常用加筋土的筋材类型及其特性分析
   
         
          土工织物及加筋土原理
土加于                  （课程作业）
              专 业：  岩土工程
                姓 名： 
                学 号：
                时 间： 2012.6.18
          常用加筋土的筋材类型及其特性分析
   
随着加筋土技术理论研究与应用技术日臻成熟，加筋土材料品种多样化、 标准化和规范化，使得加筋土技术的应用领域越来越广，已被广泛应用到土木工程的各个领域，加筋土的种类也越来越丰富。加筋土按不同的方式有不同的分类，按所用的加筋材料分类有天然材料加筋土、合成材料加筋土、金属筋材加筋土和复合筋材加筋土四类。
一、天然材料
一般是经常采用草根、稻草、麦秸秆、竹条、柳条、树枝、麻绳等做筋材的加筋土。其优点有价格便宜、就地取材、天然无污染，节省建造运输成本，可以大量使用而不受限制，但普遍是强度较低，在土中易腐烂虽然可以采用防腐、防虫处理但使用寿命仍较短。作为小型工程的边坡、堤坝、挡墙等是比较良好的拉筋材料，也可以在较大型工程中作为辅助加筋材料使用。一般用于临时工程，临时抢险工程等。
1.1 土工竹栅
土工竹栅是一种以天然竹子经简单物理加工形成的竹条为原材料,经钻孔、纵横交错栓接而成的网格体。土工竹栅适于在各类土木工程的软土地基处理中用做加固、加筋材料。因其强度、变形等特性,特别适用于含水量高的流塑状软土地基的处理。
    相比于通常以高分子聚合物为主要原料的土工格栅,具有环保无污染、来源广、成本低、强度高、变形小等特点。竹材重量轻,加工容易,强度也很大。可以用于呈流塑状软土地基的处理,特别适用于呈流塑状厚层软土地基的处理。在软土地基处理过程中埋人地下时不会对饮用水源地或地下水资源造成污染,是一种环保材料。竹子自身繁殖能力强,是一种快速再生的清洁能源。竹编土工格栅为具一定刚性的半柔性体，自我刚度大。竹编土工格栅的造价相对传统高分子材料土工格栅的造价要低近一半，且竹子的分布范围很广,竹筋在软土地基加固中的加筋效果亦优于传统的土工格栅。由于其自身刚度较大,对于荷载作用下地基土的竖 向位移控制更好,对于减少差异沉降较传统土工格栅效果更佳。经过一段时间固结沉降后,铺设竹筋的差异沉降也更小,在超软土地基施工中竹筋在短期施工上具有明显优势。
1.2 稻草和麦秸秆
稻草和麦秸秆均适宜作加筋材料，稻草加筋优于麦秸秆加筋，两者均可用于加筋滨海盐渍土。为提高加筋土的强度和耐久性，稻草和麦秸秆在用作加筋之前，需对其进行防腐处理。滨海地区的高地下水位和毛细水的强烈上升将导致盐渍土潮湿，稻草和麦秸秆在潮湿环境中易腐烂，故在用于加筋之前，需对稻草及麦秸秆浸泡SH胶，作防腐处理。
二、合成材料
    合成材料加筋土是采用各种土工合成材料做筋材的加筋土。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。
目前除土工膜外其余三大类中的大部分产品均可用作加筋材料。
2.1 土工织物
    土工织物俗称土工布，是以人工合成的聚合物为原料的建筑材料 。国内外土工布种类很多 ,现在尚无统一的分类方法。习惯上按生产方法划分有织造土工布 、非织造土工布 、土工膜和复合土工布等几种类型。有织造土工布由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成。无织造土工布是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成。
    土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好（可做成较大面积的整体），价格低廉，施工方便，抗拉强度较高，柔性较好，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好，。缺点是未经特殊处理，抗紫外线能力低，如暴露在外，受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，则抗老化及耐久性能仍较高。
2.1.1织造土工布
机织土工布
    机织土工布抗拉强度大 、延伸率低 ,一般适用于土壤的增强和加固。缺点是过滤性和渗透性差,强度虽高但各 向差异大 ,当斜角受力时尺寸稳定性差 ,孔隙易变形。而且机织土工布孔隙率低,最小孔径在0.05～0.08mm，难以阻隔小于0.05mm的微细土壤颗粒。但机织土工布依其特点 ,比较适应发挥增强、加固功能 ,在加固、增强 、防冲蚀等高强度用途上具有其优势 。
经编土工布
    经编土工布是由经编方法制成的织物,目前用量在土工布中占比例最小,但增长率是最高的。经编织物的组织 结构有传统结构、三维编织结构、定向结构和多层复合结构。经编土工布可以根据其用途进行相应设计,以达到最佳使用效益和经济效益。与机织物和非织造布相比,它可能具有更大的市场。定向结构织物(DSF)就是由经编机编织的经编土工布,是1980年英国和法国在拉舍尔织机上最先生产出来的。近几年德国研制的特种机台生产出多轴向结构的DSF土工布;
迈耶公司开发的新型预定向结构织物(DOS)在土壤加固中更具发展潜力。
    目前这类土工布矿单轴向结构、多轴向结构、网眼结构、组含结构、双层结构、双轴向结构和条带结构,主要用于排水沟、水坝或烟囱过滤,无中间层的海岸保护,桥体保护,阻截自流水压,铁路结构,加固垂直地面,倾斜面和堤岸基层、加固沥青公路等。
2.1.2非织造土工布
与织造土工布相比,非织造土万巨布具有价格便宜、性能优越、生产效率高，易于制成宽幅制品等优点,从而使其发展最快,且已成为占有最大比重的土工合成材料之一。
    用非织造布方法制成的土工布主要有以下几种：
纺粘法土工布
    采用聚合物切片通过熔融纺丝的方法生产的连续长丝结构的非织造布材料,对其加固可采用粘合法、热熔法和针刺法。此法生产工艺简单、成本低、产量高、产品强力高、伸长率好,具有良好的顶破、撕裂强度,适用于加固、分离、过滤、排水等各种工程中。目前世界上的非织造土工布,约有75%是采用纺粘法生产的。
短纤维针刺土工布
    短纤维针刺土工布是目前应用最广泛的非织造土工材料之一,它是采用短纤维经过开松混合、梳理铺网和针刺加固而制成的,其特点是具有高的抗变形能力、结构蓬松、厚度较厚、吸水和透气性能好,特别适合于反滤和排水工程。这种方法适合生产厚型土工布,也常用来生产复合土工布。
热熔粘合土工布
    由同一种合成纤维或两种不同的合成纤维,经过开松、梳理、杂乱成网,然后通过热轧成布,也可用粘合剂撒于纤维网表面,再通过热压辊来达到纤维间的粘合。这种土工布具有较高抗拉强度,但横向排水性能差 ,且只适合生产薄型产品,主要用于公路增强等用途。
2.1.3土工膜
    土工膜是一种具有很高防渗性能的土工布,一般由土工织物表面覆以乙烯或橡胶 等涂层而制得。它可以根据需要制造成不同的尺寸和形状,经充分或无级膨胀,构成各种屋顶、围墙、水闸等,也可以用来建造蓄水池或废物堆放场。若涂层较坚硬,还可直接作隔板、屋顶用。土
工膜用途很广,除上述之外,还可造就简易水坝、水下栅栏、充气和篷面建筑及充水建筑等 。
2.2 特种土工合成材料
2.2.1 土工格栅
土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和玻纤聚酯土工格栅四大类。
塑料土工格栅
  该类土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材，按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材（原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯）上冲孔，然后在加热条件下施行定向拉伸。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成，而双向拉伸格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。
  塑料土工格栅在制造过程中聚合物的高分子会随加热延伸过程而重新排列定向，这样就加强了分子链间的联结力，达到了提高其强度的目的。其延伸率只有原板材的10%～15%。如果在土工格栅中加入炭黑等抗老化材料，可使其具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀和抗老化等耐久性能。
  双向土工格栅是用高分子聚合物通过挤压、成板、冲孔过程后再纵向、横向拉伸而成。该材料在纵向和横向上都具有很大的拉伸强度，这种结构在土壤中同样也能提供一个更为有效的力的承担和扩散的理想的连锁系统，适应于大面积永久性承载的地基 
单向土工格栅是由高分子聚合物经挤出压成薄板再冲规则孔网,然后纵向拉伸而成.这种过程中使高分子成定向线性状态并形成分布均匀、节点强度高的长椭圆形网状整体性结构.此种结构具有相当高的拉伸强度和拉伸模量。
钢塑土工格栅
  钢塑土工格栅以高强钢丝（或其他纤维），经特殊处理，与聚乙烯（PE），并添加其他助剂，通过挤出使之成为复合型高强抗拉条带，且表面有粗糙压纹，则为高强加筋土工带。
由此单带，经纵、横按一定间距编制或夹合排列，采用特殊强化粘接的熔焊技术焊接其交接点而成型，则为加筋土工格栅。
    钢塑土工格栅的特点与传统格栅相比更具有强度大、承载力强、变形和蠕变小、抗腐蚀、防老化、摩擦系数大、孔眼均匀、施工方便、使用寿命长等特点。钢塑土工格栅以塑料材料为保护层，在辅以各种助剂使其具有抗老化、氧化性能，可耐酸、碱、盐等恶劣环境的腐蚀，可以满足各类永久性工程100年以上的使用需求。且施工方便快捷、周期短、成本低：钢塑土工格栅铺设、搭接、定位容易、平整，避免了重叠交叉，可有效的缩短工程周期，节约工程造价的10%-50%。
  钢塑土工格栅广泛应用于公路、铁路、桥台、引道、码头、水坝、渣场等的软土地基加固、挡墙和路面抗裂工程等加筋土领域。其特有性能完全可以满足高等级公路中的高大挡墙使用。能有效的提高加筋承载面的嵌锁、咬合作用、极大程度的增强地基的承载力、有效的约束土体的侧向位移，增强地基稳固性能。 更适应于深海作业、堤岸加固，从根本上解决了其他材料做石笼因长期受海水冲蚀而造成的强度低、耐腐蚀性能差、使用寿命短等技术难题。 也能有效的避免在施工过程中被机具碾压、破坏而造成的施工损伤。
玻璃纤维土工格栅
  以玻璃纤维为材质，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过特殊的涂复处理工艺而成的土工复合材料。其主要成份是氧化硅和无机材料，其理化性能极具稳定，并具有强度大、模量高，很高的耐磨性和优异的对寒性，无长期蠕变，热稳定性好，网状结构使集料嵌锁和限制。因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能，极大地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。
④经编土工格栅
  聚酯纤维经编土工格栅选取用高强聚酯纤维为原料。采用经编定向结构，织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态，交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来，形成牢固的结合点，充分发挥其力学性能，高强聚酯纤维经编土工格栅具有抗拉强度高，延伸力小，抗撕力强度大，纵横强度差异小，耐紫外线老化、耐磨损、耐腐蚀、质轻、与土或碎石嵌锁力强，对增强土体抗剪及补强提高土体的整体性与荷载力，具有显著作用。
⑤经编涤纶土工格栅
　　经编涤纶土工格栅选取用聚酯涤纶纤维为原料。采用经编定向结构，织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态，交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来，形成牢固的结合点，充分发挥其力学性能，经编涤纶土工格栅具有抗拉强度高，延伸力小，抗撕力强度大，纵横强度差异小，耐紫外线老化、耐磨损、耐腐蚀、质轻、与土或碎石嵌锁力强，对增强土体抗剪及补强提高土体的整体性与荷载力，具有显著作用。

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