堤防土工合成材料應用技術(shù)

土工合成材料具有多方面的功能，一種土工合成材料往往就兼有數(shù)種功能。隨著土工復合材料的發(fā)展，所兼有的功能就更多?？偟恼f來，土工合成材料的主要功能可歸納為六類，即反濾功能、排水功能、隔離功能、防滲功能、防護功能以及加筋和加固功能?，F(xiàn)分別加以敘述。有關(guān)各種材料在不同工程中的應用原則和施工方法參閱后續(xù)各章。第一節(jié)反濾功能一、反濾作用當土中水流過土工織物時，水可以順暢穿過，而土粒卻被阻留的現(xiàn)象稱為反濾(過濾)。反濾不同于排水，后者的水流是沿織物表面進行的，而不是穿越織物。當土中水從細粒土流向粗粒土，或水流從土內(nèi)向外流出的出逸處，需要設(shè)置反濾措施，否則土粒將受水流作用而被帶出土體外，發(fā)展下去可能導致土體破壞。土工織物可以代替水利工程中傳統(tǒng)采用的砂礫等天然反濾材料作為反濾層(或稱濾層)。用作反濾的土工織物一般是非織造型(無紡)土工織物，有時也可以用織造型土工織物。二、典型應用(舉例)堤壩工程中可以用土工合成材料作濾層的情況很多，以下是一些常見的使用場合。（1）堤壩粘土斜墻和粘土心墻的反濾層。（2）堤壩內(nèi)部和下游排水體濾層。（3）渠道、堤防、海岸等亂石或混凝土板護面下的濾層。（4）水閘分縫處、下游護坦、河漫下的濾層。（5）擋土墻、岸墻等背面排水系統(tǒng)中的濾層。（6）排水暗管或排水暗溝外面的包裹體。（7）減壓井或測壓管的外裹體。以上應用的示意見圖2-1。此外，公路和機場跑道的基層，鐵軌下道渣與土基間的隔離層等，也都同時要求反濾功能。三、反濾和淤堵機理以往的直觀概念都認為土工織物起反濾作用等同于過篩作用，后來的研究卻證明土工織物所以發(fā)揮反濾功能主要是由于它具有促進天然濾層形成的“催化”作用。另外，當土工織物作為濾層而長期作用時，發(fā)現(xiàn)有淤堵現(xiàn)象，從而使其反濾作用減弱或至消失。為此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵發(fā)生。（一）反濾機理土工織物的反濾作用可以用圖2-2來說明。圖中左側(cè)為大孔隙堆石體，右側(cè)為被保護土，二者之間夾有起反濾作用的土工織物。當水流從被保護土自右向左流入堆石體時，部分細土粒將被水流挾帶進入堆石體。在被保護土一側(cè)的土工織物表面附近，較粗土粒首先被截留，使透水性增大。同時，這部分較粗粒層將阻止其后面的細土粒繼續(xù)被水流帶走，而且越往后細土粒被流失的可能性越小，于是就在土工織物的右側(cè)形成一個從左往右顆粒逐漸變細的“天然反濾層”。該層發(fā)揮著保護土體的作用?？梢娡凉た椢锏拇嬖谥皇瞧鹆舜俪商烊环礊V層形成的“催化”作用。(二)淤堵機理土工織物中的孔道被堵塞，過水面積減小，滲透性下降的現(xiàn)象稱淤堵。形成淤堵的原因可分為機械淤堵、化學淤堵和生物淤堵。一般情況下，機械淤堵為主要形式。機械淤堵是土體中的細顆粒隨水流進入土工織物孔隙中，并停留其中，隨時間增長，停留的細粒愈來愈多，織物的透水性愈來愈小?；瘜W淤堵是由于滲流水中的各種離子，受化學作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、Fe02等，停留于織物孔隙中，減少水流通道從而降低織物的滲透性。生物淤堵是土體或土中水內(nèi)的藻尖、菌頭微生物和有機質(zhì)在織物孔隙中滋長繁殖，堵塞孔隙所造成。淤堵對織造型和非織造型土工織物有著不同影響?？椩煨涂椢锟卓谕ǖ绬我?，管狀通道間不連通，故孔口或通道內(nèi)任一處被堵塞，整個通道即不通。針刺非織造土工織物則兼有垂直和水平結(jié)構(gòu)，而且它們之間是相通的，織物孔隙呈迂回樹枝狀的立體結(jié)構(gòu)，水分進入后即可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相當?shù)耐杆?。四、反濾設(shè)計準則為了讓所選用的土工織物能長期發(fā)揮反濾作用，對織物應該提出一定的要求。正像以往采用粒狀土料(砂礫料)作反濾層時那樣，應使土料粒徑符合一定的準則。對用作反濾的土工織物，基本要求如下，(1)被保護的土料在水流作用下，土粒不得被水流帶走，即需要有“保土性”，以便防止管涌破壞。(2)水流必須能順暢通過織物平面，即需要有“透水性”，以防止積水產(chǎn)生過高的滲透壓力。(3)織物孔徑不能被水流挾帶的土粒所阻塞，即要有“防堵性”，以避免反濾作用失效。(一)保土性準則既然要求織物保土，則織物的孔徑與土的粒徑之間就必須符合一定的關(guān)系?？讖竭^大，土粒會穿過孔洞而流失；過小又妨礙透水和容易被堵塞。借鑒傳統(tǒng)的粒狀土反濾層的保土要求，并依據(jù)眾多的試驗研究表明，為了保土，織物的某等效孔徑Oe和被保護士的特征粒徑d85之間應該符合以下關(guān)系：式中Oe是一個由試驗測得的等效孔徑值。目前國內(nèi)外采用最多的是Oe＝O95，或者Oe＝O90。O95和O90之間的統(tǒng)計關(guān)系為O95/O90≈1.2。d85是被保護土的一個特征粒徑，可從被保護士的顆粒分析試驗曲線上查得，它表明土中粒徑小于該值的顆粒的質(zhì)量是全土質(zhì)量的85％。而式中的n則是與土中的細粒(土粒粒徑d≤0.075mm的部分)含量和不均勻系數(shù)Cu(＝d60/d10)等相關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)。SI/T225—98《水利水電工程土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，Oe＝O95，n一般為1～2，選用該值的詳細規(guī)定請參考該《規(guī)范》。必須指出，以上對n值的規(guī)定是針對一般水流情況而定的，對于較為復雜的情況，例如對有往復水流或有動力作用的情況，則織物的孔徑應該要求大一些。因為在往復水流情況下，織物的保土側(cè)難以形成“天然反濾層”；對有浪擊的情況，負壓會通過織物孔隙對土產(chǎn)生抽吸作用，等等。鑒于上述情況，故SL/T225—98對此作出如下規(guī)定：另外在一些特殊場合的特殊工程，如防汛搶險，往往要求濾層中水流十分暢通，此時需要采用孔徑較大的材料，有時甚至采用窗紗來做反濾。(二)透水性準則目前對土工織物透水性的要求，是以織物和被保護士的滲透系數(shù)的相對關(guān)系來表示。規(guī)范對此作了如下規(guī)定：(1)被保護土級配良好，水力梯度低和預計不致發(fā)生淤堵(中粗砂等)時(2)若排水失效會導致土體結(jié)構(gòu)破壞，且修理費用高，或水力梯度高，流態(tài)復雜等情況有的標準要求比式(2-4)中10更大的系數(shù)，是考慮土工織物在實際工作中，其滲透系數(shù)可能會由于織物被阻塞或受壓變薄而降低的情況發(fā)生。(三)防堵性準則為防止土工織物在長期工作中被淤堵，應該用選定的織物和被保護的現(xiàn)場土料作較長期試驗來檢驗。這樣做費時費事，因此SL/T225—98對于土工織物防堵性提出了以下要求：(1)被保護土級配良好，水力梯度低，流態(tài)穩(wěn)定，修理費用小及不發(fā)生淤堵時(2)被保護土易管涌，具有分散性、水力梯度高、流態(tài)復雜、修理費用大的情況。這里需要解釋一下“梯度比”的意義。梯度比是美國陸軍工程師團為了用較短時間判斷土工織物濾層的工作狀態(tài)而建議的一個指標，由淤堵試驗裝置測定，如圖2-3。圖中的6代表待測定的土工織物，它被安放在作為支承體的透水銅絲布7上?？椢锷厦媸怯涩F(xiàn)場取來的并按要求壓實的土。在織物上面25mm和再上面50mm處的試驗筒兩側(cè)壁上，各安裝有測壓水管(同一高程兩側(cè)各設(shè)一管是為了取其平均值作為測讀水位)，試驗筒頂不斷供水，使水流通過土體、織物，由圖中的調(diào)節(jié)管8排出。量測通過上面50mm土層后測壓管的水位差，計算出相應的梯度is；同樣量測通過下面25mm土層和土工織物的測壓管水位差，計算出相應的梯度isg。后一梯度對前一梯度的比值，即GR＝isg/is稱為梯度比。GR≤3的準則可以轉(zhuǎn)化為滲透系數(shù)的概念。按此，應該有附帶說明，上面所述的和其他一些現(xiàn)有的保土準則都是針對非織造型土工織物制定的。對于織造型土工織物，現(xiàn)在還沒有公認的準則，SL/T225—98的條文說明中介紹了部分單位的經(jīng)驗，可供參考。另外，為了防堵，許多專家主張，采用的土工織物的孔徑宜較準則要求的適當加大。五、設(shè)計要點采用土工織物作為反濾層時，首先要求選用的材料必須滿足反濾準則；其次，它們在鋪設(shè)后必須是穩(wěn)定的；再次，雖然它們并不是作為受力部件來作用，但需要有一定的強度，應能承受施工應力和可能遇到的其他荷載。因此一般的設(shè)計應該包括以下內(nèi)容。(一)提供必要的基本數(shù)據(jù)1.被保護土的主要物理力學性指標被保護土的主要物理力學性指標包括：土的分類、顆粒分析曲線(由此可查取土的特征粒徑d85、d60、d15、d10…)、土的不均勻系數(shù)Cu＝d60/d10、土的滲透系數(shù)K、土的抗剪強度指標、土的化學成分等，它們可由試驗確定。2.填土的性質(zhì)指標填土的性質(zhì)指標即回填土的擊實試驗曲線，從曲線上確定填土的最大干容重γdmax和最優(yōu)含水率Wop。3.待選土工織物的性質(zhì)指標待選土工織物的性質(zhì)指標包括土工織物的單位面積質(zhì)量M、等效孔徑O95、垂直滲透系數(shù)Kυ、水平滲透系數(shù)Kh、抗拉強度以及由淤堵試驗測得的梯度比GR等。(二)一般的強度要求織物要求的強度T很難計算確定，通?？梢愿鶕?jù)經(jīng)驗按以下情況取值。(1)一般閘壩，要求無紡土工織物的M≥300g/m2，T≥8.0kN/m，縱橫向強度比為2/3～3/2(M為單位面積質(zhì)量，T為抗拉強度)。(2)預計應力較大時，M≥400g/m2，T≥10kN/m，縱橫強度比為2/3～3/2。(3)應力更大時，M≥500g/m2，T≥12kN/m，縱橫強度比為2/3～3/2第二節(jié)排水功能一、排水作用水利工程中需要將土中水排走的情況很多，例如堤壩工程中降低浸潤線位置，以減小滲流力；擋墻背面排水，以消減水壓力，提高墻體穩(wěn)定性；土坡排水，減小孔隙壓力，防止土坡失穩(wěn)；隧道和廊道排水，以減輕滲水壓力；軟土地基排水，以加速土固結(jié)，提高地基承載力等等。傳統(tǒng)的排水材料多采用強透水粒狀材料，土工織物用作排水時兼起反濾作用，同時，不致因土體固結(jié)變形而失效，它具有施工簡便，縮短工期，節(jié)約工程費用等優(yōu)點。二、典型應用(舉例)以下是堤壩工程中可以應用土工合成材料作為排水設(shè)施的一些常用場合。(1)堤壩體內(nèi)煙囪式排水及下游排水褥墊層。(2)堤壩防滲土工膜下的排水、排氣墊層。(3)設(shè)于水力沖填壩中的孔壓消散層。(4)土堤下游坡的排水層。(5)擋墻及岸墻后的排水層。(6)加速軟基固結(jié)的排水帶或排水板。(7)凍脹區(qū)用于截斷毛細水上升，防止凍害；干旱區(qū)防止毛細水上升造成鹽堿化。三、設(shè)計要點土工合成材料用作排水體的設(shè)計方法與反濾層的基本相同。但由于在此項用途中，織物應有足夠的平面排水能力以導走來水，所以要進行排水能力的校核。本節(jié)先介紹一般的排水設(shè)計方法，而后再就幾種特殊情況，做些說明。(一)一般的排水設(shè)計1.所需的基本資料與反濾設(shè)計中要求的類似，應提供土體的物理力學特性，如土的分類、土的顆粒分析曲線、土的滲透系數(shù)等；有關(guān)地質(zhì)、水文資料；來水量(或根據(jù)條件估算)；土與水的化學成分等。另外，應提供待選土工織物的厚度δ、等效孔徑O95、水平滲透系數(shù)Kh、垂直滲透系數(shù)Kυ等。2.以反濾準則檢驗待選土工織物用于排水的無紡土工織物首先應符合反濾準則，故待選材料應先按第一節(jié)中的三項準則逐一加以檢驗，如不合格，應更換其他合格材料。3.排水能力校核這里我們先介紹一種反映土工織物透水性的指標。土工織物排水是依靠其平面滲透性，按照理論應該以其水平滲透系數(shù)Kh來表示。但是，由于織物埋在土內(nèi)要受到一定的壓力，其厚度δ要變薄，垂直滲透性和水平滲透性都將減小，為了回避可變的厚度δ，根據(jù)達西定理，推導出反應織物滲透性的另外兩個指標：式中：q表示單位寬度的來水量；△h為土工織物上下兩側(cè)的水位差值；A為通過水流的面積；i為水流通過織物時的水力梯度。某種土工織物用作排水時是否合適，需要先計算兩種導水率：一個是由需要排除的水量q(亦即來水量)計算得要求的導水率θr，另一個是根據(jù)所提供織物的指標算出的織物可提供的導水率θa，按以上所述，它們可以按式(2-10)及式(2-11)計算：式中：Fs是安全系數(shù)，一般應不小于3；q為來水量，可以借流網(wǎng)法或其他方法估算(可參考有關(guān)資料)。式(2-11)如果得不到滿足，可以更換厚一些的織物，或改用排水量大的其他排水土工合成材料。(二)煙囪式排水布置上游來水流到豎向排水體土工織物(圖2-4)，將沿織物往下流，通過下游底部排水層導向堤外。這種情況下的計算與上述（一）中所述的基本相同，即先按流網(wǎng)估算進人煙囪式排水體的來水量q，由此按式(2-9)算出θr(其中的i＝sinβ)；其次由提供的土工織物指標，按式(2-10)算出θa；再由式(2-11)檢驗提供的織物是否合適。要注意的是流入織物的滲流量是由上而下累計增大的，如圖2-4(b)，其底部流量最大，應該逐段驗算。(三)堤壩底部排水層軟基上堤壩底部鋪設(shè)土工織物作為排水層的示意如圖2-5。飽和軟土地基在堤壩重力作用下將排水固結(jié)，排出的水量通過土工織物向兩側(cè)流走。這種情況的排水計算較前述的稍復雜，因為它要涉及土的固結(jié)計算。這里不作詳細介紹，僅寫出以下公式作為參考。式(2-12)假設(shè)土工織物的最大承壓力為地基中最大水壓力的10％～15％，并根據(jù)單向固結(jié)理論推導得出：式中：B為堤壩底寬；Ksυ是地基土的垂直向滲透系數(shù)；Cυ為土的固結(jié)系數(shù)，它是由地基土的固結(jié)試驗求得的反映固結(jié)快慢的一個指標；t為筑堤的時間。同樣，可按式(2-11)檢驗所采用的織物是否有足夠的導水能力。(四)塑料排水帶垂直排水設(shè)計在第一章中已簡單介紹了塑料排水帶的構(gòu)造，它是由塑料排水芯材外包非織造土工織物(濾膜)構(gòu)成的一種土工復合排水材料，在軟土地基加固中應用廣泛。這種材料是由早期的“排水砂井”演變而來。利用砂井加速軟土地基固結(jié)的基本概念如下：假設(shè)有一處飽和軟土地基，如圖2-6(a)，在其表面施加外荷載(建筑物重量)，土中會產(chǎn)生超過靜水壓力的孔隙水壓力，于是，土體中多余水分逐漸從排水面(地表)排出，這種現(xiàn)象稱為排水固結(jié)。當土層厚度H(假設(shè)其下為不透水層)較大時，排水行程(即H)太長，土層完成排水固結(jié)的時間也將增大。若粘土滲透性小，則固結(jié)時間需要很長，故建造在軟土上的建筑物將長期處于持續(xù)下沉的狀態(tài)。為了加速固結(jié)，可以在軟基中設(shè)置垂直方向的砂井(砂井是用造孔機械在平面上按一定間距和布置方式(常為正方形或梅花形分布)造孔(一般穿過軟土層)，同時填入砂料，形成砂柱，如圖2-6(b)。砂柱為軟土提供了排水面，排入砂柱的水向上進入地面的砂墊層，再沿水平方向排走。根據(jù)固結(jié)理論，排水固結(jié)的時間與排水距離的平方成反比。例如在圖2-6中，不設(shè)砂井時的最大排水距離為H，設(shè)砂井后，相應距離為de/2。式中的de約為砂井間距，則為達到一定的固結(jié)度后者所需的時間t與前者時間T的關(guān)系為：t＝[（de/2）2/H2]T，所以只要調(diào)整de，即可使固結(jié)所需的時間縮短到要求的時間。事實上，所需時間比上式計算的還要短一些，因為在砂井水平排水的同時，還有土層自身的垂直向排水。砂井設(shè)計的要點在于按現(xiàn)有的土質(zhì)特性(固結(jié)系數(shù)Cυ等)、砂井的直徑和深度，現(xiàn)有的造孔設(shè)備規(guī)格(孔徑和造孔深度)，以及許可的固結(jié)時間，通過三維固結(jié)理論來估算砂井的分布間距。很明顯，間距愈小，固結(jié)將愈快，但為了使地基土不因砂井造孔而過分地擾動，砂井的間距不宜過小，一般為2～3m。塑料排水帶加速地基固結(jié)的概念與砂井的完全相同，只是以截面為矩形的排水帶代替了截面為圓形的砂井，排水帶計算仍然采用砂井理論中的固結(jié)理論，所以需要將排水帶截面的周長(寬度和厚度分別為b和δ)轉(zhuǎn)化為等效砂井直徑d，顯然d＝（2/π）(b十δ)。這樣排水帶就可以完全按直徑為d的砂井設(shè)計。在塑料排水帶插帶過程或砂井施工過程中，不可避免會引起地基土的擾動，并因此在排水帶或砂井周圍形成一相對不透水的土層，這種因?qū)Φ鼗翑_動引起透水性降低的作用，稱為涂抹作用。同時，塑料排水帶或砂井的導水能力需要在一定的水頭差作用下才能起作用，以排出從地基土流人的水量，這種砂井導水能力的有限性可稱之為井阻?？紤]涂抹和井阻作用的計算方法很多，有的方法可估算擾動土層的范圍和滲透系數(shù)，以及塑料排水帶的滲透系數(shù)，然而，這些量的確定仍然是困難的。這里不再介紹有關(guān)的計算方法，僅引用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定：對長徑比較大和井料滲透系數(shù)小的袋裝砂井或塑料排水帶，應考慮井阻作用，當采用擠土方式施工時，尚應考慮土的涂抹和擾動影響。考慮的方法是將理想條件下計算得到的平均固結(jié)度乘以0.80～0.95的折減系數(shù)。用以上介紹的方法進行軟土地基的排水固結(jié)計算一般已能滿足工程設(shè)計的要求。在設(shè)計中還可針對實際情況進一步考慮其他因素(如分級加載，井深不穿過軟土層，或地基土強度等)的影響，這里不再作進一步介紹，如有需要可參考有關(guān)文獻。第三節(jié)隔離功能一、隔離作用隔離是指在兩種物理力學性質(zhì)不同的材料之間鋪設(shè)土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。隔離可以為工程帶來許多預期的良好效應，舉簡例說明如下：(1)通過隔離層，引起應力擴散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。(2)隔離提供排水面，加速地基土固結(jié)，使承載力提高。(3)隔離層起整體性作用，可使要求的地基粗粒料支持層的厚度減少，節(jié)約建筑材料。(4)地基中有部分軟弱區(qū)域，或有小范圍洞穴，鋪隔離層有架橋作用，以掩蓋和減弱洞穴區(qū)或軟弱區(qū)的影響。(5)在地下水位較高的地基中，隔離層可以切斷毛細水上升，防止鹽堿化，或減弱凍脹。(6)道路基床中，隔離是防治翻漿冒泥的有效措施。(7)隔離層還起一定的保溫作用。前面已經(jīng)談過，一種土工合成材料常具有多種功能。利用它作為隔離層，更能說明這一特征，在水利工程中，經(jīng)常遇到的是水流從土體中通過，有時要穿越顆粒粗細不同的土層，或從土體中流出。因此，應用于隔離的材料除要求有一定的強度外，還需要有足夠的透水性，讓水流暢通，避免引起過高的孔隙水壓力；有足夠的保土性，防止形成土骨架的土粒流失，保證土體穩(wěn)定性；堤壩坡防護層下的土工織物墊層要保護墊層下的土體不被沖刷帶走，實際上也起到隔離作用。由此看來，隔離功能往往不是單獨存在的，它常與排水、反濾，甚至防護功能連系在一起，難以截然分開。本節(jié)中所述的隔離作用主要側(cè)重于那種用于持力層，因而對材料的抗頂破和刺破能力特別需要關(guān)注。二、材料及其應用舉例用于隔離的土工合成材料應以它們在工程中的用途來確定。應用最多的是有紡和無紡土工織物。如果對材料的強度要求較高，有時還要求以土工網(wǎng)或土工格柵作為材料的墊層。當要求隔離防滲時，則需要土工膜或復合土工膜。水利工程中要求隔離的實例很多，茲舉典型的如下：(1)堤壩粘土心墻和斜墻上下游的過濾層。(2)堤壩排水體與壩體的隔離層。(3)岸坡防護層下的墊層以及地基上填筑粗粒料時的界面隔離層等。為了重點闡明隔離層的受力狀態(tài)，可以圖2-7作示意性解釋。圖2-7(a)為在粗粒土上覆蓋細粒土，并有荷載作用；圖2-7(b)與圖2-7(a)相反，為在細粒土上填筑粗粒土；圖2-7(c)則既有粗、細粒土的相鄰，又有滲流運動；圖2-7(d)則是在兩種不同界面處有孔穴存在。在這幾種情況中，明顯看出，在標有號碼“1”處，隔離材料在粗粒土的孔隙部位或兩種材料界面的孔穴部位將受到來自受壓軟土的擠頂作用，為此，要求隔離材料必須有足夠的抗頂破能力；在標有號碼“2”處，隔離材料則將受到由粗土粒棱角施加的穿刺力，故隔離材料還應有抵抗刺破的能力。三、工程設(shè)計要點設(shè)計及驗算的內(nèi)容應根據(jù)隔離層預計的工作條件來確定：(一)非持力層情況隔離層不要求承受施工應力以外的較大荷載，不需要按受力部件來考慮，則按本節(jié)中“反濾”和“排水”兩段所述要求來選擇隔離材料即可。(二)持力層情況如圖2-7所示情況，受上覆荷載作用，隔離材料有抵抗頂破和刺破的要求，則除滿足反濾和排水準則，還需要對其進行力學分析。由于力學分析與Mullen脹破試驗及CBR頂破試驗緊密相連，因此有必要在這里先簡單介紹這兩種試驗的情況。1.脹破和頂破試驗(1)Mullen脹破試驗。這個試驗是為了模擬土工織物鋪在凹凸不平的層面上受到擠壓，評價其強度而設(shè)計的。所用儀器如圖2-8。環(huán)形夾具中間為一可擴散的薄膜(加筋的人造橡膠)。試驗時將土工織物試樣覆蓋在薄膜上，用環(huán)形夾具將其夾緊，然后開動機器加液壓，使薄膜連同土工織物同時鼓脹，直到織物被脹裂，將脹破壓力扣除使薄膜擴張至脹裂狀態(tài)所需的壓力稱脹破強度或頂破強度。(2)CBR頂破試驗。這個試驗是為模擬粗粒石料對土工織物的頂壓作用，評價其強度而設(shè)計的。試驗所用CBR試驗儀如圖2-9。試驗方法是將土工織物試樣緊夾在圖2-8(a)的環(huán)形夾具中，然后用圖2-8(b)中直徑為50mm的CBR儀的圓柱頂壓桿在織物平面垂直向以一定速率頂向織物，直至試樣被頂破，頂破過程中的最大頂壓力稱頂破強度或刺破強度。2.力學分析故用作隔離的土工織物的Mullen試驗的頂破強度應不小于按式(2-13)算得的數(shù)值。有的學者建議dc取值如下：帶棱角顆粒dc＝（1/4）d50圓鈍顆粒dc＝（1/2）d50故用作隔離的土工織物的刺破強度應不小于按式(2-14)算得的數(shù)值。第四節(jié)防滲功能一、防治作用及其應用舉例防滲是防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發(fā)擴散。日常生活中要求防滲的事例很多，水利工程中要修建大量的擋水蓄水、引水和輸水等建筑物，更有防滲、防漏的要求。在水利工程中常見的防滲工程可列舉如下。(1)堤壩的防滲斜墻或心墻。(2)透水地基上堤壩的水平防滲鋪蓋和垂直防滲墻。(3)混凝土壩、圬工壩及碾壓混凝土壩的防滲體。(4)渠道的襯砌防滲。(5)涵閘、海漫與護坦的防滲。(6)隧道和堤壩內(nèi)埋管的防滲。(7)施工圍堰的防滲。圖2-11是一些防滲結(jié)構(gòu)的示意。以往的防滲材料大多為透水性低的粘土、瀝青油毛氈和各種涂料，它們的用量大，施工復雜，還往往出現(xiàn)干裂等質(zhì)量事故。土工合成材料為防滲材料增加了一種極有前途的品種，國內(nèi)外的使用經(jīng)驗證明，土工膜用于防滲效果很好，質(zhì)量輕，運輸方便，施工簡單，造價不高，只要使用得當，在絕大多數(shù)情況下，完全可以替代傳統(tǒng)的防滲材料。但是，為了保證土工膜發(fā)揮其應有的防滲作用，應該注意一些關(guān)鍵性問題。(1)土工膜材質(zhì)。土工膜的原材料有多種，應該根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件等進行適當選擇。例如在寒冷地帶，應考慮土工膜在低溫下會不會變脆破壞，是否會影響焊接質(zhì)量；土質(zhì)和水質(zhì)中的某些化學成分會不會給膜材或粘結(jié)劑帶來不良作用等。(2)排水、排氣問題。鋪設(shè)土工膜后，由于種種原因，膜下有可能積氣、積水，如不將它們排走，可能因受頂托而破壞。(3)表面防護。聚合物制成的土工膜容易因日光紫外線照射而降解或破壞，故在儲存、運輸和施工等各個環(huán)節(jié)，都必須時時注意封蓋遮陽，特別是在施工過程中，應盡量縮短其外露時間，原則上應隨鋪隨用土覆蓋。二、防滲結(jié)構(gòu)土工膜的厚度很薄，容易遭破壞，為了有效保護和提高其在坡面上的穩(wěn)定性，要求按一定的結(jié)構(gòu)形式鋪設(shè)。原則上防滲結(jié)構(gòu)應包括5層，如圖2-12。1.防護層防護層是與外界接觸的最外層，是為了防御外界水流或波浪沖擊、風化浸蝕、冰凍破壞和遮蔽日光紫外線而設(shè)置。該層由透水的堆石、砌石或預制混凝土板構(gòu)成，要求有一定厚度。2.上墊層上墊層是防護層和下臥土工膜之間的過渡層，由于防護層多是大塊粗糙材料，如果直接置于土工膜上，很容易破壞土工膜，如果防護層的塊體有移動，更會傷害膜材，因此上墊層必須做好。上墊層可以采用透水性良好的砂礫料，厚度應不小于10cm，根據(jù)具體情況，有時也可采用無砂混凝土或瀝青砂漿等；如果防滲材料采用的是復合土工膜，則膜兩側(cè)的非織造土工織物可以起保護膜的作用，不必另設(shè)墊層。3.土工膜土工膜是防滲主體，除要求有可靠的防滲性外，還應該能承受一定的施工應力和使用期間結(jié)構(gòu)物沉降等引起的應力，故也有強度要求。土工膜的強度與其厚度直接有關(guān)，可通過理論計算或工程經(jīng)驗來確定。單一土工膜表面光滑，摩擦系數(shù)小，鋪在坡面上要考慮下滑的可能性。為此，在可能條件下，一般要求采用復合土工膜，其表面的非織造土工織物與土的摩擦系數(shù)要比單膜的大得多；另外，也有地方將單膜加上紋路以增加糙度；再有則是從鋪設(shè)方式上著眼，例如按鋸齒形、臺階形鋪設(shè)，或在坡面上設(shè)戧臺等(圖2-13)。4.下墊層下墊層鋪在土工膜的下面，有雙重功能：一是排除膜下的積水、積氣，確保膜的穩(wěn)定；二是保護土工膜，使其不受支持層的破壞。對于粗粒的堆石壩，下墊層也可起堆石與土工膜之間過渡層的作用，這時的下墊層由礫石、細礫和砂構(gòu)成，三者之間的粒徑應符合一定的層間關(guān)系。如果采用的是非織造土工織物復合膜，而且是用于碾壓式土壩，則下墊層一般可以省去，因為非織造土工織物已經(jīng)可以起到保護和排水排氣作用，而且又增加了與土工膜的摩擦力。下墊層對土工膜起支持層的重要作用。如果土工膜直接放在粗粒料上，在水壓力作用下，它會被壓進粗粒的大孔隙中，而被拉破。相反，如果膜下為平整硬層或細粒土料，則情況就會不同了。前人的試驗研究證明，0.25mm厚的聚乙烯土工膜鋪在級配良好的砂卵石層上，作用水頭甚至達到200m，土工膜也沒有破壞，這表明膜下墊層的狀態(tài)對膜的安全至關(guān)重要。5.支持層土工膜是柔性材料，必須鋪設(shè)在可靠的支持層上，它可以讓土工膜受力均勻。除上述的下墊層外，支持層還可采用級配良好的壓實土層，粒徑應根據(jù)膜厚來選擇。有學者建議，對于0.2mm厚的土工膜，支持層的最大粒徑應不大于6mm，不均勻系數(shù)應不小于20。如果是碾壓式土石壩，由于其壩面平整，又有較大密實度，可以不專門設(shè)置支持層。三、設(shè)計要點(一)堤壩的防滲土工膜僅是土石壩的一個組成部分，其總體布置、設(shè)置范圍與高程等應遵循SDJ218—84《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。針對土工膜的核算有兩方面。1.穩(wěn)定性驗算心墻土工膜不存在滑動失穩(wěn)問題，對于斜墻穩(wěn)定目前主要驗算兩種失穩(wěn)情況。(1)土工膜以上的防護層、上墊層連同膜本身沿下墊層或支持層面的滑動。這種情況一般不致發(fā)生，因為膜上端要求固定于壩頂，加之膜下下墊層要求透水，不致產(chǎn)生過高的孔隙水壓力使接觸面強度降低。這種形式的破壞可不考慮。(2)土工膜以上防護層和上墊層沿土工膜表面的滑動。這種情況的抗滑穩(wěn)定驗算一般采用土力學中的極限平衡法。由于土坡有不同工況，驗算需要按正常運行(即水位保持不變，堤壩內(nèi)有穩(wěn)定滲流和非常情況(通常指外水位由某水位快速下降到某一低水位)進行。對于非常情況，還有上墊層材料是透水和不透水之分，后一情況是當該層與膜的交界面處存在過高的孔隙水壓力，使強度顯著下降造成的，這是驗算中的一種最危險的控制工況。2.土工膜下的排水能力的驗算前面已經(jīng)提及，堤壩坡面鋪土工膜后，其下仍將會有一定的滲流量，應該及時充分排除，以避免孔隙水壓力的產(chǎn)生。但是，對此迄今還沒有較好的估算方法，最好是采取防預措施較為穩(wěn)妥。例如采用非織造土工織物復合土工膜，通過織物排水，就是一種方便途徑。若預計來水量較大，則不妨用較厚的織物復合，甚至在膜下再鋪薄砂層。以上兩種驗算的具體方法可以參考有關(guān)規(guī)范。(二)堤壩前的水平防滲鋪蓋土石堤壩建在透水地基上，當?shù)鼗穸冗^大，采用其他方式防止地基滲流不經(jīng)濟或不可能時，可采用鋪蓋防滲。它是將透水性小的材料水平鋪設(shè)在堤壩上游的一段長度內(nèi)，并與堤身或壩身的防滲體系相連接，以增加滲流路徑，減小滲透坡降，防止地基滲透變形并減少滲流量。一般用于鋪蓋材料的滲透系數(shù)至少應比地基的透水性小100倍，故以往常用的材料為粘性土。土工膜比粘土的透水性還要小，具有極大的柔性，能和地面密切貼合，而且施工相當方便，只要正確應用，就能收到良好的效果。土工膜鋪蓋設(shè)計與粘土鋪蓋的基本相同，主要是根據(jù)透水地基的厚度、地層土滲透系數(shù)、壩前水深和地層土容許的滲透坡降等指標，通過水力學計算來確定垂直于堤壩軸線的合理長度。根據(jù)規(guī)范，土工膜所需厚度應按作用水頭，地層中可能存在裂隙的形狀與大小，以及膜材的抗拉強度和破壞應變等，借薄膜理論來估算，根據(jù)經(jīng)驗，對于中水頭堤壩，要求厚度一般為0.5～0.6mm。土工膜鋪蓋長度也應按計算確定，不過，大量的工程經(jīng)驗表明，長度取為壩前水深的5倍左右即可，太長了效果不大。應指出：①土工膜下應該設(shè)反濾層，以防止鋪蓋萬一穿孔時造成地層土流失，采用非織造土工織物的復合土工膜可以同時滿足運行需要。②大面積鋪蓋下很可能會積水、積氣，應根據(jù)具體情況設(shè)排放措施，將它們排除，例如在膜下建縱橫排放溝或采用專門的排放設(shè)備(如逆止閥)。③注意鋪蓋和堤壩防滲體、與其連接的結(jié)構(gòu)物以及岸坡的有效連接，以形成完整的封閉防滲系統(tǒng)。與建鋪蓋類似，土工膜也可用于庫區(qū)防滲。使用時，將其妥善地鋪在需要堵漏的部位。(三)地基垂直防滲墻垂直防滲墻是在透水地基內(nèi)造孔或挖槽，以透水性極低的材料填入建成的連續(xù)墻。我國堤壩中以往常用的混凝土防滲墻厚度為0.6～1.3m，目前在堤防工程中的墻厚已減至0.3m，甚至更薄。建造這樣的防滲墻，除需要造孔設(shè)備外，還要有澆注混凝土的專用機具，施工比較復雜。我國現(xiàn)在已經(jīng)用土工膜完成多處垂直防滲墻工程。修建防滲墻的土工合成材料可以采用土工膜、復合土工膜或防水塑料板。國外采用打鋼板樁的技術(shù)和設(shè)備來插入高密度聚乙烯板，板的兩側(cè)附有鎖口，用以將兩塊板連接在一起。鎖口中的間隙則放人密封條，遇水后密封條膨脹，充滿間隙，可以做到基本不漏水。安裝時由震動打樁機實施，板前端有一鐵靴，保護膜板的插入，深度可達40m。若采用插入土工膜，則膜厚度應不小于0.5mm。在目前技術(shù)條件下，插入深度可以達到約15m，要求地基土中大于5cm的粗顆粒不多于10％，最大顆粒粒徑不大于15cm，否則將超出開槽寬度。造墻的基本步驟是：首先用高壓水沖，或鏈斗或液壓式鋸槽機開槽，以泥漿護槽壁，將與槽深相當?shù)恼硗凉つや伻氩蹆?nèi)，倒轉(zhuǎn)軸卷，使土工膜展開，相鄰兩幅之間用搭接的方式連接；及時進行膜兩側(cè)的填土，并在槽底回填粘土，厚度不少于1m，目的是密封，以防止水從下部繞滲；接著填一般土，待其下沉穩(wěn)定后，往槽內(nèi)繼續(xù)填土壓實；最后待土工膜出槽后，立即將其與建筑物連接，不得外露。應當注意在與建筑物連接處土工膜應留有足夠的富裕，以防建筑物變形時拉斷土工膜。第五節(jié)防護功能一、防護作用及其應用舉例防護作用具有廣泛的涵義。為了消減自然現(xiàn)象、環(huán)境影響和人類活動對堤坡和岸坡造成的危害，常要采取適當?shù)姆雷o措施。岸坡防護包括河岸、湖岸、海岸等的防水流沖刷，波浪沖擊等，這類防護措施古已有之，有許多迄今仍在繼續(xù)采用。傳統(tǒng)的防護辦法有利用埽枕、柴排、石籠、拋石保護岸坡或打護坡樁等。它們雖然也能起到護坡的良好作用，但耐久性較差，常要不斷維修。根本的弱點，是它們放在被保護土面上，不具有反濾功能，受水流沖蝕和潮浪淘刷抽吸的作用，被保護土顆粒容易被水流帶走，導致剝蝕和坍塌。土工合成材料的發(fā)展，為上述岸坡防護提供了新的途徑，簡單地說，只要在被保護士面上覆一層有良好反濾性能的土工織物，壓上一定蓋重，即能有效地保護岸坡不受水流和波浪等的破壞。不僅如此，土工織物質(zhì)輕、耐腐、有柔性、整體性強、價廉、施工簡便，它們在防護工程中的推廣應用正在迅速發(fā)展。其實，這類材料不只有抗水流的能力，它們的產(chǎn)品之一——泡沫塑料板(聚苯乙烯EPS)在巖土工程中還被用于防止土體凍脹。水利工程中利用土工合成材料的常見防護工程有：(1)江河湖海岸坡防護。(2)水庫岸坡防護。(3)水道護底和水下防護。(4)渠道和水池護坡。(5)水閘護底。(6)岸坡防沖植被。(7)水閘、擋墻等防凍脹措施等。土工合成材料用于防護的范圍很廣，本節(jié)僅介紹利用軟體排、模袋和三維植被土工網(wǎng)作岸坡防護，利用土袋、土枕及土工管筑堤壩護坡等，其他利用可舉一反三。二、防護制品防護用的土工織物應符合反濾準則和具有一定的強度。由于要受到往復雙向水流作用，對織物應有更高的反濾要求，故應符合式(2-1)，同時強度也應符合第一節(jié)“五”中的規(guī)定。為滿足防護的各種特殊需要，應先將土工合成材料預制成符合一定需要的制品。舉例說明如下。1.土袋、土枕土袋、土枕是以織造型(有紡)土工織物縫制成的管袋形制品。土袋尺寸較小，類似于一般草袋，充填土料后成為塊狀土體，可用于堵塞洞坑，建筑堤壩，或作為壓載。土枕是尺寸較大的長土袋，直徑可達0.4～1m，長度可達數(shù)米或更長，一般沿長度每隔0.5m要繞一道橫箍，它們既能作筑堤壩的填充體，又可作為壓重。2.軟體排軟體排是用織造型土工織物縫制成的大片排布，分單片和雙片兩種，單片排四周邊和中間縫上縱橫繩網(wǎng)，既加強排體，又可作為定位索之用，排上加壓重塊，保證其穩(wěn)定；雙片排由雙層土工織物縫制成，其中還縫有管袋，供充填土料，形成自身壓重，它也需縫上縱橫繩網(wǎng)。軟體排應用時，排體鋪在需要防護的部位，再加上足夠壓重，即可防止土體被沖刷。3.土工模袋前面已對土工模袋作了簡單介紹，是由兩層編織型土工織物縫成的四周封閉的袋體，放于被保護岸坡上，并往其中澆注混凝土或砂漿，凝固成硬塊體護坡。模袋由工廠預制，有不同厚度、不同規(guī)格。此外，還有在現(xiàn)場縫制成的簡易模袋。4.泡沫塑料板塊泡沫塑料板塊是由聚苯乙烯塊鋸成的薄板，其導熱系數(shù)為土的1/3～1/4，具有保溫性，放于混凝土板護面或土面上，可達到防止土體凍害的目的。三、設(shè)計原則(一)軟體排護坡與護底1.排體布置軟體排布置于可能受沖刷破壞的部位，它的鋪設(shè)范圍及高程等應遵從《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286—98的規(guī)定。排體順水流方向的尺寸為排寬，垂直水流方向的尺寸為排長?？菟灰陨蠟樗喜糠郑韵聻樗虏糠?。排體水上部分長度為坡面長和掛排所需長度之和；水下部分長度由與水上部分銜接段長度、水下坡面長度(其中應包括排體褶皺和收縮長度)以及因坡底可能發(fā)生沖刷需要預留的長度三部分組成。水上部分與水下部分長度之和為要求的排長。排寬應為待保護區(qū)的寬度、相鄰排塊搭接所需寬度和考慮排體收縮需預留的寬度之和。相鄰兩塊排的搭接寬度一般為0.5m，上游排塊蓋在下游排塊上。2.排體穩(wěn)定性排體應始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，故應進行排體的抗飄浮、抗沿坡面下滑和要求壓載的驗算，要求的壓載可參考規(guī)范，或參考圖2-14。當水流流速不大于3m/s時，壓載可為1kPa。為確保排體穩(wěn)定，要求排體在坡頂和坡底給予錨固，底部為防止沖刷，錨固可采取溝埋方式。坡底防沖非常重要，應根據(jù)具體條件做成有效的防沖結(jié)構(gòu)，圖2-15是幾種參考形式。(二)土工模袋護坡1.選型模袋有多種形式，應根據(jù)現(xiàn)場地形、工程類型和重要性以及水流條件等綜合因素選型。按工程類別選擇時，可參考表2-1。2.模袋穩(wěn)定性一般情況下，模袋穩(wěn)定性按其在斜坡上的抗滑安全系數(shù)Fs來評價(圖2-16)為了改善模袋穩(wěn)定性，可以補充采取一些抗滑措施，參考圖2-17。另外，模袋底部的滲水應及時排除，如果模袋排滲能力不足，可以在模袋澆注后1小時，在袋內(nèi)插排水管，如圖2-18。(三)三維植被網(wǎng)植草護坡1.護坡機理植被網(wǎng)是一種類似于絲瓜瓤狀的植草土工網(wǎng)墊，以加入炭黑的尼龍絲加工制成。絲與絲的交叉點熔合粘接，相互纏繞，質(zhì)地蓬松，孔隙率在90％以上，在其孔隙中可填加土料和草種。植草穿過網(wǎng)墊生長后，其根系深入土中，植物、網(wǎng)墊、根系與土合為一體，形成牢固密貼于坡面的表皮，可有效地防止坡土被暴雨徑流或水流沖刷破壞。以往植被網(wǎng)墊應用于無水或背水坡，目前國外已用于河道迎水坡防護，在有水流條件下，植被起良好的消能作用，促進落淤。有報導說，在水流較深情況下，它甚至能抗御高達6m/s的短期流速，對歷時兩天的水流，也能經(jīng)受4m/s的流速，這種植被可使流速顯著降低。2.設(shè)計要點植被護坡設(shè)計主要包括判別采用植被的必要性；確定鋪設(shè)范圍；草種選擇。(1)植被必要性。坡上受沖刷破壞的程度與土類密切相關(guān)。另外對于水上坡，要不要防護，決定于降雨強度；對于水下坡，則要看水流流速的大小。植被必要性判別，對于水上坡和水下坡可分別參考圖2-19和圖2-20。(2)鋪設(shè)范圍。植被應遍及要求防護的部位，在高程上，水上坡應鋪到坡頂，再橫向延伸不少于0.5m；水下坡下端應至低水位以下1m(斜坡長)，上端應達高水位以上0.5m(斜長)。(3)草種選擇。各地氣溫、降水和土質(zhì)條件等差別很大，應根據(jù)當?shù)卮篌w情況，遵循幾項基本原則來選擇草種：適應當?shù)丨h(huán)境，如耐寒、耐旱、耐澇等；適應土質(zhì)條件，如耐鹽、耐堿，耐酸等；生長期快，根系發(fā)育且長；價格經(jīng)濟等。(四)土袋、土枕筑堤壩1.堤壩形式土袋、土枕筑堤壩可以采取不同的形式，歸納起來可分為兩類：①全斷面式，即整個堤壩體均由充填土料的袋或枕堆成，其底部鋪設(shè)透水織造土工織物墊層，坡面設(shè)置防護層。②土心填筑式，即堤壩中心部分為填土，兩側(cè)外坡用袋、枕堆筑，或填土后外部用土工織物整體包裹，如圖2-21(a)，或填土即是逐層包裹而成，它們的底部及背部為土枕，如圖2-21(b)。2.設(shè)計要點(1)制作枕、袋采用織造土工織物，它們應符合反濾準則，且能承受施工應力，其單位面積質(zhì)量應不低于130g/m2，抗拉強度應不小于18kN/m。(2)為了保證袋、枕的穩(wěn)定性，它們的尺寸應符合以下條件：上式中的L、B、H、分別為填土后袋枕的長度、寬度和高度。土料充盈系數(shù)應不小于80％，但也不宜過大，填土應壓實到規(guī)定密度。(3)堤壩穩(wěn)定性可按傳統(tǒng)的圓弧滑動法驗算。(4)堤壩外坡都必須作好保護層，例如塊石或模袋混凝土護面等。第六節(jié)加筋功能一、加筋作用土體一般具有一定的抗壓強度，但抗剪強度很低。設(shè)想有一塊自由土體，即其側(cè)面上全無約束，在其頂面上施加壓力，則在不大的壓力下，土體即將被壓壞。如果同樣的一塊土被放進一個剛性盒中，即其側(cè)面受到完全約束，不可能有橫向擴張，則在其頂面上加壓，壓力雖然達到很大值，土塊也不會被壓壞。這個現(xiàn)象闡明了一個簡單的道理：土體受壓時，其破壞與否與土的側(cè)向變形大小有關(guān)，允許的側(cè)向變形愈小，它能承受的壓力將愈高，所以，要提高土的承受能力，可以從設(shè)法減小其側(cè)向擴張著手。加筋土正是利用了這一原理。在土體中的一定部位鋪設(shè)水平方向的加筋材料，將土壓實后，土與加筋材密切結(jié)合成一復合土體(加筋土)，當在復合土體的表面施加荷載，由于加筋材與周圍土之間有較大的摩阻力(有時尚有咬合力)，限制了土的側(cè)向變形，相當于在土體側(cè)面上施加了約束力。從上面的道理可知，這種復合土體的承壓能力理所當然地得到提高。以往人們只是從概念上懂得這個道理，一直到了本世紀的60年代，法國工程師維德爾才從理論上建立了一套加筋土的設(shè)計方法，最初采用的加筋材料是金屬條帶，到70年代后期，金屬材料才逐漸被土工合成材料所取代。二、加筋材料和加筋土應用(一)加筋材料加筋土中的加筋材料通常采用織造土工織物、土工帶和土工格柵等，只有當對強度和變形要求不高時，才采用非織造土工織物。從以上的加筋原理得知，加筋在于最大限度地限制受壓土體的側(cè)向變形，而限制要靠土體中的筋材與周圍土的相互作用，為此，要求筋材與土之間應結(jié)合好，亦即兩者之間應有較高的界面強度(摩擦力與咬合力大)。此外，加筋材料的蠕變性應較低。蠕變性指材料受不變的拉力下，長度不斷伸長的現(xiàn)象。蠕變使筋材承受拉力的能力不斷下降。因此，在目前的加筋材料中，土工格柵的蠕變性較低，是較為理想的加筋材料。(二)加筋土應用加筋土主要用于三個方面，形成三種類型的加筋土結(jié)構(gòu)。1.軟土地基加固軟土地基上建堤壩的困難在于土的抗剪強度低，承載力不足，壓縮性過高。傳統(tǒng)的方法是將填筑速度放得極慢，以待在增加的荷載下軟土固結(jié)，強度增加；或采取分期填筑方法；或在堤壩兩側(cè)，將填土延伸一定距離，形成戧臺或反壓馬道，以平衡部分促進滑動的滑動力矩等等。這樣，工期會拖得很長，費用高，有時填筑高度仍受到一定限制。而若在填筑之前，先在場地上預鋪一層織造土工織物或土工格柵，對地基進行加固，可以較好解決這一難題。2.堤壩邊坡加筋堤壩如果將邊坡做陡，不僅能減少填土方量，還可節(jié)約用地，是一舉兩得的好事。如果地基的承載力較高，堤壩不致因坡度過陡而破壞，這時采用土工織物加筋陡坡即可達到此目的。3.加筋土擋墻它可以代替混凝土重力式擋墻。其最大優(yōu)點是對地基的要求比重力式擋墻要低，抗震性較好。這三種加筋土結(jié)構(gòu)各有其不同的設(shè)計方法，下面分別作介紹。三、加筋土設(shè)計要求(一)軟土地基加固1.筋材及其布置地基加固用的筋材可為織造土工織物或土工格柵，使用時將它水平鋪放在軟基面上，兩端包折，如果土很軟，可以先鋪層薄砂，再鋪加筋材，如圖2-22(a)。如果一層筋材強度仍不足，可在第一層筋材上填約0.5～1.0m厚度土層(最好是透水料)，再鋪第二層筋材，兩層筋材在端部連接起來。2.穩(wěn)定性驗算根據(jù)軟土層分布情況不同，穩(wěn)定性驗算分為兩種：深層滑動和平面滑動。(1)深層滑動。當軟土層較厚，土坡失穩(wěn)可能是沿某一圓弧面滑動的，如圖2-22(b)。深層抗滑穩(wěn)定一般采用傳統(tǒng)的圓弧條分法校核，在沒有加筋前，可以通過試算求得堤壩土坡的最小安全系數(shù)Fs1如下：注意：在采用一層以上加筋材料時，每二層間應鋪一定厚度的土料（最好是透水砂料）。(2)平面滑動。當軟土層較薄，其下為硬層，則上述滑動圓弧不易切入下臥硬層，因而可能產(chǎn)生淺層的平面滑動。淺層滑動可能有三種形式，如圖2-23。①土坡的一部分沿加筋材的頂面滑動，如圖2-23（a）；②土坡的一部分連同部分軟土沿下臥硬層的頂面滑動，如圖2-23（b）；③加筋材底面與下臥頂面間的部分軟土被擠出，如圖2-23（c）。三種形式中給出最小安全系數(shù)的一種是最可能發(fā)生滑動的情況。平面滑動驗算采用一般的極限平衡法求取安全系數(shù)，這種方法已為廣大土工工作者所熟悉，不再贅述。注意：計算中應保證加筋材料不被拉斷，才能發(fā)揮加筋作用。并且根據(jù)經(jīng)驗，要求加筋材頂面的摩阻力的大小不能超過加筋材料在下列應變時的抗拉力對壓實粘土，ε=5.0%～10%；對無粘性土和少粘性土，ε≤2%。（二）堤壩加筋1.筋材及其布置加筋材可采用與軟土地基方式示意圖如圖2-24。筋材水平向鋪設(shè)，其長度和沿堤壩高度要求的垂直間距應根據(jù)試算來確定。2.穩(wěn)定性驗算穩(wěn)定性驗算的目的有二：①確定加筋要求的范圍，即水平向不同高程上加筋需要的長度；②求得為使加筋后土坡的穩(wěn)定性達到規(guī)定的安全系數(shù)Fsr，需要加筋材提供的加筋力Ts。(1)加筋范圍的確定。針對要求加筋的土坡，用傳統(tǒng)的穩(wěn)定分析圓弧滑動法，對不同滑動圓心和半徑的圓弧逐一求其安全系數(shù)，可以得到許多個Fsu，將這些圓弧畫在同一張紙上，勾劃出Fsu≈Fsr的那些圓的外包線，如圖2-25中所示的實線，該線包圍的區(qū)域即是需要加筋的范圍。(2)需要的加筋力。為將土坡的安全系數(shù)從Fsu提高到Fsr，可以將滑動土坡視為一個整體，先求出所需的總加筋力Ts，假設(shè)它作用位置在坡高的1/3處，如圖2-26。為此，針對上述的許多試算滑動圓的每一個，按下式算出對應的Ts：(3)加筋力的分配。求得的Tsmax需要分配到沿坡高的各個高程上去。建議對低于6m的土坡可以均勻分配，兩層間的垂直間距一般不宜大于0.6m。當坡高大于6m，則建議按以下比例分配。按二區(qū)分：底區(qū)Ts=（3/4）Tsmax；頂區(qū)Ts=（1/4）Tsmax按三區(qū)分：底、中、頂各為（1/2）Tsmax、（1/3）Tsmax和（1/6）Tsmax(4)強度驗算和抗拔驗算。按以上方法分配后的筋材還應該滿足兩方面的要求：①每層加筋材不得因受拉力過大而斷裂，并有一定的安全系數(shù)，所以加筋材拉力不應超過其許可抗拉強度；②每層筋材不得因所受拉力過大而被拔出，因此，超出滑弧的筋材要有足夠長度，以提供充分的握裹力，且具有所需的安全系數(shù)。(三)加筋土檔墻構(gòu)造加筋土擋墻有四個基本組成部分，即：加筋材料、填土、墻面板和墻面板基礎(chǔ)，如圖2-27加筋材是織造土工織物、加筋帶或土工格柵；墻面板大多為預制混凝土整體板或板塊，一般不作受力桿件處理，僅供表面防護和裝飾之用；填土最好是透水材料，若必須采用不透水材料填充時，應做好排水通道，以及時將進入填土內(nèi)的水排走；墻面板基礎(chǔ)一般為預制混凝土構(gòu)件。1.擋墻的初設(shè)斷面擋墻的設(shè)計方法，一般是先假設(shè)一個計算斷面，再進行外部整體性穩(wěn)定驗算，然后再進行內(nèi)部筋材的穩(wěn)定性校核。初設(shè)斷面即是要假設(shè)水平鋪設(shè)的加筋材長度，各層垂直間距一般可初取0.4～0.5m。?根據(jù)經(jīng)驗，初設(shè)加筋材長度可為墻高的0.7倍，如果墻后填土為斜坡或填土面還有超荷載作用，可設(shè)為墻高的0.8倍。2.外部穩(wěn)定性驗算將加筋材范圍內(nèi)的土體連同墻面板視為一個剛性的整體，與重力式擋墻類似，進行以下各項驗算：整個墻體沿其底面的抗平面滑動穩(wěn)定性；抗深層圓弧滑動穩(wěn)定性；抗繞墻趾轉(zhuǎn)動的傾覆穩(wěn)定性和墻基的承載力驗算。以上各項安全系數(shù)都應該達到規(guī)定的數(shù)值。3.內(nèi)部穩(wěn)定性驗算(1)加筋材的拉力。加筋土擋墻分為兩種基本類型：①柔性筋式擋墻。加筋材的強度低，延伸率高，即材料的抗拉模量低，如織造土工織物即屬此類。②剛性筋式擋墻。加筋材的強度高，延伸率低，即材料的抗拉模量高，加筋帶或土工格柵屬此類。兩類墻的設(shè)計方法基本一致，不同之處在于材料模量不同，其變形有異，造成土中應力分布有一定差異，即用于確定土中加筋材拉力的土壓力分布圖形不一樣。對于柔性筋式擋墻，每根筋條分配的拉力對應于朗肯土壓力分布圖中相應的土壓力部分，如圖2-28中第i條筋材中的拉力應等于圖2-28(b)中陰影部分的土壓力，假設(shè)等于Ti，圖中的γ和Ka分別為填土容重和主動土壓力系數(shù)。若是剛性筋式擋墻，其土壓力分布圖略有不同，而確定加筋材拉力的方法卻完全一致。(2)加筋材的強度驗算。為了墻的穩(wěn)定，每一層加筋材的拉力都必須滿足以下條件：(3)加筋材的抗拔驗算。每一層加筋材的拉力還要求不超過其端部段(超出滑動面以外的加筋材長度)埋在土內(nèi)發(fā)揮的握裹力。握裹力系由該端部段上下面與土產(chǎn)生的摩阻力所提供。所以這一驗算實際上是校核端部段埋藏的加筋材長度Lc是否足夠，因為摩阻力的大小是與埋長有關(guān)的。4.加筋材長度加筋材全長度由兩個部分組成：填土破壞面以內(nèi)長度La和以外的埋藏長度Le。如果加筋材是織造土工織物，一般在其靠面板的一端要將織物折回，包裹土體如圖2-27(b)，包裹長度為Lω，所以加筋材全長應為：（未完待續(xù)）《堤防工程土工合成材料應用技術(shù)》第三章堤防系統(tǒng)的防滲、排滲和加固（包承綱主編）

HYPERLINK""2005年6月13日長江重要堤防隱蔽工程建設(shè)管理局編輯：宋金鳳

在前兩章中已對土工合成材料的性質(zhì)、功能、作用機理、使用原理和設(shè)計原則等作了全面的介紹，本章將對堤防系統(tǒng)中土工合成材料的設(shè)計和施工方面的一些問題作進一步敘述和討論。這里所謂的“堤防系統(tǒng)”是指土堤和堤線上的涵閘(如破堤建閘等)及其相連的過水渠道，內(nèi)容包括江河堤防的防滲和排滲、水閘的排滲和閘基的加固以及海堤的地基加固等。為了使讀者易于理解有關(guān)原理，本章將列舉一些應用實例。這些實例都是一些成功的工程實錄，其中一些是早期應用的報導。按目前我國的應用水平來看，所報導的內(nèi)容還有可以改進和提高的地方，因此當學習這些經(jīng)驗時，應結(jié)合工程實際情況和現(xiàn)有發(fā)展水平因地制宜地使用。此外，應當說明，土工合成材料在上述的某些方面目前應用尚不普遍，如堤的防滲等，為此本章將引用一些類似的在低土壩中的應用實例作為參考，以期促進土工合成材料在堤防中應用。第一節(jié)防滲、排滲和加固在堤防中的應用一般來說，在堤防的主體和附屬工程中，土工合成材料都有著能發(fā)揮第二章所提及的各種主要功能的場合。鑒于堤防的滲透控制原則仍是“上堵下排”，因此本節(jié)著重于土工合成材料的防滲、反濾和排水三個方面功能的應用，同時也敘及加筋加固功能。一、堤防防滲(一)國內(nèi)外應用情況土工膜作為一種良好的防滲材料，目前在壩工中，特別是土石壩中已被廣泛地采用，在混凝土壩或碾壓式混凝土壩的修補中，作為防滲護面也逐漸增多，其使用量約為土工織物使用量的11％左右。然而在我國的堤防建設(shè)中，它的應用則剛剛才開始，如作為垂直防滲墻的墻體材料等，但可以預計，它在今后新建的堤防和已有堤防的加固中將會廣泛地被使用。為了說明堤防防滲問題，借鑒一些壩工中的應用實例，或許是有益的。表3-1(見參考文獻[3])和表3-2中分別給出了國內(nèi)外壩工中采用土工膜防滲的工程情況。從中可以看出一些特點：①土工膜在壩工中的應用，從地域上看已很廣泛，國內(nèi)外已經(jīng)普遍接受了這種新型的防滲材料和技術(shù)。許多工程實錄都表明它的防滲效果良好、經(jīng)濟、施工方便，有推廣使用價值。②國內(nèi)在壩工中使用土工膜防滲雖然較晚(1978年開始，比國外晚19年)，但從土工膜承受20m以上水頭的實例所占的百分數(shù)來看，已與國外相當，且國內(nèi)也有土工膜承受超過50m水頭的實例。這些都說明國內(nèi)在壩工中使用土工膜的技術(shù)水平已逐漸接近國際先進水平。③關(guān)于土工膜的厚度目前有兩種觀點：一種主張用厚膜(膜厚＞1.0mm)，以歐洲國家為多；另一種觀點是使用薄膜(膜厚＜1.0mm)，以美洲國家和我國的實例較多，這些壩的使用情況至今仍然良好，因而值得很好地總結(jié)經(jīng)驗。根據(jù)上述情況以及目前SL/T225—98和GB50290—98《土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》中所列入的土工膜在壩工中的防滲使用規(guī)定，都表明土工膜防滲技術(shù)在我國壩工中的應用已經(jīng)漸趨成熟。這將為這項新技術(shù)和新材料在堤防中的推廣應用提供良好的范例。(二)設(shè)計和施工中的幾個問題l.土工膜在堤防中鋪設(shè)的范圍和部位土工膜在土堤中鋪設(shè)的范圍可從堤基開始，直到堤頂。土堤迎水面若設(shè)置鋪蓋，則鋪蓋長度應按滲流計算確定，或大于等于5倍水頭。土工膜材料目前的擋水水頭已達30～40m，因此可以完全滿足一般江河堤防的要求。注：PVC為聚氯乙烯，LDPE為低密度聚乙烯，HDPE為高密度聚乙烯，CSPE為氯磺化聚乙烯，RI為異丁橡膠，PUR為聚氨脂。土工膜的鋪設(shè)部位，對新建的土堤，可以鋪在堤的中間（即心墻）或迎水面（即斜墻），兩種形式各有特點。心墻布置方式比較省料，但施工時要求堤身填筑與土工膜心墻同時上升，而且土工膜應做成鋸齒形鋪設(shè)（圖3-1），以適應堤身的沉陷，因此施工比較復雜。斜墻式布置的優(yōu)點是堤身填筑完成后才鋪膜，施工干擾小，鋪膜質(zhì)量較易保證。因此，國內(nèi)外新建的堤防工程中大都采用斜墻形式的結(jié)構(gòu)。但對于已建堤防的修補和加固工程，由于迎水面有水，為避免水下施工，故采用堤內(nèi)開槽鋪膜方法施工，筑成心墻。當然，若迎水面無水，則用斜墻形式更為方便。圖3-12.土工膜防滲結(jié)構(gòu)形式在土工膜與堤身或堤基接觸處應加一定的墊層(過渡層)或反濾層，尤其對于膜與粗粒料直接接觸的情況，應防止粗粒的尖角刺破土工膜，影響其防滲性能。若防滲膜選用復合土工膜材料(膜的側(cè)面為非織造織物)，則反濾層可以簡化。對于已有的堤防加固的情況，由于鋪反濾層較困難，可以直接選用復有較厚的非織造土工織物的復合土工膜作為反濾層，以便利施工。但應強調(diào)指出，不管什么情況下，反濾層是必不可少的。還應指出，心墻式與斜墻式的選用還與堤基地層結(jié)構(gòu)及其滲透性有關(guān)。關(guān)于堤基的地層結(jié)構(gòu)，一般可分為單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)三種。單層結(jié)構(gòu)是指從地表往下至基巖基本上是同一類土，粘性土的單層結(jié)構(gòu)均質(zhì)地層不會發(fā)生滲透變形，而均質(zhì)的砂性土單層結(jié)構(gòu)在靠近背水坡的地面易發(fā)生滲透變形，遠離堤段的地方則是安全的，這種地層在大江大河上比較少見。雙層結(jié)構(gòu)(常稱二元結(jié)構(gòu))是指地層大致由兩種土層組成，上層透水性較弱，其下為較厚的透水性較強的土層，當?shù)貙邮苌钽懈钪苯优c江水連通時，往往是最容易出現(xiàn)滲透失穩(wěn)狀態(tài)的。這種“二元結(jié)構(gòu)”在長江、黃河等大江大河上比較常見，是一種在我國頗具代表性的堤基地層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)往往是弱、較強、弱、較強、強透水層的組合，即在深度上有弱透水層與透水地層相間，而深部則往往是砂卵石等強透水層，這種地層也比較常見。對于不同的地層形式，在堤防防滲措施上有明顯的不同特點。①對于堤基透水性土層厚度不大(10m左右)的情況，采用心墻防滲是有效和可靠的，因為土工膜心墻可以從堤身穿過透水地層直接與不透水土層相連，形成封閉式的防滲結(jié)構(gòu)，保證背水坡不發(fā)生滲透破壞。②對于透水性土層比較深厚的地基，心墻達不到不透水土層，故只能形成“懸掛式”的防滲結(jié)構(gòu)。然而研究和經(jīng)驗已經(jīng)表明，這種“懸掛式”防滲體系的防滲效果不佳，因此不宜采用。例如長江科學院對湖北荊江大堤的垂直防滲深度分析表明，對于“二元結(jié)構(gòu)”，上層透水性弱，下層透水性強的情況，防滲墻進入地層的深度h1小于0.8倍的地層總厚度(h2)時，堤后最大出逸比降J垂僅降低0.02～0.3，J水平降低0.01～0.05，相當于削減滲透水頭10％～20％(荊南長江干堤加固工程可行性研究階段滲流控制措施專題研究報告。長江委長江科學院，1998：12.)，如圖3-2。這時就應采用土工膜斜墻加鋪蓋或者其他專門研究的防滲結(jié)構(gòu)了。③近年，在堤防建設(shè)中還遇到滲透性各異的另一種多層地基結(jié)構(gòu)的情況，其特點是在深厚的透水層中存在一層相對不透水的土層，埋深也不大，這時仍可以用心墻的形式，使其達到相對不透水土層，以形成“半封閉”的防滲結(jié)構(gòu)(圖3-3)。在采用心墻式的防滲結(jié)構(gòu)時，還有一個實際問題，就是要注意水環(huán)境的變化，以及非汛期地下水位的升高。3.土工膜的選擇土工膜的選擇涉及兩個問題，一是選擇何種原材料的土工膜，二是選用何種形式的土工膜（單膜或復合膜）。(1)國內(nèi)外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）兩種。工程選料時，主要根據(jù)以下幾個方面來選定合適的土工膜：①力學特性，上述兩種材料制成的土工膜的拉伸強度相差不大。由于土工膜只用于防滲而不作為加筋材料使用，故其拉伸強度不是選材的重要指標。但從另一方面來說，PVC膜因添加有塑化劑，使得其伸長率比PE膜的大一些，柔性較好，與砂粒接觸時可使砂粒嵌入得更深一些而不破裂，從而增加二者之間的摩擦系數(shù)。因此，PVC膜與砂之間的摩擦系數(shù)明顯大于PE膜與砂之間的摩擦系數(shù)，摩擦角平均至少大50～60。這是一個關(guān)鍵性的指標，會影響到膜與土體接觸面以及膜與其上保護層之間的滑動穩(wěn)定性。增大PE膜摩擦性能的方法有三種：一是采用復合膜，因復合膜外層的土工織物與土料的摩擦系數(shù)較大，接近于PVC膜與土料的摩擦系數(shù)。二是對PE膜采用加糙措施，例如在土工膜的光滑表面上壓紋或噴涂加糙材料。三是改變水工建筑物的結(jié)構(gòu)，如調(diào)整壩坡，加防滑槽或防滑檻等。另外，當PE膜的厚度從0.12mm增加到0.24mm時，其與粗砂的摩擦系數(shù)可以增加30％。②可連接性。土工膜無論出廠時幅有多寬，在實際使用時仍需將其幅與幅之間連接起來，以成為一個整體的防滲膜體。一般PE膜只能用加熱熔合的方式連接，而PVC膜除此之外，還可以采用特殊的粘合劑進行粘接。薄型土工膜由于不能用熱焊方法連接而必須用粘接法連接，因此只能選用PVC膜。③經(jīng)濟性。目前兩種材料的價格大體相當，一般均在10000元/t左右，而PE的比重小于PVC的比重，所以同樣厚度的情況下每單位面積的價格PE膜要少一些。另外PVC膜出廠時的幅寬一般為1.5～2.0m，PE膜幅寬可達4～4.5M，相應地PE膜的接縫數(shù)量就比PVC膜的要少，因而搭接的用量就少一些，現(xiàn)場接縫的工作量也少一些。綜合這三個方面的優(yōu)缺點，再結(jié)合工程實際情況，可以對膜材作出合理的選擇。(2)選用單膜還是復合膜主要是從復合膜的作用和經(jīng)濟性兩個方面綜合考慮來選定。復合膜的一個作用已如上述，可以增加與土料之間的摩擦系數(shù)，第二個作用是保護士工膜不受運輸和施工過程中外力的損害。復合膜的力學性能比單一膜有很大提高，其破壞應變雖不如單膜的大，但仍遠大于土體的破壞應變，因而有較強的適應各種情況的能力，例如重物沖擊，臨時性的局部荷載等等。據(jù)長江科學院為三峽工程所做的研究表明，復合土工膜的強度和防滲性能要優(yōu)于單一膜和土工織物兩者簡單疊加的性能，其優(yōu)良的程度與膜和織物之間復合的緊密程度密切相關(guān)，因此復合膜的設(shè)計不能簡單地參照膜和織物各別的性能指標直接套用。第三個作用是復合土工膜具有反濾排水功能。由于土工膜不可避免地總會有一些缺陷，如生產(chǎn)過程造成的不均勻性，或施工中機械刺破形成的漏洞等等，此時膜一側(cè)的土工織物能夠起到反濾排水作用，從而維護了保護層的穩(wěn)定。如復合土工膜是鋪在透水性不強的壩體表層，則膜下的土工織物可以迅速消除庫水位驟降時在膜后形成的水位差，避免土工膜被水壓力頂起的危險。要達到這種排水作用的必要條件是土工織物要與壩后的排水通道相連接。我國的堤壩建設(shè)在1993年以前大多采用單膜或多層單膜，這和當時復合膜尚處在研制階段，未大規(guī)模生產(chǎn)有關(guān)。1994年后大多數(shù)工程都采用了復合土工膜。但從已往采用單膜的土石壩防滲效果，以及SL/T225—98規(guī)范中對土工膜類型的規(guī)定上看，單膜對低水頭的小型水庫防滲效果良好，仍然是一種（未完待續(xù)）

2.土工膜防滲結(jié)構(gòu)形式在土工膜與堤身或堤基接觸處應加一定的墊層(過渡層)或反濾層，尤其對于膜與粗粒料直接接觸的情況，應防止粗粒的尖角刺破土工膜，影響其防滲性能。若防滲膜選用復合土工膜材料(膜的側(cè)面為非織造織物)，則反濾層可以簡化。對于已有的堤防加固的情況，由于鋪反濾層較困難，可以直接選用復有較厚的非織造土工織物的復合土工膜作為反濾層，以便利施工。但應強調(diào)指出，不管什么情況下，反濾層是必不可少的。還應指出，心墻式與斜墻式的選用還與堤基地層結(jié)構(gòu)及其滲透性有關(guān)。關(guān)于堤基的地層結(jié)構(gòu)，一般可分為單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)三種。單層結(jié)構(gòu)是指從地表往下至基巖基本上是同一類土，粘性土的單層結(jié)構(gòu)均質(zhì)地層不會發(fā)生滲透變形，而均質(zhì)的砂性土單層結(jié)構(gòu)在靠近背水坡的地面易發(fā)生滲透變形，遠離堤段的地方則是安全的，這種地層在大江大河上比較少見。雙層結(jié)構(gòu)(常稱二元結(jié)構(gòu))是指地層大致由兩種土層組成，上層透水性較弱，其下為較厚的透水性較強的土層，當?shù)貙邮苌钽懈钪苯优c江水連通時，往往是最容易出現(xiàn)滲透失穩(wěn)狀態(tài)的。這種“二元結(jié)構(gòu)”在長江、黃河等大江大河上比較常見，是一種在我國頗具代表性的堤基地層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)往往是弱、較強、弱、較強、強透水層的組合，即在深度上有弱透水層與透水地層相間，而深部則往往是砂卵石等強透水層，這種地層也比較常見。對于不同的地層形式，在堤防防滲措施上有明顯的不同特點。①對于堤基透水性土層厚度不大(10m左右)的情況，采用心墻防滲是有效和可靠的，因為土工膜心墻可以從堤身穿過透水地層直接與不透水土層相連，形成封閉式的防滲結(jié)構(gòu)，保證背水坡不發(fā)生滲透破壞。②對于透水性土層比較深厚的地基，心墻達不到不透水土層，故只能形成“懸掛式”的防滲結(jié)構(gòu)。然而研究和經(jīng)驗已經(jīng)表明，這種“懸掛式”防滲體系的防滲效果不佳，因此不宜采用。例如長江科學院對湖北荊江大堤的垂直防滲深度分析表明，對于“二元結(jié)構(gòu)”，上層透水性弱，下層透水性強的情況，防滲墻進入地層的深度h1小于0.8倍的地層總厚度(h2)時，堤后最大出逸比降J垂僅降低0.02～0.3，J水平降低0.01～0.05，相當于削減滲透水頭10％～20％(荊南長江干堤加固工程可行性研究階段滲流控制措施專題研究報告。長江委長江科學院，1998：12.)，如圖3-2。這時就應采用土工膜斜墻加鋪蓋或者其他專門研究的防滲結(jié)構(gòu)了。③近年，在堤防建設(shè)中還遇到滲透性各異的另一種多層地基結(jié)構(gòu)的情況，其特點是在深厚的透水層中存在一層相對不透水的土層，埋深也不大，這時仍可以用心墻的形式，使其達到相對不透水土層，以形成“半封閉”的防滲結(jié)構(gòu)(圖3-3)。在采用心墻式的防滲結(jié)構(gòu)時，還有一個實際問題，就是要注意水環(huán)境的變化，以及非汛期地下水位的升高。炎3候.央土該工誼膜饒的孟選稼擇預土燭工傅膜玉的炒選快擇播涉筑及羨兩皺個材問刻題啟，槍一己是譜選意擇槳何含種探原獵材模料符的匪土分工歇膜酸，脫二廣是梅選戀用國何惕種適形燦式哨的怎土沾工必膜蚊（傅單謊膜帶或澡復具合提膜總）黎。(1)國內(nèi)外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）兩種。工程選料時，主要根據(jù)以下幾個方面來選定合適的土工膜：①貪力駛學拌特捕性他，痰上劑述樣兩榴種蹲材挑料盞制勵成瞞的穩(wěn)土嘆工糾膜召的藍拉色伸完強弊度課相究差賤不定大曲。寬由膏于預土壁工也膜遵只丟用售于蔥防衫滲焦而艘不轎作游為合加顯筋蹈材俱料膛使枕用洽，壇故額其矛拉放伸賞強尋度茅不寧是壞選漸材朋的尺重鑰要極指謊標魚。澡但末從洞另恐一卸方達面戶來李說貿(mào)，酒和P艦V支C罪膜見因愚添顯加槳有醬塑探化撲劑艘，電使皇得餡其運伸榴長映率勾比界P噸E巡膜敞的儉大碰一浸些慨，等柔企性頭較漲好羊，嶺與照砂梢粒打接青觸朽時均可項使洽砂康粒項嵌說入遙得緞更停深使一魚些悄而旱不銀破誠裂跪，首從未而萌增事加乞二禿者紐之川間稈的范摩更擦踏系策數(shù)帽。愚因考此雷，乓P興V臨C具膜握與腸砂咳之竄間照的境摩肉擦舒系恰數(shù)玻明腿顯畢大慶于驗P栽E湯膜并與弟砂油之靜間微的胖摩患擦屯系猛數(shù)盒，戀摩養(yǎng)擦擾角陽平繡均圓至怠少斗大馳5餓0遣～美6良0請。護這煌是蜂一仍個余關(guān)據(jù)鍵恒性玻的廢指莖標巧，灣會掌影太響泡到辯膜塞與呢土圖體兆接熱觸側(cè)面您以誠及雖膜伏與痛其笛上圣保顏護親層聽之吉間媽的熄滑君動卸穩(wěn)秘定飾性句。醬增撫大漠P豪E秘膜休摩斑擦肺性插能者的鴨方放法握有怪三酬種優(yōu)：孫一牧是涌采悅用棵復細合烤膜訴，返因堵復翻合柔膜怖外交層改的很土績工邁織桐物趙與洗土榜料棚的死摩焦擦秤系吃數(shù)綢較伴大廈，膀接皮近嬸于非P界V雅C動膜年與麗土胃料消的織摩緞擦育系初數(shù)框。嚷二酷是兄對樓P江E睜膜煉采艙用胖加陪糙伏措惹施筐，王例縫如尾在豬土圣工甲膜沈的至光沸滑犯表肢面乖上撐壓謙紋奶或扒噴仍涂夏加凳糙慕材膠料留。戶三刊是鐮改灘變凡水炒工濫建緒筑撿物冰的鑰結(jié)包構(gòu)申，配如偷調(diào)星整挎壩廁坡扶，找加臟防蹄滑吸槽攤或代防移滑裹檻叛等肝。吩另柜外徹，境當立P修E豐膜級的怒厚弦度侮從尚0仆.厲1洽2卻m午m結(jié)增爪加套到驢0窩.療2衣4竊m康m姥時央，收其柱與貫粗濱砂釘?shù)暮砟娌脸缦堤饠?shù)列可唐以皺增驢加硬3辛0躬％兔。屠②販可煉連村接斗性墾。帆土溫工蔥膜厲無煌論公出磨廠風時清幅協(xié)有直多鐮寬憤，公在愈實尼際河使晌用趁時這仍校需累將遣其使幅貧與著幅招之伐間殊連貴接掏起房來講，社以響成紫為販一遠個員整思體攀的盤防非滲狡膜教體旨。王一蔬般屋P叔E裕膜扯只燭能圍用屬加逢熱航熔吐合辛的吊方迷式醒連擱接斥，競而女P后V鵲C嚷膜垮除咸此員之筋外房，送還線可棗以盾采亭用袍特舅殊塌的在粘制合趕劑披進貫行昌粘丟接品。杜薄饞型柳土末工數(shù)膜疤由先于菜不弓能戲用割熱疊焊黑方掉法敏連怖接宮而兄必哨須霸用奴粘蒜接燕法蓋連壞接居，種因籮此棉只涌能拋選上用搭P喉V老C劉膜窄。暢③泉經(jīng)朽濟艱性胡。呢目鋼前泄兩冬種凍材途料良的果價藏格浴大帖體需相忘當具，丈一寺般肅均廢在烘1桐0團0的0勒0呀元口/申t納左及右趨，前而率P艘E磁的夜比壞重贈小蓄于餓P御V師C獅的饅比日重靜，吼所裁以鋸同細樣宅厚艱度稠的堅情斥況到下編每捐單厚位余面毫積犯的提價賠格沙P馬E耕膜稱要萍少似一惑些尋。費另妨外疾P粒V遮C耀膜蔬出年廠貿(mào)時著的劉幅舊寬答一火般誤為忌1耽.積5繪～籍企2沸.慢0柿m鋸，括僚P擦E書膜琴幅狠寬勸可勉達大4哪～細4竊.展5箭M沸，捏相留應繡地弱P盈E澇膜男的批接丈縫航數(shù)征量紀就芹比社P陰V中C旋膜妄的治要糧少淚，施因棕而安搭澤接庸的豬用幻量坐就孩少貌一踩些焦，確現(xiàn)啟場牧接掙縫繡的資工社作喪量枝也食少絮一題些賺。遇綜殲合撲這慘三避個是方脆面朝的如優(yōu)礙缺于點圾，肯再收結(jié)播合根工墾程狡實啞際茄情權(quán)況扎，洽可徹以惑對假膜海材化作難出鉗合服理惑的環(huán)選綿擇遮。(2)選用單膜還是復合膜主要是從復合膜的作用和經(jīng)濟性兩個方面綜合考慮來選定。復合膜的一個作用已如上述，可以增加與土料之間的摩擦系數(shù)，第二個作用是保護士工膜不受運輸和施工過程中外力的損害。復合膜的力學性能比單一膜有很大提高，其破壞應變雖不如單膜的大，但仍遠大于土體的破壞應變，因而有較強的適應各種情況的能力，例如重物沖擊，臨時性的局部荷載等等。據(jù)長江科學院為三峽工程所做的研究表明，復合土工膜的強度和防滲性能要優(yōu)于單一膜和土工織物兩者簡單疊加的性能，其優(yōu)良的程度與膜和織物之間復合的緊密程度密切相關(guān)，因此復合膜的設(shè)計不能簡單地參照膜和織物各別的性能指標直接套用。第三個作用是復合土工膜具有反濾排水功能。由于土工膜不可避免地總會有一些缺陷，如生產(chǎn)過程造成的不均勻性，或施工中機械刺破形成的漏洞等等，此時膜一側(cè)的土工織物能夠起到反濾排水作用，從而維護了保護層的穩(wěn)定。如復合土工膜是鋪在透水性不強的壩體表層，則膜下的土工織物可以迅速消除庫水位驟降時在膜后形成的水位差，避免土工膜被水壓力頂起的危險。要達到這種排水作用的必要條件是土工織物要與壩后的排水通道相連接。我國的堤壩建設(shè)在1993年以前大多采用單膜或多層單膜，這和當時復合膜尚處在研制階段，未大規(guī)模生產(chǎn)有關(guān)。1994年后大多數(shù)工程都采用了復合土工膜。但從已往采用單膜的土石壩防滲效果，以及SL/T225—98規(guī)范中對土工膜類型的規(guī)定上看，單膜對低水頭的小型水庫防滲效果良好，仍然是一種具有競爭力的膜材。當然，在有條件的情況下復合膜有著更為優(yōu)越的工程特性，但工程造價也會相應地有所增加。4.土工膜的防滲性、厚度和缺陷的滲流分析(1)從表面上看土工膜是一片密不透水的材料，但實際上在壓力作用下膜的孔隙大小可以變化，仍能夠透水，只不過其滲透系數(shù)很小而已。一般來說滲透系數(shù)取為1×10-12cm/s是穩(wěn)妥的。這個數(shù)值較之粘土要小得多，這就是為什么土工膜用作防滲材料的原因。實際工程中更關(guān)心的是土工膜與土層接觸時能承受多大的水頭。當土工膜與粗粒土相接觸時，由于土粒之間的孔隙較大，土工膜在上覆水壓力作用下被迫向土孔隙中陷進，因而產(chǎn)生拉伸應變、承受拉應力。如拉應力過大，土工膜被拉裂，則會產(chǎn)生漏水點，影響其防滲性能。(2)土工膜能承受多大的水頭取決于土工膜的力學性能(極限拉伸強度，拉伸模量)、厚度和墊層土(如土粒大小和級配)的情況。確定土工膜的防滲性有兩類辦法，一類是直接法，即將擬用的土工膜在試驗儀器中鋪在實際使用的墊層土料上，然后施加水壓力，直到土工膜破裂或施加的水壓力超過工程最大水壓力一個安全倍數(shù)而不破裂為止。這類方法最為可靠，但工作量大，一般重要的工程才采用。對低水頭的堤防工程似無必要。另一類是間接法。這類方法有兩種途徑，一是通過公式計算；二是按規(guī)范規(guī)定的數(shù)值取用，對于堤防工程適用此法?，F(xiàn)行規(guī)范要求土工膜的厚度不小于0.5mm，但目前國內(nèi)土工膜