3 基本规定

3.1 材料

3.1.1 土工合成材料性能指标应按工程使用要求确定下列试验项目:

1 物理性能:材料密度、厚度(及其与法向压力的关系)、单位面积质量、等效孔径等;

2 力学性能:拉伸、握持拉伸、撕裂、顶破、CBR顶破、刺破、胀破等强度和直剪摩擦、拉拔摩擦等;

3 水力学性能:垂直渗透系数(透水率)、平面渗透系数(导水率)、梯度比等;

4 耐久性能:抗紫外线能力、化学稳定性和生物稳定性、蠕变性等。

本条规定已包含材料性能测试的常用项目,应根据工程的需要从中选用。

材料应根据工程要求的性能指标优选,不应简单地按物理性能指标(例如单位面积质量等)确定。材料在工程中发挥作用常取决于其主要的力学性能指标,而简单的物理性能指标经常不能反映其特点。特别是有些新产品,由于新材料的应用,单位面积质量虽然减小了,但强度反而有增大或改善。

3.1.2 用于工程的性能指标应模拟工程实际条件进行测试,分析实际环境对测定值的影响。

土工合成材料的性能常随所处温度、压力、试样尺寸等而改变(如无纺土工织物孔径随法向应力而改变等),试验时应使材料处于实际工作条件下。

3.1.3 设计应用的材料允许抗拉(拉伸)强度Ta应根据实测的极限抗拉强度T,通过下列公式计算确定:

式中:RFCR——材料因蠕变影响的强度折减系数;

RFiD——材料在施工过程中受损伤的强度折减系数;

RFD——材料长期老化影响的强度折减系数;

RF——综合强度折减系数。

以上各折减系数应按具体工程采用的加筋材料类别、填土情况和工作环境等通过试验测定。

高分子材料有别于常规材料,其强度受时效与施工影响显著。设计时,首先应考虑材料受不同因素的影响,以材料安全系数反映。它们不同于一般稳定性校核时的工程安全系数Fs。公式(3.1.3-2)中各折减系数在无实际数据时,可参考表1~表3合理取值。公式(3.1.1-2)和相应各表所列数值为目前国际上所通用,暂引录供设计者查用。

表1  蠕变折减系数RFCR

表2  施工损伤折减系数RFiD

注:1 用于加筋的土工织物的单位面积质量不应小于270g/m2

2 单位面积质量低、抗拉强度低的加筋材料取用表列系数中的大值。

表3  PET加筋材料的老化折减系数RFD

注:1 Mn为分子量,CEG为碳酰基;

2 表中pH值指材料所处介质的酸碱度。

需指出,公式(3.1.3-2)及表1~表3均引自美国FHWA的最新标准。我国仅有公路系统对公式(3.1.3-2)中的折减系数RFiD立项做过研究,其他两项系数也有个别单位做过少量研究,但研究欠系统,有些成果未对外正式发表。故本规范仍推荐参考有权威性的国外标准。

原材料为PET的加筋材料的老化折减系数RFD见表3。PP与HDPE加筋材料制造时掺入了要求数量的抗老化、抗氧化剂,在温度为20℃、设计使用寿命为100年时,老化折减系数可采用1.1。

加筋材料的蠕变特性随原材料、加工工艺等变化较大(尤其是蠕变折减系数),在有认证的实测指标,并经业主同意的条件下,公式(3.1.3-2)中的各项系数允许按实测指标采用。

目前我国工程中应用的加筋材料多数为塑料土工格栅,此外尚有钢塑格栅、玻纤格栅等,它们的原材料和构造等均不同于塑料格栅,其性能影响因素也不同,故需强调:本条中给出的各折减系数都是针对塑料格栅而言的,不能直接套用于其他类型的格栅。

公式(3.1.3-1)、公式(3.1.3-2)系引自美国联邦公路管理局的Publication NO.FHWA NHI-06-116,Feb.2007。需要指出,在该文献中,公式(3.1.3-1)、公式(3.1.3-2)所指是加筋材料在设计寿命内和设计温度时的长期强度(Ta1)。材料的允许拉伸强度应按公式求得,其中RFJNT为考虑材料接缝和连接影响的折减系数。由于长期工程实践中,国内外专家都认为现今加筋土设计偏于保守(即材料安全系数偏大),加之蠕变强度是在无侧限条件下测得。因此,本规范直接将公式(3.1.3-1)确定的指标定为允许强度Ta,而不再予以折减。

根据掌握的最新资料,例如荷兰TenCate集团生产的TenCate Mirafi PET高韧聚酯有纺土工织物已大量用于土的加筋,不同规格产品的实测蠕变指标见表4。

表4  TenCate Mirafi PET实测蠕变折减系数(纵向延伸率10%)

表4列的RFCR比表1的值小得多,可以发挥较大的筋材拉伸强度。可见,在有论证条件时,采用实测指标更为合理。

3.1.4 蠕变折减系数、施工损伤折减系数、老化折减系数在无实测资料时,综合强度折减系数宜采用2.5~5.0;施工条件差、材料蠕变性大时,综合强度折减系数应采用大值。

公式(3.1.3-2)中的综合强度折减系数是三项不同性质影响的系数。如果将所取系数相乘,数值可能很大,意味着过低地利用了材料强度,造成浪费。事实上,各种影响因素的严重程度不同,通常也不可能同时发生,故三者乘积应有限制,如本条规定为2.5~5.0。

3.1.5 土工合成材料与土的拉拔摩擦系数应通过试验测定。无实测资料,对于不均匀系数Cu>5的透水性回填土料,用有纺土工织物作为加筋材料时,与土的摩擦系数可采用3.1.5  ;用塑料土工格栅作为加筋材料时,可采用0.8tanφ

本条规定是经验总结,为设计提供方便。

3.1.6 土工合成材料应经具有国家或省级计量部门认可的测试单位测试。材料进场时,应有出厂合格证和标志牌,并应进行抽检。

出厂材料应有标志牌,并应注明商标、产品名称、代号、等级、规格、执行标准、生产厂名、生产日期、毛重、净重等。外包装宜为黑色。

3.1.7 材料运送过程中应有封盖。存放场地应通风干燥,严禁日光照射并应远离火源。