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3?土工格栅与土工网随着我国国民经济的高速增长,我国基础设施特别是高速公路的建设得到高速发展。在建设中,遇到的各种特殊地质现象和不良地质现象(如软土、膨胀土、滑坡、泥石流)越来越多,高路堤和高边坡随处可见,因而为利用新材料与新技术处理以上问题提供了机会。近几年中,我省公路建设中大量利用了土工格栅和土工网,本章将重点介绍土工格栅和土工网的概念、制造工艺和性能,以便我们的设计、施工、管理人员加以区别。3.1?土工格栅土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形格栅的聚合板材,常用作加筋土结构的筋材或土工复合材料的筋材等。图1?土工格栅的形状及细部??土工格栅的制造过程是在经挤压制出的聚合物板材(原料目前多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,孔的形状、大小及布置按终制成的土工格栅产品确定,然后施行定向拉伸。
单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成,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。格栅制造中聚合物的高分子随加热延伸过程而重新排列定向。土工格栅产品的规格品种在国外较多,我国的重庆庆兰塑料制品有限公司生产的土工格栅也得到 认可,其它一些厂商也开始试制。3.1.2?土工格栅的一般特性a.?力学性能格栅由于制造过程中经过了定向拉伸,使聚合物分子沿拉伸方向定向排列,加强了分子链间的联结力,大大提高了其抗拉强度(可较未拉伸前提高5~10倍),而延伸率却只为原板材的10~15%。土石料在格栅网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数也显著增大(可达0.8~1.0)。图2为几种材料拉伸强度,延伸率曲线,可以看出聚合物格栅的抗拉强度已接近于软钢的抗拉强度。
单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成,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。格栅制造中聚合物的高分子随加热延伸过程而重新排列定向。土工格栅产品的规格品种在国外较多,我国的重庆庆兰塑料制品有限公司生产的土工格栅也得到 认可,其它一些厂商也开始试制。3.1.2?土工格栅的一般特性a.?力学性能格栅由于制造过程中经过了定向拉伸,使聚合物分子沿拉伸方向定向排列,加强了分子链间的联结力,大大提高了其抗拉强度(可较未拉伸前提高5~10倍),而延伸率却只为原板材的10~15%。土石料在格栅网格内互锁力增高,它们之间的摩擦系数也显著增大(可达0.8~1.0)。图2为几种材料拉伸强度,延伸率曲线,可以看出聚合物格栅的抗拉强度已接近于软钢的抗拉强度。
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单、双向拉伸土工格栅与不同填料的试验。单向拉伸土工格栅加筋时,填料与筋材之间的表面力对界面抗剪强度起主导作用,拉拔曲线和直剪曲线一般为应化型;双向拉伸土工格栅加筋时,由于格栅孔眼面积大,填料对筋材的嵌锁咬合力对界面抗剪强度起决定作用,嵌锁咬合作用随着位移水平的而逐渐发挥,拉拔曲线和直剪曲线通常为应化型。与单向拉伸土工格栅相比,双向拉伸土工格栅加筋为较高的界面黏聚力。在同一试验工况下,双向拉伸土工格栅的加筋效果要优于单向拉伸土工格栅。对于黏性土,填料压实度影响拉拔界面强度和拉拔曲线发展形态,垂直应力影响界面剪应力峰值和峰值发挥时的位移水平,拉拔速率的会拉拔阻力峰值;对于砂土,填料相对密度,在一定程度上;拉拔界面综合系数,不同垂直应力水平下拉拔曲线初始斜率基本相同,但界面剪应力峰值随着垂直应力水平的而,拉拔速率对拉拔曲线影响不大。单、双向拉伸土工格栅与不同填料的拉拔和直剪试验对比表明,直剪试验可以比相同工况下拉拔试验高的界面角,致使直剪试验的界面综合系数高于拉拔试验结果。
随着工程需要,这类材料不断有新的品种出现,例如土工格栅、土工网和土工模袋等,原来的名称已不能准确地涵盖全部产品,这样,在其后的一段时期内,把它们称之为“土工织物、土工膜和相关产品(relatedproduct)”。显然,这样的名称不宜作为一种技术或学术。为此,1994年在新加坡召开的第五届国际土工合成材料学术会议上,正式确定这类材料的名称为“土工合成材料”(geosynthetics)。土工合成材料的早应用可追溯到本世纪二三十年代。1926年美国南卡罗林拉州公路部门曾采用过在棉布上洒沥青而制成的材料,其形式类似于土工膜。其后,人们曾采用聚氯乙烯PVC土工膜作为游泳池的防渗材料。50年代初,美国垦务局采用PVC土工膜作防渗衬砌。
前苏联以聚乙烯膜进行渠道防渗也有较长历史。更多土工合成材料行业分析息请查阅中国报告大厅发布的《年中国土工合成材料行业研究报告》。以近代人工聚合物为原料的土工织物的早应用实例,是50年代初的荷兰三角洲工程。据估计,用量超过了1000万m2,大大促进了土工合成材料的工程应用。60年代,美国逐渐扩展了采用土工织物修建护坡下的垫层和反滤以及护岸等,并将土工织物铺在沥青路面中以防止路面反射裂缝。土工网于1968年在日本开始应用,主要用在填土坡,帮助坡缘填土压实,以增大其强度和稳定性。与此同时,土工网也被用在软基上筑堤,以后又发展为在堤底铺设。非织造土工合成材料技术可能于1967年在美国、法国、英国开始应用。
前苏联以聚乙烯膜进行渠道防渗也有较长历史。更多土工合成材料行业分析息请查阅中国报告大厅发布的《年中国土工合成材料行业研究报告》。以近代人工聚合物为原料的土工织物的早应用实例,是50年代初的荷兰三角洲工程。据估计,用量超过了1000万m2,大大促进了土工合成材料的工程应用。60年代,美国逐渐扩展了采用土工织物修建护坡下的垫层和反滤以及护岸等,并将土工织物铺在沥青路面中以防止路面反射裂缝。土工网于1968年在日本开始应用,主要用在填土坡,帮助坡缘填土压实,以增大其强度和稳定性。与此同时,土工网也被用在软基上筑堤,以后又发展为在堤底铺设。非织造土工合成材料技术可能于1967年在美国、法国、英国开始应用。