜,但其CBR顶破强度较低,对于防渗要求较高的工程部位不宜使用,一般常用于坝基垂直防渗。

目前,土工合成材料主要应用在铁路地基、建筑物地基、沥青路面的修补、挡土墙、隧道、桥梁、地铁、临时道路、机场跑道、排水管道、油田、水库堤坝、治理环境污染等工程建设中广泛采用土工合成材料。在公路上主要应用在路堤防护、软土地基的处理等,但在公路改建路基加宽处理上的应用研究较少。如果加铺土工合成材料,增强填土与加筋材料之间的摩擦力,由于加筋材料与填土的共同作用,使土工合成材料和新旧路基土体整体强度明显提高,从而保证新旧路基有良好的衔接,提高路基的整体稳定性。通过本文的研究,为土工合成材料在公路改造路基上的应用提供一套工艺方案,减少和预防公路加宽过程中,造成的各种路基病害。

1使用机理

将土工合成材料埋在土体之中,分布土体的应力,增加土体的模量,传递拉应力,限制土体侧向位移;还增加土体和其它材料之间的摩擦阻力,提高土体及有关构造物的稳定性。研究认为,砂性土在自重作用或外荷作用下易产生严重的变形或坍塌,若在土中沿拉应变方向埋置有挠性的加筋材料,则土与加筋材料产生摩擦,使加筋土犹如具有某种程度的粘聚力,从而改良了土的力学特性。

2施工工艺

(1)在路槽纵向开挖的台阶上铺设土工合成材料,土工合成材料的宽度不应小于2m,且跨在老路基一侧的格栅宽度应为其总宽度的1/3～1/2。

(2)土工合成材料两端应设置锚固端,采用开沟压端法锚固,沟宽l00cm,沟深50cm,锚固沟位于土工合成材料平面线以外,土工合成材料在沟面倒翻转压实端长度l00cm为宜。

(3)如不设锚固沟,可采用“U”形钉固定。施工中通常横向铺设,并用专门施加预应力张拉机施加预应力,每次以75kg/m为宜,如无专门机械,可用人工拉紧,也以接近75kg/m为宜。

(4)土工合成材料搭接以铺上碾压前进方向为准,铺设方向与碾压方向相反,搭接头为顺压方向。如是铺设双层以上土工合成材料,则上、下层接缝位置应交替错开,错开长度应大于50cm。

(5)铺设完成土工合成材料后,在台阶上填土时,应采用推土机进行推平到允许厚度。

3施工应注意的问题

(1)运输、贮存中不得沾污、雨淋、破损,远离火源,周围不得有酸、碱等腐蚀性介质,不得长期和直立。

(2)材料进场时,应进行抽检。施工时应有专人随时检查清基、材料铺放方向、材料的接缝或搭接、材料与结构物的连接,每完成一道工序应按设计要求及时验收,合格后,方可进行下道工序。

(3)施工场地应平整干净,防止损坏土工膜;铺设应平顺,松紧适度。不平地、软土上和水下铺设搭接宽度应适当增大。

(4)铺设人员不得穿硬底鞋操作。

(5)尽量采用宽幅,使膜在施工时接缝最少;每卷材料的重量不宜超过1t;膜与膜相连时,应采用同种土工膜。高坝应垂直于坝轴线铺膜,低坝应平行于坝轴线铺膜,以减少拼接量;接缝应尽量与最大拉力方向平行。

(6)垂直铺塑应严格按照工艺要求进行施工,PE塑膜施放速度应迅速,防止槽孔坍塌,影响铺塑效果。

4工程应用

通过在某试验路铺筑后,采用BZZ-100型标准汽车、5.4m长杆弯沉仪,每隔20m测定路基弯沉值,共测定10个点,有土工合成材料的路基平均弯沉为1.04mm,无土工合成材料的路基平均弯沉为1.96mm。检测结果表明,前者的弯沉仅是后者的53%,大大地增强了路基的强度,从而降低了新老路基的沉降差。

5结语

使用土工合成材料处理改造公路的路基,使新路基与老路基有良好的稳定性,能极大地减少地基的不均匀沉降。通过竣工后的观测,在新老路基的连接部很少发生裂缝,而在没有铺设土工合成材料的连接部,路面上出现了纵向裂缝。所以,从工程效果和经济因素两方面综合来考虑,可以在路堤底部只铺设二、三层格栅来达到减少路堤总沉降量的目的,但要对路堤进行稳定性验算。

参考文献

[1]JTJ/T019-98,中华人民共和国行业标准,公路土工合成材料应用技术规范[S].北京:人民交通出版社,1999.

[2]周志刚,郑健龙.公路土工合成材料设计原理及工程应用[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]郭忠印,潘正中.土工织物在路面工程中的应用技术综述[J].公路,2000(9).

[4]《土工合成材料工程应用手册》编写委员会,土工合成材料工程应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

土工合成材料的作用范文

[关键词]边坡防护边坡病害侵蚀机理土工合成材料

问题的提出

从20世纪80年代开始，我国的公路基础设施实现了跨越式的发展，取得了举世瞩目的成就。随着我国基础设施的大力发展，在公路、铁路等部门都涉及到大量的边坡问题，因此对边坡的正确认识、合理设计、适当治理，把边坡失稳造成的灾害降到最低限度意义重大。目前，土工合成材料发展很快，应用范围不断扩大，工艺水平日新月异，使得新产品常常成为展览品。各种土工合成材料，包括土工薄膜、土工织物、土工栅条、土工网格、土工模袋，在填土衬垫、陡坡和竖直挡土墙的加固、排水系统、软土路基、侵蚀控制、堤防和大坝等方面补充或替代了传统的设计。

路基边坡病害分析及防护设计原则

1.边坡破坏产生的危害。①边坡破坏带来系列的工程问题和环境问题，严重的中断交通，甚至造成人员伤亡，给国家和人民的利益带来巨大的损失。②边坡的浅层破坏造成边坡落石，还危及行车安全，导致人员伤亡事故有时发生。③边坡深层破坏带来的后果更加严重。除在公路建设和养护期间需要花费大量的人力和财力进行处治外，还往往中断交通。处治后发生病害的边坡在进行处治时，技术和施工难度增加。④路堤边坡破坏往往导致路面断板、开裂，这种现象较为普遍，严重的情况是出现路堤整体滑动和中断交通，除给公路运营管理部门带来直接的经济损失外，还给用路者带来难以估量的间接损失。

2.路基边坡病害的原因分析。（1）气候因素。气候因素有气温、降水、风速、风向、最大冻土深度等。在大面积的土质或风化岩质坡面上，由于温差对地表的影响，加上雨水直接冲刷坡面，极易风化剥落，导致堑坡水土大量流失，或坡面产生裂缝，发生浅层溜方。（2）水文因素。水文因素如地表水的排泄，河流常水位、洪水位，有无地表积水和积水时间长短，河岸淤积情况；水文地质因素有地下水埋深、移动规律，有无层间水、裂隙水、泉水等。（3）土质因素。沿线地质因素，如岩石的种类、风化程度和裂隙情况，岩石走向、倾向、倾角、层理和岩层厚度以及有无断层或其他不良地质现象。

土是建筑路基及边坡的基本材料，不同的土类具有不同的工程性质。砂粒土的强度构成以内摩擦力为主，强度高，受水的影响小；黏性土的强度形成以黏聚力为主，强度随密实程度的不同变化较大，并随湿度的增大而降低；粉土类土毛细现象强烈，强度和承载力随着毛细水上升和湿度的增大而下降。对于黄土质砂黏土或其他黏土质土，因其透水性弱、崩解性强、经雨水浸泡后土体表层含水量达到和状态时，易使边坡失稳而溜方；若路堤填料不合格，又没有进行土质改良，将导致边坡结构层断裂破坏。

土工合成材料在路基边坡防护中的应用

土工合成材料的种类。土工合成材料大体可以分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料四大类，每类材料又都有各自的相关产品。

1.土工织物特点。土工织物是采用编织技术生产的透水性土工合成材料，他的特点是重量轻、整体连续性好。可做成较大面积的整体，长度可达数百米。并且施工简便、抗拉强度高、耐腐蚀和微生物侵蚀性好。

2.土工膜的分类及特点。土工膜是一种不透水的土工合成材料，可分为沥青土工膜和聚合物土工膜两类。土工膜的主要特点是透水性极低，其工程特性随类别、制作方法、产品类型的不同而发生很大的变化。土工膜还有很好的弹性和应变能力、良好的耐老化能力，尤其适用于水下工程。

3.关于土工材料的说明。土工格栅、土工网、土工模袋、土工垫和土工室以及轻型土工合成材料统称为土工合成材料。土工格栅是经过拉伸工艺形成的具有方形或矩形格栅的聚合物板材，主要用作加筋材料。土工网是合成料条带编织或合成树脂压制成的具有较大孔眼、刚度较大的网状合成材料，是主要的加筋材料。土工模袋是一种双层聚合物化纤织物制成的袋状材料，他可以代替模板成型混凝土或砂浆。土工垫和土工室是合成材料特制的三维结构，前者多为透水聚合物网垫，后者多为蜂窝状或网状三维结构，主要用于护坡或植草绿化

4.土工复合材料。土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜―土工织物组合物，称复合土工膜。土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。

土工合成材料发展前景

土工合成材料有诸多功能，又有重量轻，体积小，强度高，耐腐蚀等特点，尤其是缺砂少石的地区更有其用武之地。但土工合成材料毕竟是一门非常年轻的新技术，对其生产、试验、设计、施工工艺等在世界范围内还没有完全统一，很多人对这种新型建筑材料还不甚了解，但土工合成材料毕竟是富有生命力的新生事物，况且世界对土工合成材料的研究与应用已达相当高的水平，在不远的将来，其效能一定能蓬勃发展，为社会主义建设作出重大贡献。

总之，搞好铁路、公路建设，确保公路边坡稳定、安全、搞好环境保护，要深入了解公路边坡破坏的型式与机理，针对不同工程对象的土质、水文、气候等特点，灵活采用不同的防护型式，加强设计，加强施工建设管理，建安全之路、建生态之路、优美之路。

参考文献：

[1]杨航宇，朱赞凌，罗志聪.公路边坡防护与治理[M].人民交通出版社.

[2]王道雄.土工合成材料在公路工程中的应用[M].人民交通出版社.