第一篇：土工格網在老路改造試驗段中的應用

土工格網在老路改造試驗段中的應用

摘　要　本文針對老路改造中新建路基出現不均勻沉降問題而引起的縱、橫向裂縫等病害及新老路基結合部位的處理進行分析研究，并通過老路改造試驗段中的應用實例，提出了采用土工格網處理新老路基結合部的方法。

關鍵詞　老路改造　土工格網　路基沉降

1　安平公路概況

安康至平利二級公路改建工程全長60.268公里，起于平利縣繅絲廠門口，止于安康市酒廠門口。原有道路為三級路，沿路有許多暗彎，技術等級低，已不能適應交通量的發展需求。

2　新老路基結合部位病害原因分析

在新老路基結合部，路基和路面結構層厚度、強度不一，一側為新建路基，一側為原有老路基，質量和地基沉降存在差異，為道路開裂留下隱患；新老路基結合部位沉降量不一，必然會產生一定的沉降差異，特別是新填路基沉降量較大，而老路基已完成大部分的工后沉降，這樣不可避免地在新老路基結合部產生一個沉降差值突變點，成為道路產生裂縫的主要原因;新老路基結合部位工藝較復雜，施工難度較大，往往在此易產生人為的質量問題，如密實度達不到設計標準等，也是產生裂縫的原因之一。

3　新老路基結合部處理的主要內容

針對道路拓寬在施工和技術上的關鍵性問題，必須保證對新填土的壓實質量；必須保證新填土與壓實老路基土之間緊密結合。這兩個問題解決好，就可以保證新老路基結合部道路的使用品質。

31　試驗路段的確定

根據安平改建工程的設計資料和沿線的地質情況，選擇填土高度6～8m的k42＋023～k42＋109、k44＋290～k44＋376兩段。k42＋023～k42＋109段用土工格網處理，k44＋290～k44＋376填筑普通材料，并且在里程k44＋320與k42＋072.2分別設置了1號與2號沉降管，進行沉降觀測，用以比較土工格網的處理效果。

3.2　施工前的準備

清除腐殖土等不適宜土層至少30cm，將老路基按設計要求挖臺階，檢查密實度，如不符合要求，則用手扶式壓路機壓實，使其壓實度達90％以上；若原有路肩質量較差、達不到設計要求，要將路肩翻曬后再碾壓，以滿足質量要求。

3.3　土的工程性質

本地區土中含有云母的千枚巖、板巖碎屑，有脹縮性，可能造成其上的構筑物開裂與下沉。因此路幅內土基含水量的不均勻變化將引起不均勻的脹縮，導致公路路基產生幅度很大的橫向及縱向波浪狀變形，造成路面變形或開裂。

3.4　土工格網的施工

(1)土工格網沿線路的橫向鋪設，如圖1所示。將成捆土工格網自老路堤往新路堤方向展開，按設計長度截斷，施工時應保證格網鋪向與線路走向垂直。

(2)先將鋪設在老路堤上的端部錨牢，然后展開至擋墻上，用帶排鉤橫梁將土工格網張拉緊，使之產生2％～4％的伸長。U形錨釘的間距不大于1m，其長度大于25cm，相鄰兩幅土工格網的搭接長度不小于20cm，并用尼龍繩呈之字形穿綁，使之成為一體。土工格網覆蓋至每層擋墻的全寬。

(3)土工格網在試驗路段中共鋪設了10層。一至三層的土工格網的間距為50cm，四至八層的土工格網的間距為90cm，八至十層的土工格網為30cm。由于填土6～8m不等，且填土較高，所以采用滿鋪。土工格網的鋪設長度4～9m不等。

4　施工質量的控制

(1)當土工格網攤鋪在碎石層上時，應先在碎石層上撒鋪2cm厚的粗砂，以免土工格網直接與碎石接觸而被破壞。

(2)運料車應避免在已攤鋪并張緊定位好的土工格網上直接碾壓，以免對土工格網產生推移或破壞，從而影響施工質量。鋪設土工格網的關鍵是保證連續性，避免產生扭曲、褶皺、重疊，要特別注意避免過量拉伸，以防止超過其抗拉強度和變形極限而發生破壞和撕裂。

(3)每層填土厚度不大于30cm，路床范圍內壓實度≥93％，其他部位≥90％。

5　沉降管的設置與觀測

路基填料回填前埋置沉降管，即在里程k44＋320與k42＋072.2處分別設置了1號與2號沉降管，通過沉降觀測，可以及時掌握路基沉降的變化情況。前23天的實測數據整理如圖

2、圖3，由圖可見：圖2中前23天的沉降量為3.2mm，圖3中前23天的沉降量為25mm。土工格網處治段比沒有處治段沉降量要小，說明土工格網在減少沉降方面起了一定作用，用土工格網處理新老路基結合部，可以減少新老路基的不均勻沉降。

6　土工格網的作用機理

土工格網為柔性材料，它只能承受較大的拉應力。將其布置在土體的拉伸變形區，土的拉應力傳給土工格網，使筋材成為抗拉構件。當加筋土受荷載作用時，土工格網與土體間咬合鑲嵌的摩擦阻力制約了土體的側向變形，土工格網與土體之間具有較高的粘結作用，并與土體產生相互嵌固作用的效應，顯示出更好的抗拉性能。高抗拉性使筋土強度遠遠高于無筋土，極大地提高了路基土承受剪應力的能力，一定程度上改善了正常路堤橫斷面上的沉降狀況，使得橫斷面上的沉降趨于均勻，因此能減小新老路基結合部的差異沉降，防止

新老路基結合部位路面出現縱、橫向裂縫。

7　結束語

本處理段在路基全寬度內滿鋪土工格網，處理后可以加強新老路基的結合強度，減小不均勻沉降，與其他工程措施相比較，經濟效益較好，為道路改、拓建提供設計、施工依據。

參考文獻

〔1〕嵇如龍，張永宏，宋吉錄.軟土地基上路基拓寬處理技術研究

〔2〕李晨明.高速公路改擴建中路基拓寬的處理問題

〔3〕陳健俠，李杜教，龔志達，王曉紅.土工合成材料在工程中的應用

第二篇：簡述土工合成材料在水利工程中的應用

簡述土工合成材料在水利工程中的應用

何麗雅

摘 要：土工合成材料是巖土工程領域中一種新型的巖土工程材料,在各類工程中應用廣泛。本文以土工合成材料在水利工程中的應用為例，就土工合成材料的功能、分類、特性及工程實際應用概況進行了較詳細的闡述。

關鍵詞：土工合成材料

應用

防護加固工程

一、前言

土工合成材料是一種新型的巖土工程材料。它以人工合成的聚合物,制成各種類型的產品,置于土體內部、表面或各層土體之間,發揮加強或保護土體的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料等類型。土工材料是工業發展的產物,其出現已經有100多年的歷史,但應用于土建工程則是20世紀30年代末才開始的。首先是將塑料薄膜作為防滲材料應用于水利工程。到20世紀50年代末,土工織物開始應用于海岸護坡工程。直到20世紀70年代末,隨著非織造型織物(俗稱無紡織物或無紡布)的應用,給土工織物帶來了新的生命,土工織物才以很快的速度發展起來,從而在巖土工程學科中形成一個重要的分支。1977年在法國巴黎舉行的第一屆國際土工織物會議上,J.P.Giroud把它命名為“土工織物”(Geotextile),并于1986年在維也納召開的第三屆國際土工織物會議上將它稱之為“巖土工程的一場革命”。從20世紀60年代中期到20世紀70年代末,有紡織物開始在我國應用于河道、涵閘及防治路基翻漿冒泥等工程;20世紀80年代初,無紡織物開始在鐵路工程上試用;20世紀80年代中期,土工織物才在我國的水利、鐵路、公路、軍工、港口、建筑、礦冶和電力等領域逐漸推廣應用。

二、土工材料的種類和功能

1、土工合成材料種類：

土工合成材料（Geosynthetics）是一種新的巖土工程材料，它以人工合成的聚合物，如料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的品，置于土體內部、表面或各層土體之間，發揮強或保護土體的作用?！巴凉ず铣刹牧稀笔且桓爬ㄐ孕g語，標識很廣泛的產品，土工合成材可分為土工織物、土工膜、復合型土工合成材料和特種土工合成材料等類型。目前已廣泛應于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個領域。

（1）土工織物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分為：①有紡土工織物；②針織土工織物；③無紡土工織物；④復合土工織物。

（2）土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、瀝青以及合成纖維和織物另加一定的填充料和外加劑制成的材料。它具有很好的防滲和防水性能及很強的抗變形能力和耐久性。它的厚度一般為0。25~7。5mm，它主要有以下優點：①改進荷載分布狀況；②減少填料層厚度，并能滿足抗剪強度的要求；③限制土體的側向位移；④抗拉性能高，能避免產生裂縫；⑤增加土層剛度。

（3）復合型土工合成材料。它包括土工格柵、土工網、超輕型土工合成材料、土工膜袋、土工墊、土工格室等。常用的特種土工合成材料為前3種。

（4）特種土工合成材料。它由土工織物、土工薄膜和某些特種土工合成材料中兩種或兩種以上的材料互相組合而成，它可將不同構成材料的性質結合起來，滿足具體工程的需要。

2、土木合成材料的功能：（1）隔離作用：

將土工合成材料放在兩種不同的材料之間或同一材料不同粒經之間以及土體表面與上部建筑結構之間，使其隔離開來。當受外部荷載作用時，雖然材料受力相互擠壓，但由于土工合成材料在中間隔開，不使其互相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。土工合成材料隔離作用己廣泛應用于鐵路、公路路基、土石壩工程、軟土基礎處理以及河道整治工程。

（2）防護作用：

土工合成材料可以起到分散應力的作用。也可由一種物體傳遞到另一物體，使應力分解，防止土體受外力作用破壞，從而起到對材料的防護作用。土工合成材料的防護作用分兩種情況：一是表面防護，即將土工合成材料放置于土體表面，保護土體不受外力影響、破壞：二是內部接觸面保護，即將土工合成材料置于兩種材料之間，當一種材料受集中應力作用時，而不使另一種材料破壞。

（3）濾層作用

濾層作用是土工織物的主要功能，被廣泛地應用于水利、鐵路、公路、建筑等各項工程中，特別是水利工程中用作堤、壩基礎或邊坡反濾層已極為普遍。在沙石料緊缺地區，用土工合成材料做反濾層，更顯示出它的優越性。因此通過把土工織物置于土體表面或相鄰土層之間，土中水分可以通過織物排同時織物可阻止土顆粒流失，以免造成土體失穩（管涌），可代替砂、礫石等反濾層。

（4）排水作用

土工合成材料是良好的透水材料，無論是材料法向或水平向均具有較好的排水能力，能夠將土體內的水集聚到織物內部，形成排水通道，排出土體。土工合成材料現己廣泛應用于土壩、路基、擋土墻建筑以及軟土基排水固結等方面。它與工程中的其他排水結構充分配合，形成完善的排水體系，排除地下水、地表水和結構中的多余水份。

（5）加筋作用 土工合成材料有較高的抗拉強度，將土工合成材料埋在土體中或路面結構適當位置，可以分布土體或路面結構應力、傳遞拉應力、限制其側向位移，增強它與土體或路結構層材料之間的摩阻力，使土或路面結構層———土工成材料復合體的強度提高，從而約束土體或路面結構層的形，并抑制或減少土體的不均勻沉降，提高土體或路面結構層的穩定性具有加筋功能。

（6）防滲作用

土工膜和復合型土工合成材料，可以作為各種工程的防滲材料。土工合成材料用于某一項工程會發揮主次作用，如公路的碎石基層與地基之間鋪放織物，一般說，“隔離”是主要的，“濾層”和“加筋”是次要的，“排水”是不甚重要的設計者合考慮，如選用光滑的土工膜來隔離，則可能引起路基中孔隙水壓力升高，造成路基失穩。弱地基上修路，“加筋可能起控制作用。

三、土工合成材料在南水北調中線應急供水工程中的應用：

1、工程概況

南水北調京石段19標段樁號范圍為307+000～312+790.6，位于河北省曲陽縣境內的支曹村、南杏樹村及辛莊村等附近，工程區為華北沖積平原，地形總體平坦，地面高程66.0～79.0m。

本標段所在區域屬暖溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，冬季天氣寒冷干燥，春季氣溫回升快，風速大，蒸發量大，天氣干燥少雨；夏季氣候溫濕多雨，為河北省的雨季；秋季降雨量較少。據渠段附近氣象站資料統計，多年平均氣溫12.3℃，極端最低氣溫-19.2℃，極端最高氣溫41.7℃。多年平均風速2.1m/s，最大風速20m/s。多年平均無霜凍期189天，最大凍土深度66cm，穩定凍結初日最早為11月29日，開始解凍日期最晚為3月9日。多年平均降水量524mm。

本渠段位于華北沖積平原，地形總體平坦。沿線范圍內地面高程66.0m～79.0m。本渠段處于傾斜平原，其間夾河流地貌。

本渠段地表全部被第四系地層覆蓋，揭露的地層為第四系沖洪積層及人工堆積物。巖性多為黃土狀壤土、黃土狀砂壤土、砂壤土、壤土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、礫砂、卵礫石；人工堆積(rQ)棄土、棄渣、人工堤防、路基等。

本渠段所處區域地質構造單元為三級構造單元的太行山隆起的東部邊緣。主要區域斷裂構造有望都—新樂斷裂、石家莊斷裂、井徑—長冶斷裂、元氏斷裂、柏鄉斷裂、衡水斷裂。

本渠段地震動峰值加速度為0.05g，相當于地震基本烈度Ⅵ度區。渠段內地下水的類型主要為孔隙水，主要賦存于第四系全新統的砂土及礫卵石含水層中。地下水埋深一般9.5m～15m，多屬潛水。地下水與地表水聯系緊密，具有較強或強的富水性和強透水性，部分具中等透水性。地下水對混凝土均無腐蝕性。

渠段內凍土為季節性凍土，凍土厚度0.62m～0.66m。

2、土工織物應急處理技術

渠道采用明渠設計，梯形斷面，型式為上口寬53.6～57.1m，底寬18～21m，邊坡1：2，渠深8.9m，坡面長20m。正常水深7m，加大水深7.384m。渠道底板結構型式自下而上為：土基面、5cm粗砂墊層、2cm厚的保溫板、防滲復合土工膜、8cm厚混凝土面層；渠道襯砌混凝土面板全部采用4m×4m分縫設計，底板縱縫全部是通縫設置，橫縫依次為半縫、通縫、半縫??，交叉布置，縫寬統一為2cm，半縫深度統一為6cm，通縫深度底板8cm。

由于特殊原因，渠道需提前臨時過水。由于時間緊迫，若按原設計施工將無法滿足過水要求。經南水北調京石段指揮部及設計、監理、施工單位四方會議研究決定，采取應急處理辦法，用無紡土工布結合混凝土錨固帶對開挖渠道進行防護加固處理，確保渠道按時供水。具體措施如下：

2.1施工方案

選用300g/m2無紡土工布（幅寬不小于6m），沿渠道縱向分別于坡腳及距上口1m處各設一道混凝土錨固帶，橫向間距30m；錨固帶截面尺寸30×30cm，采用C20一級配混凝土。

2.2土工布的鋪設方法

渠道大面積開挖完成后，采用人工開挖錨固槽，裝載機配合自卸車清運土方。土工布采用人工滾鋪，布面要平整，并適當留有變形余量。長絲或短絲土工布的安裝通常用搭接、縫合和焊接幾種方法。

2.3土工布的縫合

本工程采用專用縫紉機縫合。所有的縫合必須要連續進行（不允許點縫）。在重疊之前，土工布必須重疊最少150mm。最小縫針距離織邊（材料暴露的邊緣）至少是25mm。

縫好的土工布接縫最少1行線鎖口鏈形縫法。用于縫合的線應為最小張力超過60N的樹脂材料，并有與土工布相當或超出的抗化學腐蝕能力。

任何在縫好的土工布上的“漏針”必須在受到影響的地方重新縫接。必須采取相應的措施避免在安裝后，尖銳物質進入土工布層。

2.4錨固帶混凝土澆筑

錨固帶為30×30cm、C20一級配混凝土，采用泵送法澆筑。泵管鋪設時應墊砂袋，泵管安裝、拆移、及抹面時應注意，防止對土工布造成破壞。

3、土工布鋪設的基本要求

3.1基層檢查：檢查基層是否平整、堅實，如有異物，應處理妥善。

3.2試鋪:根據現場情況，確定土工布尺寸，裁剪后予以試鋪，裁剪尺寸應準確。3.3接縫須與坡面線正交，縫合時縫合線應平直，針腳應均勻。

3.4在坡面上，對土工布的一端進行錨固，然后將卷材沿坡面放下以保證土工布保持拉緊的狀態。

3.5所有的土工布鋪設時都須用砂袋壓住，砂袋將在鋪設期間使用并保留到錨固槽混凝土澆筑時。

3.6縫合后應檢查土工布是否鋪設平整，是否存在缺陷。如存在不合要求的現象，應及時進行修補。

四、結論

通過采取應急方案，確保了本渠段在2008年9月28日（規定時間內）成功通水。渠道過水后，經聯合工作組沿線勘查，本渠段無水力沖刷破壞痕跡，渠坡未出現垮塌現象，渠道運行安全。并且本渠段還經受住了08年嚴冬的考驗，開春解凍之后，聯合工作組再次對渠道沿線進行勘查，未發現土工布有凍裂破壞現象，也未發現明顯的冰排割裂損傷，渠道岸坡未發生失穩現象。本應急方案取得了圓滿成功。

通過對土工合成材料在工程中應用的介紹,可得出如下意見:1)土工合成材料，尤其是新型的合成型材料,在工程中占有越來越重要地位。2)合成材料應用于邊坡表面防護,能夠提高邊坡的穩定性和承載能力。3)合成材料應用于嚴寒地區，有較好的使用工況。4）由于合成材料的特性和價格上的雙重優勢,應用前景廣泛。

參考文獻:：

[1]蔡寧，陳紅；土工合成材料在工程中的應用；工程研究；29—30 [2]馬興華，張晴波，陳學良；土工合成材料在堤壩工程中的應用；中國港灣建設；2008.10；5—20 [3]李春風；簡述土工合成材料在水利工程中的應用；水利工程；60—61 [4]傅江霞；土工合成材料在道路和橋梁工程中的應用；中國水運09卷第10期；2009.10；241—244

第三篇：土工合成材料的主要性能及在工程中的應用

土工合成材料的主要性能及在工程中的應用

一、國內外土工合成材料的應用概況

土工合成材料的開發和使用已有幾十年的歷史。1926年，美國最早用棉織物加固公路路面；20世紀30年代末或40年代初，聚氯乙烯薄膜應用于土工的防滲；50年代末期，Ｒ.Ｊ.Ｂarrtt在美國佛羅里達州利用聚氯乙烯織物作為海岸塊石護坡的墊層；1956～1957年著名的荷蘭三角洲工程用機織土工織物加固防海潮大壩；20世紀60年代，合成纖維土工織物在美國、歐洲和日本逐漸推廣，但是其生產技術主要是機織型的，主要用于護岸防沖等工程，機織土工織物的強度高，但價格也較高，反濾、排水功能差，限制了它的發展。非織造布的應用給土工積物帶來了新的生命，它的特點是把纖維做成多方向的或任意排列使得其性能上各向同性，非織造型土工積物在20世紀60年代末期開始應用于歐洲，70年代從歐洲傳到了世界各地。到70年代土工合成材料的應用及其產品的發展達到一個鼎盛時期。高性能的原料賦予產品高的強力與耐用性，先進的生產工藝賦予產品良好的功能，使其應用范圍不斷擴大，特別是近30年來，由于非織造針刺法、紡粘法工藝的推廣，產品成本低，而且具有良好的化學物理性能和水工性能，使非織造土工織物的應用飛速地發展起來。目前世界上已有100多個國家和地區(包括發達國家和部分發展中國家和地區)在10萬多個工程中采用了土工布。據統計,全世界目前合成纖維土工布年耗量約40萬噸,其中美國最多,達10萬噸,。土工合成材料已經成為繼鋼材、水泥、木材之后的第4種新型建筑材料。目前，發達國家在產品種類、質量、應用范圍的廣度與深度等方面的發展都比發展中國家快，尤以北美發展最快，歐洲則以德國、法國、荷蘭、意大利等西歐國家發展較快，亞洲主要是日本、馬來西亞、韓國發展較快，國外產品類型、品種較多，規格齊全，以非織造型、合成型、復合型所占比例較大。在我國，土工合成材料在巖土工程等領域的應用歷史較短。最早應用的是土工膜，大約在20世紀60年代初期，用于渠道防滲；70年代中期，在長江護岸和長江堤防中首次用織造型土工織物；80年代初期，非織造型土工織物開始應用于工程中；80年代末，土工膜袋首次引入工程應用。縱觀土工合成材料40多年的發展史，可將其應用歷程大致分為三個階段：80年代中期以前的初創階段；80年代中期至90年代中期的發展階段和90年代后期開始的逐漸成熟階段。

二、土工合成材料的主要類型

土工合成材料的主要類型有： 土工織物、土工膜、土工格柵、土工網、土工復合材料和土工織物粘土墊。

土工織物是可滲透的土工合成材料，是一類最古老和用量最大的土工合成材料。土工織物主要有兩種類型：紡織的和無紡的。紡織的土工織物是在普通紡織機上使用單纖維、多纖維絲或細長薄膜或帶制成。無紡土工織物還可按照纖維連接在一起的方法細分為：以特殊設計的針將纖維纏結在一起的機械連接或針刺的無紡土工織物，在纖維交接點上以加熱；或加壓方法將纖維焊接在一起的無紡土工織物，纖維網噴涂或浸漬以丙烯酸樹脂的化學或樹脂粘結無紡土工織物。紡織的土工織物通常具有較高的強度和剛度（因此可以用在土壤加固中）以及較差的過濾、排水特性。無紡的土工織物具有低到中等的強度和高斷裂延伸率，過濾、排水性能良好。在制造土工織物中使用的主要原材料是聚丙烯，也使用聚酯。

土工膜是滲透性很低的土工合成材料，用作流體或蒸氣阻攔層。使用最廣泛的土工膜是主要由ＰＶＣ、ＣＳＰＥ、高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）和低密度聚乙烯（ＶＬＤＰＥ）制成的柔軟薄片材。浸漬瀝青或噴涂聚合混合物的土工織物或土工織物—瀝青復合材料也可用作土工膜。聚合物片材土工膜以擠出法、壓延法和刮涂法制造。所有的聚乙烯土工膜都是以擠出法生產的，并進行“壓花”加工以獲得粗糙的表面。世界各地頒布的環境法規，特別是關于有害物質處理的法規都要求廣泛地、強制性地使用土工膜。

土工格柵是格子狀材料，帶有足夠尺寸的格孔與周圍的土壤結合，起加固作用。擠出格柵的制造方法是首先在聚合物片材上沖等邊的孔（單軸向格柵用聚或雙軸向拉伸。比較柔軟的土工格柵由兩組90°相交的高韌性聚酯紗制成，在相交點以編織法或熱焊法連接，然后涂以聚合物（通常是聚乙烯、聚氯乙烯或瀝青，雙軸向格柵用聚丙烯），然后將片材進行單軸向土工網是兩組平行的大致呈圓形的聚合物股，通常以 60°相交，形成網狀外觀。雖然土工網可用作較低強度的土壤加固，但它的主要用途是在輸送液體或氣體的復合排水制品中用作芯材或隔片。土工網往往用PE 以連續擠出法制成。

土工復合材料是由土工織物、土工格柵、土工網、土工膜和其他材料進行不同組合而成。多數土工復合材料用于排水。土工合成材料粘土襯材是低滲透性的復合材料，典型的組合是干膨潤土薄層與土工織物和%或土工膜制成，用針刺、縫合或膠粘劑固定在一起。

三、土工合成材料的主要功能

土工合成材料的功能是多方面的，綜合起來，可以概括為過濾、排水、隔離、加筋、防滲和防護六大功能。3.1 反濾

土工合成材料具有細小的孔隙通道，將其鋪在地下水滲流的土體中，水可以通過織物，而土粒被阻擋住，從而避免因土粒過量而造成的土體破壞以及由于孔隙水壓力而造成的土體失穩。廣泛應用于水利、鐵路、公路、建筑等各項工程，特別是水利工程中用作堤、壩基礎或邊坡反濾層已極為普遍。在砂石料緊缺的地區，用土工織物做反濾層，更顯示了它的優越性。在土木工程中為了防止管涌破壞，常需設置由經過設計的砂石料所組成的“反濾層”，而土工織物完全可以取代這種常規的砂石料反濾層起到防滲反濾作用。3.2 排水

土工織物主要是無紡織物，是良好的透水材料。無論是織物的法向或水平向，均具有較好的排水能力，能將土體內的水積聚到織物內部，形成一排水通道，排出土體。較厚的針刺無紡土工布和一些具有較多孔隙的復合土工布都可以起排水作用。在巖土工程中很多情況下需要采取排水措施，以降低滲透壓力，或加速土體的固結，或降低無壓滲流場的浸潤線的位置。過去所采用的常規措施是在適當的部位（如兩種透水性不同的土層的交界面，或土料與混凝土建筑物表面的交界面等）鋪放在碎石層進行排水。用土工織物則可取代這種碎石層。這種取代不僅可以收到排水效果，而且施工特別簡單（特別對傾斜或垂直方向的施工面），工程造價也可以大為節省?？捎糜谕翂蝺却怪被蛩脚潘?，土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護面下部的排水，埋入土體中消散孔隙水壓力，軟基處理中垂直排水，擋土墻后面的排水等。3.3 防護

在實際工程中，土工合成材料可以防止液體的滲漏、氣體的揮發，保護環境或建筑物的安全。可用于土石壩和庫區的防滲，渠道防滲，隧道和涵管周圍防滲，防止各類大型液體容器或水池的滲漏和蒸發，屋頂防滲，用于修筑施工圍堰等。3.4 加筋

所謂加筋，即將土工合成材料按照一定的方式埋入土中，使土工合成材料與土之間良好地結合，利用合成材料的較高強度性能，重新分布土體應力，增加土體變形模量，傳遞拉應力，限制土體側向位移，增加土體的抗剪強度，從而提高土體及有關建筑物的穩定性。土工合成材料較多的應用于軟弱地基處理、陡坡、擋土墻等邊坡穩定方面。加筋作用可以通過“宏觀加筋”與“微觀加筋”兩種方法獲得。宏觀加筋就是在土體中埋入土工合成材料，形成所謂“加筋土”。土工合成材料在其中可以約束土體的拉伸應變，減少土體變形，從而增加土體的模量，改善土體的受力狀況，提高土體的穩定性。各類土工織物都可埋入土體內起加筋作用，特別是土工格柵效果更好。微觀加筋就是在土體中摻合土工合成連續纖維絲，形成所謂“纖維土”（或“織物土”），以提高土體的強度和穩定性。與加筋土相比，纖維的加固是三維的，而加筋土的加固一般是一維的，只有經過特殊設計才可能成為二維或三維的加筋結構?？捎糜诩訌娷浲恋鼗訌娺吰路€定性，用作擋土墻會填土中的加筋或錨固擋土墻的面板，修筑包裹式擋土墻或橋臺，加固柔性路面，防止反射裂縫的發展等。3.5 隔離

將土工合成材料放在不同的材料之間或同一材料不同粒徑之間及土體表面與上部建筑結構之間，使其隔離開來。當受外部荷載作用時，雖然材料受力互相擠壓，而由于土工織物在中間隔開，不使互相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。隔離用的土工織物必須有較高的強度來承受外部荷載作用時而產生的應力，保證結構的整體性。可用于道路基層與路基之間或路基與地基之間的隔離層，在土石混合壩中隔離不同的筑壩材料，用作壩體與地基之間的隔離體，堆場與地基間的隔離層等。3.6 防滲

將土工織物表面涂一層樹脂或橡膠等防水材料，也可將土工織物與塑料薄膜復合在一起形成不透水的防水材料即土工膜。主要用于防止河岸或海岸被沖刷，防止垃圾、廢料或廢液污染地下水或發散臭味，防止水面蒸發或空氣中灰塵污染水面，防止土體凍害等。

四、土工合成材料在巖土工程中的應用

土工合成材料是巖土工程的新型建筑材料，我國20世紀70年代末開始在工程中應用。20世紀80年代初，非織造布開始在鐵路工程和水利工程上試用，到20世紀80年代后期，土工織物的生產能力、應用范圍、測試技術、理論研究等各個方面都得到了較快的發展，并且有相當大的規模和較廣泛的分布范圍，各地均有其應用。產品和應用技術在不斷發展，國外先進技術的應用與發展給我國以極大的促進，針對我國實際情況，在生產技術、測試技術、施工技術、理論研究、設計水平等各個方面的工作，均在不斷提高和完善。4.1 在水利水電建設工程中的應用

水電建設是我國土工合成材料應用最廣泛、用量最大、應用品種最多的一個方面，主要用作軟弱地基基加固、反濾、加筋、防滲等。在全國各地的各項水電工程中土工織物均有不同程度的應用。如：中國最大的水電建設工程三峽工程圍堰防滲、福建水口水電工程大壩上下游圍堰、上海陳行水庫存圍堤筑堤及邊坡反濾、浙江秦山核電站圍堤工程、京杭大運河整治邊坡反濾、湖南省湘鄉市桐子水庫的粘土斜墻堆石壩、重慶市長江護岸工程以及黃河治理、淮河治理、長江口整治工程等一些較大的水利水電工程。電力能源系統新建電廠粉煤灰庫90%以上采用土工織物修建庫堤。有40%的老灰庫維修或擴建也均采取土工織物。如上海外高橋電廠灰庫、上海石洞口電廠灰庫、嘉興電廠灰庫、江蘇諫壁電廠真觀山貯灰場等，尤其近幾年在全國各地先后發生的幾次特大洪水的防汛搶險中發揮了突出的作用。

防汛搶險洪澇災害是我國范圍較廣、損失較大的自然災害，受洪水威脅的地區總的土地面積約73.8萬Kｍ2,占全國總土地面積的8%，土工合成材料是一種較好的防汛材料，在防汛搶險中主要利用其排水、反濾和防滲功能。如：1998年長江流域大洪水期間，利用編織袋快速搶筑子堤得成功。子堤綿延數百公里，最高達2.2ｍ，擋水1.7ｍ。利用編織布防浪也取得了很好的效果。工程實例如：1991年6月14日滁灑大水，在跣躍坪堤段有61處漏水洞，有的漏水洞口有碗口大，主要是因為白蟻鑿孔貫穿堤身所引起。查明原因后，迅速用土工布袋裝土等物料將蟻窩夯實，用土工膜在迎水坡截滲，漏洞下游出水口用無紡布等濾水材料作反濾井,險情得到控制。

石籠沉床土工合成材料可做成石籠放入水中，加固水庫邊(岸)坡或海岸，防止海水沖刷,免去水下作業的麻煩。

防止水土流失土工織物管是用高強纖維制成，是為海岸和內地水土流失提供防護發展的一項技術?，F在已經有采用直徑達3ｍ的有紡織或編織的土工織物管，在長度上沒有限制，只是充填和處理上的困難需要考慮。充填方法是通過泵將水砂混合體壓入土工織物管，由于內壁阻力，一般每10ｍ設置一個進口。進口常常采用一個小直徑的土工織物管，在大土工織物管的上游側將其錨固。一般情況下，需要用土覆蓋,以防紫外線照射或人為破壞。

堤岸的加筋土擋墻在碼頭河岸、江岸及海岸均采用直立或坡度擋墻。

壩體增強，在水庫壩體這種永久性負載面積上鋪設兩層土工合成材料，可防止壩底發生細微沉陷。

渠道襯砌美國墾務局從20世紀50年代開始試驗用土工膜進行渠道防滲襯砌，取得了較大的進展，幾乎在所有的渠道上都采用土工膜襯砌。許多國家也采用該方法。

水產養殖區域襯砌土工膜作為池塘底或邊的襯砌,以便養殖貝類及其它水產品。現在的進展是用于這種目的的土工膜有一堅固的保護面,以防止使用和維修過程中的損壞。因而，土工膜應選擇較厚的(比如，厚于2.5ｍｍ)編織的土工膜。未來的發展是開發土工膜新品種,使其能達到營養、防污染和防氧化的目的。4.2 在鐵路建設中的應用

土工合成材料主要用于鐵路路基加固處理、路基隔離、排水、防治翻漿冒泥、防治嚴寒地區凍融災害等方面，并可在不停止列車運行的情況下進行處理，因此不論是老干線維修，還是新干線建造，都可應用土工合成材料，并取得良好效果。研究如何有效地防治路基災害的產生和發展中，鐵路科技工作者較早地注意到了土工合成新材料，繼20世紀70年代初大量試用土工聚合材料不透水薄膜作防水覆蓋層之后，20世紀70年代中以來，很多國家如法國、美國、澳大利亞、日本、蘇聯、匈牙利等在鐵路上進行了多種應用的試驗研究和工程實踐。國內的應用如京九鐵路路基處理、大連至秦皇島鐵路路基加筋、上海至杭州外環線路基加固以及京廣鐵路翻漿冒泥整治等。

鐵道路基加固，土工格柵用于鐵路路基增強，合成材料和路面材料融合在一起，可有效的分配載荷，防止道渣流失和路基變形，提高路基的穩定性，承受更大的變形載荷。

鐵道道渣保護，由于火車震動及風吹雨淋，造成道渣流失，用土工合成材料包裹，防止道渣流失，提高路基的穩定性。

鐵路擋墻，土工合成材料用于鐵道邊上的擋墻增強，如用于火車站內月臺和貨臺，可延長使用壽命，減少維修費用。鐵道邊坡防護土工合成材料用于鐵道兩旁的邊坡防護，可防止石塊和土體滑落，提高鐵路的使用壽命，減少維修費用。4.3 在公路建設工程中的應用

公路建設主要是應用針刺無紡布解決路基沉陷、軟基加固、防治翻漿冒泥、防止路基凍融等。另外利用薄型無紡布防止瀝青路面產生反射裂縫，其效果也很顯著。近20年來國內外公路交通的高速發展，高等級公路網擴展，為土工合成材料在公路工程中的應用開拓了廣闊的前景。據國外的統計資料，土工合成材料在公路工程中的應用占全部用量的1/3以上。

加筋土擋墻，在公路旁邊和垂直擋墻中加鋪土工合成材料，可提高擋墻的承載能力。

路面、路基增強，土工合成材料可用于公路路面、路基的增強，尤其是在軟地基的公路，解決路面裂縫、車轍壓痕，在填充物之間加鋪土工合成材料，可大大提高路面、路基的承載力和使用壽命。

邊坡防護，用土工合成材料鋪在公路邊坡上，可防風吹雨淋，坡上的石塊和泥土滑落。

橋臺加固，公路橋臺地基一般很容易向下沉陷，使橋梁出現裂紋，在橋臺地基下鋪設土工合成材料，可提高承載力。4.4 在港灣與海岸工程建設中的應用

土工合成材料主要是用作反濾材料、軟土地基加固、海岸防護以及防波堤工程。另外港區集裝箱堆場及港區內道路的地基加固、場內的排水盲溝等也都采用土工合成材料。如：天津新港在突堤軟基處理及碼頭濾層、青島前港灣區防波堤工程、上海蘆潮港及金同石化防波堤工程。4.5 環境工程中的應用

土工合成材料是環境工程中比較理想的應用材料。利用土工織物處理工業廢料，建造廢料庫、垃圾場、廢水處理池等工程越來越多。另外土工織物在保護水源、環境綠化等方面也有很大的發展前景?？梢钥隙?，土工合成材料因其優良特性，必將在環境工程中得到更廣泛的應用。我國的環境保護工程中，土工合成材料的應用起步較晚，應用范圍較窄，目前，僅限于尾礦和粉煤灰貯存方面的應用報導。實際上，應用的潛在范圍是廣闊的，一些大中城市相繼建成的垃圾填埋場、水處理廠等工程均可運用土工合成材料。例如：四川綿陽市塔子嶺填埋場和杭州的天子嶺填埋場。

4.6 在建筑工程中的應用

土工合成材料在建筑工程方面的應用是近年來才開始發展的。土工合成材料可以制成多種功能制品，因此在建筑工程上的應用也是多方面的。迄今為止，雖然應用尚不廣泛，已發展了地基加筋墊層、深基礎排水減壓、排水固結、樁基處理、膨脹土地基等多種應用類型。除上述幾個方面外，在礦山尾礦壩、機場跑道、地鐵、隧道、市政建設、環保工程、軍事工程等各個方面都不同程度、不同數量的應用土工織物。

第四篇：土工合成材料在整治路基病害工程中的應用

土工合成材料在整治路基病害工程中的應用 2.1 土工合成材料的含義及其應用概況

土工合成材料是土木工程應用的合成材料的總稱。作為一種新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纖、合成橡膠等)為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或各種土體之間，發揮加強或保護土體的作用。

土工合成材料在土木、水利、交通、鐵道和環境工程中得到廣泛的應用，起到排水反濾、防滲、加筋、隔離、防護和減載等作用。這些作用是以不同的形式的產品來實現的，例如，土工織物用于濾層、隔離和防護；土工網和三維植被網墊用于排水和坡面的穩定；土工格柵、條帶和有紡或編織土工織物用于加筋、土工膜用于防滲等。復合型土工合成材料則結合了各自的優點，例如，兼有過濾和排水性能的土工織物和土工網復合材料，結合加筋和隔離功能的土工織物和土工格柵復合材料，而土工織物和土工膜結合形成的復合土工膜則既能防滲又具有防刺破的作用，同時具有與土較高的界面磨擦系數。

盡管有眾多的產品和更多的潛在的應用形式，對于具體的工程應判斷土工合成材料的主要作用，選擇合理的設計公式，確定要求達到的性能指標，并尋求一個經濟上合適的施工方法。目前證明較成功的應用有：無紡土工織物代替粒狀級配濾層應用于反濾排水工程中，土工合成材料加筋擋土墻代替重力式擋土墻，塑料排水帶代替砂井，土工膜用于防滲材料等。在應用的初期，最擔心的是耐久性，忽視鋪放的位置，認為鋪土工合成材料總比不鋪好。而現在經驗證明在土中耐久性是可以保證的，相反，土工合成材料鋪放的位置不當或施工質量差，會降低作用，甚至適得其反。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來的化學物質制成，再進一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產品。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，首先由英國ICI公司研制成功的，1939年成為商品在市場上出售，它是聚合物中分子結構最簡單的一種，可分為低分子量和高分子量兩類。聚乙烯的比重為0.92，耐酸堿，抗化學劑能力強，吸濕性低，低濕時仍具柔性，電絕緣性極好。在1950年前后，又開發出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、機械強度、熔點和硬度等都比低密度的為優。聚酰胺約在1935年研制成功，俗名為尼龍，其吸濕性較高，干燥時有一定絕緣性、機械性能好。聚酯于1941年前后問世，它包括聚酯樹脂、聚酯纖維和聚酯橡膠等。聚丙烯于1954年研制出來，1957年成為商品出售。它的比重為0.90～0.91，耐溫范圍-30 ℃～140 ℃，耐化學劑性能較好，惰性強，價格低廉，是目前應用最多的原材料之一。

此外，常用的原材料還有聚氯乙烯，它的比重為1.4，具有極好的化學穩定性，不燃燒，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。以上五種原材料的性能對比如表2-1所示。表2-1 幾種高分子聚合物性能對比 性能 高分子聚合物

聚酯 聚酰胺 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯 單位質量 高 中 低

低 高 強度 高 中 低 低 低 彈性模量 高 中 低

低 低 破壞應變

中 中 高 高 高 蠕變性 低

中 高 高

抗紫外線 高

中

中

低

高 耐堿性 低 高 高 高 高 耐霉，耐蟲 中 中 中 高 高

應當指出，材料的強度還與纖維的制作方法有關。在應用土工合成材料時，其性能更受施工方法、應用環境和側限壓力大小的影響。土工合成材料在我國的應用，可以追溯到20世紀60年代，例如，北京市東北旺農場南干渠使用聚氯乙烯土工膜防滲。有紡織物首次應用的成功實例，是在1974年江蘇省江都縣嘶馬長江的護岸工程。該工程采用聚丙烯編織布，聚氯乙烯繩網和混凝土塊組成整體沉排，防止河床沖刷。無紡織物作為隔離材料，1981年，鐵路部門首先應用于防治“翻漿冒泥”現象。無紡織物作為反濾材料，1984年首次成功地應用于云南麥子河工程大壩上。1983年鐵路部門在廣茂鐵路路基中第一次采用了土工織物鋪設在軟土地基表面，增加了路堤的穩定性。

目前，品種繁多的人工合成材料陸續問世，它們可制成各種符合特定目的的產品，而且由于其具有質量輕、施工簡易、運輸方便、價格低廉料源豐富等優點，為土木工程提供了一種嶄新的較為理想的材料，并由此帶來一種實施簡便和經濟有效的技術途徑。土工合成材料是以合成材料為原材料制成的應用于巖土工程的各種產品的統稱。因為它們主要用于巖土工程，故冠以“土工”兩字，稱為土工合成材料，以區別于天然材料。近些年來，土工合成材料在全世界范圍內得到迅速的發展和廣泛的應用，取得了良好的經濟、社會和環境效應。土工合成材料技術被人們譽為20世紀巖土工程中的一項技術革命。2.2 土工合成材料的種類 2.2.1 土工織物

2.2.1.1 土工織物的種類

土工織物為透水性土工合成材料。土工織物的制造一般要經過兩個步驟：首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。許多不同的高分子聚合物已經用作不同土工織物產品的原料，土工織物按制造方法分為針織型、無紡或非織造型和機織或有紡型三類。針織型目前已很少應用，有紡土工織物由兩組平行的呈正交或斜交的經線和緯線交織而成，其主要缺點是沿經線和緯線的強度高，而與經緯線斜交方向的強度低，無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經過加工而成，按照聯結纖維的方法不同，可分為化學(粘結劑)聯結、熱力聯結和機械聯結三種。其主要優點是強度沒有顯著的方向性，對變形的適應性較大，目前世界上80 %的土工織物屬于這種類型。

土工織物突出的優點是重量輕，整體連續性好(可做成較大面積的整體)，施工方便，抗拉強度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點是未經特殊處理，則抗紫外線能力低，如暴露在外受紫外線直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍較高，土工織物的性能與其聚合物原料、土工織物的種類及加工制造方法密切相關。(1)織造型土工織物

這類產品又稱有紡土工織物，是最早的土工織物產品。它的制造分兩道工序：先將聚合物原料加工成絲或紗或帶，再借織機制成平面結構的布狀產品?？椩鞎r常包括相互垂直的兩組平行絲，沿織機(長)方向的稱經絲，橫過織機(寬)方向的稱緯絲。這種織物看來簡單，卻有著不同的絲種和不同的織法。絲種包括單絲、多絲及二者的混合。單絲是單根絲，典型直徑約為0.5 mm，它是將聚合物熱熔后從模具中擠壓出來的連續長絲。在擠出同時或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強土工織物時常采用多絲。多絲也有用切割成的短絲(一般長100 mm)搓擰而成的。早期的土工織物系由單絲織成，后來發展為采用扁絲。扁絲是由聚合物薄片經利刀切成的薄條，其厚度比單絲薄得多，且在切片前后都要牽引拉伸以提高其強度。扁絲寬度約為3 mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多數編織土工織物是由扁絲織成，而圓絲和扁絲結合織成的織物有較高的滲透性。

另一種特殊的扁絲叫裂膜絲，它是將一根扁絲剖成許多根細絲，但仍連在一起。由裂膜絲織成的織物較為密實，柔軟而滲透性小。多絲和裂膜絲結合織成的編織物厚度可達1～2 mm，比扁絲織成的要厚?？椩煨屯凉た椢镉腥N基本的織造型式：平紋、斜紋和緞紋。平紋是一種最簡單、應用最多的織法，其形式是經、緯絲一上一下。斜紋則是經絲跳越幾根緯絲，最簡單的形式是經絲二上一下。緞紋織法是經絲和緯絲長距離的跳越，例如經絲五上一下。這種織法運用于衣料類產品。

在織造時，由于梭子要不斷地牽引緯絲從經絲的空間中穿過，故要求經絲強度比緯絲的高。采用不同的絲和紗以及不同的織法，可以使織成的產品具有不同的特性。例如平紋織物有明顯的各向異性，其經、緯向的摩擦系數也不一樣；圓絲織物的滲透性一般比扁絲的要高，每厘米長的經絲間穿越的緯絲愈多，織物也愈密愈強，滲透性則愈低。單絲的表面積較多絲的要小，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。由此可見，可以借調整絲(紗)的材質、品種和織造方式等來得到符合工程要求的強度、經緯強度比、摩擦系數、等效孔徑和耐久性等各項指標。在工程實施中應根據具體要求來優選產品，鋪設時要注意材料的合理鋪設方向。(2)非織造型土工織物

這類產品又稱無紡土工織物。根據粘合方式的不同，非織造型土工織物分為熱粘合、化學粘合和機械粘合等三種。熱粘合法織造型土土織物的制造，是將纖維在傳送帶上成網，讓其通過兩個反向轉動的熱輥之間熱壓，纖維網受到一定溫度，部分纖維軟化熔融，互相粘連，冷卻后得到固化。該法主要用于生產薄型土工織物，厚度一般為0.5～1.0 mm。由于纖維是隨機分布的，織物中形成無數大小不一的開孔。再因為無經緯絲之分，故其強度的各向異性不明顯。

紡粘法是粘合法中的一種，是將聚合物原料經過熔融、擠壓，紡絲成網，纖維加固后形成的產品。這種織物厚度薄面強度高，滲透性大。由于制造流程短，產品質量好，品種規格多，成本低，用途廣，近年來在我國發展較快。

化學粘合法土工織物，是通過不同工藝，將粘合劑均勻地施加到纖維網中，待粘合劑固化。纖維之間便互相粘連，使網得以加固，厚度可達3 mm。常用的粘合劑有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合劑前加以滾壓，得到較薄的和孔徑較小的產品。這類產品在工程中的應用較少。

機械粘合法是以不同的機械工具將纖維網加固，應用最廣的是針刺法，還有用水刺法的。針刺法利用裝在針刺機底板上的許多截面為三角形或棱形且側面有鉤刺的針，由機器帶動，作上下往復運動，讓網內的纖維互相纏結，從而織網得以加固。產品厚度一般在1 mm以上，孔隙率高，滲透性大，反濾排水性能均佳，在水利工程中應用很廣。水刺法是利用高壓噴射水流射入纖維網，使纖維互相纏綿加固。其產品較為柔軟，主要用作衛生用品，工程中尚未應用。2.2.2 土工膜

土工膜是一種基本不透水的材料。根據原材料不同，可分為聚合物土工膜和瀝青土工膜兩大類。為了適應工程應用中不同強度和變形的需要，兩類中又各有不加筋(單一或混合材料)和加筋或組合的類型。聚合物膜在工廠制造，瀝青膜則大多在現場制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料(如聚氯乙烯)、結晶熱塑塑料(如高密度聚乙烯)、熱塑彈性體(如氯化聚乙烯)和橡膠(如氯丁橡膠)等。工廠制造土工膜的方法主要有擠出、壓延或加涂料等。擠出是將熔化的聚合物通過模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。壓延則是將熱塑性聚合物通過熱輥壓成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是將聚合物均勻涂在紙片上，待冷卻后將土工膜揭下來而成?，F場制造土工膜是在地面噴涂或敷一層冷或熱的粘滯聚合物而成。瀝青土工膜用的是瀝青聚合物或合成橡膠。

制造土工膜時還需要摻入一定量的添加劑，使在不改變材料基本特性的情況下，改善其某些性能和降低成本。例如摻入碳黑可以提高抗日光紫外線能力，延緩老化；摻入鉛鹽、鋇、鈣等衍生物以提高材料的抗熱、抗光照穩定性；摻入滑石等潤滑劑以改善材料可操作性；摻入殺菌劑可防止細菌破壞等。對于瀝青類土工膜，其主要的摻入材料是一些填料或纖維。填料可為細礦粉，它能增加膜的強度且降低其成本；加入纖維，也是為提高膜的強度。2.2.3 土工復合材料

土工織物、土工膜和某些特種土工合成材料，以其兩種或兩種以上的土工材料互相結合起來，成為土工復合材料。土工復合材料可將不同構成材料的性質結合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如復合土工膜，將土工膜和土工織物按要求制成土工膜—土工織物組合物，稱復合土工膜。土工膜主要用來防滲，土工織物起加筋、排水和增加土工膜與土面之間的摩擦力的作用。又如土工復合排水材料，它是以無紡土工織物和土工網、土工膜或不同形狀的合成材料芯材組成的排水材料，用于軟基排水固結處理、路基縱向橫向排水、建筑地下排水管道、集水井、支擋建筑物的墻后排水、隧道排水、堤壩排水設施等。不同的工程有不同的綜合功能要求，故土工復合材料的品種繁多，可以說土工復合材料是當前和今后一段時期發展的大方向。這里主要介紹復合土工膜和土工復合排水材料兩類。2.2.3.1 復合土工膜

復合土工膜是用土工織物或其他材料與土工膜結合而成的不透水材料。根據主要功能的不同，復合土工膜可劃分為加筋型土工膜和橫向排水型土工膜兩種。(1)加筋型土工膜

加筋型土工膜具有較高的強度和模量，以滿足工程中防滲與受力的要求，如氯丁橡膠土工膜和經編土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三層壓延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五層壓延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。(2)橫向排水型土工膜

橫向排水型土工膜一般由無紡土工織物與土工膜復合而成，常見的有“一布一膜”、“兩布一膜”。其中，無紡土工織物不僅具有橫向排水作用，而且對土工膜起保護作用。2.2.3.2 土工復合排水材料

土工復合排水材料是薄型土工織物包裹不同材料制成的不同形狀的芯材組合成的一種復合型排水產品。這種產品克服了土工織物沿織物平面方向排水能力小的缺點，可以沿產品芯材水平方向的排水通道通暢地排水，而外包的土工織物作為濾層以阻止土顆粒進入排水通道。復合排水帶主要用于軟土地基豎向排水固結處理等，我國生產及工程上普遍采用的產品主要是塑料排水帶。復合排水板具有廣泛的用途，如路基縱向橫向排水、支擋建筑物的墻后過濾排水、隧道襯砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤壩排水設施等。(1)塑料排水帶

塑料排水帶是由不同截面形狀的連續塑料芯板外面包裹非織造土工織物(濾膜)而成。芯板的原材料為聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多種型式，常見的有城垛式、口琴式和乳頭式等。芯板起骨架作用，截面形成的縱向溝槽供通水之用，面濾膜多為滌綸無紡織物，作用是濾土、透水。

塑料排水帶的施工是利用插帶機將其埋設在土層中的預定位置。塑料帶前端與錨靴相連，用插帶機導桿頂住錨靴，插入土層中，達到預定深度后拔出導桿，但排水帶仍留在預定位置，在高出地面一定高度(0.5 m左右)剪斷排水帶，施工時可用靜荷或動荷送桿，靜荷送桿對土層擾動小，較為常用。我國插帶機的插入深度可達約25 m，入土速率可達6 m/min。排水帶的平面分布間距可借理論計算確定，一般為1～2 m。排水帶插入軟基后，為排除土中的多余水量提供了捷徑，多余水可水平向通過帶的濾膜進入芯板溝槽，再向上由地表的透水料墊層排走。排水帶在公路、碼頭、水閘等軟基加固工程中應用廣泛，以加速軟土固結。(2)軟式排水管

軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護作用的管壁包裹材料兩部分構成的。高強鋼絲由鋼線經磷酸防銹處理，外包—層PVC材料，使其與空氣及水隔絕，避免氧化生銹。包裹材料有三層，內層為透水層，由高強特多龍紗或尼龍紗作為經紗，特殊材料為緯紗制成；中層為非織造土工織物過濾層；外層為與內層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復合整體性，支撐體和管壁外裹材料間，以及外裹各層之間都采用了強力粘結劑粘合牢固。軟式排水管兼有硬水管的耐壓與耐久性能，又有軟水管的柔性和輕便特點，過濾性強，排水性好，可用于各種排水工程中。(3)其他復合排水材料

現在已生產出各種型式芯材和外包濾膜的復合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各種奶頭形的，有土工網的，還有用塑料絲纏成的網狀體的等等，它們均具有較大的排水能力，可按工程需要選用。2.2.4 土工特種材料

土工特種材料是為工程特定需要而生產的產品，品種多，現選擇幾種主要產品說明如下。2.2.4.1 土工格柵

土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進行拉伸而成的帶長方形或方形孔的板材。加熱拉伸是讓材料中的高分子定向排列，以獲得較高的抗拉強度和較低的延伸率。按拉伸方向不同，格柵分為單向拉伸(孔近矩形)和雙向拉伸(孔近方形)兩種。前者在拉伸方向上有較高強度，后者在兩個拉伸方向上皆有較高強度。土工格柵的品種和規格很多，目前開發的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的，也有用高強合成材料絲縱橫連接而成的等等。2.2.4.2 土工網

土工網是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應用熱塑擠出法生產的具有較大孔徑和較大剛度的平面結構材料?？梢蚓W孔尺寸、形狀、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差異。一般而言，土工網的抗拉強度都較低，延伸率較高。這類產品常用于坡面防護、植草、軟基加固墊層，或用于制造復合排水材料。一般說來，它只有在受力水平不高的場合，才能用于加筋。2.2.4.3 土工模袋

土工模袋是由上下兩層土工織物制成的大面積連續袋狀材料，袋內充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板，可用作護坡。這種袋體代替了混凝土的澆注模板，故而得名。模袋上下兩層之間用一定長度的尼龍繩來保持其間隔，可以控制填充時的厚度。澆注在現場用高壓泵進行?；炷粱蛏皾{注入模袋后，多余水量可從織物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使強度增高。按加工工藝的不同，可將模袋分為兩類，即機織模袋和簡易模袋。前者是由工廠生產的定型產品，而后者是用手工縫制而成的。2.2.4.4 土工格室

土工格室是由強化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強力焊接而形成的網狀格室結構。典型的條帶厚1.2 mm、寬100 mm，每隔300 mm進行焊接。格室張開后，可填以土料，由于格室對土的側向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用于固沙，還可用于護坡等。2.2.4.5 土工管及土工包

土工管、土工包是用經防老化處理的高強土工織物制成的大型管袋及包裹體，可有效地護岸和用于崩岸搶險，或利用其堆筑堤防，解決疏浚棄土的放置難題。

土工包是將大面積高強度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內，充填200～800 m3料物，將織物包裹閉合，運到一定部位，沉至預定位置。在國外，該技術大量用于環保。2.2.4.6 聚苯乙烯板塊

聚苯乙烯板塊稱泡沫塑料，是以聚苯乙烯聚合物為原料，加入發泡劑制成的。它的主要特點是質量極輕、導熱系數低、吸水率小，但也有一定抗壓強度。由于其質輕，可用它代替土料，填筑橋端的引堤，解決橋頭跳車問題、其導熱系數低，故在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結構物凍害，例如在擋墻背面或閘底板下，放置泡沫塑料以防止凍脹等。2.2.4.7 土工合成材料粘土墊層

土工合成材料粘土墊層是由兩層或多層土工織物(或土工膜)中間夾一層膨潤土粉末(或其他滲透性材料)以針刺(縫合或粘接)而成的—種復合材料。它與壓實粘土墊層相比，具有體積小、質量輕、具柔性、密封性良好、抗剪強度較高、施工簡便、適應不均勻沉降等優點，可以代替—般的粘土密封層，用于水利或土木工程中的防滲或密封設計。國外大量用于廢料坑的底部防滲襯砌和頂部封蓋。2.3 土工合成材料的工程特性 2.3.1 物理特性 2.3.1.1 厚度

土工合成材料厚度用mm表示，厚度變化對織物的孔隙率、透水性和過濾性等水力特性有很大的影響。常用的各種土工合成材料的厚度是：土工織物一般為0.1～5 mm，最厚的可達十幾毫米；土工膜一般為0.25～0.75 mm，最厚的可達2～4 mm；復合型材料有時采用較薄的土工膜，最薄可達0.1 mm；土工格柵的厚度隨部位的不同而異，其肋厚一般由0.5 mm至幾十毫米。有些材料在受壓時厚度變化很大，需規定在某固定壓力下測定厚度。一般規定此壓力為2 kPa。根據工程需要還應測試在20 kPa、200 kPa壓力下的系列厚度。土工織物厚度可采用專門的厚度測試儀，土工膜厚度可直接用千分尺測定，—般要求加壓面積為25 cm2，試樣面積應大于加壓面積的2倍，加壓時間30 s，試樣不少于10塊。2.3.1.2 單位面積質量

單位面積質量為單位面積土工合成材料具有的質量，它反映材料多方面的性能，如抗拉強度、頂破強度等力學性能以及孔隙率、滲透性等水力學性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工織物和土工膜單位面積質量受原材料密度的影響，同時受厚度、外加劑和含水量的影響，常用的土工織物單位面積質量一般在50～1 200 g/m2的范圍內。測定單位面積質量采用秤量法，試樣面積為100 cm2，數量不得少于10塊，天平秤量讀數應精確到0.01 g(現場測試為0.1 g)。測試前要求試樣在標準大氣壓下恒溫(20±2 ℃)，恒濕(65 %±2 %)24 h。2.3.2 力學特性

反映土工合成材料力學特性的指標主要有拉伸特性及抗拉強度、撕裂強度、頂破強度、刺破強度、穿透強度及握持強度等。

2.3.2.1 拉伸特性及抗拉強度

土工合成材料是柔性材料，大多通過其抗拉強度來承受荷載以發揮工程作用，因此抗拉強度及其應變是土工合成材料的主要特性指標。土工合成材料的抗拉強度與測定時的試樣寬度、形狀、約束條件有關，必須在標準規定的條件下測定。土工織物在受力過程中厚度是變化的，不易精確測定，故其受力大小一般以單位寬度所承受的力來表示，單位為kN/m或N/m，而不是習慣上所用的單位面積的應力來表示。目前測定抗拉強度基本上是沿用紡織品條帶拉伸試驗方法，即把試樣兩端用夾具夾住，以一定的速率施加荷載進行拉伸直到破壞，測得試樣自身斷裂強度及變形，并繪出應力—應變曲線。目前條帶拉伸試驗的試樣分寬條與窄條兩種，寬條試樣寬200 mm、長100 mm，寬長比B/L＝2；窄條試樣寬50 mm、長100 mm，寬長比B/L=1/2。試驗機具應選擇具有等速拉伸性能、能測讀拉伸過程中拉力和伸長量或直接記錄拉力—伸長關系曲線的拉力機，同時要求試樣的最大斷裂力在滿量程的10 %～90 %范圍內。國內規定拉伸速率為50 mm/min。

目前關于土工合成材料的拉伸力學特性一般采用室內無側限拉伸試驗進行測試。但現場埋設在填料中的土工筋材的力學特性因填料的約束作用而不同，人們曾通過對不同寬帶的試件進行拉伸試驗，以評價筋材受側向約束的影響。但更科學的是應將筋材埋在填料中進行測試。此時的力學特性所受影響因素較多。有約束的拉伸試驗表明，約束力將增加土工織物的抗拉強度和模量，對于土工格網和土工格柵，約束力的影響更為顯著，因為除了界面的摩擦阻力外，筋材橫肋所受拉伸方向的土壓力還將約束其變形，從而增大了模量。

2.3.2.2 握持強度

土工織物承受集中力的現象普遍存在，握持強度是反映其分散集中力的能力。握持強度試驗選用的儀器一般與條帶拉伸試驗相同，但試驗方法不同。握持強度試驗是握持試樣兩端部分寬度而進行的一種拉力試驗。它的強度由兩部分組成，一部分為試樣被握持寬度的抗拉強度；一部分為相鄰纖維提供的附加抗拉強度。它與條帶拉伸強度之間沒有簡單的對比關系。由于各單位所采用的試樣和夾具的尺寸不盡相同，試驗的難度也較大，因此測得的成果相差很多。一般不宜作為設計依據。只可用作不同土工織物的抗拉強度的比較。土工織物握持力一般為0.3～6.0 kN。2.3.2.3 撕裂強度

土工織物和土工膜在鋪設和使用過程中，常常會有不同程度的破損。撕裂強度反映了試樣抵抗擴大破損裂口的能力，可評價不同土工織物和土工膜被擴大破損程度的難易，是土工合成材料應用中的重要力學指標。目前撕裂強度試驗仍沿用紡織品標準測試方法。常用的紡織品撕裂試驗，按試樣形狀分為梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分為單縫與雙縫兩種。目前多采用梯形法測定土工膜及土工織物的撕裂強度，這種試驗從其加力方式看，近似于張拉試驗。土工織物梯形撕裂強度值一般為0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂強度值一般為0.03～0.4 kN。2.3.2.4 頂破強度 刺破強度及穿透強度

在工程應用中，土工織物及土工膜常被置于兩種不同粒徑的材料之間，受到粒料的頂破作用，同樣也將受到拋填粒料引起的法向荷載。根據粒徑大小形狀、土工織物及土工膜接觸面的受力特征和破壞形式的不同，可分為頂破、刺破和穿透幾種受力狀態。

(1)頂破強度是反映土工織物及土工膜抵抗垂直織物平面的法向壓力的能力。頂破試驗與刺破強度試驗相比，壓力面積相對較大，材料呈雙向受力狀態。所用試驗方法有液壓脹破試驗、圓球頂破試驗和相CBR頂破試驗。

(2)刺破強度是反映土工織物或土工膜抵抗小面積集中荷載(如有棱角的石子或樹枝等)的能力。試驗方法與圓球頂破試驗相似，只是以金屬桿代替圓球。(3)穿透強度可通過穿透試驗測得，這種試驗是模擬工程施工中具有尖角的石塊或其它銳利物落在土工織物或土工膜上的情況，用穿透試驗所得孔眼的大小，評價土工織物或土工膜抵御穿透的能力。2.3.3 水力學特性

由于土工織物、細孔土工網等土工合成材料可以使水及空氣自由地通過，并能有效地截留和控制土顆粒的流失，因此被廣泛他用作排水和過濾材料。為此必須研究其水力學特性，其主要包括兩方面：—是透水與導水能力；二是阻止顆粒流失的能力。這些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔徑大小與分布情況、滲透特性等。土工織物的滲透特性是其重要水力學特性之一。在過濾標準及其它有關水力學中，是一項不可缺少的重要指標。根據工程的需要，通常要確定垂直于織物平面的滲透特性和平行于織物平面的滲透特性。垂直于織物平面的滲透特性，主要用垂直滲透系數 表示。該系數是滲流的水力梯度等于1時的滲流速度，一般服從達西定律，土工織物的滲透系數約為 ～ cm/s，其中無紡織物的滲透系數為 ～ cm/s。使用土工膜的目的在于防滲，它可以阻擋水、水氣、氣體及有害物質(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的滲透。土工膜在水壓力作用下產生滲流的原因是由于制造時的不均勻性和缺陷等因素所造成的，有些細微的通道，則是在一定的水壓力下被水沖破而形成的，溫度變化引起水體積變化，土工膜的滲透系數愈小，溫度對試驗結果的影響愈大。

土工織物用作濾層時，水從被保護土中流過織物，在流動中使土顆粒集聚在織物表面的孔口上，堵塞水流通道的進口，或是細顆粒沉積在孔隙內部，逐漸減小通道的有效過水面積。前者稱為堵塞，后者稱為淤堵，堵塞一般發生在滲流開始階段，而淤堵則隨時間增長而加重。目前判斷織物濾層淤堵，通常是通過觀察通過織物的流量減小以及進入織物的土顆粒增多的現象來評估，還不能給出淤堵程度的允許值，只能通過被保護土與織物濾層的長期工作試驗，觀測滲透流量的變化與穩定情況來評估。2.3.4 耐久性

土工合成材料的耐久性包括許多方面，主要是指對紫外線輻射、溫度變化、化學與生物侵蝕、干濕變化、凍融變化和機械磨損等外界因素變化的抵御能力，材料的耐久性主要與聚合物的類型及添加劑的性質有關。土工合成材料的老化現象主要是因為高分子聚合物具有鏈節結構，受外界因素的影響發生降解反應或交聯反應的結果。使材料老化的各種因素中，陽光輻射起著最重要的作用。紫外線具有很大的能量，能夠切斷許多聚合物的分子鏈，或者引發光氧化反應。其試驗方法主要有自然老化和人工老化兩大類，近幾年采用了一系列措施以增加聚合物的抗老化能力，并取得了很好的效果。添加防老化劑、方法簡便，效果顯著，是當前防老化的主要途徑。土工合成材料在有覆蓋的情況下(或埋在土中)，老化速度緩慢。

聚合物對化學腐蝕一般具有較高的抵抗能力，但某些特殊的化學藥劑或廢品對聚合物有腐蝕作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或廢物存儲池的防滲材料時，對其化學穩定性要認真對待。土工合成材料在鋪設過程中易受損傷，且不易被發現，國外試驗研究發現，埋在土中的織物老化主要是由于機械傷引起的，鋪設造成的孔洞是使材料強度降低的主要因素。孔洞數愈多，原始強度降低得愈多。在高溫條件下，合成材料將發生熔融現象。有時溫度雖未達到融點，聚合物分子結構也可能發生變化，影響材料的彈性模量和強度。有些聚合物在特別低的溫度下，也使柔性降低、質地變脆，影響其力學特性，給施工及接縫造成困難。

此外，干濕度和凍融變化可能使一部分空氣或冰屑存在織物內部，影響其滲透特性。2.4 土工合成材料的功能

土工合成材料具有多方面的功能，一種土工合成材料往往就兼有數種功能。隨著土工復合材料的發展，所兼有的功能就更多。總的說來，土工合成材料的主要功能可歸納為六類，即過濾作用、排水作用、隔離作用、防滲作用、防護作用以及加筋作用。2.4.1 過濾作用

把土工織物置于土體表面或相鄰土層之間，可以有效地阻止土顆粒通過。從而防止由于土顆粒的過量流失而造成土體的破壞。同時允許土中的水或氣體通過織物自由排出，以免由于孔隙水壓力的升高而造成土體的失穩等不利后果。

土工織物可適用于土石壩粘土心墻或粘土斜墻的濾層，土石壩或堤壩內的各種排水體的濾層，儲灰壩或尾礦壩的初期壩上游壩面的濾層。堤、壩、河、渠及海岸塊石或混凝土護坡的濾層，水閘下游護坡下部的濾層，擋土墻回填土中排水系統的濾層，排水暗道周邊或碎石排水暗溝周邊的濾層，水利工程中水井、減壓井或測壓管的濾層等。2.4.2 排水作用

有些土工合成材料可以在土體中形成排水通道，把土中的水分匯集起來，沿著材料的平面排出體外。較厚的針刺型無紡織物和某些具有較多孔隙的復合型土工合成材料都可以起排水作用。

它們可適用于土壩內垂直或水平排水，土壩或土堤中的防滲土工膜后面或混凝土護面下部的排水。埋入土體中消散孔隙水壓力，軟基處理中垂直排水，擋土墻后面的排水，各種建筑物后面的排水，排除隧洞周邊滲水、減輕周邊所承受的外水壓力，人工填土地基或運動場地基的排水等。2.4.3.隔離作用

隔離是指在兩種物理力學性質不同的材料之間鋪設土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。隔離可以為工程帶來許多預期的良好效應，舉例說明如下：(1)通過隔離層，引起應力擴散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。(2)隔離提供排水面，加速地基土固結，使承載力提高。

(3)隔離層起整體性作用，可使要求的地基粗粒料支持層的厚度減少，節約建筑材料。

(4)地基中有部分軟弱區域，或有小范圍洞穴，鋪隔離層有架橋作用，以掩蓋和減弱洞穴區或軟弱區的影響。(5)在地下水位較高的地基中，隔離層可以切斷毛細水上升，防止鹽堿化，或減弱凍脹。(6)道路基床中，隔離是防治翻漿冒泥的有效措施。(7)隔離層還起一定的保溫作用。

用于隔離的土工合成材料應以它們在工程中的用途來確定。應用最多的是有紡和無紡土工織物。如果對材料的強度要求較高，有時還要求以土工網或土工格柵作為材料的墊層。當要求隔離防滲時，則需要土工膜或復合土工膜。2.4.4 防滲作用

土工膜和復合型土工合成材料，可以防止液體的滲漏、氣體的揮發，保護環境或建筑物的安全。它們可用于土石壩和庫區的防滲，渠道防滲，隧道和涵管周圍防滲，防止各類大型液體容器或水池的滲漏和蒸發，屋頂防漏，用于修筑施工圍堰等。2.4.5 防護作用

多種土工合成材料對土體或水面，可起防護作用。它們主要用于防止河岸或海岸被沖刷，防止垃圾、廢料或廢液污染地下水或散發臭味，防止水面蒸發或空氣中灰塵污染水面，防止土體凍害等。2.4.6 加筋作用

很多土工合成材料埋在土體中，可以分布土體的應力，增加土體的模量，傳遞拉應力，限制土體側向位移；還可以增加土體和其它材料之間的摩阻力，提高土體及有關建筑物的穩定性，土工織物、土工格柵、土工網及一些特種或復合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它們可用于加強軟弱地基，加強邊坡穩定性，用作擋土墻回填土中的加筋或錨固擋土墻的面板，修筑包裹式擋土墻或橋臺，加固柔性路面、防止反射裂縫的發展等。第3章省略見諒

第4章 結論

4.1 土工合成材料應用中存在的問題

(1)在工程實際應用中，設計對土工合成材料的技術指標、施工工藝和方法常有特定的要求，但個別工程實施后達不到預期效果。主要原因是施工技術問題，部分施工人員對這一新型材料還比較生疏，施工設備和方法比較落后，操作不規范，以致施工質量達不到設計要求。

(2)土工合成材料本身制約著工程質量，有些產品工藝落后，成本較高，質量難以達到規定標準。(3)工程施工中，部分單位在購買材料時低價竟標，更有相當多的單位沒有檢測設備和檢測人員，沒有把好質量關。因此，土工合成材料在生產及施工應用上，還缺乏必要的、嚴格的行業管理。4.2 結論

《鐵路路基土工合成材料應用技術規范》自發布實施以來，有力促進了鐵路土工合成材料的應用，路基工程質量得到了質的提高。但由于設計理論的相對滯后，土工合成材料生產廠家眾多，產品質量參差不齊，技術規范有關條款不易操作等諸多原因，限制了進一步的推廣應用。我認為在規范修訂時，如下方面予以考慮完善。

(1)增加土工合成材料生產原料的技術要求，分不同地區、不同的應用條件提出相應產品技術指標。對作為重要受力構件的材料(如加筋土擋土墻拉筋帶)，要增加蠕變強度等指標。

(2)各類結構、構筑物的計算理論和方法要在規范中明確和進一步細化；隨著工程實踐的積累，宜增加高墻(如單級超過10 m的加筋土擋土墻)、包裹式加筋土擋土墻、加陡邊坡加筋路堤、土工格室加固軟基等計算方法。

(3)補充新型土工合成材料，如經編土工格柵、立體植被網、雙向拉伸土工格柵的應用條件和技術要求。(4)吸收近年來土工合成材料應用的成功經驗和教訓，進一步完善設計和施工質量檢驗條款。(5)實踐證明，基床鋪設隔斷材料(如復合土工膜)宜全斷面滿鋪。

(6)參照國標和其它標準，統一材料名稱，制定較詳細的技術指標、檢驗(測)項目和標準。

土工合成材料在工程應用中有著極為突出的優勢，在公路、鐵路、水利、環保工程等方面，就地取材，原來不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能變成堅固的路基和擋墻，無需開山取石取土修建，有效地保護了自然生態環境，防止了水土流失和山體滑坡。隨著科技的不斷發展土工合成材料的用途將不斷延伸，推廣土工合成材料的首要目的和優勢就是保護生態環境，有著其他材料不可替代的優點。土工合成材料作為一項新技術，在我國應用的歷史尚短，與先進國家相比，其應用和發展水平還有一定差異。今后對土工合成材料的應用我們要做到“用對、用好、用精”：“用對”是指使用的場合和部位要正確，所選的材料要對路，不能選錯或用錯；“用好”是要求做出合理的設計，組織精心的施工，實行經常性的維護；“用精”即在使用中要有發展、有創新。

第五篇：土工格柵在公路上的應用

土工格柵在公路中的應用

摘要：文章在論述了三種土工格柵的基礎上，提出了它們在高速公路工程中的應用范圍，并具體針對土工格柵在公路軟基處理、防治反射裂縫、高路堤填筑中的應用進行探討。關鍵詞：土工格柵；公路；應用

近年來，我國高速公路在蓬勃發展的同時也暴露了許多問題，路面破壞、路基沉降等不但影響到行車安全和舒適，也影響到行駛車輛本身的使用壽命。土工格柵是一種新型的土工合成材料，具有抗拉弧度高、體積小、施工簡便等特點，近幾年在高速公路的建設中得到了廣泛的應用，尤其是在高速公路的軟基處理、路基加筋、臺背回填、新老路相拼接、過濾排水、路基防護等方面應用普遍，它結合本身的材料特點，通過加筋、防護、過濾、排水、隔離等基本功能，有效的起到了加固路基，保證路基的穩定性的作用。

1、土工格柵分類

1.1塑料土工格柵

塑料土工格柵是經過拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物網材，按其制造時拉伸方向的不同可為單向拉伸和雙向拉伸兩種。它是在經擠壓制出的聚合物板材(原料多為聚丙烯或高密度聚乙烯)上沖孔，然后在加熱條件下施行定向拉伸。單向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸制成，而雙向拉伸格柵是繼續將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸制成。

1.2玻璃纖維土工格柵

玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為材質，采用一定的編織工藝制成的網狀結構材料，為保護玻璃纖維、提高整體使用性能，經過特殊的涂復處理工藝而成的土工復合材料。因表面涂有特殊的改性瀝青使其具有兩重的復合性能，極大地提高了土工格柵的耐磨性及剪切能力。

玻纖格柵是選用優質增強型無堿玻纖紗，利用國外先進經編機織成基材，采用經編定向結構，充分利用織物中紗線的強力，改善其力學性能，使其具有良好的抗拉強度，抗撕裂強度和耐蠕變的性能，并經過優質改性瀝青涂覆處理而成的平面網絡狀材料。其因循相似相容原理，重點突出其與瀝青混合料的復合性能，并充分保護玻纖基材，極大提高了基材的耐磨性及抗剪切能力，從而得以使用于路面增強，抵抗裂縫車轍等公路工程領域，結束了瀝青路面難以增強的難題。

產品有強度高、伸長率低、耐高溫、模量高、重量輕、韌性好、耐腐蝕、壽命長等特點、可廣泛應用于舊的水泥路面、機場跑道的維修、堤壩、河岸、邊坡防護、道橋路面增強處理等工程領域，可給路面增強、補強，防止路面車轍疲勞裂紋，熱冷伸縮裂紋和下面的反射裂紋，并能將路面承載應力分散，延長路面適用壽命，高抗拉強度低延伸率，無長期蠕變，物理化學穩定性好，抗疲勞開裂，耐高溫車轍，抗低溫縮裂，延緩減少反射裂縫。

1.3經編土工格柵 經編格柵是近十年才發展起來的，是以高強度纖維或滌綸為原料，經緯雙軸向經編機織成雙軸向經編網格，再經PVC浸漬涂層加工制成的一種土工格柵。雙軸向經編網格是經編土工格柵的骨架。經編土工格柵有著優良的工程性能：抗拉強度很高(大于60KN/M)；延伸率較小(10%左右)；抗撕裂強度大；縱、橫向強度差異小，變形均勻。

滌綸土工格柵（又稱：聚酯纖維經編土工格柵）選取用高強聚酯纖維為原料。采用經編定向結構，織物中的經緯向紗線相互間無彎曲狀態，交叉點用高強纖維長絲捆綁結合起來，形成牢固的結合點，充分發揮其力學性能，高強聚酯纖維經編土工格柵具有抗拉強度高，延伸力小，抗撕力強度大，縱橫強度差異小，耐紫外線老化、耐磨損、耐腐蝕、質輕、與土或碎石嵌鎖力強，對增強土體抗剪及補強提高土體的整體性與荷載力，具有顯著作用。

2三種土工格柵在公路工程中的應用范圍

2.1塑料土工格柵的應用范圍

塑料格柵分為單向塑料土工格柵和雙向塑料土工格柵。兩種兩種塑料土工格柵的應用范圍分別如下：單向土工格柵適用于公路路基、路堤、邊坡加筋，各類擋墻加筋，并廣泛應用于各類加筋擋土墻；雙向格柵適用于公路路基、路堤加筋，淺層基礎加筋，防治瀝青混凝土路面反射裂縫等。

2.2玻纖土工格柵的應用范圍

玻纖格柵適用于瀝青和混凝土路面加筋、路面反射裂縫防治及新舊路面的銜接等變形量不是很大的場合。玻纖格柵用于瀝青道路時發揮的作用有：抗疲勞開裂、抗低溫收縮、耐高溫車轍和延緩路面反射裂縫。產品用途：

1.舊瀝青砼路面，加筋增強瀝青面層，防止病害；

2.水泥砼路面改建復合式路面，抑制板塊收縮等引起反射裂； 3.道路拓改工程，防止新老結合部級不均勻沉降而造成裂紋；

4.軟土基加筋處理，利用軟土析水固結，有效抑制沉降，均勻應力分布，增強路基整體強度；

5.新建道路半鋼性基層產生收縮裂縫，加筋增強防止基礎裂紋反射而引起的路面裂縫。

2.3經編土工格柵的應用范圍

經編土工格柵的應用范圍為：軟土上的地基、堤壩加筋，用以提高基底穩定，調整沉降，減少不均勻沉降和提高承載力；路基邊坡加筋，用以提高斜坡穩定性；加筋橋臺，用以提高橋臺的整體性和強度，防止橋頭跳車；防治瀝青混凝土路面反射裂縫，用以增強路面基層的強度。

3土工格柵在公路中的具體應用探討 3.1在軟土地基中的應用

軟土地基易使基礎層出現沉降、位移、開裂等現象，因此，基礎層增強十分重要。采用經特殊處理的玻纖土工格柵，能使基礎層的整體強力大大提高。土與玻纖土工格柵相互作用的加筋機理，在室內進行的大量試驗表明：在土體中合理布置玻纖土工格柵，可使土體的垂直應力、水平應力明顯降低，土體剪應力(土顆粒之間的摩擦作用)明顯提高，土體的抗剪強度得到充分發揮，可以大大提高土體的承載能力，抗變形能力和抗裂能力。玻纖土工格柵在加筋土體中的內聚力效應、隔離效應、波紋效應、拱效應、嵌鎖效應等各種加筋效應，有些是先后依次出現的，有些是重疊交叉作用，這些重疊的復合效應，最終將改變或阻止塑性區的形成和發展：1)玻纖土工格柵的拉應力作用使界面以下土體的豎向應力減小，從而使土體豎向壓縮變形減小。2)由于預拉和差異沉降導致玻纖土工格柵的變形，這一拉應力由界面剪應力平衡。界面剪應力使基礎沉降區域產生一定大小的隆起變形，這一隆起變形部分抵消了基礎或路基的沉降。3)通過玻纖土工格柵將其上部填料的垂直變形向水平方向擴散，以致其上部填料的抗剪切變形能力得以充分發揮，使得軟土地基表面的承載區大大增強，表面的壓強大大減小，增強地基的強度，提高地基的承載力。

3.2在防治反射裂縫中的應用

瀝青混凝土加筋能提高路面結構層對裂縫的抑制能力、對橫向剪切破壞的抵抗能力等，達到延長路面結構的疲勞壽命、節省材料、降低費用的目的。格柵加筋具有兩種功能：1)能使應力均勻分布在較大的面積范圍內，大大減輕瀝青結構層的徐變作用，最終達到防止瀝青路面開裂的目的。2)加筋格柵具有減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用等特點，能夠加強瀝青路面的結構性能，提高道路的使用壽命。玻纖格柵的使用效果與鋪設路面的處理情況密切相關，在鋪設前必須將路面上可能影響格柵與底層結合強度的物質如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈，使鋪設表面清潔干燥。玻纖格柵上感壓式背膠屬水溶性物質，如路面有水跡時，應待路面干燥后再進行鋪設。鋪設格柵之前需灑粘層油，粘層油如使用乳化瀝青，需在完全破乳干燥后鋪設格柵。

反射裂縫是由于舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內出現應力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產生的水平位移，以及因交通荷載作用而產生的豎向剪切位移。前者導致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內出現較集中的拉應力；后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經受較大的彎拉應力和剪切應力。

由于土工格柵的模量很大，達到67Gpa，作為剛度大的硬夾層應用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應力，釋放應變，同時作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結構的抗拉和抗剪能力，從而達到減少裂縫的目的。實踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對應裂縫能量可從其起點移動0.6米，1.5米以上寬度的加筋材料有助于確保能量在裂縫兩側完全消散。

3.3在高路堤填筑中的應用

傳統的路堤尤其是高路堤的填筑往往需要超填且路肩邊緣不易壓實，從而導致后期邊坡雨水侵襲，坍塌失穩的現象時有發生，同時需用較緩的邊坡，占地面積大，擋土墻壁也有同樣的問題，采用土工格柵對路堤邊坡或擋土墻進行加固可減少1/2占地面積，延長使用壽命，降低造價20%～50%。3.4抗疲勞開裂

在舊水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層，其主要作用是提高路面的使用功能，對承載作用則貢獻不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面則不同，瀝青加鋪層將與舊瀝青混凝土路面一起承載。因此，在瀝青混凝土路面上進行瀝青罩面，除了會出現反射裂縫，同時還會因為荷載的長期作用而出現疲勞開裂。我們對舊瀝青混凝土路面上的瀝青加鋪層受荷情況做受力分析：由于瀝青罩面層下為與瀝青罩面層同一性質的柔性面層，當受到荷載作用時，路表將發生彎沉。在直接與車輪接觸的瀝青罩面層受到壓力，在輪載邊緣以外的區域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區域所受力性質不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受力區域的交界處即力的突變處容易發生破壞。在長期荷載的作用下，發生疲勞開裂。

經編滌綸土工格柵在瀝青罩面層中，能夠將上述的壓應力與拉應力分散，在兩塊受力區域之間形成緩沖帶，在這里應力逐步變化而不是突變，減少了應力突變對瀝青罩面層的破壞。同時玻纖土工格柵的低延伸率減小了路面的彎沉量，保證了路面不會發生過渡變形。

3.5耐高溫車轍

瀝青混凝土在高溫時具有流變性，具體表現在：夏季瀝青道路面層發軟、發粘；在車輛荷載作用下，受力區域產生凹陷，車輛荷載撤除后瀝青面層無法完全恢復至受荷前的狀況，即產生了塑性變形；在車輛的反復碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車轍。我們對瀝青面層結構進行分析后，可以知道由于高溫下瀝青混凝土具有流變性，而在受到荷載時，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運動的機制，造成瀝青面層的推移，這就是形成車轍的主要原因。

在瀝青罩面層中使用玻纖土工格柵，其在瀝青面層中起到骨架作用。瀝青混凝土中集料貫穿于格柵間，形成復合力學嵌鎖體系，限制集料運動，增加了瀝青罩面層中的橫向約束力，瀝青面層中各部分彼此牽制，防止了瀝青面層的推移，從而起到抵抗車轍的作用。

3.6抗低溫收縮開裂

嚴寒地區的瀝青道路，冬季面層溫度接近于氣溫，在這樣的溫度條件下，瀝青混凝土遇冷收縮，產生拉應力。當拉應力超過瀝青混凝土拉伸強度時，產生裂紋，在裂紋集中的地方產生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強度抵抗住拉應力是解決問題的關鍵。

在選用經編滌綸土工格柵時，除其性能指標應符合上表規定之外，還應特別注意保證其幅寬不小于1.5m，以滿足其作為控制反射裂縫夾層時有足夠的橫截面積來充分消散裂縫能量；同時，其網眼尺寸宜為其上瀝青面層材料最大粒徑的0.5~1.0倍，這樣有助于達到最佳剪切膠粘性，促進集料嵌鎖與限制。