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        簡述土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用

        2009-05-04 10:15:20李春風(fēng)
        現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究 2009年4期
        關(guān)鍵詞:土工布土工膜土工

        李春風(fēng)

        土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程,以高分子聚合物合成材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因其具有反濾,排水、防滲、防沖和土加筋加固、土層隔離等作用,而被廣泛用于水利工程。

        1土工合成材料的類別

        應(yīng)用到水利工程中的土工合成材料主要有土工織物、土工膜,土工特種材料和土工復(fù)合材料4大類。

        1.1土工織物

        土工織物是將合成纖維以不同方法制成透水性的土工合成材料,按制造方法不同,可分為織造型和非織造型土工織物??椩煨屯凉た椢镉址志幙棥⑵娇椇歪樋?,它們是由單絲或多絲織成的,或者由薄膜形成的扁絲編織成的布狀卷材;非織造型土工織物由短纖維或噴絲長纖維按隨機(jī)排列制成絮墊,經(jīng)機(jī)械纏合(針刺)或熱粘或化學(xué)粘合而成的布狀卷材(即無紡布)。

        1.2土工膜

        土工膜是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的,它是由聚合物或?yàn)r青制成的一種相對不透水卷材。取用聚合物需要在工廠采用吹塑,壓延或涂敷法制造;用瀝青則可在現(xiàn)場或廠內(nèi)以噴涂或浸漬法形成。

        1.3土工特種材料土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網(wǎng)、土工石籠、土工管,土工模袋、三維網(wǎng)墊、EPS等,均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。

        1.4土工復(fù)合材料

        土工復(fù)合材料包括復(fù)合土工膜和復(fù)合防排水材料,均由兩種或兩種以上土工合成制品復(fù)合或組合而成,如復(fù)合土工膜由土工膜與土工織物經(jīng)加熱滾壓而成,主要是為了增加材料的強(qiáng)度。承受更大的荷載,復(fù)合防排水材料由排水帶、排水管、排水防水材料等組成,

        2工程作用及其應(yīng)用

        2.1加筋作用

        加筋作用是指在土體中的一定部位埋設(shè)水平方向的土工合成材料,也稱加筋材料,將土體壓實(shí)后,土與加筋材料密切結(jié)合成一復(fù)合土體(加筋土),當(dāng)在復(fù)合土體表面施加荷載時(shí),由于加筋材與周圍土之間有較大的摩阻力(有時(shí)尚有咬合力),限制了土的側(cè)向變形,相當(dāng)于在土體側(cè)面上施加了約束力,從而提高了土體的承載能力,增加了土體的穩(wěn)定性。這種作用在水利工程中能夠穩(wěn)定、限制各種結(jié)構(gòu)中的巖土體在長時(shí)間使用過程中的位移發(fā)生,并能使作用在土壤的局部應(yīng)力傳遞或分配到更大的面積上,增加土體和土工布之間的摩擦阻力。

        一般地,土工織物,塑料拉伸土工格柵、經(jīng)編土工格柵、玻纖土工格柵和土工網(wǎng)可以作為水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效應(yīng)主要有:筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和應(yīng)力擴(kuò)散作用等,而在多層加筋的情況下,應(yīng)分別考慮筋土界面的摩擦作用(即各層筋土界面作用對填料產(chǎn)生側(cè)向約束作用)和最下一層筋土界面作用產(chǎn)生的界面剪應(yīng)力對其下面土體產(chǎn)生的附加水平約束作用(提高土體的穩(wěn)定性和承載力)。

        2.2防滲作用

        防滲是防止流體滲透流失的作用,也包括防止氣體的揮發(fā)擴(kuò)散。水利工程中要修建大量的擋水蓄水、引水和輸水等建筑物,均有防滲、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液體滲漏、氣體揮發(fā)以保護(hù)環(huán)境或建筑物安全。用于防滲的土工合成材料主要有土工膜和復(fù)合土工膜,后者應(yīng)用更為廣泛,更能適應(yīng)各種復(fù)雜工程的情況。

        2.3防護(hù)作用

        防護(hù)是指為了消減自然現(xiàn)象、環(huán)境影響和人類活動(dòng)對堤坡和岸坡造成的危害,而采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施,土工合成材料的發(fā)展,為岸坡防護(hù)提供了新的途徑。在被保護(hù)的土面上覆一層有良好反濾性能的土工織物,壓上一定蓋重,即可有效地保護(hù)岸坡不受水流和波浪等的破壞,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的護(hù)坡材料。

        2.4隔離作用

        土工布可將不同的土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離,形成穩(wěn)定的分界面,使各層結(jié)構(gòu)分離,按照要求發(fā)揮各自的特性和整體作用,以避免相互混雜產(chǎn)生不良效果。在土石混合壩中,可作為隔離不同的筑壩材料。在裂隙發(fā)育的巖基或卵石地基修筑土石壩,可用作壩體與地基之間的隔離。

        2.5反濾作用

        在水工建筑物中,當(dāng)土中水從細(xì)粒土流向粗粒土,或水流從土內(nèi)向外流出的逸出處,需要設(shè)置反濾層,否則土粒將受水流作用而被帶出土體外,土粒過量流失會(huì)造成管涌和流土破壞。傳統(tǒng)采用砂礫粒作為反濾材料,一般采用粒徑不同的砂礫石分2-3層鋪設(shè),施工工藝較復(fù)雜。土工織物的過濾功能和傳統(tǒng)的顆粒層完全相同,工程上可以取而代之。它可在地下水滲流作用下,既防止土顆粒過量流失而造成破壞,同時(shí)又使水流順利排泄,以免由于孔隙水壓力升高而造成土體失穩(wěn)。

        2.6排水作用

        滌綸長絲無紡?fù)凉げ伎梢栽谕馏w中形成排水通道,把土中水分匯集起來,沿著材料的平面排出體外,主要用于土壩內(nèi)部垂直或水平排水、土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護(hù)面下部的排水、擋土墻后面的排水和各建筑物周圍的排水。也可用來排除隧洞周邊滲水,減輕襯砌所承受的外水壓力。

        3結(jié)語

        土工合成材料能夠在水利工程應(yīng)用,主要是由于土工合成材料的適應(yīng)性強(qiáng)、抗拉性能高、抗微生物侵蝕性好,且重量輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)決定的。

        在水利工程中土工合成材料的應(yīng)用主要用于加筋、防滲、防護(hù)、隔離、反濾和排水等方面。

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