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岩土研究院

土工合成材料设计方法和施工要点

348 2022-05-09 10:33:39

由于土工合成材料在岩土工程中的应用,主要是反滤、排水、隔离、加筋、防海和防护等,目前大多处于探索和开发阶段。尚无公认可靠的计算理论和设计方法。也缺少可薄循的技术规范和标准。故此处只能简单介绍设计的原则。以及反滤和地基加固应用方面的设计要点。

一、设计的一般原则

(一)设计程序

运用土工合成材料的工程,其设计程序和其他土建工程的设计程序一样,应包括∶

(1)确定工程范围和目标;

(2)勘察查明场地的工程地质和水文地质条件;

(3)初步拟定2~3个设计方案进行比选;

(4)建立分析模型计算方法和确定设计鑫数;

(5)进行分析计算;

(6)根据经济和技术可行性,比选并确定最佳方案;

(7)作出详细的设计;

(8)确定施工检测手段;

(二)进行工程设计计算时,应考虑的问题

1.要考虑到与应用结构型式有关的危险因素,及其对结构破坏的影响。如用于永久性建筑物,一旦土工合成材料被破坏,将会严重损害建筑物的安全,因而应特别仔细和慎重周密地考虑。对于大多数的临时工程,即使发生破坏也可很快修复,并且不会影响整个建筑物的安全使用的,则可大胆地应用土工合成材料,但也应认真对待。

2.分析不利条件的影响。例如,对超软土地基、重大荷载条件、较大水头、正反两向渗流和素流等的水力条件,以及土工合成材料用作排水时遇到级配不连续的十等等。应进行认真地分析。

3.考虑土工合成材料对整个工程设计和施工的影响。例如,对水下铺设土工合成材料拟采取何种施工方法和措施等。

二、土工织物的反滤设计

(一)土工织物反滤作用机理

如图15-7所示,在图的左侧为堆石排水体,中间是铺设的土工织物,右侧为被保护的土体,渗流方向自右向左。在单向渗流的情况下,初期紧贴土工织物的土体中发生细颗粒向滤层移动,其中一部分极细颗粒通过土工织物被带走,剩下较粗的颗粒。同时,这一较粗的颗粒层又有阻止后面的极细颗粒继续被带走的性能,而且越往后极细颗粒被带走的可能性就越小。这样,土工织物就与其紧贴的部分土体形成了一道由粗颗粒到细颗粒的"天然"反滤层,能有效地起到反滤作用,确保被保护的土体不致发生管涌。因此,铺设土工织物能起反滤层的作用,并不是土工织物成了反滤层,而是由于有了土工织物的"媒介"作用。使被保护的土体内形成了"天然"反滤层。

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(二)反滤设计准则

为了使土工织物起到反滤作用,则要对土工织物提出一定的设计要求,确定设计准则。设计时,除了要求符合反滤条件的准则外。还应同时考虑到隔离、平面排水和加筋加固作用的要求,以便保证其反滤层的稳定、连续和正常工作。从而达到预期的效果。 所选用的土工织物应满足两个基本要求;

1.防止发生管通。被保护土体中的颗粒(极细小的颗粒除外)不得从土工织物中的孔隙中流失。因此,土工织物的孔径不能太大。

2.保证水流通畅。防止被保护土体的细颗粒停留在土工织物内发生淤堵。因此,土工织物的孔径又不能太小。

可见,这两个基本要求是互相矛盾的。设计者的任务,就是要根据被保护土体的特性,选用一种合适孔径的土工织物。

针对上述两个基本要求,国内外已提出了不少设计准则。这些准则考虑的因素就是土工织物的孔径、水力坡降、被保护土体的粒径、渗透系数等之间的关系。

因为现在土工织物尚处于发展阶段。所以还没有一个公认的、统一的准则。可供设计使用。即使按照同一准则。由于所采用的指标不完全相同(因试验方法尚不统一)。所得的结果也会有较大差异。兹介绍一些常用的反滤设计准则,供设计时参考。

(1)按常规砂石料反滤层设计准则所导出的准则

关于常规砂右料反滤层的设计准则,1948年首次由太沙基(K·Terzaghi)和潘克(R·B·Peck)提出,即应满足以下两条准则∶

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此法又可分为加热粘接法、胶粘剂粘接法和双面胶布粘接法。粘接时搭接宽度可取10cm 左右,其接缝处的强度与土工织物原有的强度相同。双面胶布粘接法工艺复杂。不宜在现场使用。

(二)施工中应注意的问题

1.当土工织物用作反滤层时,应使织物有均匀折皱(可用"ⅡI"型插针控制),使其保持一定松紧度,以防在抛填石块时产生超过织物弹性极限的变形。

2.铺设十工织物滤层的关键是保证织物的连续性。使织物在弯由、折皱、重叠以及拉伸至显著程度时,仍不丧失抗拉强度。为此,尤应注意接缝的连接质量。

3.若用块石保护土工织物,施工时应将块石轻轻铺放,不得在高处抛掷。块石下落高度大于 1m 时,任何类型的土工织物都有可能被击破。有棱角的重块石在0.3m 高度下落,便可能损坏土工织物。如块石下落的情况不可避免时,应先在织物上铺一层砂以保护之。

4.土工织物铺完之后,不得长时间受阳光曝晒,最好在一个月之内把上面的保护层做好。备用的土工织物在运送、贮存过程中,也应加以遮盖。不得长时间受阳光曝题。

5.当土工织物用作软土地基上的堤坝、路堤加筋加固时,基底必须加以清理,清除树根、植物及草根等物、基底面要平整∶尤其是水面以下的基底面,要先抛一层砂,将凹凸不平的基底面予以平整,再由潜水员下去检查是否平整。因为铺设在凹凸不平基底面上的土工织物呈"波浪形",当堤身荷载作用引起沉降,这时十工织物不易张位,也就难以发挥其抗拉强度。

6.土工织物应沿堤轴线的横向展开铺设,不容许有褶皱。更不容许断开,并尽量以人工拉紧。

7.铺设前。应将土工织物予以抽样检查,对照出厂标准和试验要求指标,不合格的坚决不用,以保证质量。如在铺设前发现土工织物有破洞、撕裂等破损情况,应立即处理。