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土工合成材料在基础建设中的应用
李昱昊 黄景莹 李燕立/文 2014/10/29
土工合成材料是一种多用途的材料,通过这些年的发展,土工合成材料的稳定性和功能性逐步提高,在各类土木工程中的应用不断拓展。土工合成材料的应用能降低工程造价,减少施工时间,增加使用期,提高稳定性,能替代多种其他材料,并且能改善施工部位功能,这对大量的基础设施建设和有限的资金来说特别重要。本文介绍几个相对较新的土工合成材料在基础设施建设中的应用。
 
除冰液的存储
 
冰和雪严重地影响飞机的运作,所以,一般的飞行条例规定,在起飞前,所有的冰、雪以及霜都必须从推进器、挡风玻璃等的表面上清除掉。除冰液(即乙二醇)经常被用于清除这些物质,许多飞机场现在正使用专门修建的设施来储存除冰液,以减少除冰液对环境的损害。
土工膜或者土工合成粘土衬垫(GCL)可以用来减少有害化学物质和雨水向基础设施地表下的渗透。美国盐湖城国际机场对密封除冰液池的覆盖是一个例子。这些池子用土工膜做了62800平方米的内衬。
 
负荷转换平台
 
负荷转换平台(Load transfer platform ,LTPs)与柱状支撑的路堤结合,用于预制竖向排水沟,挡土墙软土基加固,路堤软土基加固等,变得越来越普遍。
在压实的沙土或碎石之间,一个LTP可以加入一层或多层土工合成材料增强层,作为桩帽的替代品。LTP比连续的桩帽更厚一些,这样就能比桩帽消散更多的负荷,并能减少支撑柱桩的用量。
 
防潮层
 
防潮层可以减少因为水分渗透到对潮湿敏感的土壤(比如膨胀粘土)所引起的路面问题。路面问题包括沉降、起伏以及对冰冻的敏感性。防潮层按照工程的需要,可以用来控制垂直或水平方向的渗透。典型的防潮层在应用时,要在基础和路基之间铺设土工网和土工膜,防止地基被润湿。最近,美国在阿德莫盆地35号洲际公路中,使用土工膜作为防潮层,效果很好。过去,由于俄克拉荷马州阿德莫附近膨胀粘土反复的润湿和干燥,经常造成路面起伏和破坏,而使用防潮层建设的11公里载重公路,有效控制了下方粘土的膨胀与收缩。
从路面到地基,防潮层包括:0.3m厚的连续增强的混凝土路面(CRCP)、非织造土工布隔离层、0.1m厚排水材料、0.2m厚A型碎石团粒基础层、0.51mm厚增强的土工膜,包括340g/m2的用低密度聚乙烯双面涂层的土工布,有时也用机织的涂层土工膜、石灰稳定化的路基。
 
地面雨水收集
 
许多城市正开始对地产的拥有者征收地面雨水排放税,因为雨水从他们的土地上排出后必须收集和处理。虽然许多老房子已经有下水道和雨水排放系统,但在下大雨时仍然会有雨水溢流到附近的城市污水管道,为了减少溢流,新建的房屋需要更好的办法储存雨水,包括了使用土工合成材料衬里的地下储水池系统。这一系统包括一个大型的储存仓,通常需要采用有土工膜作为衬里和用土工合成材料增强的墙壁来支撑水泥的预制顶板。如果地质情况允许雨水渗透到地下水,就可以用非织造土工布代替土工膜来使用。
在新型雨水排放和收集系统中,德国在雨水利用技术方面已经进入标准化、产业化阶段,市场上已大量存在收集、过滤、储存、渗透雨水的产品。在该类系统中,新材料得到广泛运用,如土工合成材料。在新型给排水系统中,土工合成材料正发挥越来越重要的作用,新的雨水排放系统的不断开发,为新材料、新技术的运用提供了广阔的空间。
 
路面隔离
 
土工合成材料最老的应用是交通运输项目的隔离材料。路面隔离一般使用非织造土工布,创造一个能渗透的表面,防止细粒料渗入地基。
尽管我们能得到的量化数据很少,但是由于路面隔离层阻隔了细粒料浸入路基,所以,能减少基层的厚度并减少维护成本。这种非织造土工布可以用于数英里道路的施工,就像防潮层的应用一样。
 
辅助围堰
 
为了防止燃油罐或油气开发活动中产生的泄露,通常需要用到辅助围堰。对于地面油罐,一般使用土工膜或者土工合成粘土衬垫(GCL)作为辅助围堰的衬里层,地下储油罐一般只用土工膜。
 
隧道衬垫
 
在地下水层下或邻近下水道以及雨水管的隧道需要进行防渗处理。通常是将土工膜与土工布或GCL结合使用,构成防渗系统,从而让建设更容易并可缩短工程进度。由于城市空间的限制,地下隧道和建筑物不断增加,为土工合成材料的增长提供了机会。
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