土工织物Word格式文档下载.docx

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（2）排水作用：

有些土工织物可以在土体中形成排水通道，把土中的水份聚集起来，沿着材料的平面排出体外。

（3）隔离作用：

有些土工织物能够把两种不同粒径的土、砂、石料与地基或其他建筑物分离开来，以免相互混杂，失去各种材料与结构的完整性或发生土粒流失现象。

（4）加筋作用：

土工织物埋在土体中，可以扩散土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移，提高土体与有关建筑物的整体稳定性。

（5）防护作用：

防止河岸或海岸冲刷，防止水土流失，防止土

体冻害等。

在海堤地基加固中，土工织物主要起隔离和加筋作用。

1.3土工织物一般特性

1.3.1土工织物的优越性

土工织物突出的优点是：

重量轻，整体连续性好；

施工方便，抗拉强度高，耐腐蚀和抗侵蚀性好，渗滤性好，质地柔软，能与土体很好地结合。

其主要缺点是抗紫外线能力低。

在紫外线（阳光）的直射下容易老化。

1.3.2土工织物的性能指标

土工织物产品的主要性能指标有：

（1）产品形态：

材料制造加工方法、宽度、每卷的直径及重量等；

（2）物理性质：

主要有单位面积、质量、等效孔径、均匀性等；

（3）力学性质：

主要包括抗拉强度、撕裂时的延伸率、撕裂强度、冲穿强度、顶破强度、蠕变性、与岩土的磨擦系数等；

（4）水利学性质：

垂直向、水平向透水性；

（5）耐久性、抗老化能力。

其中物理性质和力学性质是土工织物的主要性能指标。

2．土工织物的地基加固处理中的作用及其机理。

土工织物在围垦工程地基加固处理中的作用归纳起来主要有这么三方面：

一是隔离地基土体与坝身填筑料，减少堤身沉降量；

二是加

强地基整体性，提高地基承载能力；

三是提高堤身整体稳定性。

2.1起隔离作用，减少堤身沉降量。

根据上虞市近年来建设的围垦工程情况分析，其堤坝绝对高度大多数在6M以上，地基最大应力达到100kpa以上，大大超过软土地基表层土体的承载力，表层地基处于塑性状态。

在没有土工织物隔离时，表层土体将通过石料空隙向上“冒浆”，使堤身下沉。

加之石坝为一透水体，随着潮涨潮落，部分上冒的软弱土体将被水流冲刷流失，从而进一步加剧了地基土的“冒浆”与堤身下沉。

铺设土工织物后，土工织物将挡住堤身石料的空隙通道，防止了塑性地基土体的“冒浆”现象，从而减少堤身的沉降量。

2.2加强地基的整体性，提高地基承载能力

土工织物在增加地基整体性，提高地基承载能力主要体现在如下二个方面：

2.2.1增强地基土的侧限作用

沿海滩涂地基表面均匀为饱和状态软弱淤泥，该层土体力学指标很低，筑堤后，将形成地基软弱夹层，受上部堤身重量，软土在侧向土压力作用下将产生侧向挤压的趋势，如图所示，当P>

حa+حb+Pb时根据极限平衡法土体将产生挤出破坏。

由于铺设了土工织物，حa值将增大，在一定程度上限制了石方基础的侧移，加大了对地基表层土的侧限作用，从而提高了地基的承载能力。

根据塑性理论，当堤坝底宽B（一般海堤宽度B在60M左右）大

于4倍软土层厚度Df（一般工程表层软弱淤泥在10~15M左右）时，软土破坏时的地基竖向极限荷载Qu为：

Qu=（1+λ+λB/2Df）Cu

式中：

Cu——为软土的不排水剪强度

λ——考虑基础与地基界面相互系数，当界面光滑不能传递剪应力时λ=1；

如果能传递剪应力时λ=2。

从上式中的λ取值间接反映了铺设土工织物对地基土的侧限作用，提高了地基的承载力。

2.2.2将荷载扩散至更大范围，降低地基最大附加应力。

根据海堤基础界面沉降曲线，如图所示，堤身部分Ⅰ区的地基附加应力最大，沉降量最大。

铺设土工织物后，由于土工织物的张拉作用，将对该区产生垂直分力T1sina1、T2sina2,地基附加应力将发生变化

△P1=（T1sina1+T2sina2）/L1

而Ⅱ、Ⅲ区地基附加应力平均值则分别增加△P2，△P3。

△P2=T1sina1/L2，△P3=T2sina2/L3

由此可见，铺设土工织物后将产生地基附加应力重分布，均化地基应力，将上部堤身荷载扩大至更大范围，降低了地基最大附加应力，有效提高了地基承载力，降低了堤身横向不均匀沉降。

2.3加强堤身整体抗滑稳定性

堤身的整体抗滑稳定是海堤工程设计的控制性因素，直接关系到海堤断面尺寸大小与工程投资。

铺设土工织物后，将有效提高抗滑力，提高堤身抗稳定安全系数。

如图所示，堤身稳定安全系数Fs为：

Fs=（Mr+△Mr）/Md————————

（1）

△Mr=T.R.Sina——————————

（2）

T————土工织物拉力

Mr————不铺设土工织物的抗滑力矩

△Mr————土工织物产生的抗滑力矩

由此可见，铺设土工织物后，堤身稳定安全系数将增加△Fs：

△Fs=T.R.Sina/Md

经以上分析，利用土工织物进行海堤软基加固处理是一种行之有效的方法，这主要是通过堤底土工织物与基础石料组成加筋层，保持基础完整连续，约束浅层地基土的侧向变形，改善软基浅部的位移和应力场，均化地基应力分布，从而提高承载能力和稳定性，调整不均匀沉降。

3、土工织物加筋地基的破坏形式和设计要点

3.1土工织物加筋地基的破坏形式

软基上的加筋堤（铺设土工织物）与无加筋堤不同之处是它的破坏机理和破坏条件不同。

一般无加筋堤在较厚的软土层时，一般为圆弧滑动或冲切或下沉隆起破坏；

表面为软弱土夹层时，则为侧向挤出破坏。

在软基上的加筋堤，由于有加筋垫层，其破坏形式明显与加筋

有关，大致有如下4种破坏形式：

3.1.1滑动断裂破坏：

其特点是，土工织物被拉断，堤身和地基一起滑动，筋材基本上不改变滑弧位置。

破坏的原因是地基软弱，强度不足，所铺设的土工织物强度太小，刚度低等加筋作用小引起的。

3.1.2不均匀沉降变形断裂

由于海堤断面上部荷载大小差距较大，加剧了堤身横向的不均匀沉降。

堤身中心沉降较大，形成弧形基底沉降剖面，土工织物受拉延伸，当延伸率超过其最大延伸率时被拉断。

3.1.3滑动拉出破坏

其特点是在滑动体内的土工织物锚固长度不足，即土工织物的上下表面磨擦力小于滑动时的拉拨力，使土工织物拨出而失去作用。

3.1.4顶穿破坏

受接触面石块颗粒顶破，由于堤身荷载较大，地基表层上处于塑性状态，形成地基土对基础石块颗粒空隙部位的土工织物地基反力，土工织物受石料颗粒冲顶而造成顶穿破坏。

3.2设计要点

为防止土工织物的滑动断裂、滑动拨出、沉降断裂、顶破等破坏，在设计时必须进行如下一些计算与分析：

3.2.1滑动断裂设计

基础加筋海堤的抗滑稳定计算公式为式

（1）、式

（2），设计中的关键问题是土工织物的拉力T值的确定。

由于滑弧通过的土工织物的

延伸率不可能正好是其最大延伸率，故抗滑时土工织物对滑动体的拉力不能达到其极限强度，从理论上分析确定其拉应力极为复杂，根据有关资料推荐，T值取土工织物强度Ta的1/3~1/4。

笔者认为，在计算加筋堤的抗滑稳定时的应力如下二种情况进行分析计算，在滑裂面未形成之前，土工织物的延伸率很小，在3~5%左右，相应的土工织物拉应力应取此时的拉伸力。

当滑裂面形成后，滑动体产生相对位移，滑弧通过处的土工织物延伸率加大，拉应力也随之增加，最后达到其极限抗拉强度Ta。

由于滑裂面形成后地基将产生剪切破坏，其抗剪强度Cu值将降低为其重塑抗剪强度Cú，故在计算该状况下的抗滑稳定时式（１）中的Mr应采用相应的Cú值计算，即：

　　　　　　　　　Mr＝Ｒ∑Ｌi.Cúi

3.2.2防止滑动拨出失效设计

土工织的锚固长度Ｌe的计算：

Ｌe＝（Ta.Fs）／（fρ1+fρ2）αV

　　Ta——筋材的容许拉力，KN/m;

Fs——抗拨安全系数，采用1.5;

fρ1,fρ2——土工织物与基础石料及地基土接触面的磨擦系数

α——考虑锚固长度的应力非线性衰减系数，可采用0.6;

Ｖ——土工织物上的垂直有效压应力，ＫPa

为安全起见当滑弧通过土工织物锚固区内时，不能考虑土工织物对抗

滑稳定时的有利影响。

4、施工要点

对于软土地基上的加筋海堤，施工方法及施工工序至关重要。

填筑步骤不当，常会造成土工织物的机械破损，产生不均匀沉降，甚至导致海堤破坏。

施工工序及需注意的问题主要有：

4.1接触面清理

为防止基础面树干、树枝等杂物顶破，在土工织物铺设前，须对地基上的杂物进行全面清理。

4.2土工织物铺设

（1）尽量用宽幅的土工织物，以减少拼接，并使其强度的方向垂直于海堤轴线方向。

（2）土工织物垂直于海堤轴线方向展开，不允许出现褶皱并尽量拉紧，以充分发挥土工织物的抗拉作用。

（3）采用压重或插钉固定，尽量避免堤坝填筑时移动土工织物。

（4）土工织物铺设前应检查有无破损，如破洞、撕裂等。

如有发现应立即处理。

（5）铺设土工织物后，应尽快在其上填筑石料，以防止因受阳光直接照射老化而减低强度。

4.3基础填筑

（1）施工时应采用与地基条件相适应的运输、压实机械。

以防因局部受压发生不均匀沉降或造成土工织物局部顶破破坏。

（2）从中间向两侧对称填筑石料，保持堤头成倒“U”字形向前推进。

利用填筑石料，使土工织物保持受拉，以充分发挥其抗拉性能。

（3）卸料应卸在第一层已填筑好的石料上，不得直接卸在土工织物上；

卸料高度应控制1.0米以内，以防造成局部承载力不足；

卸料后应立即用轻型推土机推平填筑或人工散铺，以防局部下陷。

5、土工织物在围垦工程中的应用

通过以上对土工织物的特性、作用机理、设计要点进行分析，随着机械化围垦海涂的发展，土工织物的作用日益增强。

下面就土工织物在上虞市九六丘围涂工程中的应用作一下阐述：

5.1土工织物在土方围涂工程中的应用

5.1.1在土堤填筑中的应用

九六丘机械围涂应用土工布袋，解决了填筑堤基受潮流冲击而坍失的难题，保证了七天（小潮汛）内形成封闭圈和解决以后长期的高潮期间的保堤难题。

在外围圈堤塘迎潮坡面疏灌土工布袋（Ф1.27~Ф2米，长40×

60米）6~7层（3.1米~6.6米高程，黄海高程下同），内圈根据实际情况，若为封存闭式围涂，疏筑土工布袋2层（3.1米~4.1米），若为敞开式围涂，疏灌土工布袋与外围圈相同。

5.1.2在堵通中的应用

所谓通，即是滩地上由于潮流冲刷，落水形成的沟，上虞围涂中俗称通。

九四丘以前的围涂工程一般均为高滩老沙丘围涂，也就是滩涂自然淤涨至3.6米以上。

九四丘及九六丘围涂工程是通过顺坝抛设

促淤而形成新的滩涂，从而产生的通多而大，九六丘围涂时遇到宽200米通1条，400米宽2条，500米宽2条，800米宽1条，九六丘三期围涂滩涂高程在2.6米以下堤线2000余米，这些大通大沟的存在，且底深（多处最深达-3米），为围涂带来不小的困难。

涨潮时，通沟进潮早，工作时间短、挡潮堤断面方量大，人工是不可能短时间挡潮成功的。

使用机械围涂，通过土工布袋、无纺布等土工织物的应用，尽管在施工中产生了一些挫折，但均圆满成功。

5.1.3防渗中的应用

九六丘围涂工程堤线处于低滩地段较长，尤其是通沟处，高程低，有时不可能在一个潮间完成，潮浪过袋后，潮水内外冲剥土工布袋两侧，使土工布袋两侧形成潮冲潭，从而破坏土工布袋，由泥浆泵疏灌的土工布袋而形成的泥袋不能很好地与滩地有机结合，在涨潮时，由于水位差，使土工布袋下土体淘空，带来土工布袋断裂破坏，从而影响整个围涂局面。

为此，采用无纺布铺底，在无纺布上面疏灌土工布袋，且超出袋两侧各2米，大大减缓了潮冲潭的影响，又使土工布袋与滩地有机结合，加强了防渗、防冲措施。

5.1.4施工

机械围涂分两个阶段，第一个阶段疏筑挡潮堤，形成封闭圈，第二阶段全面疏筑堤塘。

第一阶段在堤塘迎潮面堤脚安放土工布袋疏灌，安放土工布袋袋型视滩涂高程情况而定，一般3.1米上用Ф1.27的袋，3.1米以下滩涂第一只安放Ф2或Ф3的袋，上面用Ф1.27米

的袋，这样有利于加快进度，袋长应根据泵段长而定（厂家根据用户长度定制），一般为40米、50米、60米三种。

饱满后其上层按坡比就位疏灌，疏筑至6.6米高程。

一般每只袋疏灌厚度0.6米（最厚可达0.9米以上），疏筑时，低层第一只袋必须就位正确，其上几层按1:

1~1:

1.5坡比成阶梯形收坡。

土工布袋疏灌时，必须一次性灌注，当吹鼓成型70%饱满时，顶面内侧向每0.5米开一个小孔，袋内水份大量由小孔外溢，并且不断拍打袋体，不使水口堵塞，保证水体畅通，防止土工布袋受压力过大而破裂，上下二层交叉搭接，不得留有空隙，避免隐患。

堵通是围筑土堤的一个重要组成部分，是围涂最难最容易失败的关键步骤。

堵通时，应根据实际地形、通位长度、深度，精心安排电力设施、施工工班、泥浆泵用量、劳动力搭配、选择好水源、土源，尤其应注意提前根据通位深度、长度，计算土工布袋袋型及土方，中间疏土，底部铺设无纺布，既防止堤脚受潮浪冲刷，又加强防渗措施。

鉴于通深，且长期有小水流，土工布袋难以稳定，在安放土工布袋前，袋两侧必须插竹桩或钢筋桩加以固定。

堵通一般是一个潮间或二个潮间完成，进度要求是关键，为此，在使用土工布袋时，内侧袋型一般比外侧小一型（若外侧用Ф4米，内侧就用Ф3米），饱满的土工布袋具有一定的挡潮能力，内侧袋比外侧袋疏筑速度可放缓，但不得滞后外侧袋超过二层，这样会产生中间填土跟不上而导致进度缓慢，堵通失败。

堵通时底下3~5层袋用大型袋（九六丘三期围涂最大型号Ф3×

65米、用14台泥浆泵疏筑），其上用Ф1.27米袋层层叠筑，疏灌土工布袋时，应密切注意袋内土量。

尤其是大型土工布袋耗时长，要及早开小孔，防止土工布袋受压力过大而破坏，影响堵通成功。

5.2土工织物在抛坝工程中的应用

5.2.1抛坝护底中的应用

在九六丘北顺坝抛设过程中，由于高坝出击，坝头受潮流冲击，坝头滩地形成冲刷坑，并随抛设进度推进，致使坝头始终处于底高程-2米左右的不利局面，坝体每米块石抛设超过150M3，日进度8~10米，耗资大，进度缓慢。

为抑制冲刷坑的扩大，指挥部决定用泥浆泵船上作业，疏灌土工布袋，疏筑泥心坝，即抓住小潮汛有利时机，在石坝头前50米外滩涂，用泥浆泵疏灌土工布袋护底，随块石坝体进展，紧临坝头疏袋加高，形成土工布袋泥心坝，一般每个小潮汛疏筑长度300~350米，泥心坝上面及两侧抛石护坝，施工时应注意泥心坝与自卸汽车抛石必须同时进行，为保证施工人员操作安全，土工布袋疏筑作业点必须超前石坝坝头20米，操作时严格把握坝体轴线，尤为下层第一只袋就位必须正确，袋与袋须交叉搭接，并采用阶梯形（高低坝）形式延伸，必要时每50米疏灌一只横向袋，使坝侧流水外挑。

土工织物在抛坝中的作用有三①抑制冲刷坑的扩大，效果十分明显。

②减少石坝断面方，以土代石，节约投资。

③加快工程进度。

5.2.2在南股槽截流中的应用

九六丘北堤3+300~3+800地段为钱塘江南股槽，南股槽槽底深

（最深达-9米）、潮流湍急。

1996年12月4日，自卸汽车抛坝拦截南股槽开始（自西向东），但由于东侧为高沙滩，随着北坝向东抛设，出击延伸，东侧沙滩逐渐倒坍，南股槽东移。

为此，指挥部决定，用柴油泥浆泵疏灌大型土工布袋（Ф8、Ф6、Ф4）护岸，保住高滩不向东倒坍。

由于北坝坝面狭窄，自卸汽车流量受到控制，日抛设量仅为2000M3，要在小潮汛10天时间内不可能完成500米南股槽拦截成功的计划，因此在确保东岸高滩不倒坍的同时，又由东向西出击泥心坝，与自卸汽车抛石同时进行。

在拦截完成时，泥心坝出击长度达33米，减少投资，保证了拦截南股槽的成功。

在自卸汽车抛石拦截南股槽的同时，由于南股槽槽底随着潮汛大小，潮水对槽底冲刷使槽底高程不稳定，小潮汛高至1~2米高程左右，大潮汛冲刷深度达4~6米（拦截期间，指挥部每天测量），为稳定槽底，用双层编织布编织成5040M2大块体护底，其上用船抛块石垫压，使底高程在0.8米滩涂保持了7天，加快了自卸汽车抛设进度。

5.3无纺布在护坡工程中的应用

无纺布和少量石渣组合，在护坡工程中起反滤作用。

紧贴土坡铺设无纺布能保持堤内水分外析畅通，泥沙不流失，无须用大量石渣为反滤层，减少了石渣用量。

无纺布之间搭接长度必须达到40CM，以免二块无纺布之间出现泥坡带，用无纺布石渣作垫层的干砌块石、灌砌块石护坡，堤面无天打洞，砌石完整无下沉

5.4效益

采用土工布袋、无纺布新技术、新工艺，在围涂工程中所取得的效益十分显著。

一是节约了资金。

九六丘抛坝总长12.5KM，其中用泥心坝护底疏筑长度达8KM，减少石方每个断面平均约25~30M3，节约资金近千万元，用无纺布作护坡垫层6.7KM，减少石渣每米3M3，节约资金150万元，并且效果较石渣好，南堤防台抢险用土工布袋护坡4.7KM，节约块石10万M3，节约资金450万元。

二是加快顺抛设进度。

由于采用土工布袋泥心坝，日抛设进度从8米~10米提高到60米左右，最快达100余米。

三是节约劳动力。

过去围涂采用人海战术，发动劳动力少则几万，多则十几万，应用土工布袋机械围涂仅用几千人则可。

四是减轻各级领导压力。

过去围涂是四面八方齐动员，各级书记齐上阵，现在不用直接参加围涂可以使各级领导集中精力抓经济建设。

五是消除人工围涂隐患（乡村接头），是解决低滩、深通、淤泥等人工围涂无法作业的难题，同时又可日夜施工，受气候影响较小。

6、结束语

6.1本文对土工织物在围垦工程地基处理中的应用进行初步探索，并结合有关工程经验，对土工织物的特性、作用机理、设计要点进行初步分析。

通过对土工织物在海堤工程地基处理中的作用，论证了采用土工织物进行海堤工程地基加固处理是一套行之有效的方法。

6.2经工程实例分析，带棱角的石颗粒对土工织物产生的刺破力较大，

不宜直接在土工织物上抛填粒径较大的石料，应铺设一层颗粒适当的碎石垫层作为过渡。

6.3采用有限元方法对基础土工织物的变形进行分析，得出了沉降产生的土工织物延伸率在3%~5%左右的结论，建议在应用土工织物进行海堤基础加固处理时，为充分发挥其抗拉强度，宜选用弹性模量大的土工织物。