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土工膜的“自我独白”

 
近代土工织物(土工膜)的发展史与合成纤维的发展是分不开的,从20世纪50年代末期才开始用于岩土工程,从50年代末到60年代在美国、欧洲、日本逐渐推广。70年代以来,土工织物广泛用于公路、铁路、水利和港工建筑物等各个领域,土工织物的大量生产和应用,已被普遍认为是一种可以提高工程质量、加快施工速度、降低工程造价、延长维修周期的较为理想的工程材料。我国对土工织物的研究和应用方面起步较晚,从80年代起才在铁路、水利部门开始应用,并取得了可喜的成绩,已明显显示出这种材料的优越性。工程设计中采用土工膜,加深了对土工织物的认识,随着我们对这种材料性能认识上的提高和实际工程上的应用,不断总结交流,土工织物必将得到广泛应用和普遍重视。
 
 
 

一、 土工膜的特性

 
 
土工膜是一种化纤产品,其原材料有聚丙烯(丙纶)、聚脂(涤纶)、聚洗胺(绵纶)等。从产品种类上看,可分为纺织(有纺)织物和无纺织物两大类,所谓纺织织物,是由聚合物获取纤维,然后纺成线,在织机上编织成组织规则的布。而无纺织物,是不经过纺织工序,直接用合成纤维以针刺粘合、热粘合及化学粘合而成。由于土工膜原材料是丙纶或涤纶等化纤产品,所以它具有耐化成药剂性强、熔点高、强度大等优点,而无纺布比有纺布成本较低、工艺简单、产量高其抗拉强度无显著方向性,所以无纺布是世界上目前应用最广的土工膜。
 

二、土工膜的功能

 
 
土工膜作为建筑材料的功能是多方面的,以下几种基本功能和应用已被专家、设计院和厂商所公认。
 
 
(1)分离作用:土工膜可有效的防止两种不用粒径的土料的混合,以免相互混杂或发生土粒流失情况,这种功能对于在较软的土层上建筑公路或铁路地基非常重要。实际表明:在某些情况下要是没有土工膜,实际上就不可能在这样的地基上修建,因为填充材料会直接沉陷到底层土中。因此,应用土工膜是经济而又有效的解决方案。
 
 
(2)过滤作用:使用土工膜作滤层与砂砾层作用是相同的,土工膜能使水自由流过而几乎不需压力,但又能阻止土壤细粒的损失,以免导致某些工程的不稳定和冲蚀,如在水工结构中,河、湖岸堤受到波浪冲击或波浪水位变化的作用,会因土壤冲蚀而降低稳定性,在河堤与护砌之间铺设土工膜过滤层,就能阻止土壤的冲蚀,防止河岸塌陷。
 
 
(3)排水作用:土工织物本身形成排水通道,把土中的水分汇集在织物之内,沿着织物缓慢的排出土体,在含水量大的软土地区修筑道路,可以用特制机械将土工织物插入土中,地下水沿土工织物流出地面,进入透水砂层或土工织物排出路基。
 
 
(4)加固作用:土工织物夹在骨料—土工织物—土基系统中,可以分散车辆荷载到较大面积上,减少荷载对土基的压力,在荷载作用下,松软土基产生变形,由于土工织物具有一定韧性和延伸度,所以土工织物随之变形嵌固于土基之中,使整个系统形成连续结构,提高结构的稳定性,改善土基的承载力。
 
 

三、无纺布的应用实例

 
 
隧道(如图1):
在隧道的喷浆混凝土与预制拱架之间,由于岩石的移动或由于喷浆混凝土的粗糙表面会损坏之间的隔离膜,从而导致水泄露。为了避免这种危险,将土工膜插入其间,它可承受高的机械压力,保护隔离层并作为充填层,从而不仅保护了隔离层,而且还起到了表面排水的作用,使从岩石渗出的水分,从无纺布中疏导到集水管或下水管。
土工膜
垃圾填埋场(如图2):
 
 
在垃圾填埋场中,无纺布的作用有四个:
保护。例如对土工膜和土工网的保护,每一层土工膜均会有无纺布对其进行保护。
疏导。垃圾填埋场中沥液和气体收集后,无纺布(针刺)作为介质进行疏导。
隔离。隔离泥土与粒石。
过滤。在隔离的同时起到过滤作用。
土工膜
 
 
某垃圾填埋场实例(如图3):
 
 
(在粒石层中有带孔的塑料管作为沥液收集用)
 
土工膜
 
 
固态垃圾填埋场的典型设计(如图4):
 
土工膜
道路(公路、铁路、机场,如图5):
 
土工膜
如果道路在地基的粒石与土层之间未铺无纺布,在路面车辆的交变载荷作用下,路面上的水会带着泥沙泵向上面的粒石层,而粒石层石料则会下陷,形成路面下空洞,从而破坏路面。在寒冷地区,在由冬转夏时,冻土的化解,亦会出现这样的空洞,即俗称的翻浆。而在粒石层与土层之间加入无纺布,将土层与粒石层之间隔离,允许水向上,但阻止泥土流过,则可避免这种情况。同时这层无纺布还起到将水疏导到排水系统的作用。从而使公路寿命延长3-5倍。这里无纺布同时起着隔离、过滤、疏导和增强的作用。
 
排水(如图6):
土工膜
 
公路、铁路或其他地下水的排水,经常采用带孔的管道埋在地下,而这些管道很容易被水带来的泥沙所堵塞,而采用在管道外包一层无纺布(针刺)的方法将可避免这种情况。
 
 
堤坝(如图7):
 
 
堤坝中的水和毛细(管)作用会对堤坝造成损害,而铺设无纺土工膜,会收集和转移这股潜在的,会对堤坝造成损伤的“祸水”。消散无纺布下面的流体静压,同时亦可抵挡涌浪和暗流的冲击,从而极大的提高堤坝的寿命。这种办法除用于河道、水库外,亦可用于海岸的防护。

土工膜
 
以上仅是无纺土工膜在土工工程中应用的几个典型方面。实际上无纺土工膜在土工领域中的应用还有很多,例如作土工护墙、淤泥围栏、对有裂缝路面惊醒修补等方面,而且随着认识和技术的提高,其应用范围也在不断扩大。

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