土工合成材料实验报告 简单整理

第一篇：土工合成材料实验报告 简单整理

土工合成材料 公路工程土工合成材料试验规程(JTG E50—2006)土工合成材料 

土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材 料和复合型土工合成材料等类型。 土工合成材料具有以下六个基本功能：过滤作用、排水作 用、隔离作用、加筋作用、防渗作用、防护作用。 土工合成材料的性能测试包括测定材料自身的物理力学特 性和提供可靠的材料与土的相互作用特性。 物理力学特性可评定材料的质量和适用性；  相互作用特性可为工程设计提供指标。

土工合成材料的质量检测  在工程应用中对土工织物及相关产品的性能指标要求应包 括下列内容： (1)产品形态指标：材质、幅度、每卷的长度等； (2)物理性能指标：单位面积(或单位长度)质量、厚度、有效孔径(或开孔尺寸)等； (3)力学性能指标：抗拉强度、延伸率、撕裂强度、顶破 强度、与岩土间的摩擦系数等； (4)水力学性能指标：渗透系数等； (5)土工织物相互作用指标及机时久性、抗老化指标等。土工织物进场后应存放在通风遮光的仓库内，严禁暴露日 晒。

一、概念  1 土工合成材料geosynthetics 土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料的总称。 2 土工织物geotextile 用于岩土工程和土木工程的机织、针织或非织造的可渗 透的聚合物材料。 3 土工格栅geogrid 由有规则的网状抗拉条带形成的用于加筋的土工 合成材料。其开孔可容周围土、石或其他土工材料穿入。 4 土工网geonet 由平行肋条经以不同角度与其上相同肋条粘结为 一体的用于平面排液、排气的土工合成材料。 5 土工膜geomembrane 由聚合物或沥青制成的一种相对不透水的薄膜。 6 土工复合材料geocomposite 由两种或两种以上材料复合成的土工合成材料。土工布 玻璃纤维土工格栅 塑钢土工格栅 防渗土工膜

二、试样制备及调湿和状态调节  取样与试样制备 

1、取卷装样品 （1）所选卷装材料应无破损，卷装呈原封不动状。

2、试样准备 （1）每次试验的试样，应从样品长度和宽度上均匀裁取，但距 样品幅边至少 10cm。（2）样品经调湿后再制成规定尺寸 

3、调湿和状态调节 (1)土工织物  试样应在标准大气条件下调湿24h，标准大气条件：温度20 ℃ ±2 ℃、相对湿度65%±5%.(2)塑料土工合成材料  在温度23 ℃ ±2 ℃的环境下,进行状态调节,时间不小于4h.

三、主要试验项目

1、物理性能试 1）单位面积质量测 2）厚度测定 3）有效孔径试验（干筛法）

2、力学性能试验 1）宽条拉伸试验 2）条带拉伸试验

3、水力性能试验 1）垂直渗透性能试验（恒水头法）

4、耐久性能指标

5、土工织物与土相互作用性能指标

检测试验 单位面积质量测定(一)适用范围 本试验方法适用于土工织物、土工格栅等其它类型的土工 合成材料。试验原理：从整块样品上裁取规定数量和规定尺寸的试样，经称量、计算，求得试样的单位面积质量。(二)．仪器设备

1、剪刀。

2、尺：最小分度值为1mm。

3、天平：感量0.01g。

试验步骤 

1、取样：按规程规定取样。并进行试样调湿和状态调节： 

2、试样制备：土工织物裁取面积为10 000mm2的试样10块，剪裁和测量精度为lmm.对于土工格栅、土工网这类孔径较 大的材料，试样尺寸应能代表该种材料的全部结构。 3称量：将裁剪好的试样按编号顺序逐一在天平上称量，读 数精确到0．01g。 4试验：按下式计算每块试样的单位面积质量，按GB 8170修约，保留小数一位： G=m×10 6 /A 计算lO块试样单位面积质量的平均值G，精确到0．1g／m2。

土工织物厚度测定 

1、本方法适用于土工织物和复合织物。

2、本试验规定了土工织物在承受规定的压力下，正反两面之 间的距离，以评价土工布的质量。

3、试验原理：将试样平放在基准板上，用与基准板平行的圆 形压脚对试样施加规定的压力，两块板之间的距离为土工布厚 度测量值，以mm表示。 通常进行2kpa、20kPa及200kPa压力下的厚度测定。

4、仪器设备及用具 1)基准板：面积应大于2倍的压块面积。2)压块：圆形,表面光滑，面积为25cm2，重为5N、50N、500N的不等。其中常规厚度的压块为5N,对试件 施加2kPa ±0.01kPa的压力.3)百分表：用以测量基准板至压脚之间的垂直距离，表的最小 分度值为0.01mm。4)秒表：：最小分度值为0.1s。

5试验步骤  1）取样并进行试样调湿和状态调节  2）试样制备：裁取有代表性的试样10块，试样尺 寸应不小于基准板的面积。 3）擦净基准板和5N的压块，压块放在基准板上，调整百分表零点  4）提起5N的压块，将试样自然平放在基准板与压 块之间，轻轻放下压块，使试样受到的压力为2kPa±0．01kPa，放下百分表触头，接触后开始记时，30s时读数，精确至0．01mm，完成10块试样的测试。 5）根据需要选用不同的压块，使压力为20kPa±1：kPa；200kPa±lkPa分别测定试样厚度。 6）试验结果：计算在同一压力下所测的10块试样厚 度的算术平均值，以毫米为单位，计算到小数点后三 位，按规范修约到小数点后两位；

垂直渗透性能试验（恒水头法）

1、适用范围 本方法规定了土工织物及复合土工织物在系列恒定水头下垂直渗透性能试 验方法。

2、试验原理：土工布在垂直于布面的某一常水头作用下发生渗流，测定在 某一时间段内通过布的流量，即可测得表观流速和渗透系数。土工布的透 水性能除取决于织物本身的材料、结构、孔隙大小和分布外，还与织物平面所受的法向压力、水质、水温、水中含气量等因素有关。3定义 3．1流速指数 试样两侧50mm水头差下的流速，精确到1mm／s，注：也可取100mm、150mm，水头差下的流速，但应在报告中注明。3．2垂直渗透系数 在单位水力梯度下垂直于土工织物平面流动的水的流速(mm／s)。3．3透水率 垂直于土工织物平面流动的水，在水位差等于l时的渗透流速(1／s)。 试验步骤

1、取样：按规定取不小于5块试样

2、将试样置于含湿润剂的水中，至少浸泡12h直至饱和并赶 走气泡。

3、将饱和试样装入渗透仪的夹持器内。

4、向渗透仪注水，直到试样两侧达到50mm的水头差。调整 水流，使水头差达到70mm±5mm，在规定的时间周期内，收集通过仪器的渗透水量至少1 000mL，时间至少30s

5、分别对最大水头差0．

8、0．

6、0．4和0．2倍的水头差 收集通过仪器的渗透水量至少1 000mL，时间至少30s，从最高流速开始，到最低流速结束，并记录下相应的渗 透水量和时间。 土工织物有效孔径试验步骤 

1、试验前将标准颗粒与试样放在标准大气条件下进行调湿平衡 

2、将同5组试样平整、无褶皱的放在支掌筛网上，从较细 粒径规格的标准颗粒中称50g，均匀散在土工织物上 

3、将筛框、试样和接收盘夹紧在振动机上，开动振动机10分钟 

4、关机后，称量通过筛的颗粒质量 

5、更换一组试样，用下一组较粗粒径规格的标准颗粒重复 上述步骤，直到取得不小于三组连续分级标准颗粒材料，并有一组的过筛率达到或小于5%。宽条拉伸试验）1．目的及适用范围 1)本方法规定了用宽条试样测定土工织物及其相关产品拉伸 性能的试验的方法，用以测定土工布的拉伸特性。2）本方法适用于大多数土工合成材料，包括土工织物及复合 土工织物、土工格栅。3)本方法包括测定调湿和浸湿两种试样拉伸性能的程序，包 括单位宽度的最大负荷和最大负荷下的伸长率及特定伸长率下 的拉伸力的测定。

2、定义  1）拉伸强度：试验中试样拉伸直至断裂时每单位宽度的 最大拉力，以kN/m表示；  2）延伸率：试验中试样实际夹持长度的增加与实际夹持 长度的比值，以%表示。 试验步骤 

1、取纵向和横向各不少于5块试样并进行试样调湿和状 态调节 

2、拉伸试验机的设定：选择试验机的负荷量程，使断裂 强力在满量程负荷的30％～90％之间。设定试验机的拉伸 速度，使试样的拉伸速率为名义夹持长度的(20％±1％)／min。

3、夹持试样：将试样在夹具中对中夹持，注意纵向和横 向的试样长度应与拉伸力的方向平行。

4、试样预张：对已夹持好的试件进行预张，预张力相当 于最大负荷的1％，记录因预张试样产生的夹持长度的增 加值 

5、使用伸长计时：在试样上相距60mm处分别设定标记点(分别距试样中心30mm)，并安装伸长计，注意不能对试样有任何损伤，并确保试验中标记点无滑移。

6、测定拉伸性能：开动试验机连续加荷直至试样断裂，停机并恢复至初始标距 位置。记录最大负荷，

7、测定特定伸长率下的拉伸力：测定在任一特定伸长率下的拉伸力，精确至满 量程的0．2％。0 B P T f g

8、拉伸强度计算（1）拉伸强度 Tg —拉伸强度(kN/m)；Pf —最大负债荷(kN)； Bo—试样宽度(m)。2）延伸率 计算试样的延伸率以试样初始长度的百分数表示。伸长量可用钢尺人工 测读，或从记录曲线量取。延伸率ε按下式计算： 式中：ε——延伸率(%)； L0——名义夹持长度（mm）； L’0——预负荷伸长量（mm）；（预负荷为最大负荷的1%）ΔL ——最大负荷下的伸长量。100 0 ' 0   L L L  土工格栅条带拉伸试验  试验步骤

1、取纵向和横向各不少于5块试样并进行试样调湿和状态调节

1、拉伸试验机的设定：选择试验机的负荷量程，使断裂强力在满量程负 荷的30％～90％之间。设定试验机的拉伸速度，使试样的拉伸速率为 名义夹持长度的(20％±1％)／min。

2、夹持试样：将试样在夹具中对中夹持。

3、试样预张：对已夹持好的试件进行预张，预张力相当于最大负荷的1％，记录因预张试样产生的夹持长度的增加值

4、使用伸长计时：在分别距试样中心30mm处安装伸长计，注意不能对试 样有任何损伤，并确保试验中标记点无滑移。

5、测定拉伸性能：开动试验机连续加荷直至试样断裂，停机并恢复至初 始标距位置。记录最大负荷，6、测定特定伸长率下的拉伸力：测定在任一特定伸长率下的拉伸力，精 确至满量程的0．2％。土工膜厚度测定 

1、适用范围  1．1本方法规定了用机械测量法测定土工薄膜、薄片厚 度的试验方法。 1．2本方法适用于没有压花和波纹的土工薄膜、薄片。

2、引用标准  GB 8170数值修约规则 

3、仪器设备及材料  3．1基准板：表面应平整光滑，并有足够的面积。 3．2千分表：最小分度值O．001mm，

4、试验步骤  1）取样并进行试样调湿和状态调节  2）检查基准板、试样和千分表表头应无灰尘、油污。 3）测量前将千分表放置在基准板上校准表读值基准点，测量后 重新检查基准点是否变动。 4）测量厚度时轻轻放下表测头，待指针稳定后读值。 5）当土工膜(片)宽大于2 000mm时，每200mm测量一点；膜(片)宽在300～2 000mm时，以大致相等间距测量10点；膜(片)宽在100～300mm时，每50mm测量一点；膜(片)宽小于100mm时，至少 测量3点。对于未裁毛边的样品，应在离边缘50mm以外进行测量。 6）试验结果：试验结果以试样的平均厚度和厚度的最大值、最 小值表示，计算到小数点后4位，准确至0．001mm。土工格栅、土工网网孔尺寸测定 

1、适用范围  1．1本方法规定了土工格栅、土工网网孔尺寸的测定方 法。 1．2本方法适用于各类孔径较大的土工格栅、土工网，其他相同类型的土工合成材料。

2、定义  当量孔径：土工格栅、土工网等大孔径的土工合成材 料，其网孔尺寸是通过换算折合成与其面积相当的圆形孔 的孔径来表示的，称为当量孔径。

3、仪器设备及材料  3．1游标卡尺：量程200mm，精度O．02mm。 3．2其他：坐标纸、铅笔、求积仪。 4 试验步骤  1）取样：按本规程取样。并进行试样调湿和状态调节。 2）试样制备：每块试样应至少包括10个完整的有代表性的 网孔。 3）测试方法对较规则网孔的试样，当网孔为矩形或偶数多 边形时，测量相互平行的两边之间的距离；当网孔为三角形 或奇数多边形时，测量顶点与对边的垂直距离。同一测点平行测定两次，两次测定误差应小于5％，取均值；每个网孔 至少测3个测点，读数精确到0．Imm，取均值。 4）计算 （1）计算网孔面积。 对较规则网孔，按下列公式计算网孔面积：  三角形网孔： A=0．577 4h 2。 矩形网孔： A=h x h y， 五边形网孔： 4=0．726 5h 2。 六边形网孔： A=O．886 Oh 2。 以上式中：A——网孔面积(mm2)；  h——网孔高度(mm)。（2）对不规则网孔，用求积仪测出坐标纸上每个网孔两次 测描的面积，两次测量值误差应小于3％，取均值。 5)结果:按下式计算网孔的当量孔径，计算精确到O．1mm ： D e =2×√A/π 计算10个网孔当量孔径的平均值D e，精确到1mm。 梯形撕破强力试验  1 适用范围  1．1本方法规定了用梯形试样测定土工织物撕破强力的方法。 1．2本方法适用于测定土工织物的梯形撕破强力。 2仪器设备及材料  2．1拉伸试验机：应具有等速拉伸功能，拉伸速率可以设定，并能测 读拉伸过程中的应力、应变量，记录应力一应变曲线。 2．2夹具：钳口表面应有足够宽度，以保证能够夹持试样的全宽，并 采用适当措施避免试样滑移和损伤。 3试样制备  3．1取样：按本规程T 1101—2006的规定取样。 3．2制样：纵向和横向各取10块试样，试件尺寸见图T 1125—1。试 样上不得有影响试验结果的可见疵点。在每块试样的梯形短边正中处剪 一条垂直于短边的15mm长的切  口，并画上夹持线。 3．3试样调湿和状态调节：按本规程T 1101—2006中的第5条规定进行  4试验步骤  1）取样：按规定取样。纵向和横向各取10块试样，并进行试样调湿和 状态调节。 2）调整拉伸试验机：调整卡具的初始距离为25mm，设定满量程范围，使试样最大撕破负荷在满量程负荷的30％～90％范围内，设定拉伸速 率为lOOmm／min±5mm／min。 3）装备试样：将试样按照标准放人卡具内，使梯形试样的短边保持 垂直状态。 4）开动拉伸试验机，直至试样完全撕破断开，记录最大撕破强力值，以N为单位。 5）试验：按本规程分别计算纵、横向撕破强力的平均值和变异系数。纵、横向撕破强力以各自10次试验的算术平均值表示，以N为单位，计 算到小数点后1位， CBR顶破强力试验 

1、适用范围  1．1本方法规定了测定土工织物顶破强力、顶破位移和变形率的试 验方法。 1．2本方法适用于土工织物、土工膜及其复合产品。 2定义  2．1顶破强力  顶压杆顶压试样直至破裂过程中测得的最大顶压力。 2．2顶破位移  从顶压杆顶端开始与试样表面接触时起，直至达到顶破强力时，顶 压杆顶进的距离。 2．3变形率  环形夹具内侧至顶压杆边缘之间试样的长度变化百分率。 3试验步骤  1）取样：按规定取样并进行试样调湿和状态调节  2）试验机选取：应具有等速加荷功能，加荷速率可以设 定，并能测读加荷过程中的应力、应变量，记录应力一应 变曲线  3）试样夹持：将试样放人环形夹具内，使试样在自然状 态下拧紧夹具，以避免试样在顶压过程中滑动或破损。 4）将夹持好试样的环形夹具对中放于试验机上，设定试 验机满量程范围，使试样最大顶破强力在满量程负荷的30％～90 ％范围内，设定顶压杆的下降速度为60mm ／min±5mm／min。 5）启动试验机，直到试样完全顶破为止，观察和记录顶 破情况，记录顶破强力(N)和 顶破位移值(mm)。如土工织物在夹具中有明显滑动，则应剔 除此次试验数据，并补做试 验至5块。6）结果计算：分别计算5块试样的顶破强力(N)、顶破位移(mm)的平均值。顶破强力和顶破位移计算至小数点后1位，单选题 

1、土工合成材料的有效孔径O90表示（）A占总重90%的土颗粒通过该粒径 B占总重10%的土颗粒通过该粒径 C占总重95%的土颗粒通过该粒径 D占总重5%的土颗粒通过该粒径 

2、测定土工织物厚度时，试件数量取（）A10 B15 C20 D25 

3、测定土工织物的拉伸性能试验是（）A宽条拉伸 B窄条拉伸 C条带拉伸 D接头、接缝宽条拉伸 

4、土工合成材料有效孔径试验（）A水筛分 B干筛法 C渗透试验 D沉降分析试验 

6、下列属于土工合成材料的力学性能试验()A厚度测定 B有效孔径 C单位面积质量 D直剪摩擦特性 

7、测定土工织物厚度时，哪个压力不是规定压力（）A 2KPa B 20KPa C 200KPa D 100KPa B a A B D D 

8、测定土工合成材料常规厚度时，采用多大压力（）A 20KPa B 2KPa C 200KPa D 100KPa 

9、测定土工织物厚度时，加压力后多久读数（）A5s B10s C20s D30s 

10、下列哪个指标表征土工织物孔径特征（）A孔径 B有效孔径 C渗透系数 D通过率

11、当土工合成材料单纯用于加筋目的时，宜采用（）A土工织物 B土工膜 C土工格栅 D土工网

12、土工网的拉伸强度是以（）A单位横截面面积的力表示 B单位长度的力表示 C单位宽度的力表示 D单位厚度的力表示 B D B c c 13土工合成材料拉伸试验，用伸长测量名义夹持长度是指（）A试样在受力方向上，标记的两个参考点间初始距离 B夹具的夹持部分长度 C两夹持部分长度 D两夹持初始间距 14土工合成材料拉伸试验，用实际夹持长度是指（）A两夹具夹持部分长度加上预负荷伸长 B名义夹持长度加上预负荷伸长 C夹具夹持部分长度加上预负荷伸长 D两夹具夹持初始间距加上预负荷伸长

15、下列属于土工合成材料最基本的力学性能指标是()A刺破强度 B撕裂强度 C抗拉强度 D顶破强度 a B c 判断题 

1、土工合成材料单位面积质量指单位面积的试样，在标准 大气条件下的质量测定（）

2、土工合成材料单位面积质量的单位是g/m3（）

3、土工合成材料的拉伸强度是试件被拉伸直到断裂时每单 位长度的最大拉力（）

4、土工合成材料的伸长率是对应于最大拉力是的应变量（）5《公路土工合成材料试验规程》中规定宽条拉伸试验，试 样宽度为50mm（）

6、土工合成材料的直剪摩擦试验用的土为标准砂土()

7、土工合成材料的垂直渗透性能试验采用恒水头法（）

8、O95表示95%的标准颗粒材料留在土工织物上（）正确 错误（g/m2）错误（宽度）正确 错误（200）正确 正确 正确

9、土工合成材料宽条拉伸试验属于土工合成材料的耐久性 能试验（）

10、土工织物厚度是在无压力条件下，正反两面之间距离（）11.土工织物渗透性试验的水温必须恒定在20℃。（）12.土工织物试验前，应在温度为20±2℃，相对湿度90％ 以上和标准大气压的环境中调湿24h。（）13.土工织物厚度测试时的压力值一般为5kPa。（）

14、土工合成材料送检样品应不少于1延长米（或2m2）。（）

15、土工织物用作反滤材料时,要求土工织物能阻止土颗粒 随水流失,土工织物具有一定的透水性 错误 力学 错误 规定压力 错误 错误 错误 正确 正确 多选题

1、土工合成材料一般由下列几类组成（）A土工织物 B土工膜 C土工复合材料 D土工特种材料

2、测定土工织物厚度时，压力等级为（）A2KPa B20KPa C100KPa D200KPa

3、下列材料不适宜用恒水头法测定垂直渗透性能的是（）A土工膜 B 土工格栅 C复合排水材料 D土工织物

4、下列属于土工合成材料物理性能试验的是（）A厚度试验 B拉伸试验 C垂直渗透 D单位面积质量

5、土工合成材料在进行力学性能指标测定时，试验为单向受力 的是（）A刺破强度 B撕裂强度 C抗拉强度 D顶破强度 ABCD ABD ABC AD bc

6、土工合成材料的拉伸试验主要有哪几种方法（）A宽条试验 B单筋、单条拉伸 C窄条试验 D都不对

7、土工合成材料不适合用条带拉伸法测拉伸性能的是（）A土工格栅 B土工织物 C复合土工织物 D土工加筋带

8、土工合成材料适合用宽条拉伸法测拉伸性能（）A土工格栅 B土工织物 C复合土工织物 D土工加筋带

9、测定土工织物有效孔径的方法有（）A干筛法 B湿筛法 C沉降分析法 D滚搓法

10、土工合成材料的主要力学特性有（）A蠕变特性 B耐久性 C拉伸特性 D撕裂强度

11、土工合成材料在公路桥梁工程的主要应用有（）A护坡 B调节刚度 C临时道路 D柔性路面结构层 AB BC ABC AB Acd ABcd

12、公路桥梁工程对土工合成材料的主要要求有（）A过滤、排水 B隔离 C加筋 D防渗

13、用于路堤加筋的土工合成材料，宜采用（）A土工织物 B土工膜 C土工格栅 D土工网

14、土工合成材料在交通工程中的应用有（）A改善道路 B无沟槽管道维修 C水土保持 D桥梁加固

15、关于土工织物的孔径，说的正确的是（）A是水力学特性的指标 B反应它的过滤性能 C评价土工织物阻止颗粒通过能力 D反应土工织物透水性

16、土工合成材料的垂直渗透性能试验，说法正确的是（）A主要用于反滤设计B用 于确定土工织物的渗透性能 C只适用于土工织物及复合土工织物的渗透性能的渗透性能测定 D以上都不对 ABcd Acd Abc ABcd ABc

17、土工合成材料在进行力学性能指标测定时，试验为双向受 力的是（）A刺破强度 B撕裂强度 C胀破强度 D顶破强度 Acd 简述题

1、土工织物厚度测定方法

2、土工织物有效孔径测定方法

3、土工织物宽条拉伸试验

4、土工织物厚度垂直渗透试验（恒水头法）

5、土工织物单位面积质量测定

第二篇：土工合成材料行业研究报告（范文）

土工合成材料行业研究报告

目 录

行业发展概述第一节 行业概述1

一、土工合成材料1

二、土工格栅2

三、土工膜3

第二节 管理体制和政策5

一、行业主管部门5

二、行业体制管理回顾与展望5

三、相关的政策法规7

第三节 产品生命周期分析10

第四节 行业竞争格局和市场化程度11

第五节 行业利润水平的变动及其趋势12

第二章 土工合成材料产品市场分析15

第一节 2003-2009年土工合成材料市场规模及行业特征分析15

一、土工合成材料产品整体市场规模15

二、按需求行业分市场需求18

三、按省份分市场需求19

四、土工合成材料行业特点21

第二节 2003-2009年土工格栅市场规模及行业特征分析24

一、土工格栅产品整体市场规模24

二、按需求行业分市场需求27

三、按省份分市场需求29

四、土工格栅行业特点31

第三节 2003-2009年土工膜市场规模及行业特征分析32

一、土工膜产品整体市场规模32

二、按需求行业分市场需求33

三、按省份分市场需求35

四、土工膜行业特点37

第四节 市场供求状况及供求的影响因素分析38

第三章 相关产业及产业链分析39

第一节 上游产业链介绍39

第二节 下游产业链介绍41

第四章 行业技术水平和行业特征57

第一节 行业产品产品技术需求57

第二节 行业技术发展现状及其发展水平59

第三节 行业产品的应用现状62

第四节 行业产品的发展方向65

第五节 行业的经营模式66

第五章 土工膜行业主要竞争状况69

第一节 行业主要竞争企业情况69

一、北京东方雨虹防水技术股份有限公司69

二、山东宏祥化纤集团有限公司71

三、北京华盾雪花塑料集团有限责任公司72

四、山东天鹤塑胶股份有限公司74

五、上海普拉斯克塑料有限公司74

第二节 土工膜主要企业2007-2009年销售量、销售额及市场份额76

第三节 行业未来竞争格局的发展趋势78

第四节 进入市场的主要障碍及潜在竞争对手分析79

第六章 土工格栅行业主要竞争状况8第一节 行业主要竞争企业情况82

一、南昌天高新材料股份有限公司82

二、青岛旭域土工材料股份有限公司85

三、坦萨土工合成材料（中国）有限公司87

四、泰安现代塑料有限公司89

五、山东肥城联谊工程塑料有限公司91

六、湖北凯乐新材料科技股份有限公司93

第二节 土工格栅行业主要企业产品参数对比95

第三节 土工格栅主要企业2007-2009年销售额及市场份额97

第四节 行业未来竞争格局的发展趋势98

第七章 产品市场进出口分析10第一节 进口分析102

第二节 出口分析107

第八章 行业发展及市场未来形势预测112

第一节 影响行业发展主要因素分析112

第二节 土工合成材料及细分产品市场价格趋势117

第三节 2010-2015年土工合成材料产销及需求预测117

第四节 2010-2015年土工格栅产销及需求预测120

第五节 2010-2015年土工膜产销及需求预测123第一章 行业发展概述

第一节 行业概述

其中主要阐述土工格栅（塑料土工格栅）及土工膜（防水卷材）部分。

一、土工合成材料

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，它是以合成纤维、塑料以及合成橡胶为原材料制成的各种产品，置于土体内部、表面和各层土体之间，发挥加强和保护土体的作用。具有反滤、排水、隔离、防渗、防护、加筋等多种功能。土工合成材料的品种很多，我国GB50290-98《土工合成材料应用技术规范》将其分为四大类：土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。其中，土工格栅属于土工特种材料。目前，土工合成材料的应用范围已遍及水利、水电、水运、公路、铁路、海港、建筑、采矿及军工等工程的各个领域。

在我国，土工合成材料在岩土工程等领域的应用历史较短。最早应用的是土工膜，大约在20世纪60年代初期，用于渠道防渗；70年代中期，在长江护岸和长江堤防中首次用织造型土工织物；80年代初期，非织造型土工织物开始应用于工程中，如铁路部门利用无纺织物防止基床翻浆冒泥；90年代后期，土工格栅等特种材料在土建工程中应用，发展很快。纵观土工合成材料30多年的发展史，可将其应用历程大致分为三个阶段：80年代中期以前的初创阶段；80年代中期至90年代中期的发展阶段和90年代后期开始的逐渐成熟阶段。

近几年，我国在土工合成材料产品应用方面增长速度也很快，在岩土工程、环境土工、水利和交通工程中均不同程度地应用了土工合成材料，并取得了良好的效果。截止2009年，我国土工合成材料生产企业超过600家，土工合成材料总产量超过15亿平方米。其中，塑料类土工材料使用量达到8.67亿平方米。

尽管市场前景看好，但是我国土工合成材料产业的发展还存在一些问题：一是初步形成了规模化的产业体系，但是在品牌、质量、专利技术等方面与发达国家相比还存在一定的差距；二是常规产品的质量存在性能不稳定现象，还需继续改造生产线；三是一些高端产品仍需要大量进口满足国内需求；四是国产化设备的整体技术水平不高，并没有形成规模优势；土工合成材料质量标准不统一、不完善也是一个重要因素。

二、土工格栅

土工格栅是土工合成材料大家族中的一员，其在土工合成材料中占的比重较大。目前土工格栅在发达国家已经广泛应用于路面建造、土木技术工程、大型结构设施、建筑设施、水文地质及环保工程等等。采用土工格栅可以根据不同要求，分别发挥增强、隔离、滤层、防护及排水作用或同时发挥两个以上作用。土工格栅种类很多，主要有塑料拉伸格栅、钢塑格栅、玻纤格栅、涤纶经编格栅四大类。

塑料土工格栅是一种新型土木工程用材料，由英国坦萨公司（前身为耐特龙公司）开发成功并应用于土木工程。它问世不久，很快就被推广到欧洲及美国、加拿大、日本等国家。国外土工格栅设备制造厂家主要有英国坦萨公司和意大利泰力斯公司，这两家公司的生产技术和应用技术较先进，在制品开发和生产的同时还注重有关材料、工艺的基础研究。格栅制品规格较齐全，如耐特龙公司的坦萨土工格栅有SR、RE、ER、SS和AR等系列的不同规格的产品，以满足不同场合的需要。国内现有塑料格栅制品生产厂家有20多家，但专业塑料土工格栅生产厂家不到10家，所生产的格栅大部分用于公路与铁路铺设及相关挡土墙、边坡防护、桥台等工程。1999年我国发布了塑料土工格栅国家标准。2009年我国塑料土工格栅的消费量达到了1.4亿平方米。

土工格栅最早于20世纪70年代末80年代初期在英国研制出来，国内应用时间较短。同时由于我国早期的土工格栅产品质量和国外产品存在一定差距，存在耐高温性较弱，在施工过程中容易软化，造成变形，使路面不平等问题，这导致国内市场中土工格栅产品大部分以国外品牌产品为主，国内土工格栅市场对进口产品依存度较高。

不过随着随着国内土工加筋技术的发展和土工合成材料加筋理论的不断完善，国产土工格栅产品性能不断提高，目前在一些中低端土工格栅产品方面，国内品牌产品质量已经完全可以和国外品牌相媲美，目前在中低端土工格栅产品方面，国内土工格栅市场对进口产品依存度很低。

目前我国的土工格栅产品基本采用PP、HDPE、涤纶、玻纤等原材料。在塑料土工格栅产品中，国内产品以PP为主要材质，该产品在国内市场占有率较高，产品生产技术较为成熟，产品市场增长率和利润率趋于稳定，技术较为成熟，市场进入成熟期。与国外厂商的塑料土工格栅产品相比，HDPE材质的土工格栅产品相对较少；与塑料土工格栅产品相比，玻璃纤维、钢塑类等土工格栅系列产品在国内市场上应用数量也相对较少。这些产品的发展速度较快，利润率根据企业生产规模和产品材料采购成本不同而有所区别，但总体上利润率仍保持增长，市场处于快速成长期。

在高端土工格栅产品方面，由于国内企业在研发实力以及生产实力等方面和国外大型企业还存在一定差距，导致国内高端产品质量等方面和国外同类产品不占优势，这部分进口较大。近年来，由于坦萨和泰力斯等在中国建厂，就近生产；同时国内凯乐科技、南昌天高和青岛旭域等企业崛起，高端产品生产能力有了长足发展，大大减少了我国高端土工格栅的进口需求。

总体看来，由于土工格栅主要用于基础工程建设，对产品的技术标准要求高，由于我国的土工材料与国外产品有一定差距，国内企业的土工格栅质量与国外企业有一定差距，但国内土工格栅市场中，由于劳动力成本、销售成本等的原因，国外品牌较少进入中国市场，市场中主体是国内品牌土工格栅生产企业。

三、土工膜

土工合成材料在国际上已称为“第四大建筑材料”（继木材、水泥、钢材三大主要建材之后）。防渗土工膜属于土工合成材料的一种，早在60年代的西欧的荷兰，法国就开始把土工膜用于土木工程中如道路建设，并在当时西方经济发展和基础建设中被迅速推广应用，以后迅速发展到铁路，河岸和海岸的防护工程等，同时也推动了市场的急速发展。

目前，我国防渗土工膜在工艺及技术装备、产品结构、相关工艺知识、应用与设计、科研和法规化、地区应用分布都已很广泛，测试方法已标准化，成立了规范委员会，并且制定了防渗土工膜技术理论及标准，有力配合了现在的大规模的基础设施建设。近年来，我国的所有各个地区包括铁路、高速公路、水利、水电、水库、堤坝、垃圾填埋场、环保、建筑、矿业、港口等土木工程领域所有的大中型工程项目，都已大规模采用了防渗土工膜进行防水抗渗处理，使用量很大。

现在复合防渗土工膜的使用已走完了从无到有，从怀疑到相信，从逐渐试用到大工程广泛应用这段30多年漫长路程。从我国1986年以前累计用量100万平方米左右，产品结构以普通防渗土工膜为主，到1990年以后，复合防渗土工膜（将土工布土工膜结合到一起以解决强度问题）的出现，土工工程开始大量广泛的使用。目前我国防渗土工膜生厂家（包括普通防渗土工膜生产厂家及复合防渗土工膜）约100家，但生产单一塑料土工膜的生产企业不到10家。2009年国内土工膜消费大约2.46亿平方米。

第二节 管理体制和政策

一、行业主管部门

从行业管理看，土工合成材料行业一直较弱。它没有统一的主管部门，也没有具有管理职能的行业协会。行业的产能规划、项目立项等由发展改革委员会管理。而由于原料及生产工艺的不同，产品生产涉及石油和化学工业协会、中国塑料加工工业协会、纺织工业协会等。同时由于产品应用领域的不同，其涉及到的工程应用有建设部、水利部、交通部、铁道部、环境保护部等。1994年成立的中国土工合成材料工程协会（前身为土工合成材料技术协作网，属于学术性团体）是全国性、多学科、跨行业、跨部门的社会团体，作为非官方组织，通过信息交流、组织或协助制定相关各技术标准和规范，但是其不属于2001年前国家经济贸易委员会批准的协会名单，没有国家授权的行业管理职责。

二、行业体制管理回顾与展望

我国土工材料行业的行政管理职能最初是由国家经济贸易委员会执行，该部门为确保土工合成材料质量达到国家标准，同时充分利用现有企业的生产能力，防止重复建设，于1999年发布了《土工合成材料重点企业管理办法》。同时会同当时的国家纺织工业局、轻工业局、建材工业局、石化工业局等，先后分两批优选公布了39家产品生产企业和13家原料生产企业，作为土工合成材料重点生产企业。由于国家经济贸易委员会2003年撤销，相关的部分管理职能并入国家发改委。

而随着土工材料在我国的应用越来越广泛，为规范工程建设操作，提高各领域建设工程的质量，建设部、水利部、交通部、铁道部等都出台了相关建设项目管理办法，如交通部于1996年出台了《公路建设市场管理办法》，并于2004年重新修订了该《管理办法》。

同时各部门也于20世纪90年代末发布了多份各应用领域土工材料的产品标准及土工材料的工程应用技术标准法规。1998年，我国出台了第一部关于土工合成材料应用的技术规范《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）。伴随国家标准的出台，交通部、铁道部、水利部也相继出台了有关土工合成材料应用的技术法规。由国家轻工业局提出和全国塑料制品标准化技术委员会归口，重庆庆兰塑料制品有限公司和山东省泰安塑料一厂负责起草编制了我国第一部《土工合成材料 塑料土工格栅》（GB/T17689-1999）国家标准。对我国土工合成材料产业的发展开始从技术上予以规范。这些技术规范、规程虽然内容不是特别细致，技术要求也比较低，但对土工合成材料的产业发展和推广使用起了积极的引导作用。不过由于缺少统一的规范，企业产品只能适应某一领域，很难在各行业推广，制约了土工合成材料行业的发展。在技术规范方面，国内要求统一各产品的技术规范的意愿越来越大，今后几年将能够在土工合成材料生产单位和工程应用单位相结合来制定统一的土工合成材料试验方法国家标准，以满足国内土工合成材料近几年快速发展的需要。

对于工程产品的管理，铁道部及交通部分别于2002年、2006年成立了中铁铁路产品认证中心及交通产品认证中心，开展两部门工业产品强制性、自愿性产品质量认证工作。目前铁道部的产品认证中心运作较为成熟，截止2009年，有256家企业通过了产品认证。

三、相关的政策法规

1、行政管理

交通部2004年对1996的《公路建设市场管理办法》进行了重新修订，其根据《中华人民共和国公路法》、《中华人民共和国招标投标法》、《建设工程质量管理条例》，制定本办法。该《办法》市场准入管理准则，指出凡符合法律、法规规定的市场准入条件的从业单位和从业人员均可进入公路建设市场，任何单位和个人不得对公路建设市场实行地方保护，不得对符合市场准入条件的从业单位和从业人员实行歧视待遇。同时公路建设项目依法实行项目法人负责制，收费公路建设项目法人和项目建设管理单位进入公路建设市场实行备案制度。

2007年交通部发布《经营性公路建设项目投资人招标投标管理规定》，《规定》对符合国家和省、自治区、直辖市公路发展规划；符合《收费公路管理条例》第十八条规定的技术等级和规模；已经编制项目可行性研究报告的经营性公路建设项目，规范了建设项目的招投标活动。2008年根据《中华人民共和国航道管理条例》，出台了《水利工程建设监理单位资质管理办法》，加强航道工程建设管理。

2002年铁道部出台《铁路建设工程招标投标实施办法》。《办法》规定，铁路建设项目达到以下规模和标准之一的必须进行招标：①工程总投资200万元（含）以上或施工单项合同估算价在100万元人民币以上的；②监理单项合同估算价在10万元人民币以上的；③重要设备、主要材料采购单项合同估算价在50万元人民币以上的。同时对投标组织进行了规定。

2003年铁道部出台《铁路建设管理办法》，《办法》指出铁路建设应坚持科技创新，积极采用现代管理方法，推广使用先进技术、先进设备、先进工艺、新型建筑材料，不断提高建设水平；应高度重视环境保护、水土保持和防灾减灾工作，节约能源和土地；铁路建设实行招标投标制、工程监理制、合同管理制、质量监督制。

铁道部于2005年出台了《铁路建设工程勘察设计管理办法》，《办法》自2006年3月1日起实行。《办法》对铁路工程项目的勘察设计程序、勘察设计发包与承包、工程勘察、设计文件编制等工程设计活动进行了规范，指出铁路大中型建设项目在决策阶段一般通过方案竞选方式选择下一阶段勘察设计单位。其他必须招标的建设项目，由业主或建设管理单位通过方案竞选或招标选定项目勘察设计单位。

2005年铁道部公布《铁路建设工程质量管理规定》，《规定》自2006年3月1日起实行。《规定》指出从事铁路建设工程勘察设计、咨询、施工、监理的单位及主要从业人员，应当取得相应等级的资质证书和个人执业资格，并在批准的资质和执业范围内从业。铁路建设单位应依法对工程建设项目的勘察设计、施工、监理进行招标，并应在所签订的合同中依法明确质量目标、责任。铁路建设单位应合理划分铁路建设工程标段，不得将铁路建设工程肢解发包，不得迫使投标人以低于成本的价格竞标，不得迫使中标人分包工程。

水利部也针对水利建设及水土保持建设出台了《国家农业综合开发水土保持项目管理实施细则》、《水土保持工程建设管理办法》、《工程建设项目勘察设计招标投标办法》、《水利工程建设项目验收管理规定》、《水利工程建设监理单位资质管理办法》等系列法律法规，规范和加强水利建设项目管理。

2、技术管理

国家制订和颁布了许多土工合成材料产品的国家（推荐）标准和各行业工程应用技术规范。大大促进了我国土工合成材料行业的快速发展。规范主要有交通部、水利部2005年联合出版的《中华人民共和国行业标准水运工程土工合成材料应用技术规范》及国家标准《土工合成材料应用技术规范》；铁道部的《铁路路基土工合成材料应用设计规范》（TB10118-2006）；水利部发布的《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）、《土工合成材料测试规程》（SL/T235-1999）；交通部发布的《公路土工合成材料应用技术规范》（JTJ/T019-98）和《水运工程土工织物应用技术规程》（JTJ/T239-98）。

现行土工材料标准

资料来源：中国标准网

第三节 产品生命周期分析

我国土工合成材料行业自诞生日起就是一个多学科、跨部门的行业。土工合成材料行业在2000年左右得到了大力的发展，市场规模迅速增长，2009年土工合成材料市场规模达到15.13亿平方米，同比增长22.9%。我国土工合成材料由于应用时间还不长，受市场需求的驱动，近几年企业数量不断增加，同时产品研究开发层出不穷。调查显示，2008年土工材料类产品研究论文达到7381篇（工业技术），比2007年的7167篇增加214篇，市场应用越来越广泛，土工合成材料进入快速发展期。因此，土工合成材料整体上正处于成长期。

土工格栅在我国已经发展了近30年，发展之初，大量的企业上马了钢塑及经编类格栅产品，塑料土工格栅则是由英国坦萨在华的推广而逐渐在各土木工程项目中使用，尤其是公路、铁路建设。市场对产品的认识不断加深，各类应用研究越来越广泛，2000年以前，我国针对土工格栅的技术论文仅22篇，2000年到2004年迅速增加到595篇，而2005～2009年则达到945篇。土工格栅的市场正处于快速成长期。

我国土工膜的应用开始于上世纪60年代末，1966年首先将土工膜（如沥青-聚合物膜）用于混凝土坝防渗，进入80年代得到飞速发展。现已应用到水利、水电、交通、环保、建筑等各个领域，2009年我国应用的土工膜已经达到6.56亿平方米，2005～2009年平均增长率达到11.6%。塑料土工膜由于部分指标难以达到应用标准，市场主体是复合土工膜，随着新型塑料母料的开发，单一的HDPE、LDPE土工膜也逐渐走入市场，同时土工膜防渗技术在我国各种土木工程中的应用已经渐趋成熟，市场进入快速成长期。

第四节 行业竞争格局和市场化程度

近年来，我国土工材料市场发展迅速，生产企业也随之迅速增长，2002年国内土工材料生产企业不到400家，截止2009年目前国内土工材料生产企业已经达到600多家，但市场的企业主体还以土工布产品为主，土工布生产企业有200多家；呈现出国有和国有控股、民营、外商独资合资多元投资的竞争态势，而且民营土工材料企业已逐渐居于市场主导地位。

土工格栅行业2002年规模以上企业只有24家，其中钢塑格栅生产企业6家，玻纤格栅企业2家，经编塑料格栅企业3家，拉伸塑料格栅6家，以山东为主要聚集区。2009年拉伸塑料格栅生产增加到10多家，成规模的企业不到10家。从竞争格局看，塑料土工格栅的大企业市场地位举足轻重。由于整个格栅行业生产企业不多，且下游以政府工程项目为主，市场竞争不是太激烈。

2002年土工膜规模以上生产企业40多家，其中复合土工膜生产企业达到26家，占到65%；单一的塑料土工膜企业仅8家，能够生产HDPE土工膜的企业仅山东泰峰塑料土工材料有限公司一家。2009年土工膜生产企业超过100家，生产HDPE土工膜的企业约10多家，但生产高性能防渗土工膜的大型企业很少。从市场竞争看，前三家塑料土工膜生产企业的市场份额约占到13%。对于土工膜行业，由于竞争企业较多，低端产品竞争较激烈，尤其复合土工膜市场。而高性能防渗土工膜市场生产企业较少，且市场的认知度逐渐提高，市场前景较好。

第五节 行业利润水平的变动及其趋势

土工合成材料行业利润水平整体呈下降趋势，主要是土工合成材料产品受原材料的影响较大，2006年以来，原材料一直处于高位运行，挤占了土工合成材料产品的利润空间。

2003-2009年土工合成材料销售利润率

单位：%

数据来源：中国市场调查研究中心

2007-2009年HDPE价格变化

单位：吨/元

数据来源：中国市场调查研究中心

尽管土工合成材料的价格近年来呈略微上升的趋势，从2005年以来除2007年外价格的环比发展都超过100%，但其增长速度低于原材料增长速度，导致行业利润水平有一定下降。

2004-2009年土工合成材料产品平均环比价格变化

数据来源：中国市场调查研究中心

2009年以来，原材料的价格变化趋于稳定，价格低于2006、2007年的高位，在土工合成材料产品价格变化变化不大的情况下，行业的利润水平将相对2009年有一定上升。

此外，市场供需状况也对行业利润率产生了一定的影响。随着经济快速发展，我国基础建设对土工合成材料的需求增长迅速，土工合成材料行业市场前景，对土工合成材料行业的盈利水平主要起到促进作用。然而由于土工合成材料行业进入门槛不高，大量投资涌入，近年来，行业新增产能较多，总体产能远远大于市场需求，产能过剩、市场竞争的无序化、行业自律性差等问题使得行业竞争处于白热化阶段，较大程度上压缩了行业整体了利润。尽管一部分企业积极开拓海外市场，从而消化了一部分产能过剩的状况，为土工合成材料行业增加利润空间提供了一定得积极作用，但整体看，行业目前正处于竞争激烈的行业整合阶段，即使原材料价格大幅度下降，行业利润率上升空间仍然不会很大。

第二章 土工合成材料产品市场分析

第一节 2003-2009年土工合成材料市场规模及行业特征分析

一、土工合成材料产品整体市场规模

通过引进技术和自主研发共同促进，我国土工合成材料行业生产水平得到了长足进步，应用领域不断扩大，产品品种增多，配套材料施工机械种类齐全，已形成门类较齐全的工业体系，成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业。21世纪以来，新型土工合成材料在国内工程应用中发挥了不可估量的作用，例如抗震救灾、圆明园改造、奥运水上公园建设均使用了土工合成材料。随着国家的基础建设投资加快，除了大城市、重点项目对土工合成材料的用量继续增加外，包括中小城市支线机场改造等偏郊地区项目建设需求土工合成材料的势头也不可阻挡。我国土工合成材料行业取得了令人瞩目的成就，实现了历史性的跨越，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高，显示了我国土工合成材料行业强劲的发展势头。2008年我国土工合成材料市场规模达120.39亿元；其中塑料类土工合成材料市场规模66.38亿元，在整个土工合成材料使用量中所占比例超过55%。2009年，我国土工合成材料市场规模超过15亿㎡，合150.72亿元；其中塑料类土工合成材料市场规模达8.67亿㎡，合85.88亿元，在整个土工合成材料使用量中所占比例超过57%。

2003-2009年土工合成材料市场规模

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

2003-2009年土工合成材料市场规模

单位：亿平方米

数据来源：中国市场调查研究中心

目前国内土工合成材料主要包括土工膜、土工格栅、土工布和土工带等。土工膜是我国使用最多的土工合成材料，2009年使用量占总量的47.7%，土工格栅的使用量相对较小，占17.3%，但增长速度较快。

2009年我国土工合成材料产品构成比例（金额）

数据来源：中国市场调查研究中心

目前，土工合成材料的原材料主要包括合成纤维、塑料和玻璃纤维三类。此外，还有钢材、合成橡胶和沥青等。根据近年来我国土工合成材料的生产情况看，我国土工合成材料以塑料类为主，从重量上看，塑料类占了1/2强，化纤类不到1/4。

2009年我国土工合成材料产品材料构成比例（重量）

数据来源：中国市场调查研究中心

二、按需求行业分市场需求

从20世纪60年代中期开始，我国水利工程首先开始使用土工合成材料。此后20年时间里，水利工程成为土工合成材料的主要需求领域。20世纪80年代以后，土工合成材料的应用范围很快扩展到储灰坝、尾矿坝、港口码头、海岸护坡及储油罐等地基处理领域。此后，随着我国经济水平的提高，城市建设和基础建设需求增大，对材料的需求数量和质量也大大提高，土工合成材料的应用领域得到更大扩展，土工合成材料的应用领域扩大到高速公路、铁路、飞机场、电厂、井灌、民用建筑等几乎所有土建工程行业。随着铁路、公路等工程对土工合成材料需求的快速增长，水利工程对土工合成材料的需求在土工合成材料的整体需求中所占比例呈下降趋势。根据土工合成材料应用状况来看，公路为目前国内土工合成材料主要应用领域，2009年我国公路方面土工合成材料应用金额达56.62亿元，占整个土工合成材料总应用金额的37.6%；其次为铁路和水利方面，2009年我国铁路、水利方面土工合成材料应用金额分别达33.79亿元和30.30亿元，分别占比22.4%和20.1%。

2009年我国土工合成材料分行业市场需求比例（金额）

数据来源：中国市场调查研究中心

我国塑料类土工合成材料在各行业的应用情况与土工合成材料类似，但略有差异。具体来看，塑料类土工合成材料产品主要应用行业也为公路、铁路、水利、港口等行业。但公路和水利领域的应用比例略高于土工合成材料的整体水平，而港口方面则偏低。2009年，国内用在公路建设方面的塑料土工合成材料价值达34.64亿元，占40.3%；用于港口建设的塑料土工合成材料价值5.58亿元，占比6.5%。

按需求行业分2003-2009年国内塑料土工合成材料行业市场需求变化

三、按省份分市场需求

土工合成材料技术自20世纪60年代引入我国后，在水利、土建、交通和港口等领域得到了普遍的应用。水利、土建、交通及港口工程建设与地区经济发展阶段关系极为密切。历年来，华北、东北和东南地区的省市，特别是江、浙、沪等沿海沿江发达省市，每年工程建设投资庞大，对土工合成材料的市场需求也位居前列。近年来，国家正在积极推动西部建设，西部开发重点是水利、铁路、公路、机场、城市建设、生态环境等方面，这一切均离不开土工合成材料。同时，我国西北地区土壤沙漠化日趋严重，目前利用土工合成材料在固沙和沙漠绿化方面已做了大量工作。土工合成材料在西部大开发中的重要作用是显而易见的，随着西部大开发的推进，西部地区对土工合成材料的需求正呈现快速增长的态势。

按省份分2003-2009年国内塑料土工合成材料行业市场需求变化

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

四、土工合成材料行业特点

目前，我国土工合成材料产品主要分为土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料四种类型。其中，土工织物中非织造土工布是国家“十一五”规划的重点发展方向之一；土工特种材料和土工复合材料近几年的发展速度较快，在特种材料中，市场中应用较多的产品为土工格栅、土工网、超轻型土工合成材料等；水利、环保工程的增多进一步推动了土工膜市场的发展。

国内土工合成材料行业有以下行业特点：

1、从整体市场规模来看，近年来国内土工合成材料行业市场规模还是处于增长态势。2008年以来，由于全球金融危机影响，国内土工合成材料企业出口受到了一定影响，行业市场规模出现了一定下滑，2009年在拉动内需政策的强力推动下，土工合成材料市场需求旺盛。从国家发展规划和有关行业的趋势看，未来国内土工合成材料行业市场需求前景依然令人看好。在“十一五”计划期间，我国规划在水利、电力、交通、环境保护、江河治理等各项工程上的投资巨大，包括水利建设、南水北调工程、电力投资、公路和铁路建设、环境工程建设，还有港口、机场、垃圾处理、江河湖海治理、治沙等等工程，投资计达上万亿元。中国在今后10年或更长时间，将会有更多的基础设施工程要建设，对土工合成材料的需求也将会越来越多，中国将成为世界土工合成材料的最大营销市场。

2、从塑料类土工合成材料需求行业来看，近几年国内公路方面、铁路方面、水利方面以及港口等基础设施建设对塑料类土工合成材料需求增大。在产品工程应用方面，己经广泛应用于土木工程(建筑工程、桥梁与隧道工程、道路与公路工程、岩土工程等)之中，其在我国的应用范同及规模堪称世界第一。如三峡工程、长江口深水航道治理工程、西藏铁路工程、洋山深水港区工程、奥林匹克水上公园工程、南水北调工程、世博会场馆工程、青草沙水库工程等。

（1）水利水电工程建设方面应用情况

水电工程建设是塑料类土工合成材料应用最为广泛，用量最大，应用品种最多的一个方面。主要应用目的是解决软弱地基基础加固、反滤、加筋、防渗等关键问题。如：长江三峡工程围堰防渗、护坡、水口电站工程凡上下游施工围堰、上海陈行水库围堤采用长管袋充砂、筑堤及堤坡反滤、秦山核电站围堤工程、京杭大运河边坡反滤、重庆市长江护岸工程、长江口深水航工程护底软体排以及黄河治理、淮河治理、太湖治理等一些较大的水利水电工程。

电力能源系统新建电厂粉为库90%以上采用塑料类土工合成材料修建灰库堤，40%的老灰库维修和扩建也均采用土工合成材料。如上海外高桥电厂灰库、上海石洞口电厂灰库、嘉兴电厂灰库，谏壁电厂真观山贮灰场等。

另外农田水利工程和中、小型水利工程已普遍应用塑料类土工合成材料。

（2）铁路建设方面应用情况

土工合成材料主要用于铁路路基加固处理、路基隔离、排水、防治翻浆冒泥、防治严寒地区、冻融等方面，并可在不停止列车运行的情况下进行处理，因此不论是老干线维修，还是新干线建造，都较大规模的应用塑料类土工合成材料，并取得良好的效果，如：京九铁路路基处理，大连至秦皇岛铁路路基加筋、上海至杭州外环线路基加固以及京石路翻浆冒泥整治等。

（3）公路建设方面应用情况

公路建设主要是应用解决路基沉陷、软基加固、防治翻浆冒泥、防治路基冻融、防治路面反射裂缝以及路堤护坡、植被等，其效果也很显著。

目前普通公路、新建一级公路、调整公路以及军用公路等，在建设中均不同程度地应用塑料类土工合成材料，如：沪宁高速公路、锦州至大连一级公路，上海沪嘉公路，云南军用公路等，都不同程度地选用塑料类土工合成材料。

除上述几个重要建设方面外，机场建设、市政建设、环保工程、港湾与海岸工程、军事工程等各个方面都不同程度的应用塑料类土工合成材料。

2008年以来，京沪高速铁路、京石铁路客运专线、石武客运专线、津秦铁路客运专线等项目密集开工。再加上垃圾填埋、污水处理等工程逐渐增多，未来国内市场对土工合成材料需求将逐渐增加。

3、从塑料类土工合成材料应用地域来说，近两年我国塑料类土工合成材料产品应用区域相对集中在华东、华南一带，与当地水利设施工程较多有一定关系。

而在西北地区，我国西北地区土壤沙漠化日趋严重，风沙对国民经济造成很大损失，治理风沙，也是我国长期的工作，目前在利用土工合成材料尤其是塑料类土工合成材料进行固砂和沙漠绿化方面也做了大量工作。同时，近年来国家加大了对西北地区基础设施建设的投入力度，未来西北地区在高速公路、高等级铁路方面对塑料类土工合成材料的需求将快速增长。

对西南地区而言，其建设项目增多与2008年地震灾害造成的基础设施损坏较为严重关系较大，2008年和2009年大批基础设施工程重建促使当地土工合成材料需求扩大，同时管道工程建设项目的增多也加大了土工合成材料的使用量。

4、由于工程建设受季节变化的影响较大，土工合成材料在我国不同地区的季节需求情况存在较大差异。冬季期间，北方地区土木工程量大大缩减，土工合成材料用量比较小，而南方用量则较大；而在夏季，南方大部分地区由于受雨季影响，工程进度放慢，土工合成材料用量相应减少，而这段时间里北方地区对土工合成材料的需求较冬季大大增加。

第二节 2003-2009年土工格栅市场规模及行业特征分析

一、土工格栅产品整体市场规模

使用土工格栅进行土木工程建设的经济效益明显。如铺设道路路基时，用格栅作为加筋材料，可将基层减薄到未加筋时的2/3。我国的公路、铁路、水利、采矿、港口与机场建设、工业与民用建筑等行业正处在飞速发展的时期，其中要涉及大量的有关岩土加固的问题，必然要使用各种新技术、新材料，包括土工格栅。这给土工格栅的应用、生产、生产技术及基础研究的开展提供了很好的契机。随着加筋技术的发展和土工合成材料加筋理论的不断完善，新型的土工加筋材料不断涌现。从20世纪70年代末塑料土工格栅出现后，近几年又涌现出涤纶经编土工格栅、玻纤土工格栅和钢塑土工格栅，四类土工格栅性能各有优劣，在不同的土木工程中发挥了重要的作用。

四类土工格栅性能比较

塑料土工格栅的应用范围为：软土上的地基、堤坝加筋，提高基底稳定性，减少不均匀沉降，提高承载力；路基边坡加筋，提高斜坡稳定性；加筋桥台，提高桥台的整体性和强度，防止桥头跳车；广泛应用于各类加筋挡土墙。

涤纶经编土工格栅应用范围为：公路及铁路路基、路堤加筋、较浅层基础的加筋；防治沥青混凝土路面反射裂缝，增强路面基层的强度。

玻纤格栅适用于沥青和混凝土路面加筋、路面反射裂缝防治及新旧路面的衔接等变形量不是很大的场合。

钢塑土工格栅主要适用于道路软土地基加固、挡墙和路面抗裂工程等，由于材质因素，对土体的成份要求较高。

从目前的生产应用状况看，受材料性质、技术现状和生产成本的影响，塑料土工格栅和涤纶经编土工格栅是应用最广泛的格栅类土工合成材料，也是发展最快的土工格栅产品；而玻纤土工格栅和钢塑土工格栅的应用范围相对较小，发展偏缓。土工格栅市场在四种土工格栅竞争中不断拓展。近年来，土工格栅的用量增长较快。2008年我国土工格栅市场规模20.75亿元。2009年我国土工格栅市场规模达26.07亿元。

四类土工格栅中，塑料土工格栅面市时间最早，尽管在经编、玻纤和钢塑土工格栅进入市场时，塑料土工格栅的市场受到了较大冲击，但从近年来的市场接受情况看，随着塑料加工技术的突飞猛进，塑料土工格栅性能大大提升，其优越性能又重新得到市场的认可，市场增长较快。2008年塑料类土工格栅市场规模达11亿元。2009年，塑料土工格栅市场规模达14.28亿元，在整个土工格栅使用量中所占比例接近55%。

2003-2009年土工格栅市场规模

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

2003-2009年土工格栅市场规模

单位：亿平方米

数据来源：中国市场调查研究中心

2009年我国土工格栅产品市场结构（金额）

数据来源：中国市场调查研究中心

二、按需求行业分市场需求

土工格栅主要用于土工工程的加固、加筋，广泛应用于水利、公路、铁路、煤矿、建筑等工程领域。如用于建坝、护坝、护坡；防汛、防洪网笼；高速公路、铁路、市政道路、飞机跑道等的路基增强加固；挡土墙护网、矿井顶网等。从市场需求方面来说，土工格栅作为一种新技术在我国最早用于公路路基加固，用以提高路基承载力、降低填土沉降。由于效果明显，土工格栅在公路项目上得到了较为深入的推广。尤其是在我国南方软土地基分布较为广泛的地区，许多公路项目都在使用土工格栅加筋。继公路行业应用土工格栅后，铁路行业也在路基加固中开始采用土工格栅，而且近年来的应用量不断增大。在水利行业的一些特殊工程中，由于没有足够的填料可用，也在其拦河土石坝和河道堤防中采用土工格栅作为加筋材料使用。目前国内土工格栅产品主要应用在公路、铁路和水利等基础设施建设。在机场跑道建设、其他民用和工业建筑等行业的土工格栅应用起步不久，是最近几年才开始增加的。总体看，土工格栅在我国的应用领域正在逐步拓展，工程建设对土工格栅的使用量也在逐渐加大。由于国内在近几年大力进行基础设施建设，这使国内土工格栅需求量激增。

目前国内土工格栅主要应用于公路以及水利方面。2009年我国公路方面土工格栅应用金额达10.05亿元，占整个土工格栅总应用金额的38.6%；其次为铁路方面，2009年我国铁路方面土工格栅应用金额达6.57亿元，占整个土工格栅总应用金额的25.2%。

2009年我国土工格栅分行业市场需求比例（金额）

数据来源：中国市场调查研究中心

塑料土工格栅在各行业的应用比例与土工格栅整体应用状况差别较大，主要体现在铁路和水利方面。铁路是塑料土工格栅最大的应用领域，2009年我国铁路方面塑料土工格栅应用金额达5.50亿元，占整个塑料土工格栅总应用金额的38.5%，比土工格栅整体应用比例高13.3个百分点；水利方面塑料土工格栅应用金额为1.55亿元，占整个塑料土工格栅总应用金额的10.9%，比土工格栅整体应用比例高低7.2个百分点。

按需求行业分2003-2009年国内塑料土工格栅行业市场需求变化

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

三、按省份分市场需求

土工格栅需求的地区分布主要取决于各省市的地质状况和基础工程建设投资状况。我国地质状况复杂，区域间差异很大。如在南方软土地基较多，有时要占一条公路全长的1/4～1/3，而西南部山区则需要大量的边坡防护、高路坝修筑和加筋挡土墙，在北方同样有大量诸如软基、边坡处理的岩土加固工作；当前道路修建中的一个趋势是高等级道路比例的增长，这就对路基处理、防止沉降提出了很高的要求，而使用土工格栅可以较好地解决土木工程中的特殊问题，如软地基处理、差异沉降等；在这些场合，格栅是理想的土工材料。

近年来，我国公路、铁路、水利等建设进入了一个大发展时期，特别是西部不发达省份在西部大开发的背景下公路建设、灌溉区建设项目剧增。各地对土工格栅的需求不断扩大。

按省份分2003-2009年国内土工格栅行业市场需求变化

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

四、土工格栅行业特点

从本节第一、第二、第三部分中我们可以看到，国内塑料类土工格栅行业有以下行业特点：

1、从整体市场规模来看，国内塑料类土工格栅行业市场规模逐年增长。随着国内基础建设加快以及全球经济的恢复，2008年以来，增长速度高于前几年水平。

2、从国内塑料类土工格栅产品下游应用行业来看，目前在公路方面对塑料类土工格栅产品需求最大。未来公路方面对塑料类土工格栅产品需求仍然最大，这可以从国家“十一五”计划中看出，国家计划在“十一五”期间，我国要集中力量建成“五纵七横”，总里程达到35000公里，每小时车速达到80～120公里的国道主干系统，使全国公路总里程由目前的118万公里增加到135万公里，其中高级公路由目前的18000公里增加到40000公里，高速公路由目前的3400公里增加到15000公里。“十一五”期间，我国计划要建筑高速公路5800公里，即每年平均新建约1000多公里。此外，我国公路有关领导部门还规定，现有公路每隔6年，要进行一次路面中修，每隔12年要进行一次路面大修。所以再加上全国公路中修及大修需用的土工格栅量，累计我国公路方面土工格栅年需求总量将突破1亿平方米。此外，除了公路方面之外，其他下游应用行业对塑料类土工格栅产品的需求也将增长。

3、从国内塑料类土工格栅产品应用地区来看，我国土工格栅产品的区域市场主要集中在生产建设项目较为集中的区域，而铁路、公路等大型基础设施建设工程跨区域建设特征明显，使得土工格栅材料的区域分布特征相对弱化。从我国经济发展区域特征和国家主要基础设施建设投资方向来看，土工格栅市场主要集中在华东、华南、西南等地，与当地经济发展水平和道路交通建设关系相关性较高。华东地区以江苏、浙江一带施工项目较多，西北地区以陕西一带施工项目较多，2008年的汶川地震使得四川省一带施工项目增多。

第三节 2003-2009年土工膜市场规模及行业特征分析

一、土工膜产品整体市场规模

中国于1966年首先将土工膜（如沥青-聚合物膜）用于混凝土坝防渗，进入80年代得到飞速发展。现已应用到水利、水电、交通、环保、建筑等各个领域。随着我国经济快速发展，各地基础建设大力推进，为土工膜的应用发展提供了广阔的前景，我国土工膜行业发展迅速，到2009年，我国土工膜应用规模达71.94亿元，其中单一塑料类土工膜市场规模达27.17亿元。

2003-2009年土工膜市场规模

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

2003-2009年土工膜市场规模

单位：亿平方米

数据来源：中国市场调查研究中心

二、按需求行业分市场需求

与传统的防水材料相比，土工膜具有渗透系数低、低温柔性好、形变适应性强、质量轻、强度高、整体连接性好、施工方便等优点。因此它不但能满足水土工程的要求，而且还可以应用于屋顶防漏、园林绿化、河堤坝坡的保土、农田水渠的防渗和水土保持、滩涂围垦造田、环境工程中垃圾填埋、三废处理和环境整治、防止沙漠化等。目前，我国土工膜需求主要来自水利工程领域。其次，随着我国城市化进程的加快，城市垃圾处理量急剧增加，各地垃圾填埋场建设需求旺盛，为保护地下水源及周围土壤，垃圾填埋场对土工膜的需求也日渐旺盛。再次，随着城市建设的发展，人民生活水平的提高，水的环境功能越来越受到人们的重视。许多地方如游乐设施、公园、疗养院、学校甚至居民小区，都要设置人工湖。北方地区水资源极为缺乏，防渗防漏就显得尤为重要。选用土工膜不仅解决了人工湖渗漏的问题，而且比采用钢筋混凝土底板防渗方案更节省了资金，施工更方便，近年来，此部分需求也逐步放大。此外，我国基础建设需求巨大，在隧洞防水、粮库地面防潮层、建筑物的基础防水、屋顶防漏、旧水利工程改造维护等许多领域，对土工膜的需求有着广阔前景。

目前国内土工膜主要应用于水利以及公路方面。2009年我国水利方面土工膜应用金额达25.12亿元，占整个土工膜总应用金额的34.9%；其次为铁路方面，2009年我国铁路方面土工膜应用金额达13.99亿元，占整个土工膜总应用金额的19.4%。

2009年我国土工膜分行业市场需求比例（金额）

数据来源：中国市场调查研究中心

塑料土工膜在各行业的应用与土工膜整体应用差别较大，铁路和公路方面的应用比例远高于土工膜整体情况。2009年我国铁路方面塑料土工膜应用金额达7.02亿元，占塑料土工膜总应用金额的25.8%，比土工膜整体应用比例高6.4个百分点；公路方面塑料土工膜应用金额为5.92亿元，占整个塑料土工膜总应用金额的21.8%，比土工膜整体应用比例高低6.9个百分点。

按需求行业分2003-2009年国内塑料土工膜行业市场需求变化

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

三、按省份分市场需求

目前，国内土工膜市场需求主要集中在水利工程领域，其市场需求地区分布受水利工程地区分布影响较大，沿江沿河省市需求较大。其次，随着城市园林建设、垃圾处理设施建设和其他建筑工程需求的急剧扩大，各大城市对土工膜的需求也在迅速增加。

按省份分2003-2009年国内塑料土工膜行业市场需求变化

单位：亿元

数据来源：中国市场调查研究中心

四、土工膜行业特点

从本节第一、第二、第三部分中我们可以看到，国内塑料类土工膜行业有以下行业特点：

1、从整体市场规模来看，近年来国内塑料类土工膜行业市场规模处于增长态势，同时，未来国内塑料类土工膜行业市场需求前景依然令人看好。塑料类土工膜以其渗透性小、良好的拉伸强度、耐腐蚀性和稳定性优势广泛应用于渠道、江堤水库、湖坝、地铁、垃圾填埋场等大型基础设施的防渗，防腐，防漏。特别是近十年来，我国建筑业、环保卫生事业的飞速发展，以及人们对环境的日益重视，使得新型防水材料的需求逐年增加，具有环保功能的塑料类土工膜已经占有了自己的市场份额。

2、从塑料类土工膜需求行业来看，目前国内塑料类土工膜主要应用于水利以及公路方面，同时，在垃圾填埋厂建设等方面对塑料类土工膜的需求也越来越大。截止2009年我国的所有地区，包括铁路、高速公路、水利、水电、水库、堤坝、垃圾填埋场、环保、建筑、矿业、港口等土木工程领域所有的大中型工程项目，都已大规模采用了HDPE土工膜进行防水、抗渗处理，使用量很大。同时，HDPE土工膜产品在土木材料中所占的比重也日益增大。

在水利以及公路方面，近年来随着人们对环境的日益重视，具有环保功能的聚乙烯土工膜得到使用者更多的青睐。

在垃圾填埋厂建设方面，我国生活垃圾处理建设任务将非常繁重，许多城市还没有生活垃圾填埋场，考虑到我国社会主义新农村建设以及城乡一体化垃圾处理发展趋势，生活垃圾填埋场建设需求还很大。如果平均每个县至少建一个填埋场，还需要建设1600多座填埋场，如果平均每个县建设两个填埋场，就需要建设3000多座填埋场。塑料类土工膜是城市生活垃圾卫生填埋场防渗的核心材料。

3、从国内塑料类土工膜产品应用地区来看，我国塑料类土工膜产品的区域市场主要集中在生产建设项目较为集中的区域。如2008年北京市奥林匹克水上公园项目就铺设了70万平方米的高密度聚乙烯土工膜作为赛道的防渗材料。同时，我国在深圳、北海、昆明、海口、保定、北京六里屯、天津、青岛、泉州等地已建成的数十座大中型城市生活垃圾填埋场也大量使用了塑料类土工膜。此外，正在设计、筹建的国内其它大中城市（如珠海、杭州）和三峡库区首批l3个城市（如开县、奉节、云阳、忠县、万州）等生活垃圾填埋场皆采用了塑料类土工膜。

第四节 市场供求状况及供求的影响因素分析

一、市场供求状况

目前中国土工合成材料市场产品数量不断增加，产品质量不断提高，产品品种范围不断扩大。土工合成材料产品向系列型、合成型、复合型发展。应用范围从一般工程向大、中型工程发展。每年均有上千个大中型以上工程应用土工合成材料。由于不同类型的土工合成材料的生产能力、应用范围、应用技术等不同，因而生产、应用情况还存在不平衡，其中中低档土工合成材料由于技术门槛较低市场竞争较为激烈，高端土工合成材料依赖进口的局面依然没有从根本上扭转。

目前国内土工合成材料市场根据各种实际工程的需要，正在向系列型、复合型、综合型发展；各类重点工程所需的高质量、高档土工合成材料的结构将极大改善。

二、影响市场供求的主要因素

目前，我国无论生产部门还是应用部门对土工合成材料的认识还不深。有些新材料、新技术还不为人们所了解或认识不足。这对产品开发、应用推广都是不利的。另外，企业创新能力还较弱，行业整体利润水平不高，不利于国内土工合成材料产品的升级换代。土工合成材料的巨大需求为该产业提供了广阔市场，而相关标准的缺失和落后成为制约行业发展的瓶颈，造成国内企业的产品不能够进入国家相关大项目或者国际市场。现行土工合成材料标准多是在1998年制定的，编制至今已有十多年，经过多年的实践，无论在内容上或是模式上都亟待增补和改进。而且随着土工合成材料技术和产品的不断推陈出新，传统的检测手段也不能够满足当前的市场需要，相关的标准也应该与时俱进。

第三章 相关产业及产业链分析

第一节 上游产业链介绍

目前土工合成材料原料大多采用高分子聚合物，主要有聚丙烯（PP）、聚酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）等。其中使用最多的是聚丙烯原料，占土工合成材料总用量的50%以上；其次是聚酯，占土工合成材料原料的15%～30%。

随着国民经济的持续繁荣，我国的塑料加工工业才得到蓬勃发展，尤其是改革开放三十年来取得的辉煌成就举世瞩目。令人鼓舞的是全国塑料加工业快速发展又极大地促进了合成树脂、助剂与添加剂和塑料加工机械设备与模具制造行业等相关行业相互促进协同发展，构成了中国塑料工业现代化的“三大支柱”产业发展宏伟壮观的画面和景观。

中国合成树脂工业于1958年在锦州建成第一套聚氯乙烯树脂市场装置起步，同样走过了从无到有、从小到大的快速发展历程。1975年合成树脂产量仅为33万吨，1990年增加到226.8万吨，占当年世界合成树脂2.2%，1990至1999年间，合成树脂的年平均增长率高达15.34%，为世界年平均增长率的3倍。2000年生产量已超过1000万吨，比1999年（841.7万吨）年增长15.83%。1999年我国共生产合成树脂1340.7万吨（包括中国台湾省499万吨），占当年亚洲各国总产量的27.44%，是世界总产量的8.55%。在全世界主要合成树脂生产国中已接近排名第二位的日本（1456.9万吨），而与第三位的德国（1386万吨）基本持平。

据统计数据显示，2007年我国合成树脂产量已达3073.55万吨，同比增长18.54%；进口量1896.92万吨，同比增长5.04%；出口量382.37万吨，同比增长52.70%；表观消费量4578.04万吨，同比增长12.1%。我国合成树脂表观消费量占全球消费量2.6亿吨的18%，逐年呈上升趋势。2008年我国合成树脂产量已经达到3130万吨。

2001-2008年年我国合成树脂产量

单位：千吨

数据来源：中国塑料加工工业协会

2009年前三季度国内五大合成树脂表观消费量为3449.1万吨，同比增长17.1%。受国内合成树脂价格大幅上涨、废旧塑料需求增加和存置库存结束的影响，国内合成树脂需求大幅增加。估计全年五大合成树脂生产能力将达到3905万吨/年，产量在2900万吨左右，表观消费量在4344万吨，同比增长13.5%。

2009年前三季度全国五大合成树脂产量为2196万吨，同比增加1.9%，其中聚乙烯产量为568万吨，同比增长6.3%；聚丙烯为593万吨，同比增长7.3%；聚氯乙烯为671万吨，同比下降6.4%。

前三季度国内五大合成树脂表观消费量为3449.1万吨，比上年同期增加17.1%，其中聚乙烯表观消费量为1132.7万吨，同比增长29.8%；聚丙烯为908.2万吨，同比增长19.8%；聚氯乙烯为816.5万吨，同比增长9.7%；聚苯乙烯为301.5万吨，同比增长3.5%；ABS树脂为290.2万吨，同比增长3.8%。

第二节 下游产业链介绍

主要采购商（主要建设施工单位、业主单位、行业部委）发展情况。

一、水利发展

新中国成立50多年来，我国水利建设取得了举世瞩目的成就，为各个时期经济社会发展做出了重要贡献。1998年以来，以大江大河堤防为重点的防洪工程建设、病险水库除险加固、解决人畜饮水困难、大型灌区节水改造等取得了历史性突破。

1、堤防和水闸。截止2008年底，全国已建成江河堤防28.69万公里，累计达标堤防11.28万公里，堤防达标率为39.3%；其中一、二级达标堤防长度为2.53万公里，达标率为74.0%。全国已建各类水闸43829座，其中大型水闸504座。在全部已建水闸中，分洪闸2647座，排涝闸14987座，挡潮闸5008座，引水闸8486座，节制闸12701座。

2、水库及枢纽。全国已建成各类水库86353座，水库总库容6924亿立方米。其中，大型水库529座，总库容5386亿立方米，占全部总库容的77.8%；中型水库3181座，总库容910亿立方米，占全部总库容的13.1%。全国大中型水库大坝安全达标率为64.1%，比上年提高4.65%。

3、水土保持工程。全国水土流失综合治理面积达到101.6万平方公里，其中小流域治理面积39.2万平方公里，实施生态修复面积达72万平方公里，建成黄土高原淤地坝29840座。完成全国水土保持监测网络和信息系统建设二期工程初步设计审查工作。

4、水土保持管理。全国共审批开发建设项目水土保持方案2.36万个，其中水利部审批国家大中型项目水土保持方案206个，涉及防治责任范围3935.3平方公里。全年完成开发建设项目的水土保持设施验收1.13万个。基本完成全国水土保持监督执法专项行动，对10.48万个项目进行了执法检查。中国水土流失与生态安全综合科学考察工作进展顺利，共涉及27个省（自治区、直辖市）的315个县。

2004-2008年完成的部分水利设施指标情况

数据来源：水利部

二、公路水路发展

1、公路。

建国后，特别是“七五”时期以来，我国的公路建设得到了迅速发展，取得了世人瞩目的成就。2008年我国公路里程持续增长，村道所占比重明显提高。截至2008年底，全国公路总里程达373.02万公里，比上年末增加14.64万公里。其中，国道15.53万公里，省道26.32万公里，县道51.23万公里，乡道101.11万公里，专用公路6.72万公里，村道172.10万公里，分别比上年末增加1.82万公里、0.80万公里、减少0.21万公里、增加1.27万公里、1.01万公里和9.95万公里。各行政等级公路里程占公路总里程的比重比上年末分别提高0.4个、持平、下降0.7个、0.8个、提高0.2个和0.9个百分点。

2008年各级公路里程

单位：万公里

数据来源：交通部

2008年公路技术等级和路面等级进一步提高。全国等级公路里程277.85万公里，其中二级及以上高等级公路里程39.97万公里，占公路总里程的10.7%。按公路技术等级分，各等级公路里程分别为：高速公路6.03万公里，一级公路5.42万公里，二级公路28.52万公里，三级公路37.42万公里，四级公路200.46万公里，等外公路95.16万公里。全国有铺装路面和简易铺装路面公路里程199.56万公里，比上年末增加21.91万公里，占总里程的53.5%。

农村公路、高速公路建设取得新进展。2008年底，全国农村公路（含县道、乡道、村道）里程达到324.44万公里，比上年末增加11.01万公里。农村公路里程超过10万公里的省（区）为17个。截至年底，高速公路突破三千公里的省为6个，分别是：河南（4841公里）、山东（4285公里）、广东（3823公里）、江苏（3725公里）、河北（3233公里）和浙江（3073公里）。

2008年农村公路超过10万公里的省（区）

数据来源：交通部

各地区公路里程持续增长，公路技术状况进一步提高。东部地区公路里程105.01万公里，中部地区125.89万公里，西部地区142.11万公里，比上年末分别增加2.88万公里、3.60万公里和8.17万公里。

2008年东、中、西部公路建设比较

单位：万公里

数据来源：交通部

公路桥梁、隧道总量继续增加。2008年底，全国公路桥梁达59.46万座、2524.70万延米，比上年末增加2.46万座、205.52万延米。其中特大桥梁1457座、250.18万延米，大桥39381座、884.37万延米。全国公路隧道为5426处、318.64万延米，比上年末增加753处、63.09万延米。其中特长隧道120处、52.57万延米，长隧道743处、122.62万延米。

2、内河航道。

2008年底，全国内河航道通航里程12.28万公里。

各级航道里程情况

单位：公里

数据来源：交通部

2008年底，全国内河航道共有4128处枢纽，其中具有通航功能的枢纽2329处。通航建筑物中，有船闸836座、升船机42座。

3、港口。

2008年底，全国港口数量为413个。年吞吐量在1000万吨以上的沿海港口36个，200万吨以上的内河港口87个。

2008年底，全国港口拥有生产用码头泊位31050个，其中万吨级及以上泊位1416个。全国沿海港口拥有生产用码头泊位5119个，其中万吨级及以上泊位1157个；内河港口拥有生产用码头泊位25931个，其中万吨级及以上泊位259个。

全国港口万吨级及以上泊位中，1～3万吨级（不含3万吨级）泊位656个，3～5万吨级（不含5万吨级）泊位252个，5～10万吨级（不含10万吨级）泊位366个，10万吨级以上泊位142个。

全国万吨级及以上泊位中，通用散货泊位252个，通用件杂货泊位272个，专业化泊位778个。专业化泊位中，原油泊位59个，成品油及液化气泊位114个，散装粮食泊位23个，煤炭泊位162个，集装箱泊位251个。

三、铁路

长期以来我国铁路事业的发展和建设相对于经济发展处于比较滞后地位。尤其是在改革开放以来，1978～2008年间我国年均GDP增速为9.4%，人口数量也由9.6亿增加到13.28亿，全社会货物运输需求增长了10.6倍、客运需求增长了11.5倍。

我国铁路目前还远远不能满足经济社会发展对运输的需求，我国铁路营业里程的增长速度不仅落后于GDP的增速，而且也落后于公路的建设速度；此外我国铁路无论是客运密度还是货运密度都呈现了逐年增长的趋势，与其他发达国家以及发展中国家相比差距更为明显。近几年我国加大了铁路建设，截止2008年我国投产新线1730.1公里、复线1955.8公里、电气化铁路1959.3公里，分别比上年增长1.4倍、2.6倍和1.1倍，其中投产客运专线1133.6公里。完成新线铺轨2808.1公里（含地方铁路127.5公里）、复线铺轨2210.2公里，分别比上年增长1.6倍和75.9%，均为历史最多。

我国铁路营业里程与GDP增速

单位：万公里，%

数据来源：铁道部，统计局

2008年全国铁路营业里程

数据来源：铁道部，统计局

截至2009年底，我国铁路营业里程达到8.6万公里，跃居世界第二位。2009年全国铁路共完成新线铺轨5461公里、复线铺轨4063公里；投产新线5557公里，其中客运专线2319公里；投产复线4129公里、电气化铁路8448公里。

2009年是我国铁路历史上投资规模最大、投产最多的一年。全年完成基本建设投资6000亿元，比上一年增加2650亿元，增长79%，超过“九五”和“十五”铁路建设投资总和，为拉动内需、促进经济增长发挥了重要作用。

全年开展前期工作的项目达200多项，批复立项75项，批复可研150项。一大批重点工程开工建设，全年新开工项目123项。

目前，在建新线规模达到3.3万公里，投资规模达到2.1万亿元。上海－杭州、南京－杭州、杭州－宁波、南京－安庆、西安－宝鸡等客运专线，兰新铁路第二双线、山西中南部铁路通道等区际干线，以及贵阳市域快速铁路网，武汉城市圈、中原城市群城际铁路等相继开工建设。

2008年的《中长期铁路网规划调整方案》将2020年全国铁路营业里程规划目标由10万公里调整为12万公里以上，电气化率由50%调整为60%以上。进一步扩大铁路网规模以及提高电气化铁路比重，是为了发挥好铁路技术经济优势，更好地适应建设和谐社会以及交通可持续发展的要求。

四、民航

经过几十年的建设和发展，我国机场总量初具规模，机场密度逐渐加大，机场服务能力逐步提高，现代化程度不断增强，初步形成了以北京、上海、广州等枢纽机场为中心，以成都、昆明、重庆、西安、乌鲁木齐、深圳、杭州、武汉、沈阳、大连等省会或重点城市机场为骨干以及其他城市支线机场相配合的基本格局，我国民用运输机场体系初步建立。截至2006年底，我国（不含港澳台地区）共有民航运输机场147个，其中军民合用机场45个，全国机场平均密度为每10万平方公里1.53个；按飞行区等级划分，4E级机场25个、4D级机场35个、4C级机场58个、3C级机场29个；按经济地理分布，东部地区41个、中部地区25个、西部地区69个、东北地区12个；按地区划分，东北、华北、华东、中南、西南、西北6个地区的机场数量分别为12个、18个、37个、25个、31个和24个，以每10万平方公里计，密度分别为1.51个、1.16个、4.67个、2.57个、1.53个和0.81个。

根据2008年全国民用机场布局规划，至2020年，布局规划民用机场总数达244个，其中新增机场97个。

北方机场群：布局规划机场总数54个，其中新增24个。

北方机场群由北京、天津、河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江8个省（自治区、直辖市）内各机场构成。在既有30个机场的基础上，布局规划新增北京第二机场、邯郸、五台山、阿尔山、长白山、漠河、抚远等24个机场，机场总数达到54个，为促进华北、东北地区经济社会发展、东北亚经济合作和对外开放提供有力的航空运输保障。在此机场群中，重点培育北京首都机场为国际枢纽机场，进一步增强其国际竞争力；提升和发挥天津、沈阳机场分别在滨海新区发展和东北振兴中的地位作用；进一步完善哈尔滨、大连、长春、石家庄、太原、呼和浩特等机场在区域中的干线机场功能，稳步发展阿尔山、长白山、漠河、大庆等区域内支线机场。

华东机场群：布局规划机场总数49个，其中新增12个。

华东机场群由上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东7个省（直辖市）内各机场构成。在既有37个机场基础上，布局规划新增苏中、丽水、芜湖、三明、赣东、济宁等12个机场，机场总数达到49个，以满足华东地区经济社会发展、对外开放和对台“三通”的交通需要。在此机场群中，重点培育上海浦东机场为国际枢纽，增强其国际竞争力；进一步完善上海虹桥、杭州、厦门、南京、福州、济南、青岛、南昌、合肥等机场的干线机场功能；稳步发展苏中、三明、宜春、济宁等区域内支线机场。

中南机场群：布局规划机场总数39个，其中新增14个。

中南机场群由广东、广西、海南、河南、湖北、湖南6省（自治区）内各机场构成。在既有25个机场基础上，布局规划新增信阳、岳阳、衡阳、邵东、河池等14个机场，机场总数达到39个，以满足中南地区经济社会发展需要，促进东南亚经济合作、泛珠三角区域经济一体化和对外开放。在此机场群中，重点培育广州白云机场为国际枢纽，增强其国际竞争力；提升武汉、郑州机场在中部崛起中的地位；完善长沙、南宁、海口、三亚、深圳、桂林等机场在区域中的干线机场功能；进一步稳步发展河池、神农架等区域内支线机场。

西南机场群：布局规划机场总数52个，其中新增21个。

西南机场群由重庆、四川、云南、贵州、西藏5省（自治区、直辖市）内各机场构成。在既有31个机场的基础上，布局规划新增黔江、康定、腾冲、六盘水等21个机场，机场总数达到52个，以适应西南地区经济社会发展需要，促进中国-东盟自由贸易区的合作发展，以及为少数民族地区经济社会发展和旅游资源开发提供交通保障。在此机场群中，重点培育昆明机场成为连接南亚和东南亚的门户机场，强化成都、重庆机场的枢纽功能，发挥其在西南地区和长江中上游区域经济社会发展中的中心地位作用；完善贵阳、拉萨等机场功能；稳步发展黔江、康定、腾冲、六盘水等其他支线机场。

西北机场群：布局规划机场总数50个，其中新增26个。

西北机场群由陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆5省（自治区）内各机场构成。在既有24个机场的基础上，布局规划新增天水、陇南、玉树、喀纳斯等26个机场，机场总数达到50个，以满足西北地区经济社会发展需要，促进中国-中亚地区贸易的发展，以及为少数民族地区发展和旅游资源开发提供航空运输保障。在此机场群中，重点加快培育乌鲁木齐机场为连接中亚的西北门户机场，提升西安机场在区域内的中心地位；进一步完善兰州、银川、西宁等机场的功能；稳步发展天水、固原、玉树、喀纳斯等区域内支线机场。

五、工程设计、施工单位

2010年1月中华人民共和国住房和城乡建设部公布了核准的工程勘察设计资质、建筑业企业资质、工程监理资质、工程招标代理机构资格及工程设计与施工一体化资质结果，其中工程勘察设计资质单位59家，建筑业企业164家。

核准的工程勘察设计资质结果汇总表

资料来源：住房和城乡建设部（注：此表已删除建筑装饰类单位）

2009年批准取得水利工程质量检测甲级资质的单位名单：岩土工程类（42个）

批准取得具备水利工程质量检测甲级资质（有效期一年）的单位名单：岩土工程类

（22个）

第四章 行业技术水平和行业特征

第一节 行业产品产品技术需求

一、格栅

2008年修订的塑料土工格栅产品标准（GB/T17689-2008）的检测指标主要有拉伸强度、蠕变性能等，各性能指标如下：

聚丙烯单拉塑料格栅（PP）土工格栅

高密度聚乙烯单拉塑料格栅（HDPE）土工格栅

聚丙烯双拉塑料格栅（PP）土工格栅

第二节 行业技术发展现状及其发展水平

一、塑料土工格栅

塑料土工格栅产品是通过特制机器对高密度化学板材（主要是高密度聚乙烯和高密度聚丙烯）进行定位冲孔，然后进行单、双向拉伸，使板材内部分子形成定向分布，采用的原料为聚乙烯、聚丙烯。目前一些国产的塑料土工格栅产品有两大缺点：一个是拉伸强度（特别是早期）不够高，第二是单位面积质量比较重。而其产生的根本原因：一个是生产工艺还不够先进，二个是高分子原料配方还不够科学。

塑料土工格栅的一般生产工艺流程

目前国内塑料土工格栅的研发重点是生产工艺的改进及功能母料的开发。生产工艺中拉伸是最关键的工艺步骤，涉及到较多的工艺参数和方法，如拉伸比、拉伸温度、拉伸速度、加热方式、拉伸方式等。双向拉伸时还要考虑纵、横向拉伸比的分配。其中拉伸比对制品机械性能的影响最大，拉伸温度主要取决于原材料物性，拉伸速度是决定生产率的直接因素，而加热方式和拉伸方式则影响拉伸过程能否均匀稳定。格栅生产线长度在30米以上，稳定的拉伸对生产来说最为重要，拉伸不稳定将造成很大的原材料及能源损失。板材挤出和制孔工艺同样影响拉伸过程和制品性能。生产工程中拉伸前的孔型、尺寸及排布与拉伸工艺参数应很好匹配，才能拉伸时产生过大的横缩。目前塑料土工格栅的生产设备基本已实现国产化，相对于国外一条生产线需要4-5千万，国内生产企业提供的设备只不到1000万，而产品的各项性能也能达到国外同类产品要求。

目前主辅料的选择主要考虑制品力学性能、工艺性及其抗老化和抗紫外线性能。而随着应用领域的逐步扩大，格栅的阻燃、消烟等问题将被提出。我国国家标准规定的土工格栅机械性能指标有两类，即拉伸屈服力（即一定伸长率下的拉伸力）和屈服伸长率。在工程设计中，考虑到各种因素，一般使其实际受力远小于拉伸屈服应力，因此格栅被瞬间被拉断的可能性极小。由于土木工程的使用寿命较长，所以实际上它在土体中将受到长期稳定的拉伸力作用，这决定了土工格栅的使用过程就是一个长期蠕变的过程。一个较小的拉力长期稳定地作用在格栅上。格栅的蠕变性能因此应是表征其机械性能一个非常重要的指标。HDPE母料由于其具有较高的刚性和韧性，机械强度好，耐环境应力开裂性好，良好的注塑性能，已经开始在塑料土工格栅的生产中应用。

二、土工膜

单一土工膜分为单层膜和不同树脂的多层复合膜。其生产工艺与普通的塑料薄膜相类似，分挤出拉伸、挤出吹塑、压延、涂敷而成的膜/片，厚度为0.2～5mm。单一的多层土工膜一般采用多层共挤法，不同物料进入同一个模斗，再吹塑或压延成型。幅宽根据用途不同而不同，目前最宽的可达10m以上。宽幅土工膜在大规模应用中可以减少接缝，提高防渗质量。早先的国产设备因比较落后，单一复合超厚宽膜还不能完全达到要求，关键设备要靠进口。近年来，国内对现有的棚膜生产机组进行改造，使之能够生产所要求的土工膜。目前，聚乙烯土工膜生产主要依靠吹塑成膜，设备已经能够国产化，质量也能达到国际要求。但某些特殊规格如厚度要求在5mm或厚度十分均匀的膜，还要使用压延成型。

防渗土工膜生产工艺流程

目前，土工膜的塑料母料的发展较快，PE产品中性能优越的LDPE、HDPE已经大量应用于土工膜生产中，2007年我国HDPE、LDPE的产量已分别达到155万吨、143万吨。

但单一的塑料防渗土工膜在应用时，由于表面光滑，在实际应用中存在摩擦系数低、与土壤层接触易滑移，使用过程中尤其是在坡道施工和使用过程中的稳定性不足等弱点。目前在此类场所往往使用复合土工膜，结合土工布等编制产品特点，降低水土的流动。另一种方式是发展糙面土工膜，糙面土工膜因为表面粗糙，完全解决了这个问题。但是，实现土工膜表面粗糙效果我国的技术还较为落后，传统解决办法是进行后道工序处理，不仅增加了成本，更可能出现土工膜表面喷丝剥离现象。多年来我国的糙面土工膜的生产技术难以突破，一直被国外企业垄断。2009年3月，广东金明塑胶设备有限公司成功研制国内首台拥有完全自主知识产权的三层共挤糙面土工膜设备，打破了长期以来该类设备只能依赖进口而且价格昂贵，糙面土工膜生产成本居高不下、不能大面积推广应用的局面，标志着国产吹塑加工装备制造业又迈上了一个新台阶。

第三节 行业产品的应用现状

一、土工格栅

塑料土工格栅被广泛应用于土木建筑等工程中。在水利方面用于护坝、护堤工程，以及河道整治；在交通运输方面用于高速公路、铁路及机场的基础建筑，以及公路、铁路两旁的护坡，沙漠和沼泽地铺路等，在煤炭工业方面主要用于顶网、多层开采、快速封井及井下铺路等；此外还用于城市建筑、绿化以及水土保持等方面。单、双向产品视应用场合有一定区别，单向土工格栅适用于公路及铁路路基、路堤、边坡加筋、各类挡墙加筋、江河海坝的加筋及堆场加筋、桥台加筋、较浅层基础的加筋，广泛应用于各类加筋挡土墙；双向格栅适用于公路及铁路路基、路堤加筋、浅层基础加筋、大型广场、车场、码头货场、堆场等永久性承载的地基增强，河道路基加筋，防治沥青混凝土路。

我国土工格栅的应用最早用于公路路基加固，主要用于公路与铁路铺设及相关挡土墙、边坡防护、桥台等工程，用以提高路基承载力、降低填土沉降。南方应用此产品较早，尤其是在我国南方软土地基分布较为广泛的地区，广东省、云南省、江苏省及长江以南不少地区在土工格栅刚进入中国市场时，就很快认识到土工格栅为工程建设带来了很大好处，如广东等地，几乎所有的公路项目都在用土工格栅加筋。而在北方则相对应用较晚，尤其东北地区。继公路行业应用土工格栅后，铁路行业也在路基加固中开始采用土工格栅，近几年来应用量上升较快。水利行业在一些特殊工程中，限于没有足够的填料可用，也在其拦河土石坝和河道堤防中采用土工格栅作加筋材料使用。目前在我国，土工格栅应用的主要领域基本上以公路、铁路、水利为主，在民用和军用机场的跑道上，也开始少量使用土工格栅，在其它民用和工业建筑中应用土工格栅的还很少。同时，双向土工格栅还开始向高边坡护坡、岩石边坡绿化治理及垃圾掩埋场等环保工程方面发展。

二、土工膜

当前，土工膜在我国已广泛应用于以下领域：池塘里衬、水储备、废水隔离、防渗、垃圾填埋场里衬、湖堤保护、隧道、隔离地下水、建筑物或建筑工程隔离、水产养殖等。由于原料的差异，我国的土工膜应用以复合土工膜为主。

1、在水利工程中的应用

20世纪60年代中期，首先是将塑料土工膜用于灌溉渠道防渗，较早的工程有山东、陕西的引渭工程等（当时主要是PVC，后来PE材料占领了大部分市场），以后推广到蓄水池、水库和闸坝工程。1965年，桓仁水电站首次采用土工膜处理混凝土坝裂缝，防止裂缝漏水成功。此后，宁夏、陕西、北京、河北、山东、辽宁、黑龙江等地也都在中小型（后来推广到大型）水库及土石坝（包括补强除险工程）中使用土工膜或复合土工膜防渗，取得了良好效果。

2、人工湖防渗工程中的应用

人工湖在中国园林、度假村等休闲娱乐场所发挥着不可或缺的作用。然而随着地下水水位的持续降低，许多景区内的人工湖湖水干涸，不仅失去了传统意义上“山水相依”的美景，更会沦为春秋季多风天气沙尘暴的源头，恶化空气质量，破坏城市整体投资环境，危及市民正常生活。因此对这些湖进行综合治理就成为一个日益重要的课题。

通过对膜料防渗、混凝土防渗、浆砌石防渗、沥青防渗等多种防渗方案的对比，聚乙烯土工膜以其集造价低、防渗性能好、耐低温、耐腐蚀性好、对环境无污染等诸多优点于一身而被广泛选用。

2002年“卢沟晓月湖”是北京市在人工湖防渗处理中首次采用聚乙烯土工膜的水利工程，共采用了约40万平方米的低密度聚乙烯（LDPE）土工膜，其它还有位于海淀区的中央党校人工湖（0.5mm厚，4万㎡）；昌平的老北京微缩景观（0.6mm，0.2万㎡）；平谷县的教师疗养院（0.5mm，1.1万㎡）；白洋淀华润集团培训中心人工湖（HDPE防渗膜，8万㎡）；北京奥林匹克水上公园防渗工程的建设过程中，采用HDPE防渗膜70万㎡

3、在其他工程中的应用

由于自然条件的原因，很多农村地区的人畜饮水是个难题。地处鄂西南石灰岩山区的长阳县自1970年代以来，就开始尝试种种防渗节水的方法，希望能缓解农村饮用水难题。经对比多种工程方案，湖北省宜昌市水电局的工程人员确定聚乙烯防渗膜蓄水池具有投资少、防渗效果好、使用年限长、施工技术简单等诸多优点，因而于1991后开始大面积推广，先后修建塑膜水池2520个，总容积90.72万m3。

三、土工膜技术在国际上的发展趋势：

1、混凝土坝防渗

现行的方法是先在混凝土坝上游面设置土工网，然后将土工膜粘贴在土工网上。土工膜用于混凝土坝防渗已有15年。这方面的最新进展是粘贴区域的处理。例如，在不放空水库或部分放空水库的情况下，由潜水员完成粘贴。在土工膜下面设置排气系统，以及防水库上游面的杂物将土工膜刺坏。

2、土坝防渗

土工膜以及土工合成材料和粘性土形成的衬垫（GCL），已被用在土坝或土坝的上游面作为防渗体，并可将土工膜用于已建成的土坝的防渗处理上。利用膨润土泥浆护壁，在土坝内挖槽（如有必要，该槽应深入坝基）。土工膜置于槽的上游面。应谨慎地选择用于置换膨润土泥浆的回填土，使回填土本身也能形成防渗层。

3、隧道防渗

现行的方法是将土工膜用于永久性混凝土里侧的防渗体，与针刺的、较厚的土工织物一起，将水导入设在隧道底脚的排水口，形成封闭的排水系统。将来的发展是开发寿命在100年以上的土工合成材料，以抵抗隧道周围的不利环境。因而，施工方法的改进和材料的寿命是最关心的问题。

4、渠道衬砌

美国垦务局从20世纪50年代开始试验用土工膜进行渠道防渗衬砌。他们取得了较大的进展，几乎在所有的渠道上都采用土工膜衬砌。将来的发展是能在无覆盖的条件下使用较强的土工膜。美国垦务局在20个不同的试验段对较厚的、有组合结构的土工膜进行了试验。

5、垃圾场的衬砌系统

美国环保局于1982年规定的采用土工膜作为弃置场的覆盖和衬砌系统得到了普遍的响应。目前，在美国，100%的有害的和24%的城市垃圾弃置场要求双层衬砌系统；在世界上，58%的有害的和14%的城市垃圾弃置场要求双层衬砌系统。尽管这种衬砌系统提供了长期的封闭，但不是永久性的。将来是在渗漏液循环的同时，进行开采式的处理。渗漏液可以通过土工合成材料排水系统（比如预制竖直排水），或在双层之间集中。这种概念目的是创建永久性的弃置场。通过渗漏液循环和降解（需氧或厌氧），原来的弃置物就可以在一定的时间内被开采，如制作肥料、田地覆盖物等有益用料。这种方法可使衬砌系统被监测、修理，甚至更换。这一概念在土地奇缺的地区正在得到研究。

第四节 行业产品的发展方向

土工格栅产品在实践领域的应用是一个不断发展和完善的过程，从终端用户使用需求角度出发，我国土工格栅产品将向高强度、低延伸率、耐高温、模量高、重量轻、韧性好、耐腐蚀、寿命长、大幅宽等方向发展。

单一土工膜强度高、拉伸大，有很好的弹性和适应变形的能力；阻隔性好，渗透低，有很好的耐老化能力，特别是在水下、土中，其耐久性尤为突出。故主要用来阻隔水和防渗漏，并起一定的加固作用。为了解决单一土工膜因表面光滑、摩擦系数小的缺点，可根据需要将其表面做成各种形状的花纹（如人字形、三角形、矩形等）或凸点，增加表面摩擦力。或是在施工中加嵌锚固定，但会对膜的防渗性有所影响。

单一土工膜在应力开裂性能方面存在缺陷，造成国内在土工膜的应用以复合膜为主，但国外已逐渐转用HDPE土工膜，其具有优良的耐环境应力开裂性能，较大的使用温度范围（-60～+60℃）和较长的使用寿命（50年）。近年来无论国内国外，新产品、新材料、新工艺层出不穷。HDPE的品种繁多，性能各异，能满足人们的各种要求。从国标上看，环保用的高密度聚乙烯膜较其它聚乙烯膜有非常大的提升，直接应用值得探索。而HDPE土工膜在应用过程中的优异表现也得到认可，其施工不仅方便简单，安全可靠，而且效果很好。

第五节 行业的经营模式

土工格栅及土工膜产品行业在工程应用时，必须经过公路、铁路、水利等行业的设计院所，他们负责所有的大、中型工程的设计和咨询。土工格栅及土工膜产品能否在工程中应用，设计院的意见尤其重要，往往是决策性的。在设计院所的工程设计中采用了土工格栅及土工膜产品后，生产企业才能对工程施工单位的土工材料进行招投标等采购活动。

我国从建国开始，工程建设的分工体系一直非常明确，即工程建设基本上由国家牵头，设计、施工分别由具有资质的设计院和有资质的施工企业负责。同时从八十年代后期开始，我国在工程建设领域普遍推行项目法人负责制、招标投标制、工程监理制等工程建设体制改革。参与项目设计的设计院负责整个工程的技术方案设计；工程项目公司，负责对工程的进度、质量、投资等事宜进行全面管理。

因此，要使应用土工材料在工程中成真正形成应用，一般要经历第一阶段的方案销售及第二阶段的产品销售阶段：首先，必须取得工程设计人员的认同。其次，新方案的采用也必须征得项目建设公司的同意。

在方案销售的工程设计阶段，交通部、铁道部有影响力的勘察设计院往往对土工材料的应用发挥重要作用。交通部公路规划设计院、中国公路工程咨询监理总公司、交通部第一公路勘察设计院等原交通部直属设计院及铁道部的四大铁路勘察设计院，他们行业影响力普遍高于其它地方设计院，如果这几家单位中的一家使用过某种新技术，则该种新技术在本行业其它单位中就比较容易得到认同。

但目前，我国铁道部的勘察设计院存在一定的区域影响范围，主要是中铁第一勘察设计院集团有限公司影响区域：乌鲁木齐铁路局、青藏铁路公司、兰州铁路局、西安铁路局；中国中铁二院工程集团有限责任公司影响区域：成都铁路局、南宁铁路局、昆明铁路局；铁道第三勘察设计院集团有限公司影响区域：哈尔滨铁路局、沈阳铁路局、北京铁路局、呼和浩特铁路局、济南铁路局；中铁第四勘察设计院集团有限公司影响区域：郑州铁路局、武汉铁路局、广铁集团、上海铁路局、南昌铁路局。

在产品的销售阶段，项目建设单位物资的采购方面拥有绝对的影响力。一般情况下，工程建设项目属技术含量较高的物质产品，因此其物资采购人员也多数由懂专业的技术人员购成，而采购决策也通常是由物资采购小组全体或是评标小组来决定，重大决策常常会由项目法人中更高的决策层甚至项目业主的上级领导来决定。

从上可知，我国工程项目中土工材料的组织购买一般经历以下过程：

1、需求确认。在这个阶段，采购小组中的成员认为需要某种产品可以做好工作或者更有利于工作的完成，从而提出购买要求。具体到土工材料，这个阶段的采购小组成员就是设计院的工程师和甲方负责工程质量和技术工作的负责人。由工程师提出并经甲方技术负责人确认用一种新的方案来解决用传统方案所不能解决的问题。

第三篇：《堤防工程土工合成材料应用技术》

《堤防工程土工合成材料应用技术》 第一章 综述 目 录 前 言

第一章 综述

第二章 土工合成材料的功能和设计原则 第三章 堤防系统的防渗、排渗和加固 第四章 防护工程 第五章 防汛抢险工程

第六章 使用和开发中的一些问题

前 言

洪涝灾害是我国自然灾害中危害最大、损失最严重的灾害。长江、黄河等七大江河的中下游及沿海平原地区，面积占国土总面积的8％。这里有全国40％的人口和35％的耕地，工农业总产值占全国的70％，也是中国人口最密集、经济最发达的地区。该地区的洪涝灾害严重，是我国国民经济和社会持续发展的心腹之患。

我国在防御洪涝灾害方面做出了很大努力并取得非凡成就，但由于自然、社会和经济条件的限制，我国现在的防洪减灾能力仍较低，江河和城市防洪标准普遍偏低，不能适应社会、经济迅速发展的要求，防洪减灾仍是一项长期而艰巨的任务。

河道堤防是我国防洪工程体系的重要组成部分。在长江、黄河等七大江河的中下游地区，堤防是防御洪水的最后屏障。目前我国建有各类堤防25万km，其中主要堤防6.57万km。我国现有的堤防有三大特点。一是堤基条件差，堤防傍河而建，在堤线选择上有很大的局限性，基础大多为沙基，而且绝大部分堤防的基础基本上没有进行处理。二是堤身质量差，不少堤防是在原民堤的基础上，经历年逐渐加高培厚而成，往往质量不佳。三是堤后坑塘多，尤其是长江干堤和洞庭湖、鄱阳湖区，筑堤土料严重不足，多年来，普遍在堤后取土筑堤，取土坑、塘多未做处理，覆盖薄弱。因此当遭遇洪水时，经常发生管涌、滑坡、崩岸和漫溢等险情，严重者导致大堤溃决。在1998年的洪涝灾害中，仅长江中下游干堤就出现险情6100多处，高水位时每天出险300余处。

在夺取1998年抗洪斗争全面胜利后，全国各地掀起了以堤防工程建设为重点的水利建设新高潮。党中央、国务院多次强调，在灾后重建工作中，要运用先进技术，坚持质量第一。对土工合成材料的推广应用给予了高度重视，朱镕基总理亲自指示要在大修堤防工作中采用，并对推广应用土工合成材料作了多次重要批示。为贯彻落实党中央、国务院的指示精神，科学有序、积极稳妥地做好土工合成材料的推广应用工作，在国家经贸委的支持下，水利部国际合作与科技司、水利部建设与管理司以及国家防汛抗旱总指挥部办公室，共同组织从事科研、管理、设计、施工、教学的专家，在总结多年土工合成材料应用经验和国内外最新进展的基础上，编写了这本《堤防工程土工合成材料应用技术》。本书也是“水利科技减灾系列丛书”之一。它的出版，旨在向广大工程技术人员和基层干部群众推广普及土工合成材料在堤防工程中的实用技术和应用知识，为在堤防工程中推广应用土工合成材料提供技术支撑。本书也可作为水利工程设计、施工、管理等技术人员的培训教材。在本书的编写过程中，龚履华研究员，李广信教授以及天津水利勘测设计院和浙江省水科所等为本书提供了许多资料。李广信、俞仲泉、徐少曼等专家对本书进行了审阅，提出了许多宝贵意见。此外，还得到了长江科学研究院、水利部科技推广中心的大力支持，在此一并向他们表示衷心的感谢。

由于编写时间紧迫，书中定会存在许多不足乃至错误，敬请广大水利工作者给予批评指正。第一章 综 述

千百年来，在水利工程中，人们广泛采用的材料主要是木、竹、土、石等天然材料以及一些金属材料，但它们都有一些固有的缺陷，例如性能单一，质量大，寿命不长，价格昂贵等，故不能全面满足工程的特定需要。同时天然材料毕竟数量有限，而且不少天然植物材料如过分利用还会影响自然界的生态平衡，破坏人们赖以生存的环境空间，例如大规模地砍伐森林树木，破坏地表植被，会造成水土流失和荒漠化。有些金属材料虽然性能良好，但容易锈蚀，且成本较高，从而限制了其应用范围。随着近代化学工业的迅速发展，品种繁多的人工合成材料陆续问世。它们具有多种能满足工程需要的性能，可制成各种符合实用目的的产品，而且由于其质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉、料源丰富等优点，为岩土工程提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。鉴于这种人工合成材料的强大生命力，因此近二三十年来在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的使用。据不完全统计，它们已在数十万项工程中得到成功的应用，取得了良好的经济、社会和环境效益；在一些抗御自然灾害的斗争中，更显出其快捷、有效、简便的特点。无怪乎这一项新材料和新技术被人们誉为20世纪岩土工程中的一项技术革命。第一节 土工合成材料的含义及其应用概况

什么是土工合成材料，概括而言，土工合成材料是应用于岩土工程的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”(geo一)两字，称为“土工合成材料”，以区别于天然材料。

土工合成材料在早期曾被称为“土工织物”(geotextile)和“土工膜”(geomembrane)。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(related product)”。显然，这样的名称不宜作为一种技术名词或学术名词。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)。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。

聚乙烯是在1931年前后，首先由英国ICI公司研制成功的，1939年成为商品在市场上出售，它是聚合物中分子结构最简单的一种，可分为低分子量和高分子量两类。聚乙烯的比重为0.92，耐酸碱，抗化学剂能力强，吸湿性低，低湿时仍具柔性，电绝缘性极好。在1950年前后，又开发出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、机械强度、熔点和硬度等都比低密度的为优。

聚酰胺约在1935年研制成功，俗名为尼龙，其吸湿性较高，干燥时有一定绝缘性、机械性能好。

聚酯于1941年前后问世，它包括聚酯树脂、聚酯纤维和聚酯橡胶等。

聚丙烯于1954年研制出来，1957年成为商品出售。它的比重为0.90～0.91，耐温范围-30～1400C，耐化学剂性能较好，惰性强，价格低廉，是目前应用最多的原材料之一。

此外，常用的原材料还有聚氯乙烯，它的比重为1.4，具有极好的化学稳定性，不燃烧，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。

以上五种原材料的性能对比如表1-1所示。

应当指出，材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。

土工合成材料的最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。

以近代人工聚合物为原料的土工织物的最早应用实例，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全面铺设。

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，它是一种较厚的聚酯非织造土工织物，作为大坝上游抛石护坡下的反滤层，或作为基土与其上覆盖的粗粒料之间的隔离层。非织造织物的出现为土工织物的应用开辟了较广阔的天地。

80年代后出现了排水带，路堤下用非织造织物作加筋，以及土工织物加筋挡墙等应用实例。我国应用土工合成材料开始较晚，但发展速度很快。目前几乎在各种类型的岩土工程和大量的水利及堤防工程中都得到应用。1974年江苏省江都嘶马用织造型土工织物制成的软体排，结合混凝土块压重，进行长江护岸。稍后江都西闸和湖北省长江堤防也都采用了软体排。非织造土工织物用作反滤料的工程实例更多，云南麦子河水库用得最早。80年代中期，非织造土工织物在尾矿坝和灰堤等工程中得到应用。塑料排水带早在80年代初即在天津新港用于加固软基，目前排水带在高速公路和机场工程已应用得十分广泛。混凝土模袋最早用于江苏南宫河口岸，80年代末已成功应用于30多项工程。加筋土挡墙已修建不少。近年来我国已能生产土工格栅，其工程需求量很大，预计会大大促进加筋土技术的快速发展。聚苯乙烯板块在我国寒冷地区早已用于工程防冻。近来土工格室、植被土工网垫等新技术也已开始应用。根据不完全统计，迄今我们采用土工合成材料的工程已逾8000项。

在1998年夏秋，在长江和松花江、嫩江特大洪灾的防汛抢险工作中，土工合成材料发挥了重要作用。国务院领导高瞻远瞩，在灾后多次批示和指示，工程界和制造厂商积极响应，展现了前所未有的应用土工合成材料热潮。可以预见，我国的土工合成材料的应用程度、技术水平、以及产品的质量和品种在不远的将来必将迈上一个新台阶。第二节 土工合成材料的种类

我国GB50290—98《土工合成材料应用技术规范》将土工合成材料分为以下四大类：土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料，它们又各分为数种。现择要介绍如下。

一、土工织物（geotextile）

土工织物是一种透水性材料，按制造方法不同。可进一步划分为图1-1所示的各种类型。

(一)织造型土工织物(woven geotextile)这类产品又称有纺土工织物，是最早的土工织物产品。它的制造分两道工序：先将聚合物原料加工成丝或纱或带，再借织机制成平面结构的布状产品。织造时常包括相互垂直的两组平行丝，如图1-2。沿织机(长)方向的称经丝，横过织机(宽)方向的称纬丝。这种织物看来简单，却有着不同的丝种和不同的织法。

丝种包括单丝、多丝及二者的混合。单丝是单根丝，典型直径约为图1-2土工织物的经纬丝0.5mm，它是将聚合物热熔后从模具中挤压出来的连续长丝。在挤出同时或刚挤出后将丝拉伸，使其中的分子定向，以提高丝的强度。多丝是由若干根单丝组成的，在制造高强土工织物时常采用多丝。多丝也有用切割成的短丝(一般长100mm)搓拧而成的。

早期的土工织物系由单丝织成，后来发展为采用扁丝。扁丝是由聚合物薄片经利刀切成的薄条，其厚度比单丝薄得多，且在切片前后都要牵引拉伸以提高其强度。扁丝宽度约为3mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多数编织土工织物是由扁丝织成，而圆丝和扁丝结合织成的织物有较高的渗透性，如图1-3。

另一种特殊的扁丝叫裂膜丝(fabrillated yarn)，它是将一根扁丝剖成许多根细丝，但仍连在一起。由裂膜丝织成的织物较为密实，柔软而渗透性小。多丝和裂膜丝结合织成的编织物厚度可达1～2mm，比扁丝织成的要厚。

织造型土工织物有三种基本的制造型式：平纹、斜纹和缎纹。平纹是一种最简单、应用最多的织法。其形式是经、纬丝一上一下，如图1-

2、图1-3。斜纹则是经丝跳越几根纬丝，最简单的形式是经丝二上一下，如图1-4。缎纹织法是经丝和纬丝长距离的跳越，例如经丝五上一下，这种织法适用于衣料类产品。

在织造时，由于梭子要不断地牵引纬丝从经丝的空间中穿过，故要求经丝强度比纬丝的高。采用不同的丝和纱以及不同的织法，可以使织成的产品具有不同的特性。例如平纹织物有明显的各向异性，如图1-5，其经、纬向的摩擦系数也不一样；圆丝织物的渗透性一般比扁丝的要高，每厘米长的经丝间穿越的纬丝愈多，织物也愈密愈强，渗透性则愈低。单丝的表面积较多丝的要小，其防止生物淤堵的性能要好一些。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快，等等。由此可见，可以借调整丝(纱)的材质、品种和织造方式等来得到符合工程要求的强度、经纬强度比、摩擦系数、等效孔径和耐久性等项指标。在工程实施中应根据具体要求来优选产品，铺设时要注意材料的合理铺设方向。

(二)非织造型土工织物(non-woven geotextile)这类产品又称无纺土工织物。根据粘合方式的不同，非织造型土工织物分为热粘合、化学粘合和机械粘合等三种。

热粘合非织造型土工织物的制造，是将纤维在传送带上成网，让其通过两个反向转动的热辊之间热压，纤维网受到一定温度后，部分纤维软化熔融，互相粘连，冷却后得到固化。该法主要用于生产薄型土工织物，厚度一般为O.5～1.0mm。由于纤维是随机分布的，织物中形成无数大小不一的开孔。再因为无经纬丝之分，故其强度的各向异性不明显。

纺粘法是粘合法中的一种，是将聚合物原料经过熔融、挤压，纺丝成网，纤维加固后形成的产品。这种织物厚度薄而强度高，渗透性大。由于制造流程短，产品质量好，品种规格多，成本低，用途广，近年来在我国发展较快。

化学粘合法土工织物，是通过不同工艺，将粘合剂均匀地施加到纤维网中，待粘合剂固化，纤维之间便互相粘连，使网得以加固，厚度可达3mm。常用的粘合剂有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合剂前加以滚压，得到较薄的和孔径较小的产品。这类产品在工程中的应用较少。

机械粘合法是以不同的机械工具将纤维网加固，应用最广的是针刺法，还有用水刺法的。针刺法利用装在针刺机底板上的许多截面为三角形或棱形且侧面有钩刺的针，由机器带动，作上下往复运动，让网内的纤维互相缠结，从而织网得以加固。产品厚度一般在1mm以上，孔隙率高，渗透性大，反滤排水性能均佳，在水利工程中应用很广。水刺法是利用高压喷射水流射入纤维网，使纤维互相缠结加固。其产品较为柔软，主要用作卫生用品，工程中尚未应用，二、土工膜(geomembrane)土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物和沥青两大类。为满足不同强度和变形需要，又有不加筋和加筋的区分。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。

制造土工膜的聚合物有热塑塑料(如聚氯乙烯)、结晶热塑塑料(如高密度聚乙烯)、热塑弹性体(如氯化聚乙烯)和橡胶(如氯丁橡胶)等。工厂制造土工膜的方法主要有挤出、压延或加涂料等。挤出是将熔化的聚合物通过模具制成土工膜，厚0.25～4mm。压延则是将热塑性聚合物通过热辊压成土工膜，厚0.25～2mm。加涂料是将聚合物均匀涂在纸片上，待冷却后将土工膜揭下来而成。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的粘滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。

制造土工膜时还需要掺入一定量的添加剂，使在不改变材料基本特性的情况下，改善其某些性能和降低成本。例如掺入碳黑可以提高抗日光紫外线能力，延缓老化；掺人铅盐、钡、钙等衍生物以提高材料的抗热、抗光照稳定性；掺人滑石等润滑剂以改善材料可操作性；掺入杀菌剂可防止细菌破坏等。对于沥青类土工膜，其主要的掺人材料是一些填料或纤维。填料可为细矿粉，它能增加膜的强度且降低其成本；加入纤维，也是为提高膜的强度。

三、土工复合材料(geocomposite)土工复合材料是两种或两种以上的土工合成材料组合在一起的制品。这类制品将各组合料的特性相结合，以满足工程的特定需要。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。(一)复合土工膜(composite geomembrane)复合土工膜是将土工膜和土工织物（包括织造和非织造型）复合在一起的产品。应用较多的是非织造针刺土工织物，其单位面积质量一般为200～600g/m2。复合土工膜在工厂制造时可以有两种方法，一是将织物和膜共同压成；另外也可在织物上涂抹聚合物以形成二层（俗称一布一膜）、三层（二布一膜）、五层（三布二膜）的复合土工膜。

复合土工膜有许多优点，例如：以织造型土工织物复合，可以对土工膜加筋，保护膜不受运输或施工期间的外力损坏；以非织造型织物复合，不仅对膜提供加筋和保护，还可起到排水排气的作用，同时提高膜面的摩擦系数，在水利工程和交通隧洞工程中有广泛的应用。(二)塑料排水带(prefabricafed strip drain）

塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物（滤膜）而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多种型式，常见的有城垛式、和乳头式等，如图1-6。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，而滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。塑料排水带的宽度一般为100mm，厚度3.5～4mm，每卷长100～200m，每米重约0.125kg。我国目前排水带的宽度最大达230mm，国外已有2m以上的宽带产品。

塑料排水带的施工是利用插带机将其埋没在土层中的预定位置。塑料带前端与锚靴相连，用插带机导杆顶住锚靴，插入土层中，达到预定深度后拔出导杆，但排水带仍留在预定位置，在高出地面一定高度(0.5m左右)剪断排水带。施工时可用静荷或动荷送杆，静荷送杆对土层扰动小，较为常用。我国插带机的插入深度可达约25m，入士速率可达6m/min。排水带的平面分布间距可借理论计算确定，一般为l～2m。排水带插入软基后，为排除土中的多余水量提供了捷径，多余水可水平向通过带的滤膜进入芯板沟槽，再向上由地表的透水料垫层排走。排水带在公路、码头、水闸等软基加固工程中应用广泛，以加速软土固结。

(三)软式排水管

软式排水管又称为渗水软管，是由高强钢丝圈作为支撑体，以及具有反滤、透水及保护作用的管壁包裹材料两部分构成的，如图1-7。高强钢丝由钢线经磷酸防锈处理，外包一层PVC材料，使其与空气及水隔绝，避免氧化生锈。包裹材料有三层，内层为透水层，由高强特多龙纱或尼龙纱作为经纱，特殊材料为纬纱制成；中层为非织造土工织物过滤层；外层为与内层材料相同的覆盖层。为确保软式排水管的复合整体性，支撑体和管壁外裹材料间，以及外裹各层之间都采用了强力粘结剂粘合牢固。目前市场出售的管径分别为50.1mm、80.4mm和98.3mm，相应的通水量(坡降i＝1/250)为45.7cm3/s、162.7cm3/s、311.4cm3/s

软式排水管兼有硬水管的耐压与耐久性能，又有软水管的柔性和轻便特点，过滤性强，排水性好，可用于各种排水工程中。(四)其他复合排水材料

现在已生产出各种型式芯材和外包滤膜的复合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各种奶头形的，有土工网的，还有用塑料丝缠成的网状体的等等(图1-8)，它们均具有较大的排水能力，可按工程需要选用。

四、土工特种材料

土木特殊材料是为工程特定需要而生产的产品，品种多，现选择几种主要产品说明如下。(一)土工格栅(geogrid)土工格栅是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材，如图1-9。加热拉伸是让材料中的高分子定向排列，以获得较高的抗拉强度和较低的延伸率。按拉伸方向不同，格栅分为单向拉伸(孔近矩形)和双向拉伸(孔近方形)两种。前者在拉伸方向上有较高强度，后者在两个拉伸方向上皆有较高强度。

土工格栅因其高强度和低延伸率而成为加筋的好材料，例如英国奈特龙(Netlon)公司生产的坦萨(TENSAR)SR2(单向)的纵、横向抗拉强度分别为80kN/m和13kN/m，延伸率分别为9％和15％(常温下)。土工格栅埋在土内，与周围土之间不仅有摩擦作用，而且由于土石料嵌入其开孔中，还有较高的咬合力，它与土的摩擦系数可以高达0.8～1.0。

土工格栅的品种和规格很多，目前开发的新品种有用加筋带纵横相连而成的(图1-10)，也有用高强合成材料丝纵横连接而成的，等等。(二)土工网(geonet)土工网是以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。可因网孔尺寸、形状、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差异。一般而言，土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高，以英国NETLON系列为例，其抗拉强度仅为2～8kN/m，延伸率一般达到20％以上。

这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。一般说来，它只有在受力水平不高的场合，才能用于加筋。(三)土工模袋(fabriform)土工模袋是由上下两层土工织物制成的大面积连续袋状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。这种袋体代替了混凝土的浇注模板，故而得名。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注在现场用高压泵进行。混凝土或砂浆注入模袋后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。

按加工工艺的不同，可将模袋分为两类，即机织模袋和简易模袋。前者是由工厂生产的定型产品，而后者是用手工缝制而成。

机织模袋按其有无排水点和充填后成型的形状分成许多种。我国现行的机织模袋有下列五种，其形状、规格与用途见表1-2

1．有过滤点模袋(FP)过滤点将上下两片织物连在一起，滤点处不让泵液进入，它可供排除土坡渗水，消除孔隙水压力。这类模袋充填砂浆。2．薄型无过滤点模袋(NF)这类模袋只有接缝排水，充填料用砂浆，适用于无水位骤降和无防渗要求的护坡。3．厚型无过滤点模袋(CX)充填细砂混凝土，厚度大，用于重型防护工程，如海湾、码头护岸。4．铰链型模袋(RB)这类模袋充填砂浆凝固后，形成许多独立而又以尼龙绳相联的块体，块与块间能自由转动，排水通畅，适用于有较大不均匀沉降和地形变化大的坡面或地基防冲。5．框架型模袋(NB)这类模袋充填砂浆后形成方形或长方形格子，格中可种植花草，既可护坡，又美化环境。此外，近年来美国HYDROTEX公司还生产一种称为AB型的模袋，其中插有钢筋，为铰链式，强度高，适用于海岸防护。(四)土工格室(geocell)土工格室是由强化的高密度聚乙烯宽带，每隔一定间距以强力焊接而形成的网状格室结构。典型的条带厚1.2mm、宽100mm，每隔300mm进行焊接。闭合和张开时的形状如图1-11。格室张开后，可填以土料，由于格室对土的侧向位移的限制，可大大提高土体的刚度和强度。它可用于处理软弱地基，增大其承载力，沙漠地带可用于固沙，还可用于护坡等。

(五)土工管(geotex tube)、土工包(geocontainer)土工管、土工包是用经防老化处理的高强土工织物制成的大型管袋及包裹体，可有效地护岸和用于崩岸抢险，或利用其堆筑堤防，解决疏浚弃土的放置难题。

土工包是将大面积高强度的土工织物摊铺在可开底的空驳船内，充填200～800m3料物，将织物包裹闭合，运到一定部位，沉至预定位置。在国外，该技术大量用于环保。(六)聚苯乙烯板块(EPS)聚苯乙烯板块称泡沫塑料，是由聚苯乙烯聚合物为原料，加入发泡剂制成的。它的主要特点是质量极轻、导热系数低、吸水率小，但也有一定抗压强度。其单位体积质量仅20.4～40.8kg/m3，为砂和混凝土的1/50～1/100，属超轻型材料；导热系数为λp＝0.03～0.038kcal／mH·℃，吸水率仅为O.15～0.20g/100cm3。由于其质轻，可用它代替土料，填筑桥端的引堤，解决桥头跳车问题。其导热系数低，故在寒冷地带，可用该材料板块防止结构物冻害，例如在挡墙背面或闸底板下，放置泡沫塑料以防止冻胀等。(七)土工合成材料粘土垫层(Geosynthetic Clay Liner简称GCL)土工合成材料粘土垫层是由两层或多层土工织物(或土工膜)中间夹一层膨润土粉末(或其他低渗透性材料)以针刺(缝合或粘接)而成的一种复合材料。它与压实粘土垫层相比，具有体积小、质量轻、具柔性、密封性良好、抗剪强度较高、施工简便、适应不均匀沉降等优点，可以代替一般的粘土密封层，用于水利或土木工程中的防渗或密封设计。国外大量用于废料坑的底部防渗衬砌和顶部封盖。产品的具体规格和用途可参见第六章第三节。第三节土工合成材料的耐久性和防护保养

一、影响耐久性的主要因素

土工合成材料的原材料是高分子聚合物。这种物质是链节结构，它对氧化(老化)十分敏感，容易发生降解反应和交换反应，导致材料破坏。为此，土工合成材料的使用寿命自然引起工程人员的高度关注。氧化包括热和温度引起的热氧化，以及阳光中紫外线产生的光氧化。其中光氧化的破坏作用很强，因为紫外线具有很大能量，能切断聚合物的分子链，或引发光氧化反应。此外，影响材料耐久性的还有化学与生物侵蚀、干湿作用、冻融变化和机械磨损等，但以日照紫外线的影响最重要。

各种原材料抗紫外线的能力以聚丙烯和聚酰胺最差，聚酯最佳，聚乙烯、聚氯乙烯介乎其间，颜色浅的比深的差。由于老化是从表层逐渐向内部发展，故产品厚的较薄的耐老化。

二、延缓老化的措施

老化是高分子材料的固有特性之一，不能完全消除，但如果采取有效措施，可以大大延缓。延缓老化的措施可以从两方面着手：一方面是在原材料中加人防老化剂，抑制光、氧、热等外界因素对材料的作用，如掺适量的抗氧剂、光稳定剂和深色碳黑等。有的单位在聚丙烯中加入防老化剂，经4年日光直接爆晒，强度仅损失25％，如果不加防老化剂，直接在日光下照射2～3月，强度即损失殆尽。另一方面是在工程中采取防护措施，如尽量缩短材料在日光中的暴露时间，用岩土(要求在30cm厚以上)或深水覆盖等。老化破坏程度常以材料的某物理力学量的变化率来反映，例如材料抗拉强度的损失或延伸率的变化等。

三、部分现场观测成果

以下是一些实际工程中土工合成材料经长期工作后的检测结果。

(1)1958年，美国佛罗里达州海岸护坡首先用PVC织造型土工织物作垫层，27年后取样试验，其性能仍十分良好。

(2)1965年，中国水利水电科学研究院在北京东北旺农场用PVC土工膜(厚0.12～0.15mm)铺在渠道上作防渗试验，埋在土下30～40cm，运行20年后仍保持良好防渗性。

(3)1970年，法国法拉克罗斯土坝用涤纶(聚酯)非织造土工织物作护坡垫层，运行6年后取样测定，抗拉强度仅减小8％。法国许多工程采用这种织物，运行12年后，绝大部分强度损失不到30％。

(4)1981年，葛洲坝水力发电工程二江泄水闸基础按长江委长科院的研究成果采用改性聚丙烯塑料管、聚氨脂泡沫塑料、涤纶织造土工织物的组合体作为基岩排水孔的过滤体。运行15年后抽样检测，发现织物在pH值为9.02～10.58的水下工作，其经向强度仅下降4％～8.5％，纬向强度下降7.5％～22.5％。

(5)西德汉诺威大学的试验表明，在有防护条件下，运行15年，涤纶织物强度损失不到5％，丙纶织物强度损失不到10％。而且老化速度随时间明显减缓。鉴于土工合成材料在工程应用中具有一定的抗老化能力，故有些国家的某些文件中对其使用年限作了较为宽限的规定，如前苏联BCH07-74《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》中规定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。奥地利林茨公司发表的“聚丙烯土工合成材料的长期性状”一文中的结论写道：“对聚丙烯的15年以上的现场应用经验表明，它们的化学和生物稳定性高；织物的最大损坏是在施工中；铺设以后没有大变化；……可预期超过100年的稳定性”。

综上所述，根据经验和合理推论，一般认为土工合成材料的使用寿命至少在30年以上。事实上，英国NETLON公司对其产品的设计年限是120年。第四节 土工合成材料的性能和测试方法

一、土工合成材料性能指标的分类

土工合成材料被广泛应用于水利和岩土工程的各个领域。不同的工程对材料有不同的功能要求，并因此而选择不同类型和不同品种的土工合成材料。为使土工合成材料在施工期和运用期能正常工作，必须有合理的设计方法和使用规范，统一的设计指标，并通过实验验证。土工合成材料的指标一般可分为物理性能指标、力学性能指标、水力性能指标、土工合成材料与土相互作用指标及耐久性指标等。下面逐一加以简单介绍。(一)物理性能指标 1.单位面积质量

单位面积质量，系1平方米土工织物的质量，称为土工织物的基本质量，单位为g/m2。它是土工织物的一个重要指标。对于任何一种系列产品来说，土工织物的单价与单位面积质量大致成正比，其力学强度随质量增大而提高。因此，在选用产品时单位面积质量是必须考虑的技术和经济指标。2.厚度

指土工织物在2kPa法向压力下，其顶面与底面之间的距离，单位为mm。土工织物厚度随所作用的法向压力而变，规定2kPa压力表示土工织物在自然状态无压条件下的厚度。由图1-12可见不同类型土工织物的压缩量差别很大，其中针刺非织造土工织物的压缩量最大。因此，当考虑非织造土工织物水力特性时，必须注意到上覆压力变化使水力特性变化的特点。3．孔隙率

定义为非织造土工织物所含孔隙体积与总体积之比，以百分数(％)表示。该指标不直接测定，由单位面积质量、密度和厚度计算得到。可按下式计算

土工织物常用原材料的密度为：聚丙烯0.91g/m3，聚乙烯0.94～0.96g/m3，聚酯1.22～1.38g/m3，聚酰胺1.05～1.14g/m3，聚乙烯醇1.26～1.32g/m3，聚氯乙烯1.39g/m3。孔隙率与厚度有关，所以孔隙率也随压力增大而变小。有时织造和非织造土工织物的孔径和渗透系数很接近，但不能认为两者水力性能相似。非织物土工织物的孔隙率远大于织造土工织物，因此其具有更好的反滤和排水性能。(二)力学性能指标

针对土工织物在设计和施工中所受荷载性质不同，其力学强度指标分为下列几种：抗拉强度、握持强度、撕裂强度、胀破强度、CBR顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度等。在前3项试验中，试样为单向受力，其纵向和横向强度需分别测定；而后4项试验中，试样为圆形，承受轴对称荷载，纵横双向同时受力。在上述众多力学指标中，最基本的是抗拉强度。1.抗拉强度和延伸率

抗拉强度也称为条带法抗拉强度，为单向拉伸。纵向和横向抗拉强度表示土工织物在纵向和横向单位宽度范围能承受的外部拉力，单位为kN/m。对应抗拉强度的应变为土工织物的延伸率，用百分数(％)表示。抗拉强度是力学性能中的重要指标。在各种功能的应用中对抗拉强度都有一定的要求。当用于加筋和隔离功能时，抗拉强度是主要的设计指标，而在排水和反滤功能的工程中，抗拉强度虽不是主要指标，但由于铺设过程中会受到扯拉、顶压、撕破等各种施工荷载，运用过程中也可能因建筑物变形而受拉，所以对强度也有一定要求。2.握持强度

握持强度表示土工织物抵抗外来集中荷载的能力，试验时仅1/3试样宽度被夹持，进行快速拉伸。土工织物对集中荷载的扩散范围越大，则握持强度越高，单位为N。3.撕裂强度

撕裂强度表示沿土工织物某一裂口将裂口逐步扩大过程中的最大拉力，单位为N。4.胀破强度、CBR顶破强度、圆球顶破强度、刺破强度

这四个强度的试验都表示土工织物抵抗外部冲击荷载的能力，其共同特点是试样为圆形，用环形夹具将试样夹住；其差别是试样尺寸、加荷方式不同，各试验示意图见图1-13。不同顶杆尺寸模拟不同顶压物，如块石、树枝等。胀破强度单位为kPa，其他3项强度单位为N。此外，落锥强度也属此类，其试样尺寸与CBR相同，试验时一个重1kg的圆锥自50cm高处自由落下，测定试样被刺破的孔洞尺寸，单位为mm，该试验重复性较差。除抗拉强度外，其他各力学强度指标直接用于设计的情况还不多见，它们主要是做为参考指标，根据工程实际情况，便于对产品进行比较和选择。

（三）水力性能指标

水力性能指标主要为等效孔径和渗透系数，是土工织物两个很重要的特性指标。由于土工织物是与土共同工作的，对织物的基本要求是既能保土又能排水，这就要求土工织物的孔径很小(能挡住土)而排水又很通畅，两者看来是有矛盾的，而土的多变性更增大了问题的复杂性。某一土工织物对这种土是合适的，而对另一种土未必也是合适的。目前常用保土准则和透水准则来选择土工织物的等效孔径和渗透系数，即将土工织物的等效孔径和土的特征粒径建立关系式，同时将织物的渗透系数与土的渗透系数建立关系式，以求达到既保土又排水的目的。保土准则和透水准则由实验得到。由于实验时控制的条件不同，得到的准则也有差异。可按具体情况选择准则，有条件进行模拟实验则更好。鉴于目前仍以保土和透水作用做为选择土工织物反滤层的准则，因此等效孔径和渗透系数两个水力特性指标是反滤和排水功能中的重要指标。

1.等效孔径(表现孔径)以土工织物为筛布，用某一平均粒径的玻璃珠或石英砂进行振筛，取通过土工织物的过筛率(通过织物的颗粒质量与颗粒总投放量之比)为5％(留筛率为95％)所对应的粒径为织物的等效孔径O95，表示该土工织物的最大有效孔径，单位为mm。用同样的步骤，则相应得到O85、O50和Ol5的孔径值。土工织物的孔径分布曲线形状与土的颗粒分布曲线相似，见图l-14。

2.垂直渗透系数和透水率

垂直渗透系数为水力梯度等于l时，水流垂直通过土工织物的渗透速率，单位为cm/s。透水率为水位差等于1时的渗透速率，单位为1/s 3.水平渗透系数和导水率

水平渗透系数为水力梯度等于1时水流沿土工织物平面的渗透速率，单位为cm/s。导水率为沿土工织物单位宽度内的输水能力，单位为cm2/s。(四)土工织物与土相互作用性能指标 1.土—织物界面摩擦系数 埋在土中的土工织物，通过土—织物界面摩擦力将外荷传递至土工织物，使土工织物承受拉力，形成加筋土。工程实例有加筋土挡墙、堤基加筋垫层等。按试验方法可分为直剪摩擦系数和拉拔摩擦系数。2.土 织物渗透特性

土—织物联合应用时，如何使土工织物能长期保持良好的保土及排水性能，不发生淤堵，目前还没有满意的理论准则。为判断织物是否会发生淤堵，可进行长期淤堵试验或梯度比试验，前者试验历时达500～1000h，后者需测试24h或更长。两种试验都还存在一些问题，有待积累经验逐步改进。(五)耐久性能指标

耐久性能指标主要有耐磨、抗紫外线、抗生物、抗化学、抗大气环境等多种指标。大多没有可遵循的规范、规程。一般按工程要求进行专门研究或参考已有工程经验来选取。(六)有关土工合成材料功能、设计指标种类及其品种的考虑 在表1-3中列出了土工合成材料用作不同功能时，其常用的设计指标种类和通常选用的材料品种。

二、测试方法

(一)试验操作和资料整理时应泣意和遵守的事项 1.制样原则

每项试验一般剪取6～10个试样，应从卷材长度和宽度方向上随机剪取样品，距卷材边缘不小于100mm。同一项试验的各试样应避免它们位于卷材同一纵向或横向位置上。2.试样调湿

大多数织造或非织造土工织物在测试时对试验室无温湿控制要求，只要记录试验时温度和湿度即可。而一些对温度较敏感的土工合成材料，如土工格栅、土工网等，试验前应对试样进行调湿，即将试样在温度为20土2℃和湿度为65土5％环境中静置24h以上，然后在该环境下试验。3.夹具

在力学指标试验中离不开夹具，单向拉伸用扁夹具，圆形试样用环形夹具。都要求夹具能均匀可靠地夹住试样，应能防止试样在钳口内打滑，且不会被夹坏。当有打滑或夹坏现象时应采取下列措施：①钳口内加衬垫；②钳口内试样用涂料加强；③改进钳口面。在试验过程中应随时观察夹具边缘试样是否有打滑或局部损坏现象。任何打滑、夹坏或局部损坏现象均将大大降低测试结果。4.资料整理

式中符号意义见式(1-2)。

Cυ反映样品的均匀程度。当样品很不均匀，测试值变化范围较大，Cυ就大，平均值的代表性就差。增加试样数量，平均值更具代表性，同时Cυ下降。(3)按式(1-5)计算所需要的试样块数nN。

上式表明了试样个数与Cυ 的关系。土工织物均匀性越差，要求试样的数量就越多。非织造土工织物均匀性比织造土工织物差些，因此前者的试验通常取10块试样，而后者可取6块。对于同一等级的两个产品，由Cυ值可比较两者的均匀性。(二)几项主要试验测定方法的一些问题

关于土工合成材料各项指标的测定方法可参阅有关的规程规范，这里只对几项测定技术比较复杂的项目作些说明。

1.孔径试验(干筛法)中的几个问题(1)振筛用的颗粒材料，按标准筛孔径分级如下：0.063～0.075mm，0.075～0.090mm，0.090～0.106mm等等。

(2)需测定孔径分布曲线时，应取得不少于3～4级连续分级颗粒的过筛率，并要求试验点均匀分布。若仅测定等效孔径O95，则有两组的筛余率在95％左右即可。

(3)孔径试验有干筛法、湿筛法、显微镜直读法、水银压入法等，不管哪个方法都存在一些问题。最近国际标准(ISO)及我国国标(GB)都规定孔径试验采用湿筛法。但实际应用中国内和国外都普遍采用干筛法。

(4)孔径曲线的纵标为筛余率。由于筛余量包括了留在织物上面和嵌在织物内的颗粒，因此是不容易直接测准的，而过筛量可以准确测定，所以通常测定过筛量，计算筛余率。2.拉伸试验中的几个问题

(1)目前国内试验室大多采用窄条试样，即试样宽50mm、长100mm。国际上大多采用宽条试样，试样宽200mm、长100mm。这两种试样的试验方法相同，但宽条试样试验要具备一对实际有效宽度为210mm的夹具，试验荷载相应增大，操作技术也复杂一些。目前国际上只认定宽条法试验成果，为此国内有关部门还需不断改进设备、提高操作技术，逐步过渡到宽条法。

(2)拉伸过程中应记录拉力 伸长量曲线。目前设计往往要求提供某一应变时的抗拉强度，有时要求提供初始模量，两者都由拉力 伸长量曲线上获得。

(3)握持试验和撕裂试验的方法与条带拉伸试验方法相似，仅夹持方法不同。握持和撕裂试样如图1-15所示，图中阴影线部分为夹持部分。由图可知，握持试验夹持面积(长×宽)为50mm×25mm，撕裂试验夹持宽度为84mm。两试验拉伸速率为100mm/min。拉伸过程中最大拉力即为握持强度或撕裂强度，单位为N。

(4)土工带、土工格栅和土工网等的抗拉强度试验方法类似，而取样方法各不相同。土工带取整条带进行拉伸，计量长度100mm，拉伸速率为50mm/min。拉伸过程中的最大拉力即为土工带的抗拉力，单位为kN。土工格栅和土工网试样，在宽度和长度方向上均以一根筋(或一孔)作为单元进行拉伸。拉伸速率每分钟为试样计量长度的20％。拉伸过程中的最大力为一根筋(或孔)的拉力，再计算l米宽度范围内的筋(或孔)数，即可得出每米宽的抗拉力，即抗拉强度，单位为kN/m。

(5)拉力机上配一反向器即有加压功能，可进行刺破和圆球顶破试验。两种试验的试样直径相同，可用同一环形夹具，再分别配一个φ8mm顶杆和一个φ25mm圆球顶杆即可。项压速率为100mm/min，单位为N。

对于CBR试验，试样直径φ150mm，顶杆φ50mm，通常在压力机上加压，顶压速率为60mm/min，单位为N。另胀破试验应用专门设备进行试验。3.垂直渗透试验中的几个问题

(1)垂直渗透系数的定义为水力梯度等于1(或单位水力比降)时的渗透速率。这并不是规定试验时的水力梯度为l。试验用的水力梯度变化范围较大，主要由织物的透水程度、测读精确度和保证层流条件而定。

(2)通常进行无压下的垂直渗透试验，而实际工程上都是有压的。有压时的垂直渗透系数很重要，但试验比较困难。若要在试样上加压，势必在试样上面有加压板，同时在试样下面有托板。这上下两块板，即使用开孔面积很大的板，也会影响试样的过水面积。目前还没有直接测定的好办法。

(3)渗透试验采用单片试样还是多片试样取决于试样类型。从理论上说，用单片试样最好，但往往难以实施。如非织造土工织物由于孔隙大，透水性大，若用单片，则要求所用的水位差很小，但过小的水位差测读误差大，为此应该加大渗径长度，取多片试样进行测试。通常非织造土工织物试样的总厚度应达到20mm左右。对于织造土工织物，视其孔隙而异，有时用单片，有时用2～3片。

(4)土工膜的防渗性能也可用垂直渗透系数表示。一般土工膜的渗透系数值小于1×10-11cm/s。试验原理与土工织物垂直渗透试验相同。不同之处有，试验在有压力(一般为100kPa，相当于1000cm水位差)下进行，由于渗水量很小，试验持续时间较长。

第二章 土工合成材料的功能和设计原则

土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即反滤功能、排水功能、隔离功能、防渗功能、防护功能以及加筋和加固功能。现分别加以叙述。有关各种材料在不同工程中的应用原则和施工方法参阅后续各章。第一节 反滤功能

一、反滤作用

当土中水流过土工织物时，水可以顺畅穿过，而土粒却被阻留的现象称为反滤(过滤)。反滤不同于排水，后者的水流是沿织物表面进行的，而不是穿越织物。当土中水从细粒土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的出逸处，需要设置反滤措施，否则土粒将受水流作用而被带出土体外，发展下去可能导致土体破坏。土工织物可以代替水利工程中传统采用的砂砾等天然反滤材料作为反滤层(或称滤层)。

用作反滤的土工织物一般是非织造型(无纺)土工织物，有时也可以用织造型土工织物。

二、典型应用(举例)堤坝工程中可以用土工合成材料作滤层的情况很多，以下是一些常见的使用场合。（1）堤坝粘土斜墙和粘土心墙的反滤层。（2）堤坝内部和下游排水体滤层。

（3）渠道、堤防、海岸等乱石或混凝土板护面下的滤层。（4）水闸分缝处、下游护坦、河漫下的滤层。（5）挡土墙、岸墙等背面排水系统中的滤层。（6）排水暗管或排水暗沟外面的包裹体。（7）减压井或测压管的外裹体。以上应用的示意见图2-1。

此外，公路和机场跑道的基层，铁轨下道渣与土基间的隔离层等，也都同时要求反滤功能。

三、反滤和淤堵机理

以往的直观概念都认为土工织物起反滤作用等同于过筛作用，后来的研究却证明土工织物所以发挥反滤功能主要是由于它具有促进天然滤层形成的“催化”作用。另外，当土工织物作为滤层而长期作用时，发现有淤堵现象，从而使其反滤作用减弱或至消失。为此需要弄清淤堵的成因，方能有效地防止淤堵发生。

（一）反滤机理

土工织物的反滤作用可以用图2-2来说明。图中左侧为大孔隙堆石体，右侧为被保护土，二者之间夹有起反滤作用的土工织物。当水流从被保护土自右向左流入堆石体时，部分细土粒将被水流挟带进入堆石体。在被保护土一侧的土工织物表面附近，较粗土粒首先被截留，使透水性增大。同时，这部分较粗粒层将阻止其后面的细土粒继续被水流带走，而且越往后细土粒被流失的可能性越小，于是就在土工织物的右侧形成一个从左往右颗粒逐渐变细的“天然反滤层”。该层发挥着保护土体的作用。可见土工织物的存在只是起了促成天然反滤层形成的“催化”作用。(二)淤堵机理

土工织物中的孔道被堵塞，过水面积减小，渗透性下降的现象称淤堵。形成淤堵的原因可分为机械淤堵、化学淤堵和生物淤堵。一般情况下，机械淤堵为主要形式。

机械淤堵是土体中的细颗粒随水流进入土工织物孔隙中，并停留其中，随时间增长，停留的细粒愈来愈多，织物的透水性愈来愈小。化学淤堵是由于渗流水中的各种离子，受化学作用形成不溶于水的化合物，如CaC03、Fe02等，停留于织物孔隙中，减少水流通道从而降低织物的渗透性。生物淤堵是土体或土中水内的藻尖、菌头微生物和有机质在织物孔隙中滋长繁殖，堵塞孔隙所造成。

淤堵对织造型和非织造型土工织物有着不同影响。织造型织物孔口通道单一，管状通道间不连通，故孔口或通道内任一处被堵塞，整个通道即不通。针刺非织造土工织物则兼有垂直和水平结构，而且它们之间是相通的，织物孔隙呈迂回树枝状的立体结构，水分进入后即可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相当的透水性。

四、反滤设计准则

为了让所选用的土工织物能长期发挥反滤作用，对织物应该提出一定的要求。正像以往采用粒状土料(砂砾料)作反滤层时那样，应使土料粒径符合一定的准则。对用作反滤的土工织物，基本要求如下，(1)被保护的土料在水流作用下，土粒不得被水流带走，即需要有“保土性”，以便防止管涌破坏。

(2)水流必须能顺畅通过织物平面，即需要有“透水性”，以防止积水产生过高的渗透压力。(3)织物孔径不能被水流挟带的土粒所阻塞，即要有“防堵性”，以避免反滤作用失效。(一)保土性准则

既然要求织物保土，则织物的孔径与土的粒径之间就必须符合一定的关系。孔径过大，土粒会穿过孔洞而流失；过小又妨碍透水和容易被堵塞。

借鉴传统的粒状土反滤层的保土要求，并依据众多的试验研究表明，为了保土，织物的某等效孔径Oe和被保护士的特征粒径d85之间应该符合以下关系：

式中Oe是一个由试验测得的等效孔径值。目前国内外采用最多的是Oe＝O95，或者Oe＝O90。O95和O90之间的统计关系为O95/O90≈1.2。d85是被保护土的一个特征粒径，可从被保护士的颗粒分析试验曲线上查得，它表明土中粒径小于该值的颗粒的质量是全土质量的85％。而式中的n则是与土中的细粒(土粒粒径d≤0.075mm的部分)含量和不均匀系数Cu(＝d60/d10)等相关的经验系数。

SI/T225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》规定，Oe＝O95，n一般为1～2，选用该值的详细规定请参考该《规范》。必须指出，以上对n值的规定是针对一般水流情况而定的，对于较为复杂的情况，例如对有往复水流或有动力作用的情况，则织物的孔径应该要求大一些。因为在往复水流情况下，织物的保土侧难以形成“天然反滤层”；对有浪击的情况，负压会通过织物孔隙对土产生抽吸作用，等等。鉴于上述情况，故SL/T225—98对此作出如下规定：

另外在一些特殊场合的特殊工程，如防汛抢险，往往要求滤层中水流十分畅通，此时需要采用孔径较大的材料，有时甚至采用窗纱来做反滤。(二)透水性准则

目前对土工织物透水性的要求，是以织物和被保护士的渗透系数的相对关系来表示。规范对此作了如下规定：

(1)被保护土级配良好，水力梯度低和预计不致发生淤堵(中粗砂等)时

(2)若排水失效会导致土体结构破坏，且修理费用高，或水力梯度高，流态复杂等情况

有的标准要求比式(2-4)中10更大的系数，是考虑土工织物在实际工作中，其渗透系数可能会由于织物被阻塞或受压变薄而降低的情况发生。(三)防堵性准则

为防止土工织物在长期工作中被淤堵，应该用选定的织物和被保护的现场土料作较长期试验来检验。这样做费时费事，因此SL/T225—98对于土工织物防堵性提出了以下要求：(1)被保护土级配良好，水力梯度低，流态稳定，修理费用小及不发生淤堵时

(2)被保护土易管涌，具有分散性、水力梯度高、流态复杂、修理费用大的情况。

这里需要解释一下“梯度比”的意义。梯度比是美国陆军工程师团为了用较短时间判断土工织物滤层的工作状态而建议的一个指标，由淤堵试验装置测定，如图2-3。图中的6代表待测定的土工织物，它被安放在作为支承体的透水铜丝布7上。织物上面是由现场取来的并按要求压实的土。在织物上面25mm和再上面50mm处的试验筒两侧壁上，各安装有测压水管(同一高程两侧各设一管是为了取其平均值作为测读水位)，试验筒顶不断供水，使水流通过土体、织物，由图中的调节管8排出。量测通过上面50mm土层后测压管的水位差，计算出相应的梯度is；同样量测通过下面25mm土层和土工织物的测压管水位差，计算出相应的梯度isg。后一梯度对前一梯度的比值，即GR＝isg/is称为梯度比。GR≤3的准则可以转化为渗透系数的概念。按此，应该有

附带说明，上面所述的和其他一些现有的保土准则都是针对非织造型土工织物制定的。对于织造型土工织物，现在还没有公认的准则，SL/T225—98的条文说明中介绍了部分单位的经验，可供参考。另外，为了防堵，许多专家主张，采用的土工织物的孔径宜较准则要求的适当加大。

五、设计要点

采用土工织物作为反滤层时，首先要求选用的材料必须满足反滤准则；其次，它们在铺设后必须是稳定的；再次，虽然它们并不是作为受力部件来作用，但需要有一定的强度，应能承受施工应力和可能遇到的其他荷载。因此一般的设计应该包括以下内容。(一)提供必要的基本数据

1.被保护土的主要物理力学性指标

被保护土的主要物理力学性指标包括：土的分类、颗粒分析曲线(由此可查取土的特征粒径d85、d60、d15、d10…)、土的不均匀系数Cu＝d60/d10、土的渗透系数K、土的抗剪强度指标、土的化学成分等，它们可由试验确定。2.填土的性质指标

填土的性质指标即回填土的击实试验曲线，从曲线上确定填土的最大干容重γdmax和最优含水率Wop。

3.待选土工织物的性质指标 待选土工织物的性质指标包括土工织物的单位面积质量M、等效孔径O95、垂直渗透系数Kυ、水平渗透系数Kh、抗拉强度以及由淤堵试验测得的梯度比GR等。(二)一般的强度要求

织物要求的强度T很难计算确定，通常可以根据经验按以下情况取值。

(1)一般闸坝，要求无纺土工织物的M≥300g/m2，T≥8.0kN/m，纵横向强度比为2/3～3/2(M为单位面积质量，T为抗拉强度)。

(2)预计应力较大时，M≥400g/m2，T≥10kN/m，纵横强度比为2/3～3/2。(3)应力更大时，M≥500g/m2，T≥12kN/m，纵横强度比为2/3～3/2 第二节 排水功能

一、排水作用

水利工程中需要将土中水排走的情况很多，例如堤坝工程中降低浸润线位置，以减小渗流力；挡墙背面排水，以消减水压力，提高墙体稳定性；土坡排水，减小孔隙压力，防止土坡失稳；隧道和廊道排水，以减轻渗水压力；软土地基排水，以加速土固结，提高地基承载力等等。传统的排水材料多采用强透水粒状材料，土工织物用作排水时兼起反滤作用，同时，不致因土体固结变形而失效，它具有施工简便，缩短工期，节约工程费用等优点。

二、典型应用(举例)以下是堤坝工程中可以应用土工合成材料作为排水设施的一些常用场合。(1)堤坝体内烟囱式排水及下游排水褥垫层。(2)堤坝防渗土工膜下的排水、排气垫层。(3)设于水力冲填坝中的孔压消散层。(4)土堤下游坡的排水层。(5)挡墙及岸墙后的排水层。

(6)加速软基固结的排水带或排水板。

(7)冻胀区用于截断毛细水上升，防止冻害；干旱区防止毛细水上升造成盐碱化。

三、设计要点

土工合成材料用作排水体的设计方法与反滤层的基本相同。但由于在此项用途中，织物应有足够的平面排水能力以导走来水，所以要进行排水能力的校核。本节先介绍一般的排水设计方法，而后再就几种特殊情况，做些说明。(一)一般的排水设计 1.所需的基本资料

与反滤设计中要求的类似，应提供土体的物理力学特性，如土的分类、土的颗粒分析曲线、土的渗透系数等；有关地质、水文资料；来水量(或根据条件估算)；土与水的化学成分等。另外，应提供待选土工织物的厚度δ、等效孔径O95、水平渗透系数Kh、垂直渗透系数Kυ等。

2.以反滤准则检验待选土工织物

用于排水的无纺土工织物首先应符合反滤准则，故待选材料应先按第一节中的三项准则逐一加以检验，如不合格，应更换其他合格材料。3.排水能力校核

这里我们先介绍一种反映土工织物透水性的指标。土工织物排水是依靠其平面渗透性，按照理论应该以其水平渗透系数Kh来表示。但是，由于织物埋在土内要受到一定的压力，其厚度δ要变薄，垂直渗透性和水平渗透性都将减小，为了回避可变的厚度δ，根据达西定理，推导出反应织物渗透性的另外两个指标：

式中： q表示单位宽度的来水量；△h为土工织物上下两侧的水位差值；A为通过水流的面积； i为水流通过织物时的水力梯度。某种土工织物用作排水时是否合适，需要先计算两种导水率：一个是由需要排除的水量q(亦即来水量)计算得要求的导水率θr，另一个是根据所提供织物的指标算出的织物可提供的导水率θa，按以上所述，它们可以按式(2-10)及式(2-11)计算：

式中：Fs是安全系数，一般应不小于3；q为来水量，可以借流网法或其他方法估算(可参考有关资料)。

式(2-11)如果得不到满足，可以更换厚一些的织物，或改用排水量大的其他排水土工合成材料。

(二)烟囱式排水布置

上游来水流到竖向排水体土工织物(图2-4)，将沿织物往下流，通过下游底部排水层导向堤外。

这种情况下的计算与上述

（一）中所述的基本相同，即先按流网估算进人烟囱式排水体的来水量q，由此按式(2-9)算出θr(其中的i＝sinβ)；其次由提供的土工织物指标，按式(2-10)算出θa；再由式(2-11)检验提供的织物是否合适。

要注意的是流入织物的渗流量是由上而下累计增大的，如图2-4(b)，其底部流量最大，应该逐段验算。

(三)堤坝底部排水层

软基上堤坝底部铺设土工织物作为排水层的示意如图2-5。饱和软土地基在堤坝重力作用下将排水固结，排出的水量通过土工织物向两侧流走。

这种情况的排水计算较前述的稍复杂，因为它要涉及土的固结计算。这里不作详细介绍，仅写出以下公式作为参考。式(2-12)假设土工织物的最大承压力为地基中最大水压力的10％～15％，并根据单向固结理论推导得出：

式中：B为堤坝底宽；Ksυ是地基土的垂直向渗透系数； Cυ为土的固结系数，它是由地基土的固结试验求得的反映固结快慢的一个指标；t为筑堤的时间。同样，可按式(2-11)检验所采用的织物是否有足够的导水能力。(四)塑料排水带垂直排水设计

在第一章中已简单介绍了塑料排水带的构造，它是由塑料排水芯材外包非织造土工织物(滤膜)构成的一种土工复合排水材料，在软土地基加固中应用广泛。这种材料是由早期的“排水砂井”演变而来。

利用砂井加速软土地基固结的基本概念如下：假设有一处饱和软土地基，如图2-6(a)，在其表面施加外荷载(建筑物重量)，土中会产生超过静水压力的孔隙水压力，于是，土体中多余水分逐渐从排水面(地表)排出，这种现象称为排水固结。当土层厚度H(假设其下为不透水层)较大时，排水行程(即H)太长，土层完成排水固结的时间也将增大。若粘土渗透性小，则固结时间需要很长，故建造在软土上的建筑物将长期处于持续下沉的状态。为了加速固结，可以在软基中设置垂直方向的砂井(砂井是用造孔机械在平面上按一定间距和布置方式(常为正方形或梅花形分布)造孔(一般穿过软土层)，同时填入砂料，形成砂柱，如图2-6(b)。砂柱为软土提供了排水面，排入砂柱的水向上进入地面的砂垫层，再沿水平方向排走。根据固结理论，排水固结的时间与排水距离的平方成反比。例如在图2-6中，不设砂井时的最大排水距离为H，设砂井后，相应距离为de/2。式中的de约为砂井间距，则为达到一定的固结度后者所需的时间t与前者时间T的关系为：t＝[（de/2）2/H2]T，所以只要调整de，即可使固结所需的时间缩短到要求的时间。事实上，所需时间比上式计算的还要短一些，因为在砂井水平排水的同时，还有土层自身的垂直向排水。

砂井设计的要点在于按现有的土质特性(固结系数Cυ等)、砂井的直径和深度，现有的造孔设备规格(孔径和造孔深度)，以及许可的固结时间，通过三维固结理论来估算砂井的分布间距。很明显，间距愈小，固结将愈快，但为了使地基土不因砂井造孔而过分地扰动，砂井的间距不宜过小，一般为2～3m。

塑料排水带加速地基固结的概念与砂井的完全相同，只是以截面为矩形的排水带代替了截面为圆形的砂井，排水带计算仍然采用砂井理论中的固结理论，所以需要将排水带截面的周长(宽度和厚度分别为b和δ)转化为等效砂井直径d，显然d＝（2/π）(b十δ)。这样排水带就可以完全按直径为d的砂井设计。

在塑料排水带插带过程或砂井施工过程中，不可避免会引起地基土的扰动，并因此在排水带或砂井周围形成一相对不透水的土层，这种因对地基土扰动引起透水性降低的作用，称为涂抹作用。同时，塑料排水带或砂井的导水能力需要在一定的水头差作用下才能起作用，以排出从地基土流人的水量，这种砂井导水能力的有限性可称之为井阻。考虑涂抹和井阻作用的计算方法很多，有的方法可估算扰动土层的范围和渗透系数，以及塑料排水带的渗透系数，然而，这些量的确定仍然是困难的。这里不再介绍有关的计算方法，仅引用《建筑地基处理技术规范》中的规定：对长径比较大和井料渗透系数小的袋装砂井或塑料排水带，应考虑井阻作用，当采用挤土方式施工时，尚应考虑土的涂抹和扰动影响。考虑的方法是将理想条件下计算得到的平均固结度乘以0.80～0.95的折减系数。

用以上介绍的方法进行软土地基的排水固结计算一般已能满足工程设计的要求。在设计中还可针对实际情况进一步考虑其他因素(如分级加载，井深不穿过软土层，或地基土强度等)的影响，这里不再作进一步介绍，如有需要可参考有关文献。第三节 隔离功能

一、隔离作用

隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预期的良好效应，举简例说明如下：

(1)通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。(2)隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。

(3)隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。(4)地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。

(5)在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。(6)道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。(7)隔离层还起一定的保温作用。前面已经谈过，一种土工合成材料常具有多种功能。利用它作为隔离层，更能说明这一特征，在水利工程中，经常遇到的是水流从土体中通过，有时要穿越颗粒粗细不同的土层，或从土体中流出。因此，应用于隔离的材料除要求有一定的强度外，还需要有足够的透水性，让水流畅通，避免引起过高的孔隙水压力；有足够的保土性，防止形成土骨架的土粒流失，保证土体稳定性；堤坝坡防护层下的土工织物垫层要保护垫层下的土体不被冲刷带走，实际上也起到隔离作用。由此看来，隔离功能往往不是单独存在的，它常与排水、反滤，甚至防护功能连系在一起，难以截然分开。

本节中所述的隔离作用主要侧重于那种用于持力层，因而对材料的抗顶破和刺破能力特别需要关注。

二、材料及其应用举例

用于隔离的土工合成材料应以它们在工程中的用途来确定。应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，则需要土工膜或复合土工膜。

水利工程中要求隔离的实例很多，兹举典型的如下：(1)堤坝粘土心墙和斜墙上下游的过滤层。(2)堤坝排水体与坝体的隔离层。

(3)岸坡防护层下的垫层以及地基上填筑粗粒料时的界面隔离层等。

为了重点阐明隔离层的受力状态，可以图2-7作示意性解释。图2-7(a)为在粗粒土上覆盖细粒土，并有荷载作用；图2-7(b)与图2-7(a)相反，为在细粒土上填筑粗粒土；图2-7(c)则既有粗、细粒土的相邻，又有渗流运动；图2-7(d)则是在两种不同界面处有孔穴存在。在这几种情况中，明显看出，在标有号码“1”处，隔离材料在粗粒土的孔隙部位或两种材料界面的孔穴部位将受到来自受压软土的挤顶作用，为此，要求隔离材料必须有足够的抗顶破能力；在标有号码“2”处，隔离材料则将受到由粗土粒棱角施加的穿刺力，故隔离材料还应有抵抗刺破的能力。

三、工程设计要点

设计及验算的内容应根据隔离层预计的工作条件来确定：(一)非持力层情况

隔离层不要求承受施工应力以外的较大荷载，不需要按受力部件来考虑，则按本节中“反滤”和“排水”两段所述要求来选择隔离材料即可。

(二)持力层情况

如图2-7所示情况，受上覆荷载作用，隔离材料有抵抗顶破和刺破的要求，则除满足反滤和排水准则，还需要对其进行力学分析。由于力学分析与Mullen胀破试验及CBR顶破试验紧密相连，因此有必要在这里先简单介绍这两种试验的情况。1.胀破和顶破试验

(1)Mullen胀破试验。这个试验是为了模拟土工织物铺在凹凸不平的层面上受到挤压，评价其强度而设计的。所用仪器如图2-8。环形夹具中间为一可扩散的薄膜(加筋的人造橡胶)。试验时将土工织物试样覆盖在薄膜上，用环形夹具将其夹紧，然后开动机器加液压，使薄膜连同土工织物同时鼓胀，直到织物被胀裂，将胀破压力扣除使薄膜扩张至胀裂状态所需的压力称胀破强度或顶破强度。

(2)CBR顶破试验。这个试验是为模拟粗粒石料对土工织物的顶压作用，评价其强度而设计的。试验所用CBR试验仪如图2-9。试验方法是将土工织物试样紧夹在图2-8(a)的环形夹具中，然后用图2-8(b)中直径为50mm的CBR仪的圆柱顶压杆在织物平面垂直向以一定速率顶向织物，直至试样被顶破，顶破过程中的最大顶压力称顶破强度或刺破强度。

2.力学分析

故用作隔离的土工织物的Mullen试验的顶破强度应不小于按式(2-13)算得的数值。有的学者建议dc取值如下： 带棱角颗粒dc＝（1/4）d50 圆钝颗粒 dc＝（1/2）d50

故用作隔离的土工织物的刺破强度应不小于按式(2-14)算得的数值。第四节 防渗功能

一、防治作用及其应用举例

防渗是防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。日常生活中要求防渗的事例很多，水利工程中要修建大量的挡水蓄水、引水和输水等建筑物，更有防渗、防漏的要求。在水利工程中常见的防渗工程可列举如下。(1)堤坝的防渗斜墙或心墙。

(2)透水地基上堤坝的水平防渗铺盖和垂直防渗墙。(3)混凝土坝、圬工坝及碾压混凝土坝的防渗体。(4)渠道的衬砌防渗。(5)涵闸、海漫与护坦的防渗。(6)隧道和堤坝内埋管的防渗。(7)施工围堰的防渗。

图2-11是一些防渗结构的示意。

以往的防渗材料大多为透水性低的粘土、沥青油毛毡和各种涂料，它们的用量大，施工复杂，还往往出现干裂等质量事故。土工合成材料为防渗材料增加了一种极有前途的品种，国内外的使用经验证明，土工膜用于防渗效果很好，质量轻，运输方便，施工简单，造价不高，只要使用得当，在绝大多数情况下，完全可以替代传统的防渗材料。但是，为了保证土工膜发挥其应有的防渗作用，应该注意一些关键性问题。

(1)土工膜材质。土工膜的原材料有多种，应该根据当地的气候条件等进行适当选择。例如在寒冷地带，应考虑土工膜在低温下会不会变脆破坏，是否会影响焊接质量；土质和水质中的某些化学成分会不会给膜材或粘结剂带来不良作用等。

(2)排水、排气问题。铺设土工膜后，由于种种原因，膜下有可能积气、积水，如不将它们排走，可能因受顶托而破坏。

(3)表面防护。聚合物制成的土工膜容易因日光紫外线照射而降解或破坏，故在储存、运输和施工等各个环节，都必须时时注意封盖遮阳，特别是在施工过程中，应尽量缩短其外露时间，原则上应随铺随用土覆盖。

二、防渗结构

土工膜的厚度很薄，容易遭破坏，为了有效保护和提高其在坡面上的稳定性，要求按一定的结构形式铺设。原则上防渗结构应包括5层，如图2-12。1.防护层

防护层是与外界接触的最外层，是 为了防御外界水流或波浪冲击、风化浸蚀、冰冻破坏和遮蔽日光紫外线而设置。该层由透水的堆石、砌石或预制混凝土板构成，要求有一定厚度。2.上垫层

上垫层是防护层和下卧土工膜之间的过渡层，由于防护层多是大块粗糙材料，如果直接置于土工膜上，很容易破坏土工膜，如果防护层的块体有移动，更会伤害膜材，因此上垫层必须做好。上垫层可以采用透水性良好的砂砾料，厚度应不小于10cm，根据具体情况，有时也可采用无砂混凝土或沥青砂浆等；如果防渗材料采用的是复合土工膜，则膜两侧的非织造土工织物可以起保护膜的作用，不必另设垫层。3.土工膜

土工膜是防渗主体，除要求有可靠的防渗性外，还应该能承受一定的施工应力和使用期间结构物沉降等引起的应力，故也有强度要求。土工膜的强度与其厚度直接有关，可通过理论计算或工程经验来确定。单一土工膜表面光滑，摩擦系数小，铺在坡面上要考虑下滑的可能性。为此，在可能条件下，一般要求采用复合土工膜，其表面的非织造土工织物与土的摩擦系数要比单膜的大得多；另外，也有地方将单膜加上纹路以增加糙度；再有则是从铺设方式上着眼，例如按锯齿形、台阶形铺设，或在坡面上设戗台等(图2-13)。

4.下垫层

下垫层铺在土工膜的下面，有双重功能：一是排除膜下的积水、积气，确保膜的稳定；二是保护土工膜，使其不受支持层的破坏。

对于粗粒的堆石坝，下垫层也可起堆石与土工膜之间过渡层的作用，这时的下垫层由砾石、细砾和砂构成，三者之间的粒径应符合一定的层间关系。如果采用的是非织造土工织物复合膜，而且是用于碾压式土坝，则下垫层一般可以省去，因为非织造土工织物已经可以起到保护和排水排气作用，而且又增加了与土工膜的摩擦力。

下垫层对土工膜起支持层的重要作用。如果土工膜直接放在粗粒料上，在水压力作用下，它会被压进粗粒的大孔隙中，而被拉破。相反，如果膜下为平整硬层或细粒土料，则情况就会不同了。前人的试验研究证明，0.25mm厚的聚乙烯土工膜铺在级配良好的砂卵石层上，作用水头甚至达到200m，土工膜也没有破坏，这表明膜下垫层的状态对膜的安全至关重要。5.支持层

土工膜是柔性材料，必须铺设在可靠的支持层上，它可以让土工膜受力均匀。除上述的下垫层外，支持层还可采用级配良好的压实土层，粒径应根据膜厚来选择。有学者建议，对于0.2mm厚的土工膜，支持层的最大粒径应不大于6mm，不均匀系数应不小于20。如果是碾压式土石坝，由于其坝面平整，又有较大密实度，可以不专门设置支持层。

三、设计要点(一)堤坝的防渗

土工膜仅是土石坝的一个组成部分，其总体布置、设置范围与高程等应遵循SDJ218—84《碾压式土石坝设计规范》的规定。针对土工膜的核算有两方面。1.稳定性验算

心墙土工膜不存在滑动失稳问题，对于斜墙稳定目前主要验算两种失稳情况。

(1)土工膜以上的防护层、上垫层连同膜本身沿下垫层或支持层面的滑动。这种情况一般不致发生，因为膜上端要求固定于坝顶，加之膜下下垫层要求透水，不致产生过高的孔隙水压力使接触面强度降低。这种形式的破坏可不考虑。

(2)土工膜以上防护层和上垫层沿土工膜表面的滑动。这种情况的抗滑稳定验算一般采用土力学中的极限平衡法。由于土坡有不同工况，验算需要按正常运行(即水位保持不变，堤坝内有稳定渗流和非常情况(通常指外水位由某水位快速下降到某一低水位)进行。对于非常情况，还有上垫层材料是透水和不透水之分，后一情况是当该层与膜的交界面处存在过高的孔隙水压力，使强度显著下降造成的，这是验算中的一种最危险的控制工况。2.土工膜下的排水能力的验算

前面已经提及，堤坝坡面铺土工膜后，其下仍将会有一定的渗流量，应该及时充分排除，以避免孔隙水压力的产生。但是，对此迄今还没有较好的估算方法，最好是采取防预措施较为稳妥。例如采用非织造土工织物复合土工膜，通过织物排水，就是一种方便途径。若预计来水量较大，则不妨用较厚的织物复合，甚至在膜下再铺薄砂层。以上两种验算的具体方法可以参考有关规范。(二)堤坝前的水平防渗铺盖 土石堤坝建在透水地基上，当地基厚度过大，采用其他方式防止地基渗流不经济或不可能时，可采用铺盖防渗。它是将透水性小的材料水平铺设在堤坝上游的一段长度内，并与堤身或坝身的防渗体系相连接，以增加渗流路径，减小渗透坡降，防止地基渗透变形并减少渗流量。一般用于铺盖材料的渗透系数至少应比地基的透水性小100倍，故以往常用的材料为粘性土。土工膜比粘土的透水性还要小，具有极大的柔性，能和地面密切贴合，而且施工相当方便，只要正确应用，就能收到良好的效果。

土工膜铺盖设计与粘土铺盖的基本相同，主要是根据透水地基的厚度、地层土渗透系数、坝前水深和地层土容许的渗透坡降等指标，通过水力学计算来确定垂直于堤坝轴线的合理长度。

根据规范，土工膜所需厚度应按作用水头，地层中可能存在裂隙的形状与大小，以及膜材的抗拉强度和破坏应变等，借薄膜理论来估算，根据经验，对于中水头堤坝，要求厚度一般为0.5～0.6mm。土工膜铺盖长度也应按计算确定，不过，大量的工程经验表明，长度取为坝前水深的5倍左右即可，太长了效果不大。

应指出：①土工膜下应该设反滤层，以防止铺盖万一穿孔时造成地层土流失，采用非织造土工织物的复合土工膜可以同时满足运行需要。②大面积铺盖下很可能会积水、积气，应根据具体情况设排放措施，将它们排除，例如在膜下建纵横排放沟或采用专门的排放设备(如逆止阀)。③注意铺盖和堤坝防渗体、与其连接的结构物以及岸坡的有效连接，以形成完整的封闭防渗系统。

与建铺盖类似，土工膜也可用于库区防渗。使用时，将其妥善地铺在需要堵漏的部位。(三)地基垂直防渗墙

垂直防渗墙是在透水地基内造孔或挖槽，以透水性极低的材料填入建成的连续墙。我国堤坝中以往常用的混凝土防渗墙厚度为0.6～1.3m，目前在堤防工程中的墙厚已减至0.3m，甚至更薄。建造这样的防渗墙，除需要造孔设备外，还要有浇注混凝土的专用机具，施工比较复杂。我国现在已经用土工膜完成多处垂直防渗墙工程。修建防渗墙的土工合成材料可以采用土工膜、复合土工膜或防水塑料板。国外采用打钢板桩的技术和设备来插入高密度聚乙烯板，板的两侧附有锁口，用以将两块板连接在一起。锁口中的间隙则放人密封条，遇水后密封条膨胀，充满间隙，可以做到基本不漏水。安装时由震动打桩机实施，板前端有一铁靴，保护膜板的插入，深度可达40m。若采用插入土工膜，则膜厚度应不小于0.5mm。在目前技术条件下，插入深度可以达到约15m，要求地基土中大于5cm的粗颗粒不多于10％，最大颗粒粒径不大于15cm，否则将超出开槽宽度。

造墙的基本步骤是：首先用高压水冲，或链斗或液压式锯槽机开槽，以泥浆护槽壁，将与槽深相当的整卷土工膜铺入槽内，倒转轴卷，使土工膜展开，相邻两幅之间用搭接的方式连接；及时进行膜两侧的填土，并在槽底回填粘土，厚度不少于1m，目的是密封，以防止水从下部绕渗；接着填一般土，待其下沉稳定后，往槽内继续填土压实；最后待土工膜出槽后，立即将其与建筑物连接，不得外露。应当注意在与建筑物连接处土工膜应留有足够的富裕，以防建筑物变形时拉断土工膜。第五节 防护功能

一、防护作用及其应用举例 防护作用具有广泛的涵义。为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡造成的危害，常要采取适当的防护措施。岸坡防护包括河岸、湖岸、海岸等的防水流冲刷，波浪冲击等，这类防护措施古已有之，有许多迄今仍在继续采用。传统的防护办法有利用埽枕、柴排、石笼、抛石保护岸坡或打护坡桩等。它们虽然也能起到护坡的良好作用，但耐久性较差，常要不断维修。根本的弱点，是它们放在被保护土面上，不具有反滤功能，受水流冲蚀和潮浪淘刷抽吸的作用，被保护土颗粒容易被水流带走，导致剥蚀和坍塌。

土工合成材料的发展，为上述岸坡防护提供了新的途径，简单地说，只要在被保护士面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即能有效地保护岸坡不受水流和波浪等的破坏。

不仅如此，土工织物质轻、耐腐、有柔性、整体性强、价廉、施工简便，它们在防护工程中的推广应用正在迅速发展。其实，这类材料不只有抗水流的能力，它们的产品之一——泡沫塑料板(聚苯乙烯EPS)在岩土工程中还被用于防止土体冻胀。水利工程中利用土工合成材料的常见防护工程有：(1)江河湖海岸坡防护。(2)水库岸坡防护。

(3)水道护底和水下防护。(4)渠道和水池护坡。(5)水闸护底。(6)岸坡防冲植被。

(7)水闸、挡墙等防冻胀措施等。土工合成材料用于防护的范围很广，本节仅介绍利用软体排、模袋和三维植被土工网作岸坡防护，利用土袋、土枕及土工管筑堤坝护坡等，其他利用可举一反三。

二、防护制品

防护用的土工织物应符合反滤准则和具有一定的强度。由于要受到往复双向水流作用，对织物应有更高的反滤要求，故应符合式(2-1)，同时强度也应符合第一节“五”中的规定。为满足防护的各种特殊需要，应先将土工合成材料预制成符合一定需要的制品。举例说明如下。1.土袋、土枕 土袋、土枕是以织造型(有纺)土工织物缝制成的管袋形制品。土袋尺寸较小，类似于一般草袋，充填土料后成为块状土体，可用于堵塞洞坑，建筑堤坝，或作为压载。土枕是尺寸较大的长土袋，直径可达0.4～ 1m，长度可达数米或更长，一般沿长度每隔0.5m要绕一道横箍，它们既能作筑堤坝的填充体，又可作为压重。2.软体排

软体排是用织造型土工织物缝制成的大片排布，分单片和双片两种，单片排四周边和中间缝上纵横绳网，既加强排体，又可作为定位索之用，排上加压重块，保证其稳定；双片排由双层土工织物缝制成，其中还缝有管袋，供充填土料，形成自身压重，它也需缝上纵横绳网。软体排应用时，排体铺在需要防护的部位，再加上足够压重，即可防止土体被冲刷。3.土工模袋

前面已对土工模袋作了简单介绍，是由两层编织型土工织物缝成的四周封闭的袋体，放于被保护岸坡上，并往其中浇注混凝土或砂浆，凝固成硬块体护坡。模袋由工厂预制，有不同厚度、不同规格。此外，还有在现场缝制成的简易模袋。4.泡沫塑料板块

泡沫塑料板块是由聚苯乙烯块锯成的薄板，其导热系数为土的1/3～1/4，具有保温性，放于混凝土板护面或土面上，可达到防止土体冻害的目的。

三、设计原则

(一)软体排护坡与护底 1.排体布置

软体排布置于可能受冲刷破坏的部位，它的铺设范围及高程等应遵从《堤防工程设计规范》GB50286—98的规定。

排体顺水流方向的尺寸为排宽，垂直水流方向的尺寸为排长。枯水位以上为水上部分，以下为水下部分。排体水上部分长度为坡面长和挂排所需长度之和；水下部分长度由与水上部分衔接段长度、水下坡面长度(其中应包括排体褶皱和收缩长度)以及因坡底可能发生冲刷需要预留的长度三部分组成。水上部分与水下部分长度之和为要求的排长。排宽应为待保护区的宽度、相邻排块搭接所需宽度和考虑排体收缩需预留的宽度之和。相邻两块排的搭接宽度一般为0.5m，上游排块盖在下游排块上。2.排体稳定性

排体应始终处于稳定状态，故应进行排体的抗飘浮、抗沿坡面下滑和要求压载的验算，要求的压载可参考规范，或参考图2-14。当水流流速不大于3m/s时，压载可为1kPa。为确保排体稳定，要求排体在坡顶和坡底给予锚固，底部为防止冲刷，锚固可采取沟埋方式。坡底防冲非常重要，应根据具体条件做成有效的防冲结构，图2-15是几种参考形式。(二)土工模袋护坡

1.选型

模袋有多种形式，应根据现场地形、工程类型和重要性以及水流条件等综合因素选型。按工程类别选择时，可参考表2-1。

2.模袋稳定性

一般情况下，模袋稳定性按其在斜坡上的抗滑安全系数Fs来评价(图2-16)

为了改善模袋稳定性，可以补充采取一些抗滑措施，参考图2-17。

另外，模袋底部的渗水应及时排除，如果模袋排渗能力不足，可以在模袋浇注后1小时，在袋内插排水管，如图2-18。

(三)三维植被网植草护坡 1.护坡机理

植被网是一种类似于丝瓜瓤状的植草土工网垫，以加入炭黑的尼龙丝加工制成。丝与丝的交叉点熔合粘接，相互缠绕，质地蓬松，孔隙率在90％以上，在其孔隙中可填加土料和草种。植草穿过网垫生长后，其根系深入土中，植物、网垫、根系与土合为一体，形成牢固密贴于坡面的表皮，可有效地防止坡土被暴雨径流或水流冲刷破坏。以往植被网垫应用于无水或背水坡，目前国外已用于河道迎水坡防护，在有水流条件下，植被起良好的消能作用，促进落淤。有报导说，在水流较深情况下，它甚至能抗御高达6m/s的短期流速，对历时两天的水流，也能经受4m/s的流速，这种植被可使流速显著降低。2.设计要点

植被护坡设计主要包括判别采用植被的必要性；确定铺设范围；草种选择。

(1)植被必要性。坡上受冲刷破坏的程度与土类密切相关。另外对于水上坡，要不要防护，决定于降雨强度；对于水下坡，则要看水流流速的大小。植被必要性判别，对于水上坡和水下坡可分别参考图2-19和图2-20。

(2)铺设范围。植被应遍及要求防护的部位，在高程上，水上坡应铺到坡顶，再横向延伸不少于0.5m；水下坡下端应至低水位以下1m(斜坡长)，上端应达高水位以上0.5m(斜长)。(3)草种选择。各地气温、降水和土质条件等差别很大，应根据当地大体情况，遵循几项基本原则来选择草种：适应当地环境，如耐寒、耐旱、耐涝等；适应土质条件，如耐盐、耐碱，耐酸等；生长期快，根系发育且长；价格经济等。(四)土袋、土枕筑堤坝 1.堤坝形式

土袋、土枕筑堤坝可以采取不同的形式，归纳起来可分为两类：①全断面式，即整个堤坝体均由充填土料的袋或枕堆成，其底部铺设透水织造土工织物垫层，坡面设置防护层。②土心填筑式，即堤坝中心部分为填土，两侧外坡用袋、枕堆筑，或填土后外部用土工织物整体包裹，如图2-21(a)，或填土即是逐层包裹而成，它们的底部及背部为土枕，如图2-21(b)。2.设计要点

(1)制作枕、袋采用织造土工织物，它们应符合反滤准则，且能承受施工应力，其单位面积质量应不低于130g/m2，抗拉强度应不小于18kN/m。

(2)为了保证袋、枕的稳定性，它们的尺寸应符合以下条件：

上式中的L、B、H、分别为填土后袋枕的长度、宽度和高度。土料充盈系数应不小于80％，但也不宜过大，填土应压实到规定密度。

(3)堤坝稳定性可按传统的圆弧滑动法验算。

(4)堤坝外坡都必须作好保护层，例如块石或模袋混凝土护面等。第六节 加筋功能

一、加筋作用

土体一般具有一定的抗压强度，但抗剪强度很低。设想有一块自由土体，即其侧面上全无约束，在其顶面上施加压力，则在不大的压力下，土体即将被压坏。如果同样的一块土被放进一个刚性盒中，即其侧面受到完全约束，不可能有横向扩张，则在其顶面上加压，压力虽然达到很大值，土块也不会被压坏。这个现象阐明了一个简单的道理：土体受压时，其破坏与否与土的侧向变形大小有关，允许的侧向变形愈小，它能承受的压力将愈高，所以，要提高土的承受能力，可以从设法减小其侧向扩张着手。

加筋土正是利用了这一原理。在土体中的一定部位铺设水平方向的加筋材料，将土压实后，土与加筋材密切结合成一复合土体(加筋土)，当在复合土体的表面施加荷载，由于加筋材与周围土之间有较大的摩阻力(有时尚有咬合力)，限制了土的侧向变形，相当于在土体侧面上施加了约束力。从上面的道理可知，这种复合土体的承压能力理所当然地得到提高。

以往人们只是从概念上懂得这个道理，一直到了本世纪的60年代，法国工程师维德尔才从理论上建立了一套加筋土的设计方法，最初采用的加筋材料是金属条带，到70年代后期，金属材料才逐渐被土工合成材料所取代。

二、加筋材料和加筋土应用(一)加筋材料

加筋土中的加筋材料通常采用织造土工织物、土工带和土工格栅等，只有当对强度和变形要求不高时，才采用非织造土工织物。从以上的加筋原理得知，加筋在于最大限度地限制受压土体的侧向变形，而限制要靠土体中的筋材与周围土的相互作用，为此，要求筋材与土之间应结合好，亦即两者之间应有较高的界面强度(摩擦力与咬合力大)。此外，加筋材料的蠕变性应较低。蠕变性指材料受不变的拉力下，长度不断伸长的现象。蠕变使筋材承受拉力的能力不断下降。因此，在目前的加筋材料中，土工格栅的蠕变性较低，是较为理想的加筋材料。(二)加筋土应用

加筋土主要用于三个方面，形成三种类型的加筋土结构。1.软土地基加固

软土地基上建堤坝的困难在于土的抗剪强度低，承载力不足，压缩性过高。传统的方法是将填筑速度放得极慢，以待在增加的荷载下软土固结，强度增加；或采取分期填筑方法；或在堤坝两侧，将填土延伸一定距离，形成戗台或反压马道，以平衡部分促进滑动的滑动力矩等等。这样，工期会拖得很长，费用高，有时填筑高度仍受到一定限制。而若在填筑之前，先在场地上预铺一层织造土工织物或土工格栅，对地基进行加固，可以较好解决这一难题。2.堤坝边坡加筋

堤坝如果将边坡做陡，不仅能减少填土方量，还可节约用地，是一举两得的好事。如果地基的承载力较高，堤坝不致因坡度过陡而破坏，这时采用土工织物加筋陡坡即可达到此目的。3.加筋土挡墙

它可以代替混凝土重力式挡墙。其最大优点是对地基的要求比重力式挡墙要低，抗震性较好。这三种加筋土结构各有其不同的设计方法，下面分别作介绍。

三、加筋土设计要求(一)软土地基加固 1.筋材及其布置

地基加固用的筋材可为织造土工织物或土工格栅，使用时将它水平铺放在软基面上，两端包折，如果土很软，可以先铺层薄砂，再铺加筋材，如图2-22(a)。如果一层筋材强度仍不足，可在第一层筋材上填约0.5～1.0m厚度土层(最好是透水料)，再铺第二层筋材，两层筋材在端部连接起来。2.稳定性验算

根据软土层分布情况不同，稳定性验算分为两种：深层滑动和平面滑动。

(1)深层滑动。当软土层较厚，土坡失稳可能是沿某一圆弧面滑动的，如图2-22(b)。深层抗滑稳定一般采用传统的圆弧条分法校核，在没有加筋前，可以通过试算求得堤坝土坡的最小安全系数Fs1如下：

注意：在采用一层以上加筋材料时，每二层间应铺一定厚度的土料（最好是透水砂料）。(2)平面滑动。当软土层较薄，其下为硬层，则上述滑动圆弧不易切入下卧硬层，因而可能产生浅层的平面滑动。浅层滑动可能有三种形式，如图2-23。①土坡的一部分沿加筋材的顶面滑动，如图2-23（a）；②土坡的一部分连同部分软土沿下卧硬层的顶面滑动，如图2-23（b）；③加筋材底面与下卧顶面间的部分软土被挤出，如图2-23（c）。三种形式中给出最小安全系数的一种是最可能发生滑动的情况。

平面滑动验算采用一般的极限平衡法求取安全系数，这种方法已为广大土工工作者所熟悉，不再赘述。

注意：计算中应保证加筋材料不被拉断，才能发挥加筋作用。并且根据经验，要求加筋材顶面的摩阻力的大小不能超过加筋材料在下列应变时的抗拉力 对压实粘土，ε=5.0%～10%； 对无粘性土和少粘性土，ε≤2%。

（二）堤坝加筋 1.筋材及其布置

加筋材可采用与软土地基方式示意图如图2-24。筋材水平向铺设，其长度和沿堤坝高度要求的垂直间距应根据试算来确定。

2.稳定性验算

稳定性验算的目的有二：①确定加筋要求的范围，即水平向不同高程上加筋需要的长度；②求得为使加筋后土坡的稳定性达到规定的安全系数Fsr，需要加筋材提供的加筋力Ts。(1)加筋范围的确定。针对要求加筋的土坡，用传统的稳定分析圆弧滑动法，对不同滑动圆心和半径的圆弧逐一求其安全系数，可以得到许多个Fsu，将这些圆弧画在同一张纸上，勾划出Fsu≈Fsr的那些圆的外包线，如图2-25中所示的实线，该线包围的区域即是需要加筋的范围。

(2)需要的加筋力。为将土坡的安全系数从Fsu提高到Fsr，可以将滑动土坡视为一个整体，先求出所需的总加筋力Ts，假设它作用位置在坡高的1/3处，如图2-26。为此，针对上述的许多试算滑动圆的每一个，按下式算出对应的Ts：

(3)加筋力的分配。求得的Tsmax需要分配到沿坡高的各个高程上去。建议对低于6m的土坡可以均匀分配，两层间的垂直间距一般不宜大于0.6m。当坡高大于6m，则建议按以下比例分配。

按二区分：底区Ts=（3/4）Tsmax；顶区Ts=（1/4）Tsmax 按三区分：底、中、顶各为（1/2）Tsmax、（1/3）Tsmax和（1/6）Tsmax(4)强度验算和抗拔验算。按以上方法分配后的筋材还应该满足两方面的要求：①每层加筋材不得因受拉力过大而断裂，并有一定的安全系数，所以加筋材拉力不应超过其许可抗拉强度；②每层筋材不得因所受拉力过大而被拔出，因此，超出滑弧的筋材要有足够长度，以提供充分的握裹力，且具有所需的安全系数。(三)加筋土档墙构造

加筋土挡墙有四个基本组成部分，即：加筋材料、填土、墙面板和墙面板基础，如图2-27加筋材是织造土工织物、加筋带或土工格栅；墙面板大多为预制混凝土整体板或板块，一般不作受力杆件处理，仅供表面防护和装饰之用；填土最好是透水材料，若必须采用不透水材料填充时，应做好排水通道，以及时将进入填土内的水排走；墙面板基础一般为预制混凝土构件。

1.挡墙的初设断面

挡墙的设计方法，一般是先假设一个计算断面，再进行外部整体性稳定验算，然后再进行内部筋材的稳定性校核。初设断面即是要假设水平铺设的加筋材长度，各层垂直间距一般可初取0.4～0.5m。? 根据经验，初设加筋材长度可为墙高的0.7倍，如果墙后填土为斜坡或填土面还有超荷载作用，可设为墙高的0.8倍。2.外部稳定性验算

将加筋材范围内的土体连同墙面板视为一个刚性的整体，与重力式挡墙类似，进行以下各项验算：整个墙体沿其底面的抗平面滑动稳定性；抗深层圆弧滑动稳定性；抗绕墙趾转动的倾覆稳定性和墙基的承载力验算。以上各项安全系数都应该达到规定的数值。3.内部稳定性验算

(1)加筋材的拉力。加筋土挡墙分为两种基本类型：①柔性筋式挡墙。加筋材的强度低，延伸率高，即材料的抗拉模量低，如织造土工织物即属此类。②刚性筋式挡墙。加筋材的强度高，延伸率低，即材料的抗拉模量高，加筋带或土工格栅属此类。两类墙的设计方法基本一致，不同之处在于材料模量不同，其变形有异，造成土中应力分布有一定差异，即用于确定土中加筋材拉力的土压力分布图形不一样。对于柔性筋式挡墙，每根筋条分配的拉力对应于朗肯土压力分布图中相应的土压力部分，如图2-28中第i条筋材中的拉力应等于图2-28(b)中阴影部分的土压力，假设等于Ti，图中的γ和Ka分别为填土容重和主动土压力系数。若是刚性筋式挡墙，其土压力分布图略有不同，而确定加筋材拉力的方法却完全一致。

(2)加筋材的强度验算。为了墙的稳定，每一层加筋材的拉力都必须满足以下条件：

(3)加筋材的抗拔验算。每一层加筋材的拉力还要求不超过其端部段(超出滑动面以外的加筋材长度)埋在土内发挥的握裹力。握裹力系由该端部段上下面与土产生的摩阻力所提供。所以这一验算实际上是校核端部段埋藏的加筋材长度Lc是否足够，因为摩阻力的大小是与埋长有关的。4.加筋材长度

加筋材全长度由两个部分组成：填土破坏面以内长度La和以外的埋藏长度Le。如果加筋材是织造土工织物，一般在其靠面板的一端要将织物折回，包裹土体如图2-27(b)，包裹长度为Lω，所以加筋材全长应为：

第三章 堤防系统的防渗、排渗和加固

在前两章中已对土工合成材料的性质、功能、作用机理、使用原理和设计原则等作了全面的介绍，本章将对堤防系统中土工合成材料的设计和施工方面的一些问题作进一步叙述和讨论。这里所谓的“堤防系统”是指土堤和堤线上的涵闸(如破堤建闸等)及其相连的过水渠道，内容包括江河堤防的防渗和排渗、水闸的排渗和闸基的加固以及海堤的地基加固等。为了使读者易于理解有关原理，本章将列举一些应用实例。这些实例都是一些成功的工程实录，其中一些是早期应用的报导。按目前我国的应用水平来看，所报导的内容还有可以改进和提高的地方，因此当学习这些经验时，应结合工程实际情况和现有发展水平因地制宜地使用。

此外，应当说明，土工合成材料在上述的某些方面目前应用尚不普遍，如堤的防渗等，为此本章将引用一些类似的在低土坝中的应用实例作为参考，以期促进土工合成材料在堤防中应用。

第一节 防渗、排渗和加固在堤防中的应用

一般来说，在堤防的主体和附属工程中，土工合成材料都有着能发挥第二章所提及的各种主要功能的场合。鉴于堤防的渗透控制原则仍是“上堵下排”，因此本节着重于土工合成材料的防渗、反滤和排水三个方面功能的应用，同时也叙及加筋加固功能。

一、堤防防渗(一)国内外应用情况

土工膜作为一种良好的防渗材料，目前在坝工中，特别是土石坝中已被广泛地采用，在混凝土坝或碾压式混凝土坝的修补中，作为防渗护面也逐渐增多，其使用量约为土工织物使用量的11％左右。然而在我国的堤防建设中，它的应用则刚刚才开始，如作为垂直防渗墙的墙体材料等，但可以预计，它在今后新建的堤防和已有堤防的加固中将会广泛地被使用。为了说明堤防防渗问题，借鉴一些坝工中的应用实例，或许是有益的。表3-1(见参考文献[3])和表3-2中分别给出了国内外坝工中采用土工膜防渗的工程情况。从中可以看出一些特点：①土工膜在坝工中的应用，从地域上看已很广泛，国内外已经普遍接受了这种新型的防渗材料和技术。许多工程实录都表明它的防渗效果良好、经济、施工方便，有推广使用价值。②国内在坝工中使用土工膜防渗虽然较晚(1978年开始，比国外晚19年)，但从土工膜承受20m以上水头的实例所占的百分数来看，已与国外相当，且国内也有土工膜承受超过50m水头的实例。这些都说明国内在坝工中使用土工膜的技术水平已逐渐接近国际先进水平。③关于土工膜的厚度目前有两种观点：一种主张用厚膜(膜厚＞1.0mm)，以欧洲国家为多；另一种观点是使用薄膜(膜厚＜1.0mm)，以美洲国家和我国的实例较多，这些坝的使用情况至今仍然良好，因而值得很好地总结经验。根据上述情况以及目前SL/T225—98和GB50290—98《土工合成材料应用技术规范》中所列入的土工膜在坝工中的防渗使用规定，都表明土工膜防渗技术在我国坝工中的应用已经渐趋成熟。这将为这项新技术和新材料在堤防中的推广应用提供良好的范例。

(二)设计和施工中的几个问题 l.土工膜在堤防中铺设的范围和部位

土工膜在土堤中铺设的范围可从堤基开始，直到堤顶。土堤迎水面若设置铺盖，则铺盖长度应按渗流计算确定，或大于等于5倍水头。土工膜材料目前的挡水水头已达30～40m，因此可以完全满足一般江河堤防的要求。

PVC为聚氯乙烯，LDPE为低密度聚乙烯，HDPE为高密度聚乙烯，CSPE为氯磺化聚乙烯，RI为异丁橡胶，PUR为聚氨脂。

土工膜的铺设部位，对新建的土堤，可以铺在堤的中间（即心墙）或迎水面（即斜墙），两种形式各有特点。心墙布置方式比较省料，但施工时要求堤身填筑与土工膜心墙同时上升，而且土工膜应做成锯齿形铺设（图3-1），以适应堤身的沉陷，因此施工比较复杂。斜墙式布置的优点是堤身填筑完成后才铺膜，施工干扰小，铺膜质量较易保证。因此，国内外新建的堤防工程中大都采用斜墙形式的结构。但对于已建堤防的修补和加固工程，由于迎水面有水，为避免水下施工，故采用堤内开槽铺膜方法施工，筑成心墙。当然，若迎水面无水，则用斜墙形式更为方便。

图3-1 2.土工膜防渗结构形式

在土工膜与堤身或堤基接触处应加一定的垫层(过渡层)或反滤层，尤其对于膜与粗粒料直接接触的情况，应防止粗粒的尖角刺破土工膜，影响其防渗性能。若防渗膜选用复合土工膜材料(膜的侧面为非织造织物)，则反滤层可以简化。对于已有的堤防加固的情况，由于铺反滤层较困难，可以直接选用复有较厚的非织造土工织物的复合土工膜作为反滤层，以便利施工。但应强调指出，不管什么情况下，反滤层是必不可少的。还应指出，心墙式与斜墙式的选用还与堤基地层结构及其渗透性有关。关于堤基的地层结构，一般可分为单层结构、双层结构和多层结构三种。单层结构是指从地表往下至基岩基本上是同一类土，粘性土的单层结构均质地层不会发生渗透变形，而均质的砂性土单层结构在靠近背水坡的地面易发生渗透变形，远离堤段的地方则是安全的，这种地层在大江大河上比较少见。双层结构(常称二元结构)是指地层大致由两种土层组成，上层透水性较弱，其下为较厚的透水性较强的土层，当地层受深泓切割直接与江水连通时，往往是最容易出现渗透失稳状态的。这种“二元结构”在长江、黄河等大江大河上比较常见，是一种在我国颇具代表性的堤基地层结构。多层结构往往是弱、较强、弱、较强、强透水层的组合，即在深度上有弱透水层与透水地层相间，而深部则往往是砂卵石等强透水层，这种地层也比较常见。对于不同的地层形式，在堤防防渗措施上有明显的不同特点。①对于堤基透水性土层厚度不大(10m左右)的情况，采用心墙防渗是有效和可靠的，因为土工膜心墙可以从堤身穿过透水地层直接与不透水土层相连，形成封闭式的防渗结构，保证背水坡不发生渗透破坏。②对于透水性土层比较深厚的地基，心墙达不到不透水土层，故只能形成“悬挂式”的防渗结构。然而研究和经验已经表明，这种“悬挂式”防渗体系的防渗效果不佳，因此不宜采用。例如长江科学院对湖北荆江大堤的垂直防渗深度分析表明，对于“二元结构”，上层透水性弱，下层透水性强的情况，防渗墙进入地层的深度h1小于0.8倍的地层总厚度(h2)时，堤后最大出逸比降J垂仅降低0.02～0.3，J水平降低0.01～0.05，相当于削减渗透水头10％～20％(荆南长江干堤加固工程可行性研究阶段渗流控制措施专题研究报告。长江委长江科学院，1998：12.)，如图3-2。这时就应采用土工膜斜墙加铺盖或者其他专门研究的防渗结构了。③近年，在堤防建设中还遇到渗透性各异的另一种多层地基结构的情况，其特点是在深厚的透水层中存在一层相对不透水的土层，埋深也不大，这时仍可以用心墙的形式，使其达到相对不透水土层，以形成“半封闭”的防渗结构(图3-3)。在采用心墙式的防渗结构时，还有一个实际问题，就是要注意水环境的变化，以及非汛期地下水位的升高。

3.土工膜的选择

土工膜的选择涉及两个问题，一是选择何种原材料的土工膜，二是选用何种形式的土工膜（单膜或复合膜）。

(1)国内外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）两种。工程选料时，主要根据以下几个方面来选定合适的土工膜：①力学特性，上述两种材料制成的土工膜的拉伸强度相差不大。由于土工膜只用于防渗而不作为加筋材料使用，故其拉伸强度不是选材的重要指标。但从另一方面来说，PVC膜因添加有塑化剂，使得其伸长率比PE膜的大一些，柔性较好，与砂粒接触时可使砂粒嵌入得更深一些而不破裂，从而增加二者之间的摩擦系数。因此，PVC膜与砂之间的摩擦系数明显大于PE膜与砂之间的摩擦系数，摩擦角平均至少大50～60。这是一个关键性的指标，会影响到膜与土体接触面以及膜与其上保护层之间的滑动稳定性。增大PE膜摩擦性能的方法有三种：一是采用复合膜，因复合膜外层的土工织物与土料的摩擦系数较大，接近于PVC膜与土料的摩擦系数。二是对PE膜采用加糙措施，例如在土工膜的光滑表面上压纹或喷涂加糙材料。三是改变水工建筑物的结构，如调整坝坡，加防滑槽或防滑槛等。另外，当PE膜的厚度从0.12mm增加到0.24mm时，其与粗砂的摩擦系数可以增加30％。②可连接性。土工膜无论出厂时幅有多宽，在实际使用时仍需将其幅与幅之间连接起来，以成为一个整体的防渗膜体。一般PE膜只能用加热熔合的方式连接，而PVC膜除此之外，还可以采用特殊的粘合剂进行粘接。薄型土工膜由于不能用热焊方法连接而必须用粘接法连接，因此只能选用PVC膜。③经济性。目前两种材料的价格大体相当，一般均在10000元/t左右，而PE的比重小于PVC的比重，所以同样厚度的情况下每单位面积的价格PE膜要少一些。另外PVC膜出厂时的幅宽一般为1.5～ 2.0m，PE膜幅宽可达4～4.5M，相应地PE膜的接缝数量就比PVC膜的要少，因而搭接的用量就少一些，现场接缝的工作量也少一些。综合这三个方面的优缺点，再结合工程实际情况，可以对膜材作出合理的选择。(2)选用单膜还是复合膜主要是从复合膜的作用和经济性两个方面综合考虑来选定。复合膜的一个作用已如上述，可以增加与土料之间的摩擦系数，第二个作用是保护士工膜不受运输和施工过程中外力的损害。复合膜的力学性能比单一膜有很大提高，其破坏应变虽不如单膜的大，但仍远大于土体的破坏应变，因而有较强的适应各种情况的能力，例如重物冲击，临时性的局部荷载等等。据长江科学院为三峡工程所做的研究表明，复合土工膜的强度和防渗性能要优于单一膜和土工织物两者简单叠加的性能，其优良的程度与膜和织物之间复合的紧密程度密切相关，因此复合膜的设计不能简单地参照膜和织物各别的性能指标直接套用。第三个作用是复合土工膜具有反滤排水功能。由于土工膜不可避免地总会有一些缺陷，如生产过程造成的不均匀性，或施工中机械刺破形成的漏洞等等，此时膜一侧的土工织物能够起到反滤排水作用，从而维护了保护层的稳定。如复合土工膜是铺在透水性不强的坝体表层，则膜下的土工织物可以迅速消除库水位骤降时在膜后形成的水位差，避免土工膜被水压力顶起的危险。要达到这种排水作用的必要条件是土工织物要与坝后的排水通道相连接。

我国的堤坝建设在1993年以前大多采用单膜或多层单膜，这和当时复合膜尚处在研制阶段，未大规模生产有关。1994年后大多数工程都采用了复合土工膜。但从已往采用单膜的土石坝防渗效果，以及SL/T225—98规范中对土工膜类型的规定上看，单膜对低水头的小型水库防渗效果良好，仍然是一种具有竞争力的膜材。当然，在有条件的情况下复合膜有着更为优越的工程特性，但工程造价也会相应地有所增加。

4.土工膜的防渗性、厚度和缺陷的渗流分析

(1)从表面上看土工膜是一片密不透水的材料，但实际上在压力作用下膜的孔隙大小可以变化，仍能够透水，只不过其渗透系数很小而已。一般来说渗透系数取为1×10-12cm/s是稳妥的。这个数值较之粘土要小得多，这就是为什么土工膜用作防渗材料的原因。实际工程中更关心的是土工膜与土层接触时能承受多大的水头。当土工膜与粗粒土相接触时，由于土粒之间的孔隙较大，土工膜在上覆水压力作用下被迫向土孔隙中陷进，因而产生拉伸应变、承受拉应力。如拉应力过大，土工膜被拉裂，则会产生漏水点，影响其防渗性能。

(2)土工膜能承受多大的水头取决于土工膜的力学性能(极限拉伸强度，拉伸模量)、厚度和垫层土(如土粒大小和级配)的情况。确定土工膜的防渗性有两类办法，一类是直接法，即将拟用的土工膜在试验仪器中铺在实际使用的垫层土料上，然后施加水压力，直到土工膜破裂或施加的水压力超过工程最大水压力一个安全倍数而不破裂为止。这类方法最为可靠，但工作量大，一般重要的工程才采用。对低水头的堤防工程似无必要。另一类是间接法。这类方法有两种途径，一是通过公式计算；二是按规范规定的数值取用，对于堤防工程适用此法。现行规范要求土工膜的厚度不小于0.5mm，但目前国内土工膜产品的厚度一般均小于0.5mm。因此在选料时，经过论证，对于较小的工程也可选用厚度为0.3mm左右的土工膜，但要特别注意施工质量。例如以表3-2中湖北毛儿冲土坝用土工单膜修复补漏工程为例，所用的PVC膜的厚度只有0.22mm，接缝为粘接缝，水头达20m，从1993年到现在，经历了多年的汛期高水位的考验，防渗效果一直是良好的。可见土工膜防渗的成败关键之一是施工质量。

(3)土工膜的缺陷也是工程中可能发生和比较关心的一个方面，不论是由于生产制造，还是焊接或施工造成的漏水点，都会影响到土工膜的防渗效果。据国外对某工程28处共20万m2土工膜的质量检测结果来看，平均每1万m2中有26个漏水孔，其中15％是自身的孔眼，69％出现在焊缝处，由此可见焊接质量的重要性。而当严格控制施工质量时因焊接而产生的漏水孔的发生率可以降到平均l万m2中仅有2.5个。

从渗流角度来讲，如果膜中的孔其上下完全不受阻碍地敞开漏水，其漏水量是不小的，但实际上水的流动受到膜上保护层渗透性、膜两侧土工织物(对复合膜而言)以及其下垫层或堤的土料渗透性的限制，要精确地估计其渗漏量是不容易的。但问题是要防止因漏水引起土体的渗透变形，图3-4中给出土工膜中一小孔产生渗漏时的情况。图3-4(a)为流线分布图，超出浸润线则无渗流。图3-4(b)给出在b/Hs＝0.02和hW/Hs＝1的条件下平面状态的渗流等势线图，hω为1。从3-4(a)图中可以看到水通过小孔后开始以圆形(空间问题则以球形)的形状扩散，渗透面积迅速扩大，因而水头降低较快，但到一定距离后渗透面积稳定，水头下降减慢并维持一定的水力坡降，到最后仍保持一定的水头。如果多个漏水点的最后逸出水头叠加起来，则坝体下游的渗透水头是不可忽视的，必须采取反滤层措施。应当强调指出，土工膜后的反滤层是十分重要的，不管土工膜有无破损，反滤层都应十分认真地做好。

当进行土工膜的定量渗流分析时，可以把渗透系数很小(Km＝l×10-2cm/s)，厚度很薄(1mm)的土工膜，换算为1m厚的渗透系数Ks为l×10-9cm/s的粘土层进行计算；同时考虑到土工膜中不可避免的缺陷，再将其渗透系数加大100倍，亦即按Ks＝10-7cm/s的lm厚的不透水材料进行渗流量和水头分布的数值计算，可以得到近似值。

5.斜墙式土工膜的稳定性

斜墙式土工膜的失稳情况除第二章中列举的两种以外，还可能有以下两种，即土工膜上的表面保护层被水压力顶起失稳和土工膜受其下水压力的作用而被拉断或被顶起失稳。

(1)第一种失稳情况主要和保护层的渗透性有关。当保护层是透水的，且其坡角与土工膜铺设垫层的坡角相同时，一般都利用通常的斜坡稳定分析法(见第二章)。但若保护层透水性不良(如现浇混凝土板等)，库水位下降时，容易在保护层上下形成水位差．到一定程度后，就可能造成面板的抬动而失稳。此时的关键问题在于如何使保护层下的透水垫层与底部排水通道连通，以迅速消散保护层下的滞留水。如王甫洲工程(图3-5)，其现浇混凝土面板下的透水垫层下部有排水通道，当库水位变化时，透水层中的水位也随之变化，水位差有限，故不会影响到膜上保护层的稳定性。据估算，1m水头就足以把250mm的混凝土板推动上抬，造成失稳。解决问题的关键是采取措施令透水层的水位基本上与库水位同步下降。

第四篇：土工创新实验报告

Compilation of reports 20XX 报 告 汇 编

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实验课程名称：

土工创新性试验

院

系

部：

建筑工程学院

专

业

班

级

：

土木 13--3 3 班

学

生

姓

名

：

试

验

日

期

：

指

导

教

师

：

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 目录

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第一部分

土工创新试验试验任务及指导书

一、试验目的

不同含盐量、不同粉煤灰含量和水泥含量对土的强度、固结特性、最大干密度和最优含水量的影响。

二、试验题目

一组由 5-6 人组成，每组人员自由结合，每组选定一个题目，题目选定，在土工创新试验周内完成，完成成果以试验报告为主，结合考勤和试验操作综合考评，具体题目如下所示：

试验用土以粉质黏土为主，要求含水量 24%，密度 2.0g/cm3，加粉煤灰，含粉煤灰量是0，20%，40%的黏土，测定其在固结快剪和快剪试验中的强度指标（黏聚力和内摩擦角），要求绘出剪切位移与剪应力关系曲线和抗剪强度与法向应力关系曲线，最终总结两种直剪试验对土的强度指标的影响，需要做的试验有含水量的测定、液塑限、直剪试验，荷载等级50、100、200 和 400kPa，固结荷载间隔时间 1 小时，要求一组人员 三、试验要求

试验报告要求有试验目的、试验原理、试验所用仪器、试验记录和试验结果，要求试验记录完整、详细，试验记录表格不够的自行加页。试验数据处理要求用电脑软件精确绘图。

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第二部分

土工创新试验试验报告

一、含水量测定试验

1、试验目的：用烘干法测定土的含水率。

2、试验原理：土的含水量是在 105-110℃下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示。

3、试验仪器：

筛子：孔径为 0.5mm。

烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持 105-110℃的其他能源烘箱，也可用红外线烘箱。

天平：感量 0.001g。

称量盒

4、试验数据记录：

表 1

含水量测定试验记录表 试验日期月 30 日 试验者

计算者

校核者 盒号 1 2 3 4 盒质量/g 23.630 23.622 23.640 23.716 盒＋湿土质量/g 71.926 66.325 61.662 66.696 盒＋干土质量/g 71.412 65.883 61.269 66.253 湿土质 量/g)48.296 42.703 38.02 42.98 土质量/g 47.782 42.261 37.629 42.537 水的质量/g 0.514 0.442 0.393 0.443 含水率/% 1.0757 1.0459 1.0444 1.0414平均含水率/% 1.0608 1.0429

4、试验结果及评价 实验结果：在室温下，采用的土的粒径为 0.5mm，放置在烘箱内，经过 12 个小时的烘干，取出，计算得：1盒和2盒的平均含水率为1.0608%，3盒和4盒的平均含水率为1..0429%。

评价：在做该试验的过程中，我们遵循着严谨的原则，但是难免还是会有一定的误差，经过我们的认真分析，我们得出了一些可能产生误差的原因：1.读数误差。2.在烘干的过程中，可能因为称量盒的盖子没有打开，导致土没有完全烘干。3.称量盒从烘箱里拿出来后，放置在空气中时间过长，导致有水分进入土中。

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二、粘性土的流缩限试验

1、试验目的：联合测定土的液限和塑限，为划分土类、计算天然稠度、塑性指数，供公路工程设计和施工使用。

2、试验原理：粘性土随着含水量变化，其物理状态和力学性质发生明显的变化。重塑土处于液态时在自重作用下不能保持其形状，发生类似于液体的流动；土体处于可塑状态，在重力作用下能保持形状，在外力作用下将发生塑性变形而不断裂，外力消失后能保持外力消失前一时刻的形状而不变，有一定的抗剪强度。通过给予试样一个小的外力，在一定时间内变形达到规定 值时的含水量。塑限试验利用土体处于可塑时，在外力下产生任意变形而不发生断裂；土体处于半固态时，当变形达到一定值（或受力较大）时发生断裂底特点。试验时给予一定外力，使试样变形达到规定刚好出现裂缝时所对应底含水量作为塑限含水量。

3、试验仪器：液、塑限联合测定仪，毛玻璃刀，调土刀，纯水，恒温烘箱，天平，铝盒。

4、试验数据记录：

表 2 液塑限联合测定试验记录表 试验日期月 29 日 试验者

计算者

校核者

圆锥下沉深度 4.0 8.3 15.7 盒号 1 2 3 4 5 6 盒质量/g 23.650 23.640 23.630 23.640 23.527 23.705 盒＋湿土质量/g 271.770 264.620 287.910 289.670 286.446 271.251 盒＋干土质量/g 230.004 227.028 240.164 241.384 232.465 220.606 湿土质 量/g)248.120 240.980 264.280 266.030 262.919 247.546 土质量/g 208.354 203.388 216.534 217.744 208.938 196.901 水的质量/g 39.766 37.592 47.746 48.286 53.981 50.645 含水率/% 19.086 18.483 22.050 22.176 25.836 25.721平均含水率/% 18.7845 22.113 25.7785

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4、试验结果：（绘图）

（22.113-18.7845）/（8.3-4）=0.774（25.7785-22.113）/（15.7-8.3）=0.495（25.7785-18.7845）/（15.7-4）=0.598（0.774+0.495+0.598）/3=0.622 ① 塑限：

Wp=18.7845-0.662*（4-2）=17.4605%

② 液限：

Wl=25.785+0.662*（17-15.7）=26.6456

③ 塑性指数土的类别：

Ip=Wl-Wp Ip=26.6456-17.4605=9.1851

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三、直接剪切试验试验（快剪）

1、试 验目的：

土的直接剪切试验通过采用三种含粉煤灰率不同的试样（0%、20%、40%），含水率均为 24%，每种试样在不同的垂直压力（50kpa、100kpa、200kpa、400kpa）的作用下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时的剪应力，然后根据库伦定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角ψ和粘聚力 c。

2、试验原理：

土的破坏都是剪切破坏，土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土 体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。土体的一部分对 于另一部分移动时，便认为该点发生了剪切破坏。无粘性土的抗剪强度与法 向应力成正比；粘性土的抗剪强度除和法向应力有关外，还决定于土的粘聚力。土的摩擦角φ、粘聚力 c 是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的指标。

3、试验仪器：

1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、水平力推力座、量力 环等组成。

2.其它辅助设备：百分表、天平、环刀、秒表、饱和器、透水石、削土刀 等。

4、试验数据记录 ：

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表 3.含粉煤灰 0%黏性土快剪实验数据记录 试样编号:KJ-1-1

固结时间：0

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.5

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

28.57

kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0

0 0.00

17 703 28.575 35 8.40

17 743 28.576.2 73.8 10.42

17 783 28.577.5 112.5 12.61

17 823 28.578.9 151.1 14.9610.2 189.8 17.1411.2 228.8 18.8213.3 266.7 22.3513.1 306.9 22.0214.1 345.9 23.7014.8 385.2 24.8715.1 424.9 25.3815.8 464.2 26.5616.1 503.9 27.0616.5 543.5 27.7316.9 583.1 28.40

17 623 28.57

17 663 28.57

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表 4.含粉煤灰 0%黏性土快剪实验数据记录 试样编号: KJ-1-2

固结时间：

0

小时

仪器编号: A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

59.16 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0

0 0.00

33.2 686.8 55.808.9 31.1 14.96

33.7 726.3 56.6411.9 68.1 20.00

34.2 765.8 57.4813.8 106.2 23.19

34.5 805.5 57.9816.1 143.9 27.06

34.8 845.2 58.4918 182 30.25

35 885 58.8219.5 220.5 32.77

35.2 924.8 59.1621 259 35.2921.5 298.5 36.1425.5 334.5 42.8626.9 373.1 45.2127.4 412.6 46.0528.7 451.3 48.2429.8 490.2 50.0830.6 529.4 51.4331.2 568.8 52.44

32 608 53.78

32.6 647.4 54.79

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表 5.含粉煤灰 0%黏性土快剪实验数据记录

试样编号:KJ-1-3

固结时间：

0

小时

仪器编号: A360

压缩量：

0

mm

手轮转速: 12

转/分

剪切历时：

3.7

分钟

垂直压力：

200

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

136.14

kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0

0 0.00

641 132.789 31 15.13

681 132.7821 59 35.29

721 132.7833 87 55.46

760 134.4638 122 63.87

799 136.1443 157 72.2748 192 80.6753 227 89.0856 264 94.1260 300 100.8463 337 105.8866 374 110.9370 410 117.6572 448 121.0175 485 126.0577 523 129.41

561 132.78

601 132.78

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表 6.含粉煤灰 0%黏性土快剪实验数据记录

试样编号:KJ-1-4

固结时间：

0

小时

仪器编号: A360

压缩量：

0

mm

手轮转速: 12

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：

400

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

119.33 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0

0 0.00

68.9 651.1 115.800.2 39.8 0.34

69.9 690.1 117.481 79 1.68

70.4 729.6 118.3213.5 106.5 22.69

769 119.3329.5 130.5 49.58

809 119.3336.1 163.9 60.67

849 119.3341 199 68.9145.6 234.4 76.6449.3 270.7 82.8652.1 307.9 87.5655.3 344.7 92.9458.7 381.3 98.6660.9 419.1 102.3561.7 458.3 103.7063.9 496.1 107.4065.2 534.8 109.58

66.7 573.3 112.10

612 114.29

4、试验结果：（绘图）

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① 粘聚力 c:

② 内摩擦角φ：

③ 试验结果评价：

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表 7.含 20%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-2-1

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.3

分钟

垂直压力：50

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

26.56

kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0

0.00

0.00

15.7 704.30

26.390.5 39.50

0.84

15.8 744.20

26.562 78.00

3.36

15.8 784.20

26.565 115.00

8.407 153.00

11.769 191.00

15.139.5 230.50

15.9710.9 269.10

18.3212 308.00

20.1712.9 347.10

21.6813.9 386.10

23.3614.5 425.50

24.3714.9 465.10

25.0415.1 504.90

25.3815.3 544.70

25.7115.5 584.50

26.05

15.6 624.40

26.22

15.7 664.30

26.39

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 表 8.含 20%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-2-2

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.8

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

63.03

kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

36.5 683.50

61.350.4

39.60

0.67

36.8 723.20

61.857.0

73.00

11.76

37.1 762.90

62.3513.3

106.70

22.35

37.1 802.90

62.3517.8

142.20

29.92

37.2 842.80

62.5219.0

181.00

31.93

37.5 882.50

63.0322.0

218.00

36.9825.0

255.00

42.0227.1

292.90

45.5529.0

331.00

48.7430.5

369.50

51.2631.6

408.40

53.1132.6

447.40

54.7933.7

486.30

56.6434.9

525.10

58.6635.7

564.30

60.00

36.0

604.00

60.51

36.3

643.70

61.01

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 表 9.含 20%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-2-3

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.5

分钟

垂直压力：

200

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

125.72 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

648.00

121.016.0

34.00

10.08

687.00

122.6914.5

65.50

24.37

726.00

124.3729.0

91.00

48.74

74.8 765.20

125.7234.9

125.10

58.6640.0

160.00

67.2345.0

195.00

75.6349.8

230.20

83.7054.3

265.70

91.2658.0

302.00

97.4860.9

339.10

102.3563.0

377.00

105.8864.9

415.10

109.0867.0

453.00

112.6168.6

491.40

115.3069.3

530.70

116.47

69.9

570.10

117.48

70.9

609.10

119.16

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表 10.含 20%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-2-4

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.2

分钟

垂直压力：

400

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

216.98 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

127.8 592.20

214.793.9

36.10

6.55

129.1 630.90

216.9824.7

55.30

41.5142.3

77.70

71.0957.8

102.20

97.1471.9

128.10

120.8480.3

159.70

134.9690.6

189.40

152.2797.5

222.50

163.87103.4

256.60

173.78107.5

292.50

180.68113.4

326.60

190.59117.8

362.20

197.99120.6

399.40

202.69123.4

436.60

207.40125.0

475.00

210.09

125.7

514.30

211.26

126.5

553.50

212.61

4、试验结果：（绘图）

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粘聚力 c:

内摩擦角φ：

试验结果评价：

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表 11.含 40%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-3-1

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：50

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：34.62

kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

17 703.00

28.572.0

38.00

3.367.5

72.50

12.6110.0

110.00

16.8112.5

147.50

21.0115.0

185.00

25.2117.0

223.00

28.5719.0

261.00

31.9320.0

300.00

33.6120.0

340.00

33.6120.2

379.80

33.9520.2

419.80

33.9520.6

459.40

34.6219.0

501.00

31.9318.6

541.40

31.2618.8

581.20

31.60

19.0

621.00

31.93

18.8

661.20

31.60

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表 12.含 40%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-3-2

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：100

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：

58.49 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

34 686.00

57.1413.0

27.00

21.85

34 726.00

57.1415.0

65.00

25.21

34 766.00

57.1417.5

102.50

29.41

34 806.00

57.1419.0

141.00

31.93

34 846.00

57.1421.0

179.00

35.29

34 886.00

57.1423.5

216.50

39.50

34 926.00

57.1426.0

254.00

43.70

34.5 965.50

57.9828.0

292.00

47.06

34.8 1005.2 58.4929.2

330.80

49.0830.1

369.90

50.5931.5

408.50

52.9432.2

447.80

54.1233.0

487.00

55.4633.0

527.00

55.4633.2

566.80

55.80

33.8

606.20

56.81

34.0

646.00

57.14

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 13.含 40%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-3-3

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：200

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：118.66 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

66.5

653.50

111.773.0

37.00

5.04

67.1

692.90

112.7721.0

59.00

35.29

68.0

732.00

114.2932.0

88.00

53.78

68.3

771.70

114.7940.5

119.50

68.07

69.0

811.00

115.9746.5

153.50

78.15

69.9

850.10

117.4854.5

185.50

91.60

70.6

889.40

118.6659.0

221.00

99.1663.0

257.00

105.8865.5

294.50

110.0967.5

332.50

113.4568.9

371.10

115.8069.5

410.50

116.8169.5

450.50

116.8168.0

492.00

114.2967.0

533.00

112.61

65.9

574.10

110.76

66.1

613.90

111.09

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 14.含 40%粉煤灰黏土快剪切试验记录 试样编号:KJ-3-4

固结时间：

0

小时

仪器编号:A360

压缩量：

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：400

kPa

量力环率定系数：1.6807kPa.0.01mm

抗剪强度：232.78 kPa 手轮转数 n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0 0.0

0.00

0.00

137.0

583.00

230.264.5

35.50

7.56

136.5

623.50

229.4217.5

62.50

29.41

136.2

663.80

228.9148.5

71.50

81.51

137.0

703.00

230.2664.2

95.80

107.90

137.8

742.20

231.6077.2

122.80

129.75

138.0

782.00

231.9487.5

152.50

147.06

138.0

822.00

231.9498.5

181.50

165.55104.5

215.50

175.63111.5

248.50

187.40121.3

278.70

203.87124.5

315.50

209.25131.2

348.80

220.51135.1

384.90

227.06138.5

421.50

232.78137.5

462.50

231.10

137.5

502.50

231.10

138.5

541.50

232.78

4、试验结果：（绘图）

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

粘聚力 c:

内摩擦角φ：

试验结果评价：

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

三、直接 剪切试验试验（固结 快剪）

1、试 验目的：

土的直接剪切试验通过采用三种含粉煤灰率不同的试样（0%、20%、40%），含水率均为 24%，每种试样在不同的垂直压力（50kpa、100kpa、200kpa、400kpa）的作用下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时的剪应力，然后根据库伦定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角ψ和粘聚力 c。

2、试验原理：

土的破坏都是剪切破坏，土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土 体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。土体的一部分对 于另一部分移动时，便认为该点发生了剪切破坏。无粘性土的抗剪强度与法 向应力成正比；粘性土的抗剪强度除和法向应力有关外，还决定于土的粘聚力。土的摩擦角φ、粘聚力 c 是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的指标。

3、试验仪器：

1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、水平力推力座、量力 环等组成。

2.其它辅助设备：百分表、天平、环刀、秒表、饱和器、透水石、削土刀 等。

4、试验数据记录 ：

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表 15.含粉煤灰 0%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-1-1

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

29.58

kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

17.0

703.00

28.57

7.0

33.00

11.76

17.1

742.90

28.74

8.8

71.20

14.79

17.5

782.50

29.41

10.0

110.00

16.81

17.5

822.50

29.41

11.0

149.00

18.49

17.6

862.40

29.58

12.2

187.80

20.50

17.6

902.40

29.58

12.9

227.10

21.68

17.6

942.40

29.58

13.9

266.10

23.36

14.5

305.50

24.37

15.0

345.00

25.21

15.4

384.60

25.88

15.9

424.10

26.72

16.0

464.00

26.89

16.0

504.00

26.89

16.1

543.90

27.06

16.4

583.60

27.56

16.8

623.20

28.24

16.9

663.10

28.40

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 16.含粉煤灰 0%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-1-2

固结时间：0

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

4.2

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

49.58

kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

26.9

693.10

45.21

1.5

38.50

2.52

27.2

732.80

45.72

6.0

74.00

10.08

27.8

772.20

46.72

7.0

113.00

11.76

28.0

812.00

47.06

10.0

150.00

16.81

28.8

851.20

48.40

15.0

185.00

25.21

29.0

891.00

48.74

17.0

223.00

28.57

29.0

931.00

48.74

18.5

261.50

31.09

29.5

970.50

49.58

20.0

300.00

33.61

21.1

338.90

35.46

22.0

378.00

36.98

22.9

417.10

38.49

23.5

456.50

39.50

24.1

495.90

40.50

25.0

535.00

42.02

25.5

574.50

42.86

26.0

614.00

43.70

26.5

653.50

44.54

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 17.含粉煤灰 0%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-1-3

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：

200

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

118.49 kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

70.5

649.50

118.49

5.0

35.00

8.40

24.0

56.00

40.34

34.0

86.00

57.14

41.0

119.00

68.91

47.0

153.00

78.99

52.0

188.00

87.40

57.0

223.00

95.80

60.5

259.50

101.68

64.0

296.00

107.56

66.5

333.50

111.77

68.0

372.00

114.29

69.0

411.00

115.97

69.7

450.30

117.14

70.2

489.80

117.99

71.0

529.00

119.33

71.0

569.00

119.33

70.5

609.50

118.49

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 18.含粉煤灰 0%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-1-4

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：

400

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：203.53

kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

121.1

598.90

203.53

9.0

31.00

15.13

33.0

47.00

55.46

53.0

67.00

89.08

68.0

92.00

114.29

77.5

122.50

130.25

86.0

154.00

144.54

92.0

188.00

154.62

99.0

221.00

166.39

104.5

255.50

175.63

108.5

291.50

182.36

111.5

328.50

187.40

113.0

367.00

189.92

110.5

409.50

185.72

115.0

445.00

193.28

118.5

481.50

199.16

120.0

520.00

201.68

121.0

559.00

203.36

4、试验结果：（绘图）

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

粘聚力 c:

内摩擦角φ：

试验结果评价：

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 19.含粉煤灰 20%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-2-1

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.1

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

34.62 kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

20.5

699.50

34.45

1.0

39.00

1.68

20.5

739.50

34.45

3.8

76.20

6.39

5.0

115.00

8.40

9.5

150.50

15.97

11.0

189.00

18.49

12.0

228.00

20.17

13.5

266.50

22.69

14.3

305.70

24.03

15.5

344.50

26.05

16.8

383.20

28.24

18.0

422.00

30.25

18.9

461.10

31.77

19.8

500.20

33.28

20.0

540.00

33.61

20.6

579.40

34.62

20.6

619.40

34.62

20.3

659.70

34.12

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 20.含粉煤灰 20%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-2-2

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.1

分钟

垂直压力：

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

52.94kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

30.5

689.50

51.26

1.1

38.90

1.85

31.5

728.50

52.94

6.0

74.00

10.08

7.2

112.80

12.10

8.0

152.00

13.45

10.2

189.80

17.14

12.0

228.00

20.17

14.5

265.50

24.37

16.0

304.00

26.89

17.8

342.20

29.92

19.5

380.50

32.77

22.1

417.90

37.14

22.8

457.20

38.32

24.0

496.00

40.34

24.6

535.40

41.35

27.0

573.00

45.38

28.9

611.10

48.57

29.5

650.50

49.58

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档

表 21.粉煤灰 20%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号: GJ-2-3

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.4

分钟

垂直压力：

200 kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：

135.3kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

78.5

641.50

131.93

7.0

33.00

11.76

78.4

681.60

131.77

17.5

62.50

29.41

77.7

722.30

130.59

38.0

82.00

63.87

50.0

110.00

84.04

58.0

142.00

97.48

63.5

176.50

106.72

67.5

212.50

113.45

71.5

248.50

120.17

75.0

285.00

126.05

77.5

322.50

130.25

79.0

361.00

132.78

80.0

400.00

134.46

80.3

439.70

134.96

80.5

479.50

135.30

79.8

520.20

134.12

78.8

561.20

132.44

78.9

601.10

132.61

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表 22.粉煤灰 20%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-2-4

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.5

分钟

垂直压力：

400

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：261.52 kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

154.0

566.00

258.83

5.0

35.00

8.40

155.0

605.00

260.51

20.0

60.00

33.61

155.5

644.50

261.35

33.0

87.00

55.46

155.6

684.40

261.52

43.0

117.00

72.27

62.0

138.00

104.20

66.0

174.00

110.93

89.0

191.00

149.58

100.5

219.50

168.91

110.0

250.00

184.88

118.0

282.00

198.32

126.0

314.00

211.77

133.0

347.00

223.53

140.5

379.50

236.14

145.5

414.50

244.54

149.0

451.00

250.42

152.5

487.50

256.31

153.5

526.50

257.99

4、试验结果：（绘图）

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粘聚力 c:

内摩擦角φ：

试验结果评价：

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表 23.粉煤灰 40%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-3-1

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.1

分钟

垂直压力：50

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：37.31kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

18.8

701.20

31.60

0.5

39.50

0.84

18.5

741.50

31.09

3.0

77.00

5.04

8.0

112.00

13.45

14.0

146.00

23.53

17.5

182.50

29.41

20.2

219.80

33.95

22.0

258.00

36.98

22.9

297.10

38.49

23.0

337.00

38.66

22.5

377.50

37.82

22.2

417.80

37.31

22.0

458.00

36.98

21.8

498.20

36.64

20.8

539.20

34.96

19.5

580.50

32.77

19.0

621.00

31.93

19.0

661.00

31.93

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表 24.粉煤灰 40%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-3-2

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

3.2

分钟

垂直压力：100

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：61.51 kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

35.5

684.50

59.66

1.4

38.60

2.35

36.2

723.80

60.84

2.2

77.80

3.70

36.6

763.40

61.51

9.7

110.30

16.30

16.3

143.70

27.40

18.6

181.40

31.26

22.1

217.90

37.14

24.5

255.50

41.18

25.5

294.50

42.86

26.8

333.20

45.04

28.2

371.80

47.40

30.2

409.80

50.76

31.0

449.00

52.10

31.9

488.10

53.61

32.6

527.40

54.79

33.5

566.50

56.30

34.5

605.50

57.98

34.9

645.10

58.66

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表 25.粉煤灰 40%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-3-3

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

剪切历时：

分钟

垂直压力：200

kPa

量力环率定系数 1.6807 kPa.0.01mm

抗剪强度：129.41kPa 手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

手轮转数n 量力环百分表读数R(0.01mm)剪切位移 △L=20n-R

(0.01mm)剪应力R

0

0.0

0.00

0.00

71.5

648.50

120.17

3.0

37.00

5.04

21.0

59.00

35.29

36.0

84.00

60.51

45.5

114.50

76.47

52.5

147.50

88.24

59.0

181.00

99.16

63.0

217.00

105.88

67.0

253.00

112.61

70.1

289.90

117.82

74.2

325.80

124.71

75.5

364.50

126.89

76.5

403.50

128.57

77.0

443.00

129.41

76.2

483.80

128.07

74.2

525.80

124.71

71.3

568.70

119.83

70.9

609.10

119.16

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表 26.粉煤灰 40%黏性土固结快剪实验数据记录 试样编号:GJ-3-4

固结时间：0.5

小时

仪器编号:A360

压缩量:

0

mm

手轮转速:

转/分

...

第五篇：实验报告,阿司匹林合成

报告汇编 Compilation of reports 20XX

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阿司匹林的合成 一、实验目的 通过阿司匹林的合成，掌握酯化反应和精制原理及基本操作； 熟悉药物合成实验装置的安装和使用； 掌握水杨酸的限量检查方法。

二、实验原理

阿司匹林的合成是以水杨酸为原料，在硫酸催化下，用醋酐乙酰化得到。反应式如下：

OCOCH 3COOHOHCOOH(CH 3 CO)2 OH 2 SO 4CH 3 COOH ++ 反应过程的副产物：

水杨酸会自身缩合，形成一种聚合物，利用阿司匹林和碱反应生成水溶性钠盐的性质，从而与聚合物分离。

存在未反应的水杨酸，在最后重结晶过程中可被除去。水杨酸的存在还较易氧化生成一系列醌式有色物质（黄色及蓝至黑色物质），这也导致了阿司匹林不稳定变色。

三、实验材料与设备 表 1

玻璃仪器及规格 名称 规格 数量 量筒 100ml 1 锥形瓶 500ml 1 烧杯 250ml 2 量筒 5ml 1

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表 2 设备型号及规格

表 3

试剂及规格

四、实验操作步骤

1、向干燥的 500ml 锥形瓶中放入称量好的水杨酸（10g，0.075mol）、乙酐（25ml、27g、0.265mol），滴入 1.5ml 浓硫酸，以保鲜膜封口后，轻轻振荡锥形瓶使完全溶解，在 77℃水浴中加热约 20min；(温度过高则使气泡产生，很有可能是由于乙酐发生了分解)

2、移出锥形瓶后，待内容物温热时（手摸瓶壁没有烫感时即可，差不多 30-40℃），慢慢加入 20~25ml 冰水（此时反应放热，甚至沸腾）；平稳后再加入 200ml 水，用冰水浴冷却 1.5h，使结晶析出；抽滤，用少量冰水洗涤两次，得阿司匹林的粗品； 设备名称 型号 厂家 集热式恒温加热磁力搅拌器 DF-101S 郑州长城科工贸有限公司 电子天平e=10d 塞多丽斯科学仪器有限公司 循环水真空泵

SHB-Ⅲ 郑州长城科工贸有限公司

真空干燥箱 DZF-6020 上海精宏实验设备有限公司 显微熔点仪 SGW X-4 上海精密科学仪器有限公司 名称 厂家 规格 用量 水杨酸 天津市福晨化学试剂厂 分析纯 10g 无水醋酸酐 广东汕头市西陇化工厂 分析纯 AR 25ml 碳酸氢钠 上海联诚化工试剂有限公司 分析纯 AR 10g 无水乙醇 浙江三鹰化学试剂有限司出品 分析纯 适量 浓硫酸 上海成海化学工业有限公司 分析纯 AR 1.5ml 浓盐酸 上海成海化学工业有限公司 分析纯 15ml

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3、将阿斯匹林的粗产物移至另一 250ml 烧杯中，加入 125mL 饱和 NaHCO 3（150ml水加 10g 碳酸氢钠）溶液，搅拌，直至无 CO 2 气泡产生。然后抽滤，用少量水洗涤，将洗涤液与滤液合并，弃去滤渣。

4、将上述滤液倒入烧杯中（慢慢地分多次倒入），加盐酸溶液（大约 15mL 浓盐酸加入 40mL 水配置）调 pH 为 2 左右，阿斯匹林复沉淀析出。用冰水冷却，令结晶完全析出后，抽滤，冷水洗涤，压干滤饼，干燥。

5、阿司匹林的精制：取 250ml 烧杯，将所得粗品用 35%酒精（按 95%乙醇：水=1:2配置）水浴 50℃溶解，酒精分多次加入，搅拌下加入的酒精的量直到刚好溶解为止，冷却析晶；抽滤得粗品，测熔点，计算得率。

五、实验操作注意事项：

1、酯化反应温度在80度左右，太高乙酰水杨酸易发生分解,分解温度为128~135℃。

2、反应结束第一次加冰水时需小心少量多次加入，醋酸酐分解，放热，蒸汽溢出，最好在通风橱中操作。

3、加入饱和碳酸氢钠溶液时要一边加一边搅拌，会产生大量气泡，少量多次加完。

4、用盐酸酸化后，如果没有固体析出，可测一下 pH，最佳为 2~2.4.5、当用有机溶剂重结晶时，以免溶剂的蒸气的散发或火灾事故的发生，应避免明火，以防着火。

六、实验现象记录和处理 实验现象记录 现象解释 1.干燥所需要用到的仪器 当仪器没有全部干燥时，会导致醋酐水解成醋酸，从而影响得率 2.加入药品混合后得混悬液，加保鲜膜封口，加热后得淡蓝色澄清溶液 这是因为水杨酸被浓硫酸氧化生成醌式化合物，加保鲜膜封口是因为为了防止里面的有机溶剂挥发

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 3．加少量冰水时沸腾，并呈淡粉色，放出大量的热，另一个现象就是每次加入冰水时呈现胶状物质，振荡后胶状消失。用冰水浴冷却时，有晶体大量析出。

加冰水后沸腾是因为醋酸酐水解成乙酸会放热，蒸气溢出，故最好置于通风橱中操作； 阿司匹林产品微溶于水，结晶比较困难，故用冰水减小溶解度。胶状物质即为阿司匹林溶质与晶体之间的临界转换状态。当溶液过饱和时，则有大量晶体析出 4.抽滤时用少量冰水洗涤两次，得阿司匹林粗品，抽滤后得白色晶体，少量多次加入饱和NaHCO 3 后产生大量气泡，晶体溶解，剩余粉红物质浮于上层，抽滤后为粉红滤渣。

之所以用冰水而不用普通蒸馏水洗涤是因为蒸馏水会溶解部分药品，用冰水的话溶解度比较小，之所以要洗涤是为了洗下沾在漏斗上的东西；NaHCO 3 既有利于除去醋酸，也能和阿司匹林和残余的水杨酸形成可溶性盐，而高聚物不溶于碱，利用这一性质除去高聚物，粉红色的物质即为高聚物； 之所以要少量多次加入则主要是为了使反应得更充分 5、加入盐酸溶液后，产生气泡，泡沫浮于上层，下层产生晶体。用冰水冷却，析出晶体后，抽滤，冷水洗涤，得白色晶体。压干滤饼，干燥 盐酸能中和 NaHCO 3，并且能将阿司匹林和水杨酸从盐中释放出来，从而析出晶体。

冷水洗涤是为了洗去残余的盐酸。干燥这步是为了去除残余的水分和有机溶剂 6.精制过程中，加入酒精后药品的溶解速度很快，抽滤后得白色晶体。

假如存在未反应的水杨酸，精制将有利于除去。利用35%酒精溶解的时候要边加边搅拌，以防加过量，而导致无法冷却析晶。

7.

经熔点测定仪测得熔点为 130℃ 阿司匹林的正常熔点为 135℃，这说明在精制后得到的阿司匹林仍含有一小部分的杂质。

七、实验结果与分析 经熔点测定仪测得熔点为 130℃，精制后的阿司匹林称重为 5.373g，得率为5.373/10=53.73%； 阿司匹林的产率主要跟以下几个方面有关系：

a.温度的控制：

报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 加冰水的过程温度的控制很关键，本次实验是采用分次振荡加入的方法（即加入后振摇锥形瓶），分次是为了防止一次性加入时温度升得太快且难以快速降温而导致乙酰水杨酸发生分解，致使产率过低。振摇一方面是为了散走热量，另一方面是使残留的醋酸酐分解反应进行的比较彻底点。

为使温度不致上升过快，在加完一次冰水后触碰瓶壁时感觉不烫手再加入下一次，大致温度为 40-50℃，我认为这个降温时间可以稍延长，但是不应过长，过长会导致冰水熔化的过多，达不到降低溶解度，从而使产品晶体析出来的效果。

b.反应物的用量：

水杨酸是一个双官能团化合物（具有酚羟基与羧基），会发生两种酯化反应，其中一种就是自身缩合反应，为了使酰化反应进行的程度更大一些，醋酸酐的量应该大大过量，同时，它还起着有机溶剂的作用，且取用醋酸酐的过程会挥发造成部分损失。本实验醋酸酐的摩尔量为水杨酸的 3.5 倍。

c.质子酸的作用：

本来水杨酸分子内存在氢键，阻碍酚羟基的酰化反应，反应需加热至 150-160℃才能进行，加入少量浓硫酸后，破坏氢键作用，使反应温度降低至 80℃左右，从而减小副产物的产生。

d.精制重结晶过程：

置于 50℃水浴中加热时加热时间不宜过长，温度不宜过高，否则阿司匹林会发生水解

八、讨论、心得 由于酚羟基的 O 原子与苯环之间存在着 p-π共轭体系，使酚羟基的 O 原子电子云密度降低，因此其活性较醇羟基弱，所以酚的酰化一般采用酰氯、酸酐等较强的酰化剂。酸酐是一个强酰化剂，可对各种类型的羟基进行酰化，反应不可逆，反应中无水生成，一般需要加入质子酸、Lewis 酸、有机碱等作催化剂。在本次实验中采用了硫酸这种质子酸作为催化剂。