中华人民共和国推荐性行业标准
公路土工合成材料应用技术规范
Technical Specifications for Application of Geosynthetics in Highway
JTG/T 3332—2026
主编单位 : 招商局重庆交通科研设计院有限公司
批准部门 : 中华人民共和国交通运输部
实施日期 : 2026 年 × × 月 × × 日
前 言
根据《 交通运输部关于下达 2019 年度公路工程行业标准制修订项目计划的通知》 ( 交公路函〔2019〕 427 号) 的要求 , 由招商局重庆交通科研设计院有限公司承担 《 公路土工合成材料应用技术规范》 (JTG/T D32—2012) 的修订工作。
本规范是对《 公路土工合成材料应用技术规范》 (JTG/T D32—2012) 的全面修订。经批准颁发后以《 公路土工合成材料应用技术规范》 ( JTG/T 3332—2026) ( 以下简称“ 本规范”) 颁布实施。
编写组在总结我国十年来土工合成材料发展 、工程应用经验和相关研究的成果基础上 , 吸收了国内外相关标准规范的先进技术方法 , 按照“ 安全耐久 、实用先进 、环境和谐 ” 的理念 , 充分考虑土工合成材料现状和工程需求 , 对土工合成材料要求 、应用形式 、质量控制等进行了重点修订 , 力求使本规范技术先进 、指标合理 、可操作性强。
本规范分为 10 章 , 主要内容包括 : 1 总则 、2 术语和符号 、3 土工合成材料及其工程应用 、4 路基加筋 、5 路基防排水 、6 路基防护 、7 路基不均匀沉降防治 、8 加筋土挡墙 、9 其他工程 、10 质量控制与验收。
本次修订的主要内容如下 :
1. 完善了总则 、术语和符号。
2. 调整了土工合成材料分类 , 完善了对土工合成材料性能的要求。
3. 新增加筋土挡墙一章 , 提出了加筋土挡墙的材料 、结构形式与构造 、设计计算、施工 、质量检验与验收等方面的要求。
4. 将 2012 年版规范中的防沙固沙 、膨胀土路基处治 、盐渍土路基处治与构筑物表面防腐 、路面裂缝防治合并为其他工程 , 加强了与相关标准的协调性。
5. 对质量控制与验收中的检查项目 、检查方法与控制指标等进行了完善和调整。
本规范由邓卫东起草第 1 章 , 阎宗岭起草第 2 章 , 邓卫东 、阎宗岭起草第 3 章 , 邓卫东 、李志勇起草第 4 章 , 邓卫东 、阎宗岭起草第 5 章 , 李志勇 、邓卫东起草第 6 章 ,吴万平 、阮艳彬 、付伟起草第 7 章 、第 10 章 , 杨建国 、李海平 、邓卫东起草第 8 章 ,钱劲松起草第 9 章第 1 节 、第 3 节 , 郑健龙 、张锐 、刘朝晖起草第 9 章第 2 节 , 郑健龙 、张锐 、付伟起草第 9 章第 4 节。
请各有关单位在执行过程中 , 将发现的问题和意见 , 函告本规范日常管理组 , 联系人 : 阎宗 岭 ( 地 址 : 重 庆 市 南 岸 区 学 府 大 道 33 号 ; 邮 编 : 400067 ; 电 话 : 023- 62653540; 邮箱: 64210818@ qq. com) , 以便下次修订时参考。
主 编 单 位 : 招商局重庆交通科研设计院有限公司
参 编 单 位 : 长沙理工大学
中交第二公路勘察设计研究院有限公司
湖南省交通科学研究院有限公司
同济大学
主 编 : 邓卫东
主要参编人员 : 阎宗岭 郑健龙 吴万平 杨建国 李志勇 张 锐钱劲松 李海平 刘朝晖 阮艳彬 付 伟
主 审 : 刘怡林
参与审查人员 : 张留俊 何光春 吴连海 何 波 薛忠军 戴征杰刘吉福 陈国靖 于海臣 刘元炜 栾 海 刘 杰石大为 吴剑锋 吴有铭
参 加 人 员 : 马小斐 邹维烈 郑 治 柳 力 张静波 刘文劼郑祖恩 满 立 陈康为 冯守中 薛 明 陈 芳
1 总则
1. 0. 1 为规范土工合成材料在公路工程中的应用 , 保证土工合成材料应用工程质量 ,制定本规范。
1. 0. 2 本规范适用于各等级公路工程。
条文说明
土工合成材料目前主要应用于路基 、路面 、隧道等工程中 , 在桥梁工程中应用尚少 。考虑到隧道相关标准已就土工合成材料应用提出了明确要求 , 故本规范主要针对在路基 、路面中的应用提出了相关要求。
1. 0. 3 应用土工合成材料时 , 应遵循因地制宜 、合理取材 、有利施工 、方便养护的原则 , 根据所在公路等级及所处地质 、水文 、气候等条件进行方案比选 , 做到安全环保 、经济适用。
条文说明
将土工合成材料应用于公路工程中 , 主要是材料的不同 , 同时不同应用方案也带来不同的效果 。 因此 , 方案比选要注意与未应用土工合成材料的工程方案比选 , 以及不同应用方案的比选。
1. 0. 4 土工合成材料应根据应用目的 、工程特性 、所处的环境条件和材料性能进行选择 , 并应符合国家和行业现行有关标准及环境保护的要求。
1. 0. 5 土工合成材料的应用应积极稳妥地推广应用新材料 、新技术 、新工艺 、新设备。
1. 0. 6 公路土工合成材料的应用除应符合本规范的规定外 , 尚应符合国家和行业现行有关强制性标准的规定。
2 术语和符号
2. 1 术语
2. 1. 1 土工合成材料 geosynthetics
工程建设中应用的以人工合成或天然聚合物为原料制成的工程材料总称 , 其主要品种有土工织物 、土工格栅 、土工网 、土工格室 、土工带 、土工膜 、土工排水材料 、土工模袋等。
.
条文说明
土工合成材料品种多 , 选用基材复杂 , 制造方式也千差万别 , 因此 , 很难从某一角度 ( 如基材种类 、制作方法 、组成形式或作用等) 给土工合成材料确切定义 , 其分类也存在不同的观点 。本定义及下述土工合成材料相关术语主要参照了 《 土工合成材料应用技术规范》 ( GB/T 50290—2014) 和交通运输部发布的关于公路工程土工合成材料的系列产品标准。
2. 1. 2 土工织物 geotextile
以人工或天然聚合物纤维为主要原料制成的具备透水性的布状土工合成材料 , 包括无纺土工织物 、有纺土工织物等。
2. 1. 3 土工格栅 geogrid
由抗拉条带单元结合形成 , 有规则网格形式 , 具有较高强度的平面加筋土工合成材料 , 其开孔可容土 、石或其他材料嵌入 。包括塑料土工格栅 、钢塑土工格栅 、纤塑土工格栅 、聚酯土工格栅 、玻纤土工格栅等。
2. 1. 4 土工网 geonet
高分子聚合物经挤出制成的网状材料或其他材料经编织形成的网状材料 。包括平面土工网 、三维土工网 、复合土工网 、复合土工植物纤维毯等。
2. 1. 5 土工格室 geocell
由长条形塑料片材或在其中加入钢丝 、玻璃纤维 、碳纤维的片材 , 通过焊接 、铆
接 、插接或注塑等方法连接 , 展开后构成蜂窝状或网格状的立体结构材料 。包括塑料土工格室 、增强土工格室等。
2. 1. 6 土工带 geobelt
经挤压拉伸或再加筋制成的条带抗拉材料 。包括塑料土工带 、钢塑土工带等。
2. 1. 7 土工膜 geomembrane
由聚合物制成的一种相对不透水薄膜 。包括与土工织物或其他高分子材料形成的复合土工膜。
2. 1. 8 土工排水材料 geodrain
由合成材料制成 , 用于工程内部排水的材料 。包括排水带 ( 板) 、塑料盲沟 、排水软管 、排水硬管等。
2. 1. 9 土工模袋 geofabriform
双层聚合化纤织物制成的连续或单独的袋状材料 。充填混凝土或水泥砂浆凝固后形成防护板块体。
2. 1. 10 聚苯乙烯泡沫塑料块 expanded polystyrene sheet ( EPS)
由聚苯乙烯加入发泡剂膨胀经模塑或挤压制成的轻型块体。
2. 1. 11 植生袋 geobag
采用孔隙率为 70% ~ 99. 5% 的多功能滤毯状纤维 , 运用针刺法 、喷胶法等生产出的 , 可填充草种 、灌木种 、培养料 、保水剂和肥料等绿化辅料的袋状材料。
条文说明
对植生袋 , 有的标准将其与生态袋进行了区分 , 袋不能自行降解的称为生态袋 , 能自行降解称为植生袋 。无论是否降解 , 关键在于袋需具有一定的孔隙率 , 便于植物生长 , 因此 , 没有从袋的材料是否能自行降解来加以区分。
2. 1. 12 土工合成材料黏土垫 geosynthetic clay liner ( GCL)
土工织物或土工膜间包入膨润土或其他低透水性材料 , 并通过针刺 、缝接或化学黏结制成的一种防水材料。
2. 1. 13 抗拉强度 tensile strength
材料抵抗拉伸破坏的极限能力 , 又称断裂强度 。数值上等于土工合成材料试样受单轴拉伸时 , 单位宽度的最大拉力。
2. 1. 14 断裂伸长率 tensile strain at break
材料拉伸至断裂破坏时 , 试样的伸长量与原长度的比值。
2. 1. 15 设计抗拉强度 design tensile strength
考虑设计使用年限内相关因素影响后取用的土工合成材料抗拉强度。
2. 1. 16 等效孔径 equivalent opening size
用于表示织物型土工合成材料孔隙大小的指标 , 又称表观孔径 , 系指织物孔径分布曲线中 , 小于某一百分数对应的孔径。
条文说明
等效孔径是土工织物的一个特有概念 , 也称为“ 表观孔径 ( apparent opening size , AOS) ”, 常以 O95表示 , 系指在织物的孔径分布曲线中 ( 图 2-1) , 对应于 95% 的孔径。也就是说 , 在织物大小不同的孔隙中 , 有 95% 的孔径小于该孔径。
图 2-1 典型的孔径分布曲线 (无纺织物)
确定 O95值的方法有间接法 ( 如干筛法 、湿筛法) 和直接法 ( 如水银压入法 、 图像分析法等) , 用不同测试方法求得的孔隙分布曲线 , 有时可能差别很大 。一般认为 , 湿筛法比干筛法更好 , 但比较麻烦 。根据试验结果 , 采用湿筛法求得的等效孔径比干筛法略大 , 可大 25% 左右。
2. 1. 17 特征粒径 characteristic grain size
与某一筛余率对应的土粒径 , 用于表示土颗粒大小的指标。
2. 1. 18 反滤 filtration
土中呈渗流状态的流体流经多孔材料时 , 流体可以通过 , 而把起骨架作用的固体颗粒截流下来的行为。
2. 1. 19 柔性支护结构 flexible supporting structure
以土工格栅为主要加筋材料而构建的具有良好整体性 、可变形性和结构稳定性 , 且具有坡面防护和防排水功能的边坡综合处治结构。
2. 2 符号
cGS —土工合成材料与接触材料的界面黏聚力 ;
d85 、d5 0 —土的特征粒径 ;
fGS —土工合成材料与接触材料界面阻力系数 ;
GR—水力梯度比 ;
KG —土工织物的渗透系数 ;
KS —土的渗透系数 ;
Le —土工合成材料锚固长度 , 以不同下标表示不同情况下的锚固长度 ;
O95 —土工合成材料 ( 土工织物) 的等效孔径 ;
Rc —加筋覆盖率 ;
RF—土工合成材料总折减系数 ;
RFCR —土工合成材料蠕变折减系数 ;
RFD —土工合成材料老化折减系数 ;
RFID —土工合成材料施工损伤折减系数 ;
T—土工合成材料所受拉力 , 以不同下标表示不同情况下的拉力 ; Ta —土工合成材料设计抗拉强度 ;
Tp —土工合成材料锚固的抗拔力 , 以不同下标表示不同情况下的锚固抗拔力。 Tult —土工合成材料抗拉强度 ;
φGS —土工合成材料与接触材料的界面摩擦角。
3 土工合成材料及其工程应用
3. 1 材料分类及选择
3. 1. 1 土工合成材料可按表 3. 1. 1 进行分类。
表 3. 1. 1 土工合成材料类型
条文说明
从原材料、结构形式、功能等不同角度 , 可以对土工合成材料进行不同的分类。本规范的分类 , 主要参考了交通运输部发布的关于公路工程土工合成材料的系列产品标准。
通常土工织物强度较低 , 变形量也较大 , 但随着材料生产技术的进步 , 已能生产出强度达 80kN/m 以上的高强度土工织物。
土工格栅 ( 图 3-1) 强度较高 , 按受力性能可分为单向 、双向 、三向格栅; 按制造方法可分为整体拉伸格栅、经编格栅、焊接格栅 。单向格栅纵向抗拉强度大 , 横向抗拉强度小 ; 双向格栅两个方向强度比较一致 , 三向土工格栅结构更加稳定。
土工网 ( 图 3-2) 包括平面土工网 、三维土工网 、复合土工网和复合土工植物纤维毯 。平面土工网为由高密度聚乙烯或聚丙烯等高分子材料经挤出成型的平面网状结构制品 。三维土工网为双向拉伸网和平面挤出网组合 , 经点焊或缝合形成的三维凹凸状或多
层网状结构制品 , 其具有一定的厚度 ( 一般为 10 ~ 16mm) 。这两种土工网强度较低 ,伸长率较大 。复合土工网为三维土工网与土工格栅材料组合 , 经缝合形成的三维多层复合网状制品 , 其具有一定的厚度 ( 通常不小于 16mm) 和较高的强度 。复合土工植物纤维毯为由两层平面土工网夹持植物纤维层 , 经缝合形成的毯状结构制品 , 一般有三层和六层两种 , 三层结构纤维毯不带草籽 , 其强度取决于采用的平面土工网材料。
图 3-1 土工格栅示意图
图 3-2
图 3-2 土工网示意图
1-平面土工网防护层 (上) ; 2-植物纤维层 ; 3-草种 、营养肥料层 ; 4-定型草籽黏胶纤维层 ; 5-土工织物衬托层 ; 6-平面土工网防护层 (下)
土工格室 ( 图 3-3) 的高度一般在 50 ~ 300mm , 结点距离一般为 165 ~ 800mm 。随着材料的发展 , 土工格室片材的强度得到进一步提高 , 增强型土工格室片材的断裂强度可达到 30kN/m。
图 3-3 土工格室示意图
土工带主要有钢塑土工带 、塑料土工带 , 钢塑土工带抗拉强度大 、变形小。
单纯的土工膜厚度薄 、强度低 , 易刺破损伤 , 与无纺土工织物复合的土工膜 , 强度大幅度提高。
土工排水材料品种较多 , 排水带 ( 板) 以无纺土工织物为滤材 , 包裹或热熔具有纵向排水通道的高分子聚合物芯材组成 ( 图 3-4) , 厚度较薄 ; 凸点排水板则以圆柱状或半锥状突起壳体为芯材 , 芯材凹凸高度通常可达 10 ~ 20mm ( 图 3-5) 。塑料盲沟由高分子聚合物长丝经热粘堆缠成不同形状的排水芯材 , 外包土工织物构成 , 又称速排龙或长丝热粘排水体 ( 图 3-6) 。排水软管 ( 透水软管) 以经防腐处理 、外覆高分子聚合物的弹簧钢丝或其他高强材料丝为骨架 , 外包土工织物构成 ( 图 3-7) , 其管径一般为50 ~ 300mm 。排水硬管 ( 透水硬管) 以高分子聚合物或其他材料制成的多孔管材为芯材 , 外包土工织物构成 。除此之外 , 以聚乙烯或其他高分子材料挤出的带材 , 或在其中加入其他材料的带材 , 经缠绕焊接制成的缠绕式排水管 ( 图 3- 8) , 以其环刚度较高 ,适应变形能力强等特性 , 在市政及公路工程中也得到广泛应用。
图 3-4 排水带典型断面
图 3-5 帽状芯材复合排水板
图 3-6 塑料盲沟
图 3-7 排水软管
图 3- 8 缠绕式排水管
土工模袋是以双层织物制成的连续或单独的袋状材料 , 在袋中充填混凝土 、水泥砂浆或砂 , 凝固后可形成不同大小和不同厚度的整体护面结构 ( 图 3-9) , 尤其适用于复杂起伏地形的冲刷防护。
图 3-9 土工模袋示意图
聚苯乙烯泡沫塑料板 ( EPS) 具有密度小 、 易于安装的特点 。其密度一般为 20 ~ 40kg/m3 , 是一般压实填土密度的 1/100 ~ 1/50。
植生袋 ( 图 3-10) 抗紫外线性能优 , 耐久性好 , 透水性与透气性俱佳 , 内装土后可用于路基绿化防护。
图 3-10 植生袋及护坡示意图
3. 1. 2 应根据实际工程的使用场合 、环境条件 , 选择性能匹配的土工合成材料。
3. 1. 3 土工合成材料可应用于公路路基加筋 、路基防排水 、路基防护 、路基不均匀沉降防治 、加筋土挡墙 、特殊路基处治 、路面裂缝防治等工程 , 可按表 3. 1. 3 的规定选用。
表 3. 1. 3 土工合成材料的工程应用
续表 3. 1. 3
3. 1. 4 采用聚乙烯 、聚丙烯 ( 丙纶) 材料制成的土工合成材料可用于酸 、碱的化学环境中 , 不宜用于长时间直接暴露于阳光的环境中 。确需在长时间直接暴露于阳光下的环境中使用时 , 应选择添加抗老化剂的品种。
条文说明
聚乙烯类土工合成材料具有较强的化学稳定性和极好的耐低温特性 , 聚丙烯类土工合成材料具有极强的化学稳定性和耐酸碱特性 。但这两类材料的抗光老化性能较差 , 通过添加适量炭黑等抗老化剂 , 可提高其抗光老化 ( 紫外线) 性能 。未添加抗老化剂的品种 , 在阳光下暴露时间不能超过 48h , 紫外线强烈地区暴露时间不能超过 4h。
3. 1. 5 采用聚酯类 ( 涤纶) 材料制成的土工合成材料可用于长时间暴露于阳光下的环境中 , 不宜用于与水泥 、石灰类材料直接接触等碱性化学环境中。
条文说明
聚酯类土工合成材料包括聚酯土工布 ( 也称涤纶土工布) 、聚酯格栅等 , 具有极好的抗光老化性能 , 但化学稳定性较差 , 尤其是在碱性条件下易发生不可逆的水解反应 ,使材料性能下降甚至完全丧失 。 美国联邦公路局 ( FHWA) 的 《 加筋土挡墙与加筋土坡设计与施工指南》 (2009) 对聚酯 ( PET) 材料仅推荐用于 3 < pH < 9 的环境中 。 因此 , 聚酯类土工合成材料不适于与水泥 、石灰 、盐碱地等碱性界面直接接触。
3. 1. 6 采用聚酰胺类 ( 尼龙) 材料制成的土工合成材料不宜在酸性环境中使用。
条文说明
聚酰胺材料也称尼龙 , 通常用于制作土工尼龙绳 , 具有极好的耐磨特性 , 但耐碱不耐酸 , 因此 , 不适于在酸性环境中长期使用。
3. 1. 7 采用玻璃纤维制成的土工合成材料可用于高温和酸性环境中 , 不宜用于与水
泥 、石灰直接接触的环境。
条文说明
玻璃纤维类土工合成材料具有较好的耐高温和抗变形特性 , 但耐磨性较差 , 耐酸不耐碱 , 不适于在与水泥 、石灰直接接触等碱性环境中长期使用。
3. 2 工程应用基本要求
3. 2. 1 应根据工程设计与施工需要 , 对土工合成材料的物理 、力学 、水力学和耐久等性能指标进行检验。
3. 2. 2 土工合成材料性能指标测试应按现行 《 公路工程土工合成材料试验规程》 (JTG 3460) 等相关标准的规定进行 , 并应考虑工程实际条件 , 分析荷载 、加荷速率、使用时间 、温度 、岩土体性质等工程环境对指标测定值的影响 。对重要工程尚应进行现场试验。
3. 2. 3 土工合成材料基本性能应满足现行 《公路工程土工合成材料》 (JT/T 1432)的要求。
3. 2. 4 土工合成材料运送过程中应有包装和封盖 , 装卸应采用厂家提供的方式 。现场存放时 , 不同土工合成材料应分类堆放 , 并应通风干燥 , 远离火源 , 不得受日光照射和被雨水淋泡。
3. 2. 5 应根据功能要求 、工程结构和施工条件 , 确定土工合成材料的长度 、幅宽 ;应根据工程进度情况 , 分批适量取用 。有断裂或破损的土工合成材料不得用于工程。
3. 2. 6 施工中应合理选择施工机具 , 减少施工对土工合成材料的损伤 ; 用于隐蔽工程的土工合成材料 , 铺设后应及时回填 、覆盖。
条文说明
不同的碾压机具对土工合成材料的损伤不同 , 光面压路机对土工合成材料损伤较小 , 羊足碾 、冲击式碾等压路机可能造成土工合成材料较严重的损伤 。 因此 , 在施工中要注意施工机具的选择 , 减少对土工合成材料的损伤。
用于隐蔽工程的土工合成材料大部分为聚乙烯和聚丙烯类等高分子材料 , 紫外线照射下易老化 。 因此 , 对于加筋 、防排水 、特殊路基处治等隐蔽工程 , 要求铺设土工合成材料后及时回填 、覆盖。
4 路基加筋
4. 1 一般规定
4. 1. 1 当需要增强路基稳定性 、构筑陡坡以减少占地 、对路基边坡进行修复加固、道路加宽 、增强挡墙的稳定性时 , 可采用土工合成材料进行加筋。
条文说明
土工合成材料应用于路基加筋的主要应用场合如图 4-1 所示。
图 4-1 路基加筋的主要应用场合
当重力式挡墙断面尺寸受到控制而造成支挡能力不足 , 或条件发生变化造成已建挡墙支挡能力不足时 , 通过对墙后填料进行加筋 , 可增强挡墙的稳定性 。本规范编写组建立了考虑加筋作用的土压力计算方法 , 分析了加筋材料特性及其铺设位置对土压力减少效果的影响 , 并在挡墙工程中进行了实际应用检验 , 证明墙后填料加筋对减小墙背土压力有一定效果 , 故本规范增加了相关规定。
4. 1. 2 应通过现场调查 、地质勘察 、室内外试验 , 获得相关基础资料 , 根据场地的地质与环境条件 、填料特性 、材料的耐久性 、工程造价等因素 , 经技术经济比选 , 确定路基加筋方案。
4. 1. 3 地基承载力与路基填料压实度应满足现行 《公路路基设计规范》 (JTG D30)的规定。
条文说明
良好的地基承载力是保证路堤和挡墙稳定的必要条件 , 良好的压实是保证土工合成材料与填料之间具有足够的相互作用力 、发挥加筋作用的关键 , 不能因为加筋而降低地基承载力与路基压实度要求。
4. 2 材料选择与设计参数
4. 2. 1 路基加筋宜采用整体性和耐久性好 、强度高 、变形小的土工格栅 、高强土工织物 、土工格室等作为加筋材料 , 不应采用玻纤格栅。
条文说明
强度 、变形 、整体性和耐久性是加筋材料选择考虑的主要因素 , 强度高 、变形小的土工合成材料 , 其模量往往高 , 对控制加筋土工程的变形是有利的 , 因此 , 做出了本条规定。
4. 2. 2 用于路基加筋的土工合成材料 , 应按式 (4. 2. 2) 确定其设计抗拉强度 Ta :
Ta (4. 2. 2)
式中 : Tult —土工合成材料的抗拉强度 (kN/m) ;
RF—土工合成材料总折减系数 ;
RFCR —土工合成材料蠕变折减系数 ;
RFD —土工合成材料老化折减系数 , 考虑微生物 、化学 、热氧化等影响 ; RFID —土工合成材料施工损伤折减系数。
条文说明
土工合成材料多为高分子聚合物材料 , 具有蠕变特性 , 应用于公路工程时 , 还会受到紫外线 、生物或化学物质的影响 , 铺设碾压过程也会对其产生损伤 , 导致性能降低 ,设计时需考虑这些不利影响 。路基加筋工程中 , 对土工合成材料强度影响较大的因素是蠕变和施工损伤。
4. 2. 3 应根据所选择的加筋材料 、填料类型 , 以及加筋材料所处的环境条件 、应力水平等 , 进行有关试验 , 获得式 (4. 2. 2) 中各折减系数 ; 无条件时 , 可根据具体工程情况 , 按表 4. 2. 3-1 和表 4. 2. 3-2 取值 , 所处工作环境对土工合成材料强度有较大影响
时 , 取高值 , 反之取低值 。总的折减系数宜为 2. 0 ~ 5. 0。
表 4. 2. 3-1 路基加筋工程土工合成材料蠕变与老化折减系数
表 4. 2. 3-2 路基加筋工程土工合成材料施工损伤折减系数
注 : 表中土系按现行《 公路土工试验规程》 (JTG 3430) 进行的分类。
条文说明
FHWA 的 《 加筋土挡墙与加筋土坡设计与施工指南》 (2009) 推荐的土工合成材料抗拉强度折减系数如表 4-1 , 同时指出 : 如无严重危害发生时 , 对永久性工程的初步设计 , 可取总的折减系数 RF = 7. 0 ; 对临时结构工程 , 可取总的折减系数 RF = 3. 0 ; 通常情况下 , 考虑蠕变 、施工损伤 、老化的总的折减系数为 3 ~ 6。
FHWA 推荐的土工合成材料抗拉强度折减系数 表 4-1
Robert M. Koerner (1998) 建议 , 主要用于加筋目的时 , 土工格栅和土工织物的各项折减系数值见表 4-2。
表 4-2 Robert M. Koerner 推荐的各项强度折减系数
邓卫东 、唐颂 (2005) 通过对不同填料和不同土工合成材料的室内模拟碾压试验和现场碾压试验 , 得出表 4-3 所示的施工损伤折减系数推荐值。
表 4.3 土工合成材料施工损伤强度折减系数推荐值
注 : 有 100mm 厚细料保护时 , 按细粒料情况取值。
由这些推荐的折减系数看 , 不同工程应用条件 , 折减系数不同 , 各家推荐的值也存在较大差异 。在同类工程应用场合 , 各家所推荐的系数均普遍反映出土工织物的施工损伤系数大于土工格栅。
蠕变折减系数是最难确定的折减系数 , 其原因在于影响蠕变的因素除原材料外 , 还有应力水平 。本条给出的折减系数为根据相关研究结果 , 并考虑到实际工程中加筋材料所处的应力水平并不高的情况综合确定的。
本条未给出大粒径填料如漂石质土 、漂石夹土条件下的施工损伤折减系数 , 是考虑到在这种填料下不加保护就直接铺设土工合成材料是不可取的 , 需要设置细粒料保护层 , 此时 , 损伤折减系数需按细粒料情况取值。
4. 2. 4 填料应满足现行 《公路路基设计规范》 (JTG D30) 的要求 , 应选择易于压实 、与土工合成材料产生良好摩擦与咬合 、对筋材不产生腐蚀作用的填料 ; 墙后填料应有良好的水稳定性 , 宜采用砾石土 、碎石土。
4. 2. 5 应根据填料来源 , 选择有代表性的土样进行室内试验确定填料参数 。填料及地基抗剪强度参数 c 、φ 值试验条件 , 应符合现行《公路路基设计规范》 (JTG D30) 的有关规定。
4. 2. 6 加筋材料与填料间的界面阻力系数 fGS , 对二级及二级以上公路施工图设计 ,应采用现行《公路工程土工合成材料试验规程》 (JTG 3460) 规定的直剪摩擦特性试验或拉拔摩擦特性试验方法 , 按加筋材料 、填料实际条件试验确定 ; 其他等级公路 , 或二级及二级以上公路的初步设计 , 可按式 (4. 2. 6-1) 、式 (4. 2. 6-2) 确定。
土工织物 :
fGS tanφs (4. 2. 6-2)
土工格栅 :
fGS = 0. 9tanφs (4. 2. 6-2)
式中 : φs —与加筋材料接触的填料内摩擦角 (°) 。
条文说明
对土工合成材料与填料接触的界面特性参数 , 国内外进行过大量的试验研究 。试验方法主要有直接摩擦试验和拉拔试验两类 。在表述界面特性参数的方式上 , 仍主要采用c 、φ 两个强度参数 , 主要考虑的是参数 φ。
直接摩擦试验和拉拔试验方法不同 , 得出的结果也不同 。拉拔试验测得的界面摩擦系数往往比直接摩擦试验大 。拉拔试验复杂 , 且试验结果稳定性较直接摩擦试验差 , 故优先推荐采用直接摩擦试验。
加筋材料类型 、填料压实度和含水率对筋土界面特性都有影响 。有关研究表明 , 土工格栅与土的界面摩擦系数大于土工织物 , 填料压实度大 , 界面摩擦系数大 , 筋土界面摩擦系数随填土含水率的增加而降低。
现行 《 公路工程土工合成材料试验规程》 (JTG 3460) 中的直剪摩擦特性试验规定采用标准砂 , 但对实际工程需要的界面摩擦参数 , 需要根据实际采用的填料及其压实度 、含水率和土工合成材料进行试验确定 。综合国内外有关试验结果和工程需要 , 作出了本条的规定。
4. 3 结构形式
4. 3. 1 应根据工程具体情况 , 遵循技术可行 、经济合理 、施工方便的原则 , 经综合比较分析 , 确定结构形式 。对路堤加筋 , 可采用如图 4. 3. 1-1 所示的结构形式 ; 对重力式挡墙墙后加筋 , 宜采用图 4. 3. 1-2 所示的沿墙高全断面加筋结构形式。
图 4. 3. 1-1 路堤加筋结构形式
图 4. 3. 1-2 重力式挡墙墙后加筋结构形式
条文说明
邓卫东 、邓昌中 (2005) 就筋材铺设于墙后填料上部 、 中部 、下部 , 以及沿墙高全断面铺设对土压力的影响进行了数值分析研究 , 结果表明 : 无论是衡重式挡墙还是俯斜式挡墙 , 沿墙高全断面铺设效果最好 。 因此 , 本条推荐采用沿墙高全断面铺设形式。
4. 3. 2 加筋路堤边坡坡率不应陡于 1 : 0. 5 。当边坡坡率陡于 1 : 1. 5 时 , 应采用反包土工合成材料的形式 ; 当坡率等于或缓于 1 : 1. 5 时 , 可采用不反包的形式。
条文说明
根据有关计算分析 , 当路堤边坡坡度大于 70 ° 时 , 土压力趋于控制设计 ; 小于 70 °时 , 稳定性趋于控制设计 。70 ° 的坡度对应的坡率为 1 : 0. 364 , 我国常采用的坡率为1 : 0. 3 、1 : 0. 5 、1 : 0. 75 、1 : 1 、1 : 1. 5 。据此 , 将路堤的最陡坡率定在了 1 : 0. 5 , 当 陡于这个坡率时 , 按加筋土挡墙进行设计。
坡面是否需要反包既与边坡坡率有关 , 也与填料性质有关 , 还与筋材层间距有关。 FHWA 的 《 加筋土挡墙与加筋土坡设计与施工指南》 (2009) 规定 : 一般情况下 , 当筋材层间距小于 0. 4m 、坡度缓于 1 : 1 时 , 坡面可采用不反包形式 。考虑到路基的长期稳
定 , 本条对陡于 1 : 1. 5 的边坡 , 提出应进行反包的要求。
4. 3. 3 加筋材料的竖向层间距 , 不宜小于一层填料最小压实厚度 。对路堤加筋 , 受力主筋层间距不宜大于 0. 8m , 当大于 0. 8m 且边坡坡率陡于 1 : 1. 5 时 , 应设置辅筋 ;辅筋层间距不宜大于 0. 4m , 长度不应小于 2. 0m 。对墙后加筋 , 加筋材料竖向层间距不宜大于 1m。
条文说明
当筋材层间距大于 0. 8m 且坡率较陡时 , 筋层间的土体易出现局部坍塌 , 进而影响加筋体长期稳定性 , 为此 , 要求加设辅筋。
4. 3. 4 应加强加筋体内部与表面的排水 , 排水设施的结构形式与尺寸 、铺设位置与范围应根据场地水的情况确定 。对有地下水的地基及斜坡 , 以及墙背 , 应设置排水层 ,如图 4. 3. 4 所示。
4. 3. 5 宜采取植物防护为主 、工程防护为辅的措施对加筋路堤坡面进行防护 。路堤边坡坡率缓于或等于 1 : 1. 5 时 , 土工合成材料可不反包 , 坡面防护可按一般路基进行防护 。坡率陡于 1 : 1. 5 时 , 土工合成材料应反包 , 坡面防护形式可按表 4. 3. 5 选择 , 防护的材料 、结构应符合现行《公路路基设计规范》 (JTG D30) 的有关规定。
图 4. 3. 4 墙后加筋内部排水层设置示意图
表 4. 3. 5 加筋路堤坡面防护形式
条文说明
坡面防护形式取决于填料类型 、坡率和加筋层间距 。就我国的情况看 , 对缓于和等于 1 : 1. 5 的边坡 , 多采用直接喷播或有机材喷播的植被绿化防护 , 以及骨架植被防护 ;对陡于 1 : 1. 5 的边坡多采用有机材喷播绿化 , 单纯的工程防护一般很少采用 。反包形式的加筋路堤坡面 , 土工合成材料长期暴露在外 , 易受紫外线的影响而老化 , 需要重视路堤的坡面防护 。石笼兼具工程防护与植物防护优点 , 且适合较陡的坡面 , 近年来得到越来越多的应用。
4. 4 设计计算
4. 4. 1 加筋路堤的设计计算应考虑内部稳定破坏与外部稳定破坏两种模式 。计算分析内容及其要求可按表 4. 4. 1 确定 。进行各项分析时 , 应根据现行 《 公路路基设计规范》 (JTG D30) 要求考虑正常工况 、暴雨工况 、地震工况等不同的工况。
表 4. 4. 1 加筋路堤计算分析内容与要求
条文说明
FHWA 的 《 加筋土挡墙与加筋土坡设计与施工指南》 (2009) 将加筋路堤的破坏划分为内部稳定破坏 、外部稳定破坏和复合稳定破坏三种类型 。 内部稳定破坏指滑动面穿过加筋体 , 外部稳定破坏指滑动面位于加筋体范围外 , 复合稳定破坏主要指滑动面同时穿过加筋体和加筋体外 。表 4-4 为 FHWA 针对不同破坏模式提出的稳定安全系数要求。
表 4.4 FHWA 推荐的加筋路堤稳定安全系数要求
考虑到复合稳定破坏模式计算方法与仅穿过加筋体的内部稳定破坏是一致的 , 故本规范将加筋路堤的破坏划分为外部稳定破坏和内部稳定破坏两种模式。
外部稳定破坏包括平面滑动破坏 、深层滑动破坏 、局部承载破坏 ( 侧向挤出破坏) 、过量沉降四种形式 , 如图 4-2 所示。
图 4-2 加筋路堤外部稳定破坏形式
我国现行 《 公路路基设计规范》 ( JTG D30) 对路堤稳定性的计算及稳定安全系数提出了明确要求 , 土工合成材料加筋路堤的 目的是使路堤达到规定的要求 , 因此 , 对内部稳定破坏涉及的堤身稳定性 、地基与堤身的整体稳定性 , 以及外部稳定破坏涉及的深
层滑动稳定性与沉降 , 要求满足现行标准规定的稳定安全系数要求 ; 对未涉及的平面滑动稳定性 、局部承载稳定性 、筋材拔出 , 借鉴了表 4-4 的推荐值。
4. 4. 2 应通过计算分析 , 确定加筋路堤筋材的铺设层数 、铺设范围和铺设方式 。重要工程宜结合数值分析方法 , 获得加筋体变形与破坏特征 , 确定铺设方案。
4. 4. 3 加筋路堤筋材宜按上疏下密的方式进行布置 , 其层间距可按下列步骤确定 :
1 可按图 4. 4. 3-1 和式 (4. 4. 3-1) 计算满足稳定安全系数 FS 需要的筋材总拉力tS 。应由式 (4. 4. 3-1) 搜索得出最大总拉力 Tsmax 及其对应的滑动面。
Ts = (4. 4. 3-1)
式中 : Fs —要求达到的稳定安全系数 , 按现行 《 公路路基设计规范》 ( JTG D30 )
取值 ;
Fsu —未加筋时路堤圆弧滑动破坏的稳定系数 , 按现行 《 公路路基设计规范》
(JTG D30) 规定的方法计算 ;
D—筋材总拉力 tS 作用的力臂 ( m) , 对土工格栅 、土工织物等片状筋材 , 取D = R;
MD —滑动力矩 ( kN) , 可按式 (4. 4. 3-2 ) 计算 ; 当需要考虑地震力作用时 ,需计入地震力 ;
MD = ∑ ( Wi + Qi) Rsinαi (4. 4. 3-2) Wi —土条 i 的重力 ( kN/m) ;
Qi —作用于 i 土条竖直方向的外力 ( kN/m) , 如车辆荷载等 ;
R—滑弧半径 ( m) ;
αi —土条 i 底滑面与水平面的夹角 ( °) 。
2 可根据 Tsmax 和坡高 H 确定不同加筋层间距的区域 , 当坡高 H≤6. 0m 时 , 按 1 个区域布置; 当 H > 6. 0m 时 , 按大致等高的 2 个或 3 个区域布置 。各区域筋材所受拉力Tz 按下列方式考虑 , 如图 4. 4. 3-2 所示。
图 4. 4. 3-1 筋材总拉力计算图示 图 4. 4. 3-2 筋材的区域布置
1 个区域布置时 : Tz = Tsmax ;
2 个区域布置时 : 底部 Tz = 3/4Tsmax , 上部 Tz = 1/4Tsmax ;
3 个区域布置时 : 底部 Tz = 1/2Tsmax , 中部 Tz = 1/3Tsma , 上部 Tz = 1/6Tsmax 。
3 可按式 (4. 4. 3-3) 确定各加筋区域筋材竖向间距或所需的加筋层数 。当计算获得的筋材竖向间距小于一层填料最小压实厚度时 , 应改用强度更高的加筋材料。
TaRc (4. 4. 3-3)
式中 : Rc —加筋覆盖率 , 对土工格栅和土工织物 , 取 Rc = 1 ;
Sv —各加筋区域筋材竖向间距 (m) ;
Hz —各加筋区域高度 (m) ;
N—各加筋区域加筋层数 ;
Tz —各加筋区域筋材所受拉力 (kN/m) , 按本条第 2 款确定 ;
Tj —第 j 层筋材所受拉力 (kN/m) ;
Ta —筋材设计抗拉强度 (kN/m) , 按式 (4. 2. 2) 确定。
条文说明
大量的研究分析表明 , 中下部的加筋材料对路堤稳定性贡献大 , 因此 , 推荐上疏下密的布设方式。
对筋材的受力方向 , 目前主要有两种假定 , 其一是假定沿筋材的铺设方向 , 其二是假定沿滑弧的切向 。 实际的情况比较复杂 , 筋材的受力方向与加筋材料的刚度和加筋路堤的变形有关 , 更多是介于两者之间 。FHWA 的 《 加筋土挡墙与加筋土坡设计与施工指南》 (2009) 认为 , 对刚度大的条带式加筋材料 , 如钢条 , 筋材的受力方向为沿筋材的铺设方向 ; 对土工格栅、土工织物等片状式筋材 , 柔性大 , 其受力方向为滑弧切向。本条规定是根据专题研究成果 , 并参考 FHWA 的标准提出的。
筋材布置过密 , 不便于施工 , 也不经济 , 因此 , 筋材竖向间距小于最小压实厚度时 , 要求重新选择加筋材料。
4. 4. 4 加筋材料的铺设长度应根据堤身稳定性 、地基与堤身的整体稳定性 、堤身沿地基表面的平面滑动稳定性 、抗拔稳定性计算结果综合确定 , 并符合下列规定 :
1 堤身稳定性 、地基与堤身的整体稳定性 , 可采用式 (4. 4. 4-1) 所示的圆弧条分法进行计算 , 计算图示如图 4. 4. 4-1 所示 。计算时应假定若干滑弧 , 求得最小稳定系数 。最小稳定系数不得小于表 4. 4. 1 规定的稳定安全系数要求。
式中 : Fc —堤身稳定性 、地基与堤身整体稳定性系数 ;
Fsu —未加筋时的稳定性系数 , 采用现行 《公路路基设计规范》 (JTG D30) 规定的方法进行计算 ;
Tj —第 j 层筋材所受拉力 (kN/m) , 按式 (4. 4. 3-3) 计算 ;
Dj —第 j 层筋材拉力作用力臂 (m) , 对土工格栅和土工织物 , 取 Dj = R。
图 4. 4. 4-1 堤身稳定性 、地基与堤身整体稳定性计算图示
2 堤身沿地基表面的平面滑动稳定性可采用式 (4. 4. 4-2) 计算 , 计算图示如
图 4. 4. 4-2所示 , 稳定系数 Kp 应满足表 4. 4. 1 相应的要求。
图 4. 4. 4-2 堤身沿地基表面的平面滑动稳定性计算图示
KP (4. 4. 4-2)
式中 : W—加筋体重力 (kN/m) ;
Pa —作用于加筋体的主动土压力 (kN/m) ;
φb —加筋体后填料内摩擦角 (°) , 当加筋体背后铺设有排水层或反滤层时 , φb为排水层或反滤层与填料间的相互作用摩擦角 ;
φmin —加筋体与地基间的摩擦角 (°) , 取填料与筋材间 、地基土与筋材间摩擦角 , 或填料 、地基土摩擦角中的小者。
3 筋材埋入稳定土体内的锚固长度 Le 可按式 (4. 4. 4-3) 确定 , 当计算的锚固长度小于 2. 0m 时 , 取为 2. 0m。
Le (4. 4. 4-3)
式中 : fGS —抗拔出阻力系数 , 按本规范第 4. 2. 6 条确定 ;
α—考虑筋材与土相互作用的非线性分布效应系数 , 取 0. 6 ~ 1 , 资料缺乏时 ,
土工格栅取 0. 8 , 土工织物取 0. 6 ;
σv, —筋土交界面的有效正应力 (kN/m) , 可按作用于筋材上的自重应力计算 ; Fe —筋材抗拔出的稳定安全系数 , 对粒料土 Fe = 1. 5 , 对黏性土 Fe = 2. 0。
4. 4. 5 当路堤下存在深度 Ds 小于边坡宽度 b , 的软弱土时 , 可采用式 (4. 4. 5) 计算局部承载破坏 (侧向挤出) 的稳定系数 Fsq , 计算图示如图 4. 4. 5 所示 。计算所得到的稳定系数 Fsq应满足表 4. 4. 1 的要求 ; 当不满足要求时 , 应对地基进行处理。
Fsq (4. 4. 5)
式中 : Cu —软弱土体的不排水剪强度 (kN/m2) ;
γ—路堤填料重度 (kN/m3) ;
Ds —软弱土体深度 (m) ;
θ—边坡坡角 (°) ;
H—路堤高度 (m) 。
图 4. 4. 5 局部承载破坏 (侧向挤出) 计算图示
4. 4. 6 墙后加筋不应降低对挡墙自身设计与施工的要求 。挡墙稳定性计算方法及其要求应满足现行《公路路基设计规范》 (JTG D30) 的有关规定 。土压力和筋材锚固长度计算应符合下列规定 :
1 墙后加筋体作用于墙背的土压力水平作用力 P 可按式 (4. 4. 6) 计算 , 根据计算的土压力确定挡墙尺寸 , 根据所需筋材拉力确定加筋层间距。
P = Pax - Tr (4. 4. 6)
式中 : Pax —未加筋时主动土压力的水平分量 (kN/m) , 主动土压力按现行 《公路路基设计规范》 (JTG D30) 中相关要求计算 ;
Tr —筋材的总设计拉力 (kN/m) , 应结合工程具体情况确定工作应变 , 以工作应变对应的拉力作为筋材的设计拉力 ; 对塑料土工格栅和土工织物 ,
当先构筑挡墙后铺设加筋材料时 , 可取 0. 5% ~ 1% 应变对应的筋材拉力作为设计拉力 ; 当先完成加筋再构筑挡墙时 , 可取 1% ~ 2% 应变对应的筋材拉力作为设计拉力。
2 墙后加筋材料应穿过破裂面 , 破裂面后的锚固长度可按式 ( 4. 4. 4-3 ) 计算确定。
条文说明
墙后的填料和加筋材料一般不会同时进入极限状态 。填料进入极限状态 ( 或主动土压力状态) 所需的变形相对要小 , 而加筋材料达到最大抗拉强度所需变形要大得多。因此 , 重力式挡墙墙后加筋设计需以重力式挡墙稳定进行控制 , 根据允许变形条件下筋材应变对应的拉力考虑筋材的作用。
加筋体作用于挡墙的作用力主要有三种假定 , 其一是假定加筋材料对墙后土体的滑裂面没有影响 , 墙后土压力由重力式挡墙和加筋材料共同承担 , 土压力的水平分量等于传统主动土压力水平分量减去筋材在相应工作状态下的总拉力 ; 其二是假定墙后加筋土体的滑裂面为朗肯主动滑裂面 , 取主动区为脱离体 , 求解作用于挡墙的水平作用力 ; 其三是假定加筋材料导致墙后土体的滑裂面转变为 0. 3H 确定的潜在滑裂面 , 取主动区为脱离体 , 求解作用于挡墙的水平作用力。
本规范就墙后加筋进行了专题研究 , 结果表明 : 假定一和假定二的结果非常接近 ,且与数值分析结果基本吻合; 假定三的土压力较数值分析结果明显要低 , 且计算相对复杂 。为此 , 本条推荐假定一。
筋材所处工作状态与施工方法及顺序等因素相关 。本规范针对塑料土工格栅、土工织物加筋材料的专题研究结果表明 : 对于先构筑挡墙后加筋的重力式挡墙 , 筋材的变形受挡墙限制较明显 , 可取 0. 5% ~ 1% 为工作应变 ; 对于先构筑加筋土再构筑挡墙情况 ,可取 1% ~ 2% 为工作应变 。据此 , 做出了本条规定。
4. 4. 7 应采用现行《 公路路基设计规范》 (JTG D30) 规定的方法进行沉降分析 , 并满足相应的要求 。当沉降不能满足要求时 , 应采取措施对地基进行处理。
条文说明
尽管有大量的研究表明 , 采用土工合成材料加筋后 , 路堤的沉降 , 尤其是不均匀沉降有所改善 , 但至今仍未建立起考虑加筋作用的沉降计算方法 , 因此 , 本条规定采用现行 《 公路路基设计规范》 (JTG D30) 规定的方法进行沉降分析。
4. 5 施工要点
4. 5. 1 土工合成材料加筋路基施工前 , 应清理和平整场地 , 完成地基的处理和地下
排水设施的施工。
4. 5. 2 筋材的铺设与连接应满足下列要求 :
1 路堤加筋 , 加筋材料强度高的方向应垂直于路线方向 ; 墙后加筋 , 加筋材料强度高的方向应垂直于挡墙墙面。
2 应根据设计确定筋材的裁剪长度 , 尽量避免在主受力方向连接 , 必须连接时 ,连接处强度不得低于材料的抗拉强度的 80% 。
3 横向相邻两幅加筋材料应相互衔接 , 不同层面的衔接位置应相互错开不小于 0. 5m。
4 铺设筋材的土层表面应平整 , 不应有尖锐凸出物。
5 筋材的铺设应平整 、无褶皱 , 可用人工拉紧 、U 形钉固定等措施将加筋材料固定于填料表面。
6 筋材铺设完毕后应及时用填料覆盖。
条文说明
通常情况下 , 连接强度难以达到加筋材料的原强度 , 因此 , 在主受力方向 , 要根据设计做好筋材用材计划 , 尽可能不要连接。
要求不同层面的衔接位置应相互错开是为了增强加筋的整体效应。
4. 5. 3 填料应分层摊铺 、分层碾压 , 应避免运料车及其他施工机械直接在张紧定位的加筋材料上行进 , 不得直接将填料卸在土工合成材料上 。填料摊铺和碾压应符合下列规定 :
1 压实面与筋材之间应有不少于 0. 15m 厚的填料 , 距离加筋材料上下 0. 1m 范围内的填料 , 最大粒径不得大于 80mm。
2 对软弱地基 , 应采用后卸式卡车沿路堤中心线方向两侧边缘卸料 , 填料不应集中堆卸 。第一层填料宜采用推土机或其他轻型压实机具进行压实 , 当填筑厚度大于0. 6m 后方可采用重型压实机具压实。
3 对非软弱地基 , 宜从路堤的中心线位置开始 , 对称向两侧摊铺填料并碾压。
4 采用重型压路机压实时 , 应先静压后振动 。临近路堤边坡坡面 , 以及临近挡墙等重 型 压 路 机 难 以 压 到 部 位 , 应 采 用 轻 型 压 实 机 具 分 层 压 实 , 压 实 厚 度 不 得 大于 0. 15m。
条文说明
软土地基上若直接用重型机具碾压 , 或堆土不当 , 易造成地基局部承载力不足而破坏 , 使加筋材料产生局部大变形 。采用后卸式卡车沿路堤轴线方向两侧边缘卸料 , 既便于将土工合成材料张紧 , 也便于形成运土的交通便道 , 因此 , 对卸土的方式做出规定。
在临近边坡坡面 , 以及临近墙后部位 , 难以采用正常的压实机械进行压实 , 是压实的薄弱环节 , 因此 , 要求采用轻型压实机具对这部分填料进行压实 , 以保证填筑质量。
4. 5. 4 加筋路堤边坡坡率陡于或等于 1 : 1 时 , 应设置坡面支撑体 。可采用木模等临时型支撑体或土工织物土袋 、石笼 、钢架等永久型支撑体。
4. 5. 5 当 坡 面 采 用 反 包 形 式 时 , 加 筋 材 料 卷 入 路 堤 的 长 度 不 得 小 于 1. 5m , 如图 4. 5. 5所示 ; 当采用土工格栅加筋时 , 应用细网 、草席或植生袋等置于坡面格栅内侧 , 防止填料漏出。
图 4. 5. 5 加筋路堤土工合成材料卷入长度
4. 5. 6 加筋路堤的边坡应及时防护 。防护施工滞后时应及时对坡面采取临时保护措施 , 避免土工合成材料长时间暴露和雨水对边坡的冲蚀。
4. 5. 7 施工中应修筑临时排水设施 , 减少水的影响。
4. 5. 8 对边坡高度大于 10m 或地基条件不良的加筋路堤 , 以及高度大于 10m 的墙后加筋挡墙 , 应加强施工期间的稳定性监测 。当出现稳定性不足的迹象时 , 应采取控制填筑速率 、变更设计方案等措施 , 确保其稳定。
5 路基防排水
5. 1 一般规定
5. 1. 1 采用土工合成材料进行反滤 、排水和防渗时 , 应根据场地情况 , 合理选择材料 , 进行系统设计 , 与其他相关设施一起共同构成完善的反滤 、排水和防渗系统。
5. 1. 2 应根据场地的具体工程地质和水文地质条件 、环境条件 , 确定土工合成材料应用的位置 、布设方式和数量 , 保障反滤 、排水和防渗结构的有效性。
5. 1. 3 与路基防排水相关的流量计算 , 反滤 、排水 、防渗系统结构形式及其布设位置等 , 应按现行 《公路排水设计规范》 (JTG/T D33) 、《公路路基设计规范》 (JTG D30) 的有关规定执行。
条文说明
土工合成材料应用于反滤 、排水和防渗 , 仅仅是材料的变化 。对反滤隔离 、排水和防渗系统的设置 , 针对不同的工程 , 相关标准都有具体的要求 。为此 , 提出了本条的规定。
5. 2 反滤与排水设计
5. 2. 1 反滤宜采用无纺土工织物 , 排水可选用排水带 (板) 、凸点排水板 、排水软管 、排水硬管 、塑料盲沟 、复合排水网 、复合排水垫等土工排水材料。
5. 2. 2 用于反滤的土工织物 , 应满足挡土 、透水 (保持水流畅通) 和防止淤堵三方面的要求 。对一般工程结构设计或重要工程结构的初步设计 , 可按下列要求选定土工织物 ; 对重要工程结构的施工图设计 , 除应按下列要求选定土工织物外 , 尚应根据实际的荷载 、渗流 、被保护土质 、工程特点等条件 , 通过相应的试验进行检验。
1 挡土要求 :
{
O95 ≤nd85 粗粒土 (粒径 d < 0. 075mm 的颗粒含量小于 50% )
O95 ≤0. 21mm 细粒土 (粒径 d < 0. 075mm 的颗粒含量大于或等于 50% )
(5. 2. 2-1)
式中 : O95 —土工织物的等效孔径 ( mm) ;
d85 —被保护土的特征粒径 ( mm) , 按土中小于该颗粒粒径的土粒质量占总土粒质量的 85% 确定 ;
n— 系数 , 与被保护土类型 、级配 、土工织物品种及所处工作状态有关 , n值宜根据试验确定 , 不宜小于 2。
2 透水性要求 :
KG > AKS (5. 2. 2-2)
式中 : KG 、KS —土工织物的渗透系数 ( m/s) 和被保护土的渗透系数 ( m/s) ;
A— 系数 , 宜按工程经验确定 , 不宜小于 10。
3 防淤堵要求 :
GR = i1 /i2 ≤G (5. 2. 2-3)
式中 : GR—梯度比 ;
i1 、i2 —土工织物被保护土侧与另一侧的水力梯度 ;
G—1. 5 ~ 3. 0 , 对容易淤堵的填料和使用场合 , G 取较小值。
4 当排水失效会引起巨大损失时 , 应进行室内淤堵试验 , 确定合适的材料与反滤结构。
条文说明
荷载 、渗流 、被保护土质情况等均会对土工织物的反滤性能产生影响 。 因此 , 需保证土工织物性能和结构稳定 , 避免由于荷载的作用而导致其孔径发生大的变化。
反滤准则包括挡土准则 、透水准则 、淤堵准则 3 个方面 。总的看来 , 静荷单向水流下的反滤准则较为成熟 , 动荷或双向水流下的反滤准则仍处于研究中 。在此提出的三方面要求 , 主要针对静荷单向水流 , 即水总是从被保护土体流入土工织物的情况。
对静荷单向水流下的挡土准则 , 具有代表性的有 Calhoun 准则 、Giround 准则和Heerteen 准则 。Calhoun 准则简单 , 物理概念明确 , 在我国工程中得到广泛使用 , 许多工程的实践经验认为在挡土方面是可靠的 , 其土类的划分标准与我国现行的土工试验规程划分标准较一致 , 织物的等效孔径试验方法和取值与我国多数部门或工程实践采用的方法 、取值相近或相同 。基于简单 、便于应用 、安全可靠 、便于与现行方法标准衔接几个方面考虑 , 本条选取 Calhoun 准则作为挡土准则。
挡土和透水是相互矛盾的 , 土工织物的选择是在挡土和透水之间寻求合理的平衡。维持长期的透水性是最难的 , 而挡土的要求则较易达到 。故各国的反滤准则中有将孔径加大的趋势。
n 值主要与被保护土类型 、级配 、土工织物品种及所处工作状态有关 , 《 土工合成材料应用技术规范》 ( GB/T 50290—2014) 的 n 值取值见表 5-1。
表 5.1 系数 n 的取值
公路路基填筑土常常由不同粒径材料组成 , 发生少量的细颗粒流失一般不会影响路基结构的稳定性 , 因此 , 对于公路结构 , 可以适当增大土工织物的孔径 。但对粉土等较为均匀的细颗粒材料 , 在选择滤层材料时需谨慎 , 经验认为 , 此时增加一定厚度的砂砾料保护层对防止被保护土流失 , 效果更好。
在透水准则方面 , 目前常见的有两种表达方式 : 其一是以等效孔径和特征粒径表示的准则 , 其二是以渗透系数表示的准则 。综合分析各研究情况 , 参考 《 土工合成材料应用技术规范》 ( GB/T 50290—2014) 的规定 , 认为对土工织物取 Kg > 10Ks 比较合适。
在淤堵准则方面 , 研究表明 , 土和土工织物共同组成了一个平衡的反滤系统 , 而不是织物单独起作用 , 少量细颗粒的流失是允许的 ( 包承纲 , 2008) , 较多观点认为 GR取 3 太大 , 实际工程中的 GR 值很少大于 1. 5 ( 陆士强等 , 1994) 。 因此 , 本规范对梯度比采用了 1. 5 ~ 3. 0。
对动荷载及双向水流下的反滤 , 一般认为 , 以采用较厚的无纺织物并与砂层相结合的措施较为合适 。对公路工程而言 , 双向水流情况较少 , 一般仅在沿河护坡工程及沿河挡土工程中遇到 , 动荷作用也不大 , 且土工织物滤层不会单一暴露在外 , 其上往往有块石或混凝土块覆盖层 。 因此 , 对公路工程中的双向水流情况 , 未单独提出要求 , 可以参考采用静荷单向水流的反滤准则。
考虑到反滤准则的复杂性 , 要求对重要的工程或结构 , 需要根据实际工程情况通过相应的渗透试验 、於堵试验或模型试验进行检验 , 选择土工织物。
5. 2. 3 用于包裹碎石暗沟和渗沟 、带孔塑料管等管件的土工织物 , 处治冒泥翻浆和季节性冻融翻浆的土工织物 , 支挡结构物壁墙后和水下坡面隔离的土工织物等 , 应按反滤设计要求进行选择。
5. 2. 4 土工织物用于治治冒泥翻浆或季节性冻融翻浆时 , 应在土工织物上铺设100 ~ 200mm 的中粗砂保护层 , 在其下铺设 50 ~ 100mm 的中粗砂垫层 , 提高反滤效果。
5. 2. 5 土工排水材料的强度应满足现行《公路工程土工合成材料》 (JT/T 1432) 的要求 。应根据其埋设深度和承受荷载 , 选用相应的规格。
5. 2. 6 土工织物包裹的碎石暗沟和渗沟 , 以及土工排水材料等排水体 , 其设置位置、布置方式 、材料 、结构形式等应根据相应标准进行设计 。排水体的断面尺寸应根据排水需求 、土工排水材料的排水能力和与其配合的其他排水材料的排水能力 、水力梯度等综合确定。
5. 2. 7 排水软管及排水硬管 , 其排水安全储备系数 Fb 应满足式 (5. 2. 7) 的要求。
Fb (5. 2. 7)
式中 : Fb —安全系数 , 对能清淤的管道 , Fb 取较小值 , 对难以清淤的管道 , Fb 取较大值;
Q—需要排出的水流量 ( m3/s) ;
Qc —件的排水能力 , 即能排出的水流量 ( m3/s) , 其值取渗入管内的水流量 qe和管件的排水流量 qt 两者中的小者。
5. 2. 8 用塑料排水带 ( 板) 插入软土地基 , 加速地基排水固结时 , 其设计应按现行《 公路软土地基路堤设计与施工技术细则》 (JTG/T D31-02) 的有关规定执行。
5. 2. 9 将凸点排水板 、塑料盲沟 、复合排水网 、复合排水垫等土工排水材料水平放置 , 用于排除地基土固结水或其他水流时 , 应符合下列规定 :
1 排水材料应贯穿路堤底部 , 并保持一定的坡度 , 如图 5. 2. 9 所示 。在平面上 ,可采用平行排列式或鱼刺式进行铺设 , 也可满铺 。在竖向 , 可一层铺设 , 也可采用间隔的方式两层甚至多层铺设 ; 当需要排除的水较多时 , 应和砂砾 ( 碎石) 排水垫层或其他排水措施联合应用。
图 5. 2. 9 土工合成材料用于软弱地基顶部排水示意图
2 铺设的数量应根据地基固结排出的水量确定 , 并应满足式 (5. 2. 9) 的要求。
qc ≥kq (5. 2. 9)
式中 : q—垂直于水渗流方向 , 每延米需排出的水流量 ( m3/s) ;
qc —排水材料出水断面每延米的排水能力 ( m3/s) ;
k—安全系数 , 取 1. 5 ~ 2. 0 , 对于易淤堵和较重要的使用场合 , 取较大值。
5. 2. 10 将凸点排水板、塑料盲沟等土工排水材料用于路基排水时 , 应符合下列规定 :
1 用于挖方路基的路侧排水时 , 排水材料应沿路侧竖向铺设 , 如图 5. 2. 10-1 所示。
图 5. 2. 10-1 挖方路段路侧排水示意图
2 用于排除路基内部积水或因负温差作用而积聚在路基上层的自由水时 , 应根据预计积水位置确定排水材料铺设范围和铺设间距 ; 铺设方式可采用平行排列式或鱼刺式 , 铺设坡度宜与路拱横坡一致 , 如图 5. 2. 10-2 所示。
图 5. 2. 10-2 路基内部或顶部排水示意图
3 用于排除地基渗水时 , 排水材料应设置在地下水渗出的部位 , 并根据渗水量确定排水材料的布设间距和数量。
4 用于墙 (台) 背排水时 , 排水材料宜沿整个墙高铺设 , 可满铺或以 1 ~ 2m 的间距沿墙 (台) 背布设 , 并采取合适的方式固定于墙背 , 如图 5. 2. 10-3 所示。
图 5. 2. 10-3 墙 (台) 背排水示意图
5. 2. 11 土工排水材料不宜弯折 , 在出现弯折的情况下 , 应对弯折部位的通水能力进行折减 , 并验算接头 、转角部位排水体的通水能力。
条文说明
土工排水材料在弯折的情况下 , 排水能力会下降 。试验得出 , 凸点排水板在弯曲率为 40% 时 , 排水能力下降 50% 左右 ; 在弯曲率为50% 时 , 排水能力下降 60% 左右 。 因此 , 土工排水材料不宜弯折。
5. 3 防渗设计
5. 3. 1 土工合成材料可用于公路中央分隔带防渗 、排水结构防渗 、路肩底部防渗、路基防渗隔离等 。防渗宜采用“ 两布一膜 ” 的复合土工膜。
条文说明
单纯的土工膜容易受施工和填料的影响造成损坏 。从实际工程效果看 , “ 两布一膜 ” 对膜保护较好 , 因此 , 推荐采用“ 两布一膜”。
5. 3. 2 对中央分隔带防渗与排水结构防渗 , 复合土工膜规格宜为织物质量/膜厚/织物质量 = 200 ( g/m2) /0. 5 ~ 1 ( mm) /200 ( g/m2) ; 对路肩底部防渗 , 复合土工膜膜厚可采用 0. 3mm 。必要时 , 在复合土工膜铺设前 , 可铺设一层 20 ~ 50mm 厚的水泥砂浆找平层 。复工土工膜的铺设应符合下列规定 :
1 用 于 中 央 分 隔 带 防 渗 时 , 复 合 土 工 膜 应 铺 设 于 中 央 分 隔 带 沟 槽 底 部 , 如图 5. 3. 2-1所示。
图 5. 3. 2-1 中央分隔带防渗示意图
2 用于排水结构防渗时 , 复合土工膜应铺设于排水结构靠近路基侧或排水结构下
侧位置 , 如图 5. 3. 2-2 所示。
图 5. 3. 2-2 排水结构防渗示意图
3 用于路肩底部防渗时 , 复合土工膜应铺设于路肩底部 , 如图 5. 3. 2-3 所示 ; 当路肩外侧有挡土结构时 , 应预留排水出口。
图 5. 3. 2-3 路肩底部防渗示意图
5. 3. 3 对一般工程的路基防渗隔离 , 复合土工膜膜厚不应小于 0. 3mm; 对重要工程的路基防渗隔离 , 复合土工膜膜厚不宜小于 0. 5mm 。防渗隔离层应与其他防排水措施紧密配合 , 形成完善的防排水系统 。与复合土工膜直接接触的回填料 , 不得含有大粒径棱角尖锐石子。
5. 4 施工要点
5. 4. 1 施工前应做好剪裁和连接工作 , 根据实际需要 、受力情况和材料特点等 , 按下列方式选择土工合成材料连接方式 :
1 土工织物连接可采用缝合法或搭接法 。采用缝合法时 , 缝合宽度不应小于100mm , 连接处抗拉强度应达到土工织物抗拉强度的 60% 以上 ; 采用搭接法时 , 搭接宽度不应小于 150mm。
2 土工排水材料的连接可采用芯材插接 、搭接 , 以及专用连接构件等方法 。连接处外包土工织物滤材应相互覆盖 , 覆盖长度应大于 200mm , 并用镀锌细铁丝或尼龙绳绑扎牢固。
3 土工膜连接宜采用热熔焊接法 , 局部修补可采用胶黏法 , 正式连接前应进行试连接 。采用胶黏法时 , 连接宽度不宜小于 100mm , 采用的胶料应在遇水后不溶解。
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