第一篇：土工格網(wǎng)在老路改造試驗(yàn)段中的應(yīng)用

土工格網(wǎng)在老路改造試驗(yàn)段中的應(yīng)用

摘　要　本文針對(duì)老路改造中新建路基出現(xiàn)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(jié)合部位的處理進(jìn)行分析研究，并通過老路改造試驗(yàn)段中的應(yīng)用實(shí)例，提出了采用土工格網(wǎng)處理新老路基結(jié)合部的方法。

關(guān)鍵詞　老路改造　土工格網(wǎng)　路基沉降

1　安平公路概況

安康至平利二級(jí)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(jí)路，沿路有許多暗彎，技術(shù)等級(jí)低，已不能適應(yīng)交通量的發(fā)展需求。

2　新老路基結(jié)合部位病害原因分析

在新老路基結(jié)合部，路基和路面結(jié)構(gòu)層厚度、強(qiáng)度不一，一側(cè)為新建路基，一側(cè)為原有老路基，質(zhì)量和地基沉降存在差異，為道路開裂留下隱患；新老路基結(jié)合部位沉降量不一，必然會(huì)產(chǎn)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(jié)合部產(chǎn)生一個(gè)沉降差值突變點(diǎn)，成為道路產(chǎn)生裂縫的主要原因;新老路基結(jié)合部位工藝較復(fù)雜，施工難度較大，往往在此易產(chǎn)生人為的質(zhì)量問題，如密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等，也是產(chǎn)生裂縫的原因之一。

3　新老路基結(jié)合部處理的主要內(nèi)容

針對(duì)道路拓寬在施工和技術(shù)上的關(guān)鍵性問題，必須保證對(duì)新填土的壓實(shí)質(zhì)量；必須保證新填土與壓實(shí)老路基土之間緊密結(jié)合。這兩個(gè)問題解決好，就可以保證新老路基結(jié)合部道路的使用品質(zhì)。

31　試驗(yàn)路段的確定

根據(jù)安平改建工程的設(shè)計(jì)資料和沿線的地質(zhì)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(wǎng)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(shè)置了1號(hào)與2號(hào)沉降管，進(jìn)行沉降觀測，用以比較土工格網(wǎng)的處理效果。

3.2　施工前的準(zhǔn)備

清除腐殖土等不適宜土層至少30cm，將老路基按設(shè)計(jì)要求挖臺(tái)階，檢查密實(shí)度，如不符合要求，則用手扶式壓路機(jī)壓實(shí)，使其壓實(shí)度達(dá)90％以上；若原有路肩質(zhì)量較差、達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，要將路肩翻曬后再碾壓，以滿足質(zhì)量要求。

3.3　土的工程性質(zhì)

本地區(qū)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(gòu)筑物開裂與下沉。因此路幅內(nèi)土基含水量的不均勻變化將引起不均勻的脹縮，導(dǎo)致公路路基產(chǎn)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(wǎng)的施工

(1)土工格網(wǎng)沿線路的橫向鋪設(shè)，如圖1所示。將成捆土工格網(wǎng)自老路堤往新路堤方向展開，按設(shè)計(jì)長度截?cái)?，施工時(shí)應(yīng)保證格網(wǎng)鋪向與線路走向垂直。

(2)先將鋪設(shè)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(wǎng)張拉緊，使之產(chǎn)生2％～4％的伸長。U形錨釘?shù)拈g距不大于1m，其長度大于25cm，相鄰兩幅土工格網(wǎng)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(wǎng)覆蓋至每層擋墻的全寬。

(3)土工格網(wǎng)在試驗(yàn)路段中共鋪設(shè)了10層。一至三層的土工格網(wǎng)的間距為50cm，四至八層的土工格網(wǎng)的間距為90cm，八至十層的土工格網(wǎng)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(wǎng)的鋪設(shè)長度4～9m不等。

4　施工質(zhì)量的控制

(1)當(dāng)土工格網(wǎng)攤鋪在碎石層上時(shí)，應(yīng)先在碎石層上撒鋪2cm厚的粗砂，以免土工格網(wǎng)直接與碎石接觸而被破壞。

(2)運(yùn)料車應(yīng)避免在已攤鋪并張緊定位好的土工格網(wǎng)上直接碾壓，以免對(duì)土工格網(wǎng)產(chǎn)生推移或破壞，從而影響施工質(zhì)量。鋪設(shè)土工格網(wǎng)的關(guān)鍵是保證連續(xù)性，避免產(chǎn)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(qiáng)度和變形極限而發(fā)生破壞和撕裂。

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

5　沉降管的設(shè)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(shè)置了1號(hào)與2號(hào)沉降管，通過沉降觀測，可以及時(shí)掌握路基沉降的變化情況。前23天的實(shí)測數(shù)據(jù)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(wǎng)處治段比沒有處治段沉降量要小，說明土工格網(wǎng)在減少沉降方面起了一定作用，用土工格網(wǎng)處理新老路基結(jié)合部，可以減少新老路基的不均勻沉降。

6　土工格網(wǎng)的作用機(jī)理

土工格網(wǎng)為柔性材料，它只能承受較大的拉應(yīng)力。將其布置在土體的拉伸變形區(qū)，土的拉應(yīng)力傳給土工格網(wǎng)，使筋材成為抗拉構(gòu)件。當(dāng)加筋土受荷載作用時(shí)，土工格網(wǎng)與土體間咬合鑲嵌的摩擦阻力制約了土體的側(cè)向變形，土工格網(wǎng)與土體之間具有較高的粘結(jié)作用，并與土體產(chǎn)生相互嵌固作用的效應(yīng)，顯示出更好的抗拉性能。高抗拉性使筋土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無筋土，極大地提高了路基土承受剪應(yīng)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(jié)合部的差異沉降，防止

新老路基結(jié)合部位路面出現(xiàn)縱、橫向裂縫。

7　結(jié)束語

本處理段在路基全寬度內(nèi)滿鋪土工格網(wǎng)，處理后可以加強(qiáng)新老路基的結(jié)合強(qiáng)度，減小不均勻沉降，與其他工程措施相比較，經(jīng)濟(jì)效益較好，為道路改、拓建提供設(shè)計(jì)、施工依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

〔1〕嵇如龍，張永宏，宋吉錄.軟土地基上路基拓寬處理技術(shù)研究

〔2〕李晨明.高速公路改擴(kuò)建中路基拓寬的處理問題

〔3〕陳健俠，李杜教，龔志達(dá)，王曉紅.土工合成材料在工程中的應(yīng)用

第二篇：簡述土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用

簡述土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用

何麗雅

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

關(guān)鍵詞：土工合成材料

應(yīng)用

防護(hù)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(chǎn)品,置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間,發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)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(fù)合型土工合成材料等類型。土工材料是工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物,其出現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史,但應(yīng)用于土建工程則是20世紀(jì)30年代末才開始的。首先是將塑料薄膜作為防滲材料應(yīng)用于水利工程。到20世紀(jì)50年代末,土工織物開始應(yīng)用于海岸護(hù)坡工程。直到20世紀(jì)70年代末,隨著非織造型織物(俗稱無紡織物或無紡布)的應(yīng)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(fā)展起來,從而在巖土工程學(xué)科中形成一個(gè)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(huì)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(huì)議上將它稱之為“巖土工程的一場革命”。從20世紀(jì)60年代中期到20世紀(jì)70年代末,有紡織物開始在我國應(yīng)用于河道、涵閘及防治路基翻漿冒泥等工程;20世紀(jì)80年代初,無紡織物開始在鐵路工程上試用;20世紀(jì)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(lǐng)域逐漸推廣應(yīng)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(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮強(qiáng)或保護(hù)土體的作用?！巴凉ず铣刹牧稀笔且桓爬ㄐ孕g(shù)語，標(biāo)識(shí)很廣泛的產(chǎn)品，土工合成材可分為土工織物、土工膜、復(fù)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(yīng)于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個(gè)領(lǐng)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?fù)凉た椢?；②針織土工織物；③無紡?fù)凉た椢?；④?fù)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(qiáng)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(yōu)點(diǎn)：①改進(jìn)荷載分布狀況；②減少填料層厚度，并能滿足抗剪強(qiáng)度的要求；③限制土體的側(cè)向位移；④抗拉性能高，能避免產(chǎn)生裂縫；⑤增加土層剛度。

（3）復(fù)合型土工合成材料。它包括土工格柵、土工網(wǎng)、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(gòu)成材料的性質(zhì)結(jié)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(jīng)之間以及土體表面與上部建筑結(jié)構(gòu)之間，使其隔離開來。當(dāng)受外部荷載作用時(shí)，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(jié)構(gòu)和功能。土工合成材料隔離作用己廣泛應(yīng)用于鐵路、公路路基、土石壩工程、軟土基礎(chǔ)處理以及河道整治工程。

（2）防護(hù)作用：

土工合成材料可以起到分散應(yīng)力的作用。也可由一種物體傳遞到另一物體，使應(yīng)力分解，防止土體受外力作用破壞，從而起到對(duì)材料的防護(hù)作用。土工合成材料的防護(hù)作用分兩種情況：一是表面防護(hù)，即將土工合成材料放置于土體表面，保護(hù)土體不受外力影響、破壞：二是內(nèi)部接觸面保護(hù)，即將土工合成材料置于兩種材料之間，當(dāng)一種材料受集中應(yīng)力作用時(shí)，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(yīng)用于水利、鐵路、公路、建筑等各項(xiàng)工程中，特別是水利工程中用作堤、壩基礎(chǔ)或邊坡反濾層已極為普遍。在沙石料緊缺地區(qū)，用土工合成材料做反濾層，更顯示出它的優(yōu)越性。因此通過把土工織物置于土體表面或相鄰?fù)翆又g，土中水分可以通過織物排同時(shí)織物可阻止土顆粒流失，以免造成土體失穩(wěn)（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?qū)⑼馏w內(nèi)的水集聚到織物內(nèi)部，形成排水通道，排出土體。土工合成材料現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于土壩、路基、擋土墻建筑以及軟土基排水固結(jié)等方面。它與工程中的其他排水結(jié)構(gòu)充分配合，形成完善的排水體系，排除地下水、地表水和結(jié)構(gòu)中的多余水份。

（5）加筋作用 土工合成材料有較高的抗拉強(qiáng)度，將土工合成材料埋在土體中或路面結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置，可以分布土體或路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力、傳遞拉應(yīng)力、限制其側(cè)向位移，增強(qiáng)它與土體或路結(jié)構(gòu)層材料之間的摩阻力，使土或路面結(jié)構(gòu)層———土工成材料復(fù)合體的強(qiáng)度提高，從而約束土體或路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性具有加筋功能。

（6）防滲作用

土工膜和復(fù)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(xiàng)工程會(huì)發(fā)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(shè)計(jì)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(wěn)。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(diào)中線應(yīng)急供水工程中的應(yīng)用：

1、工程概況

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

本標(biāo)段所在區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬季天氣寒冷干燥，春季氣溫回升快，風(fēng)速大，蒸發(fā)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(jù)渠段附近氣象站資料統(tǒng)計(jì)，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(fēng)速2.1m/s，最大風(fēng)速20m/s。多年平均無霜凍期189天，最大凍土深度66cm，穩(wěn)定凍結(jié)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(nèi)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(xì)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(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元為三級(jí)構(gòu)造單元的太行山隆起的東部邊緣。主要區(qū)域斷裂構(gòu)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(xiāng)斷裂、衡水?dāng)嗔选?/p>

本渠段地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度區(qū)。渠段內(nèi)地下水的類型主要為孔隙水，主要賦存于第四系全新統(tǒng)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(lián)系緊密，具有較強(qiáng)或強(qiáng)的富水性和強(qiáng)透水性，部分具中等透水性。地下水對(duì)混凝土均無腐蝕性。

渠段內(nèi)凍土為季節(jié)性凍土，凍土厚度0.62m～0.66m。

2、土工織物應(yīng)急處理技術(shù)

渠道采用明渠設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)型式自下而上為：土基面、5cm粗砂墊層、2cm厚的保溫板、防滲復(fù)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(shè)計(jì)，底板縱縫全部是通縫設(shè)置，橫縫依次為半縫、通縫、半縫??，交叉布置，縫寬統(tǒng)一為2cm，半縫深度統(tǒng)一為6cm，通縫深度底板8cm。

由于特殊原因，渠道需提前臨時(shí)過水。由于時(shí)間緊迫，若按原設(shè)計(jì)施工將無法滿足過水要求。經(jīng)南水北調(diào)京石段指揮部及設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位四方會(huì)議研究決定，采取應(yīng)急處理辦法，用無紡?fù)凉げ冀Y(jié)合混凝土錨固帶對(duì)開挖渠道進(jìn)行防護(hù)加固處理，確保渠道按時(shí)供水。具體措施如下：

2.1施工方案

選用300g/m2無紡?fù)凉げ迹ǚ鶎挷恍∮?m），沿渠道縱向分別于坡腳及距上口1m處各設(shè)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(jí)配混凝土。

2.2土工布的鋪設(shè)方法

渠道大面積開挖完成后，采用人工開挖錨固槽，裝載機(jī)配合自卸車清運(yùn)土方。土工布采用人工滾鋪，布面要平整，并適當(dāng)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(jī)縫合。所有的縫合必須要連續(xù)進(jìn)行（不允許點(diǎn)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(yīng)為最小張力超過60N的樹脂材料，并有與土工布相當(dāng)或超出的抗化學(xué)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(yīng)的措施避免在安裝后，尖銳物質(zhì)進(jìn)入土工布層。

2.4錨固帶混凝土澆筑

錨固帶為30×30cm、C20一級(jí)配混凝土，采用泵送法澆筑。泵管鋪設(shè)時(shí)應(yīng)墊砂袋，泵管安裝、拆移、及抹面時(shí)應(yīng)注意，防止對(duì)土工布造成破壞。

3、土工布鋪設(shè)的基本要求

3.1基層檢查：檢查基層是否平整、堅(jiān)實(shí)，如有異物，應(yīng)處理妥善。

3.2試鋪:根據(jù)現(xiàn)場情況，確定土工布尺寸，裁剪后予以試鋪，裁剪尺寸應(yīng)準(zhǔn)確。3.3接縫須與坡面線正交，縫合時(shí)縫合線應(yīng)平直，針腳應(yīng)均勻。

3.4在坡面上，對(duì)土工布的一端進(jìn)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(tài)。

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

3.6縫合后應(yīng)檢查土工布是否鋪設(shè)平整，是否存在缺陷。如存在不合要求的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

四、結(jié)論

通過采取應(yīng)急方案，確保了本渠段在2008年9月28日（規(guī)定時(shí)間內(nèi)）成功通水。渠道過水后，經(jīng)聯(lián)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(xiàn)垮塌現(xiàn)象，渠道運(yùn)行安全。并且本渠段還經(jīng)受住了08年嚴(yán)冬的考驗(yàn)，開春解凍之后，聯(lián)合工作組再次對(duì)渠道沿線進(jìn)行勘查，未發(fā)現(xiàn)土工布有凍裂破壞現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)明顯的冰排割裂損傷，渠道岸坡未發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。本應(yīng)急方案取得了圓滿成功。

通過對(duì)土工合成材料在工程中應(yīng)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(yīng)用于邊坡表面防護(hù),能夠提高邊坡的穩(wěn)定性和承載能力。3)合成材料應(yīng)用于嚴(yán)寒地區(qū)，有較好的使用工況。4）由于合成材料的特性和價(jià)格上的雙重優(yōu)勢,應(yīng)用前景廣泛。

參考文獻(xiàn):：

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第三篇：土工合成材料的主要性能及在工程中的應(yīng)用

土工合成材料的主要性能及在工程中的應(yīng)用

一、國內(nèi)外土工合成材料的應(yīng)用概況

土工合成材料的開發(fā)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(jì)30年代末或40年代初，聚氯乙烯薄膜應(yīng)用于土工的防滲；50年代末期，Ｒ.Ｊ.Ｂarrtt在美國佛羅里達(dá)州利用聚氯乙烯織物作為海岸塊石護(hù)坡的墊層；1956～1957年著名的荷蘭三角洲工程用機(jī)織土工織物加固防海潮大壩；20世紀(jì)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(chǎn)技術(shù)主要是機(jī)織型的，主要用于護(hù)岸防沖等工程，機(jī)織土工織物的強(qiáng)度高，但價(jià)格也較高，反濾、排水功能差，限制了它的發(fā)展。非織造布的應(yīng)用給土工積物帶來了新的生命，它的特點(diǎn)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(jì)60年代末期開始應(yīng)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(yīng)用及其產(chǎn)品的發(fā)展達(dá)到一個(gè)鼎盛時(shí)期。高性能的原料賦予產(chǎn)品高的強(qiáng)力與耐用性，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝賦予產(chǎn)品良好的功能，使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)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(chǎn)品成本低，而且具有良好的化學(xué)物理性能和水工性能，使非織造土工織物的應(yīng)用飛速地發(fā)展起來。目前世界上已有100多個(gè)國家和地區(qū)(包括發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家和地區(qū))在10萬多個(gè)工程中采用了土工布。據(jù)統(tǒng)計(jì),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(dá)10萬噸,。土工合成材料已經(jīng)成為繼鋼材、水泥、木材之后的第4種新型建筑材料。目前，發(fā)達(dá)國家在產(chǎn)品種類、質(zhì)量、應(yīng)用范圍的廣度與深度等方面的發(fā)展都比發(fā)展中國家快，尤以北美發(fā)展最快，歐洲則以德國、法國、荷蘭、意大利等西歐國家發(fā)展較快，亞洲主要是日本、馬來西亞、韓國發(fā)展較快，國外產(chǎn)品類型、品種較多，規(guī)格齊全，以非織造型、合成型、復(fù)合型所占比例較大。在我國，土工合成材料在巖土工程等領(lǐng)域的應(yīng)用歷史較短。最早應(yīng)用的是土工膜，大約在20世紀(jì)60年代初期，用于渠道防滲；70年代中期，在長江護(hù)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(yīng)用于工程中；80年代末，土工膜袋首次引入工程應(yīng)用。縱觀土工合成材料40多年的發(fā)展史，可將其應(yīng)用歷程大致分為三個(gè)階段：80年代中期以前的初創(chuàng)階段；80年代中期至90年代中期的發(fā)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(wǎng)、土工復(fù)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(jī)上使用單纖維、多纖維絲或細(xì)長薄膜或帶制成。無紡?fù)凉た椢镞€可按照纖維連接在一起的方法細(xì)分為：以特殊設(shè)計(jì)的針將纖維纏結(jié)在一起的機(jī)械連接或針刺的無紡?fù)凉た椢?，在纖維交接點(diǎn)上以加熱；或加壓方法將纖維焊接在一起的無紡?fù)凉た椢铮w維網(wǎng)噴涂或浸漬以丙烯酸樹脂的化學(xué)或樹脂粘結(jié)無紡?fù)凉た椢?。紡織的土工織物通常具有較高的強(qiáng)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(qiáng)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(fù)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(chǎn)的，并進(jìn)行“壓花”加工以獲得粗糙的表面。世界各地頒布的環(huán)境法規(guī)，特別是關(guān)于有害物質(zhì)處理的法規(guī)都要求廣泛地、強(qiáng)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(jié)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(diǎn)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?yàn)r青，雙軸向格柵用聚丙烯），然后將片材進(jìn)行單軸向土工網(wǎng)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(wǎng)狀外觀。雖然土工網(wǎng)可用作較低強(qiáng)度的土壤加固，但它的主要用途是在輸送液體或氣體的復(fù)合排水制品中用作芯材或隔片。土工網(wǎng)往往用PE 以連續(xù)擠出法制成。

土工復(fù)合材料是由土工織物、土工格柵、土工網(wǎng)、土工膜和其他材料進(jìn)行不同組合而成。多數(shù)土工復(fù)合材料用于排水。土工合成材料粘土襯材是低滲透性的復(fù)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(hù)六大功能。3.1 反濾

土工合成材料具有細(xì)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(wěn)。廣泛應(yīng)用于水利、鐵路、公路、建筑等各項(xiàng)工程，特別是水利工程中用作堤、壩基礎(chǔ)或邊坡反濾層已極為普遍。在砂石料緊缺的地區(qū)，用土工織物做反濾層，更顯示了它的優(yōu)越性。在土木工程中為了防止管涌破壞，常需設(shè)置由經(jīng)過設(shè)計(jì)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(guī)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(nèi)的水積聚到織物內(nèi)部，形成一排水通道，排出土體。較厚的針刺無紡?fù)凉げ己鸵恍┚哂休^多孔隙的復(fù)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(jié)，或降低無壓滲流場的浸潤線的位置。過去所采用的常規(guī)措施是在適當(dāng)?shù)牟课唬ㄈ鐑煞N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(jìn)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(duì)傾斜或垂直方向的施工面），工程造價(jià)也可以大為節(jié)省?？捎糜谕翂蝺?nèi)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(hù)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(hù)

在實(shí)際工程中，土工合成材料可以防止液體的滲漏、氣體的揮發(fā)，保護(hù)環(huán)境或建筑物的安全。可用于土石壩和庫區(qū)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(fā)，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(jié)合，利用合成材料的較高強(qiáng)度性能，重新分布土體應(yīng)力，增加土體變形模量，傳遞拉應(yīng)力，限制土體側(cè)向位移，增加土體的抗剪強(qiáng)度，從而提高土體及有關(guān)建筑物的穩(wěn)定性。土工合成材料較多的應(yīng)用于軟弱地基處理、陡坡、擋土墻等邊坡穩(wěn)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(yīng)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(wěn)定性。各類土工織物都可埋入土體內(nèi)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(xù)纖維絲，形成所謂“纖維土”（或“織物土”），以提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)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(jīng)過特殊設(shè)計(jì)才可能成為二維或三維的加筋結(jié)構(gòu)?？捎糜诩訌?qiáng)軟土地基，加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，用作擋土墻會(huì)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(tái)，加固柔性路面，防止反射裂縫的發(fā)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(jié)構(gòu)之間，使其隔離開來。當(dāng)受外部荷載作用時(shí)，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(jié)構(gòu)和功能。隔離用的土工織物必須有較高的強(qiáng)度來承受外部荷載作用時(shí)而產(chǎn)生的應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)的整體性?？捎糜诘缆坊鶎优c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(fù)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(fā)散臭味，防止水面蒸發(fā)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(yīng)用

土工合成材料是巖土工程的新型建筑材料，我國20世紀(jì)70年代末開始在工程中應(yīng)用。20世紀(jì)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(jì)80年代后期，土工織物的生產(chǎn)能力、應(yīng)用范圍、測試技術(shù)、理論研究等各個(gè)方面都得到了較快的發(fā)展，并且有相當(dāng)大的規(guī)模和較廣泛的分布范圍，各地均有其應(yīng)用。產(chǎn)品和應(yīng)用技術(shù)在不斷發(fā)展，國外先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展給我國以極大的促進(jìn)，針對(duì)我國實(shí)際情況，在生產(chǎn)技術(shù)、測試技術(shù)、施工技術(shù)、理論研究、設(shè)計(jì)水平等各個(gè)方面的工作，均在不斷提高和完善。4.1 在水利水電建設(shè)工程中的應(yīng)用

水電建設(shè)是我國土工合成材料應(yīng)用最廣泛、用量最大、應(yīng)用品種最多的一個(gè)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(xiàng)水電工程中土工織物均有不同程度的應(yīng)用。如：中國最大的水電建設(shè)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(yùn)河整治邊坡反濾、湖南省湘鄉(xiāng)市桐子水庫的粘土斜墻堆石壩、重慶市長江護(hù)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(tǒng)新建電廠粉煤灰?guī)?0%以上采用土工織物修建庫堤。有40%的老灰?guī)炀S修或擴(kuò)建也均采取土工織物。如上海外高橋電廠灰?guī)?、上海石洞口電廠灰?guī)?、嘉興電廠灰?guī)?、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(fā)生的幾次特大洪水的防汛搶險(xiǎn)中發(fā)揮了突出的作用。

防汛搶險(xiǎn)洪澇災(zāi)害是我國范圍較廣、損失較大的自然災(zāi)害，受洪水威脅的地區(qū)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(xiǎn)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(shù)百公里，最高達(dá)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(shí)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?yàn)榘紫佽徔棕灤┑躺硭稹２槊髟蚝?，迅速用土工布袋裝土等物料將蟻窩夯實(shí)，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(xiǎn)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(yè)的麻煩。

防止水土流失土工織物管是用高強(qiáng)纖維制成，是為海岸和內(nèi)地水土流失提供防護(hù)發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)?，F(xiàn)在已經(jīng)有采用直徑達(dá)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(nèi)壁阻力，一般每10ｍ設(shè)置一個(gè)進(jìn)口。進(jìn)口常常采用一個(gè)小直徑的土工織物管，在大土工織物管的上游側(cè)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(qiáng)，在水庫壩體這種永久性負(fù)載面積上鋪設(shè)兩層土工合成材料，可防止壩底發(fā)生細(xì)微沉陷。

渠道襯砌美國墾務(wù)局從20世紀(jì)50年代開始試驗(yàn)用土工膜進(jìn)行渠道防滲襯砌，取得了較大的進(jìn)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(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域襯砌土工膜作為池塘底或邊的襯砌,以便養(yǎng)殖貝類及其它水產(chǎn)品?，F(xiàn)在的進(jìn)展是用于這種目的的土工膜有一堅(jiān)固的保護(hù)面,以防止使用和維修過程中的損壞。因而，土工膜應(yīng)選擇較厚的(比如，厚于2.5ｍｍ)編織的土工膜。未來的發(fā)展是開發(fā)土工膜新品種,使其能達(dá)到營養(yǎng)、防污染和防氧化的目的。4.2 在鐵路建設(shè)中的應(yīng)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(yán)寒地區(qū)凍融災(zāi)害等方面，并可在不停止列車運(yùn)行的情況下進(jìn)行處理，因此不論是老干線維修，還是新干線建造，都可應(yīng)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(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)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(jì)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(jì)70年代中以來，很多國家如法國、美國、澳大利亞、日本、蘇聯(lián)、匈牙利等在鐵路上進(jìn)行了多種應(yīng)用的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐。國內(nèi)的應(yīng)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(huán)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(qiáng)，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(wěn)定性，承受更大的變形載荷。

鐵道道渣保護(hù)，由于火車震動(dòng)及風(fēng)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(wěn)定性。

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

公路建設(shè)主要是應(yīng)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(chǎn)生反射裂縫，其效果也很顯著。近20年來國內(nèi)外公路交通的高速發(fā)展，高等級(jí)公路網(wǎng)擴(kuò)展，為土工合成材料在公路工程中的應(yīng)用開拓了廣闊的前景。據(jù)國外的統(tǒng)計(jì)資料，土工合成材料在公路工程中的應(yīng)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(qiáng)，土工合成材料可用于公路路面、路基的增強(qiáng)，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(hù)，用土工合成材料鋪在公路邊坡上，可防風(fēng)吹雨淋，坡上的石塊和泥土滑落。

橋臺(tái)加固，公路橋臺(tái)地基一般很容易向下沉陷，使橋梁出現(xiàn)裂紋，在橋臺(tái)地基下鋪設(shè)土工合成材料，可提高承載力。4.4 在港灣與海岸工程建設(shè)中的應(yīng)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(hù)以及防波堤工程。另外港區(qū)集裝箱堆場及港區(qū)內(nèi)道路的地基加固、場內(nèi)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(qū)防波堤工程、上海蘆潮港及金同石化防波堤工程。4.5 環(huán)境工程中的應(yīng)用

土工合成材料是環(huán)境工程中比較理想的應(yīng)用材料。利用土工織物處理工業(yè)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(hù)水源、環(huán)境綠化等方面也有很大的發(fā)展前景?？梢钥隙?，土工合成材料因其優(yōu)良特性，必將在環(huán)境工程中得到更廣泛的應(yīng)用。我國的環(huán)境保護(hù)工程中，土工合成材料的應(yīng)用起步較晚，應(yīng)用范圍較窄，目前，僅限于尾礦和粉煤灰貯存方面的應(yīng)用報(bào)導(dǎo)。實(shí)際上，應(yīng)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(yùn)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(yīng)用

土工合成材料在建筑工程方面的應(yīng)用是近年來才開始發(fā)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(yīng)用也是多方面的。迄今為止，雖然應(yīng)用尚不廣泛，已發(fā)展了地基加筋墊層、深基礎(chǔ)排水減壓、排水固結(jié)、樁基處理、膨脹土地基等多種應(yīng)用類型。除上述幾個(gè)方面外，在礦山尾礦壩、機(jī)場跑道、地鐵、隧道、市政建設(shè)、環(huán)保工程、軍事工程等各個(gè)方面都不同程度、不同數(shù)量的應(yīng)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(yīng)用

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

土工合成材料是土木工程應(yīng)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(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用。

土工合成材料在土木、水利、交通、鐵道和環(huán)境工程中得到廣泛的應(yīng)用，起到排水反濾、防滲、加筋、隔離、防護(hù)和減載等作用。這些作用是以不同的形式的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)的，例如，土工織物用于濾層、隔離和防護(hù)；土工網(wǎng)和三維植被網(wǎng)墊用于排水和坡面的穩(wěn)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(fù)合型土工合成材料則結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)，例如，兼有過濾和排水性能的土工織物和土工網(wǎng)復(fù)合材料，結(jié)合加筋和隔離功能的土工織物和土工格柵復(fù)合材料，而土工織物和土工膜結(jié)合形成的復(fù)合土工膜則既能防滲又具有防刺破的作用，同時(shí)具有與土較高的界面磨擦系數(shù)。

盡管有眾多的產(chǎn)品和更多的潛在的應(yīng)用形式，對(duì)于具體的工程應(yīng)判斷土工合成材料的主要作用，選擇合理的設(shè)計(jì)公式，確定要求達(dá)到的性能指標(biāo)，并尋求一個(gè)經(jīng)濟(jì)上合適的施工方法。目前證明較成功的應(yīng)用有：無紡?fù)凉た椢锎媪罴?jí)配濾層應(yīng)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(yīng)用的初期，最擔(dān)心的是耐久性，忽視鋪放的位置，認(rèn)為鋪土工合成材料總比不鋪好。而現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)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(dāng)或施工質(zhì)量差，會(huì)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(xué)物質(zhì)制成，再進(jìn)一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(xué)劑能力強(qiáng)，吸濕性低，低濕時(shí)仍具柔性，電絕緣性極好。在1950年前后，又開發(fā)出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、機(jī)械強(qiáng)度、熔點(diǎn)和硬度等都比低密度的為優(yōu)。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(shí)有一定絕緣性、機(jī)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(xué)劑性能較好，惰性強(qiáng)，價(jià)格低廉，是目前應(yīng)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(xué)穩(wěn)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(duì)比如表2-1所示。表2-1 幾種高分子聚合物性能對(duì)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(zhì)量 高 中 低

低 高 強(qiáng)度 高 中 低 低 低 彈性模量 高 中 低

低 低 破壞應(yīng)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(yīng)當(dāng)指出，材料的強(qiáng)度還與纖維的制作方法有關(guān)。在應(yīng)用土工合成材料時(shí)，其性能更受施工方法、應(yīng)用環(huán)境和側(cè)限壓力大小的影響。土工合成材料在我國的應(yīng)用，可以追溯到20世紀(jì)60年代，例如，北京市東北旺農(nóng)場南干渠使用聚氯乙烯土工膜防滲。有紡織物首次應(yīng)用的成功實(shí)例，是在1974年江蘇省江都縣嘶馬長江的護(hù)岸工程。該工程采用聚丙烯編織布，聚氯乙烯繩網(wǎng)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(yīng)用于防治“翻漿冒泥”現(xiàn)象。無紡織物作為反濾材料，1984年首次成功地應(yīng)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(shè)在軟土地基表面，增加了路堤的穩(wěn)定性。

目前，品種繁多的人工合成材料陸續(xù)問世，它們可制成各種符合特定目的的產(chǎn)品，而且由于其具有質(zhì)量輕、施工簡易、運(yùn)輸方便、價(jià)格低廉料源豐富等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)施簡便和經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。土工合成材料是以合成材料為原材料制成的應(yīng)用于巖土工程的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因?yàn)樗鼈冎饕糜趲r土工程，故冠以“土工”兩字，稱為土工合成材料，以區(qū)別于天然材料。近些年來，土工合成材料在全世界范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)。土工合成材料技術(shù)被人們譽(yù)為20世紀(jì)巖土工程中的一項(xiàng)技術(shù)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(jīng)過兩個(gè)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(jié)構(gòu)的土工織物。許多不同的高分子聚合物已經(jīng)用作不同土工織物產(chǎn)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(jī)織或有紡型三類。針織型目前已很少應(yīng)用，有紡?fù)凉た椢镉蓛山M平行的呈正交或斜交的經(jīng)線和緯線交織而成，其主要缺點(diǎn)是沿經(jīng)線和緯線的強(qiáng)度高，而與經(jīng)緯線斜交方向的強(qiáng)度低，無紡?fù)凉た椢锸前牙w維作定向的或隨意的排列，再經(jīng)過加工而成，按照聯(lián)結(jié)纖維的方法不同，可分為化學(xué)(粘結(jié)劑)聯(lián)結(jié)、熱力聯(lián)結(jié)和機(jī)械聯(lián)結(jié)三種。其主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度沒有顯著的方向性，對(duì)變形的適應(yīng)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(yōu)點(diǎn)是重量輕，整體連續(xù)性好(可做成較大面積的整體)，施工方便，抗拉強(qiáng)度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點(diǎn)是未經(jīng)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(guān)。(1)織造型土工織物

這類產(chǎn)品又稱有紡?fù)凉た椢?，是最早的土工織物產(chǎn)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(jī)制成平面結(jié)構(gòu)的布狀產(chǎn)品?？椩鞎r(shí)常包括相互垂直的兩組平行絲，沿織機(jī)(長)方向的稱經(jīng)絲，橫過織機(jī)(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(xù)長絲。在擠出同時(shí)或剛擠出后將絲拉伸，使其中的分子定向，以提高絲的強(qiáng)度。多絲是由若干根單絲組成的，在制造高強(qiáng)土工織物時(shí)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(fā)展為采用扁絲。扁絲是由聚合物薄片經(jīng)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(qiáng)度。扁絲寬度約為3 mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多數(shù)編織土工織物是由扁絲織成，而圓絲和扁絲結(jié)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(xì)絲，但仍連在一起。由裂膜絲織成的織物較為密實(shí)，柔軟而滲透性小。多絲和裂膜絲結(jié)合織成的編織物厚度可達(dá)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(yīng)用最多的織法，其形式是經(jīng)、緯絲一上一下。斜紋則是經(jīng)絲跳越幾根緯絲，最簡單的形式是經(jīng)絲二上一下。緞紋織法是經(jīng)絲和緯絲長距離的跳越，例如經(jīng)絲五上一下。這種織法運(yùn)用于衣料類產(chǎn)品。

在織造時(shí)，由于梭子要不斷地牽引緯絲從經(jīng)絲的空間中穿過，故要求經(jīng)絲強(qiáng)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(chǎn)品具有不同的特性。例如平紋織物有明顯的各向異性，其經(jīng)、緯向的摩擦系數(shù)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(jīng)絲間穿越的緯絲愈多，織物也愈密愈強(qiáng)，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(diào)整絲(紗)的材質(zhì)、品種和織造方式等來得到符合工程要求的強(qiáng)度、經(jīng)緯強(qiáng)度比、摩擦系數(shù)、等效孔徑和耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)。在工程實(shí)施中應(yīng)根據(jù)具體要求來優(yōu)選產(chǎn)品，鋪設(shè)時(shí)要注意材料的合理鋪設(shè)方向。(2)非織造型土工織物

這類產(chǎn)品又稱無紡?fù)凉た椢?。根?jù)粘合方式的不同，非織造型土工織物分為熱粘合、化學(xué)粘合和機(jī)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(wǎng)，讓其通過兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的熱輥之間熱壓，纖維網(wǎng)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(chǎn)薄型土工織物，厚度一般為0.5～1.0 mm。由于纖維是隨機(jī)分布的，織物中形成無數(shù)大小不一的開孔。再因?yàn)闊o經(jīng)緯絲之分，故其強(qiáng)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(jīng)過熔融、擠壓，紡絲成網(wǎng)，纖維加固后形成的產(chǎn)品。這種織物厚度薄面強(qiáng)度高，滲透性大。由于制造流程短，產(chǎn)品質(zhì)量好，品種規(guī)格多，成本低，用途廣，近年來在我國發(fā)展較快。

化學(xué)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(wǎng)中，待粘合劑固化。纖維之間便互相粘連，使網(wǎng)得以加固，厚度可達(dá)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(chǎn)品。這類產(chǎn)品在工程中的應(yīng)用較少。

機(jī)械粘合法是以不同的機(jī)械工具將纖維網(wǎng)加固，應(yīng)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(jī)底板上的許多截面為三角形或棱形且側(cè)面有鉤刺的針，由機(jī)器帶動(dòng)，作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，讓網(wǎng)內(nèi)的纖維互相纏結(jié)，從而織網(wǎng)得以加固。產(chǎn)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(yīng)用很廣。水刺法是利用高壓噴射水流射入纖維網(wǎng)，使纖維互相纏綿加固。其產(chǎn)品較為柔軟，主要用作衛(wèi)生用品，工程中尚未應(yīng)用。2.2.2 土工膜

土工膜是一種基本不透水的材料。根據(jù)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(yīng)工程應(yīng)用中不同強(qiáng)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(xiàn)場制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料(如聚氯乙烯)、結(jié)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(xiàn)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(shí)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(wěn)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(xì)菌破壞等。對(duì)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(xì)礦粉，它能增加膜的強(qiáng)度且降低其成本；加入纖維，也是為提高膜的強(qiáng)度。2.2.3 土工復(fù)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(jié)合起來，成為土工復(fù)合材料。土工復(fù)合材料可將不同構(gòu)成材料的性質(zhì)結(jié)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(fù)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(fù)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(fù)合排水材料，它是以無紡?fù)凉た椢锖屯凉ぞW(wǎng)、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(jié)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(shè)施等。不同的工程有不同的綜合功能要求，故土工復(fù)合材料的品種繁多，可以說土工復(fù)合材料是當(dāng)前和今后一段時(shí)期發(fā)展的大方向。這里主要介紹復(fù)合土工膜和土工復(fù)合排水材料兩類。2.2.3.1 復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜是用土工織物或其他材料與土工膜結(jié)合而成的不透水材料。根據(jù)主要功能的不同，復(fù)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(qiáng)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(jīng)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?fù)凉た椢锱c土工膜復(fù)合而成，常見的有“一布一膜”、“兩布一膜”。其中，無紡?fù)凉た椢锊粌H具有橫向排水作用，而且對(duì)土工膜起保護(hù)作用。2.2.3.2 土工復(fù)合排水材料

土工復(fù)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(fù)合型排水產(chǎn)品。這種產(chǎn)品克服了土工織物沿織物平面方向排水能力小的缺點(diǎn)，可以沿產(chǎn)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(jìn)入排水通道。復(fù)合排水帶主要用于軟土地基豎向排水固結(jié)處理等，我國生產(chǎn)及工程上普遍采用的產(chǎn)品主要是塑料排水帶。復(fù)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(shè)施等。(1)塑料排水帶

塑料排水帶是由不同截面形狀的連續(xù)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(jī)將其埋設(shè)在土層中的預(yù)定位置。塑料帶前端與錨靴相連，用插帶機(jī)導(dǎo)桿頂住錨靴，插入土層中，達(dá)到預(yù)定深度后拔出導(dǎo)桿，但排水帶仍留在預(yù)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(shí)可用靜荷或動(dòng)荷送桿，靜荷送桿對(duì)土層擾動(dòng)小，較為常用。我國插帶機(jī)的插入深度可達(dá)約25 m，入土速率可達(dá)6 m/min。排水帶的平面分布間距可借理論計(jì)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(jìn)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(yīng)用廣泛，以加速軟土固結(jié)。(2)軟式排水管

軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強(qiáng)鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護(hù)作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的。高強(qiáng)鋼絲由鋼線經(jīng)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(nèi)層為透水層，由高強(qiáng)特多龍紗或尼龍紗作為經(jīng)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(nèi)層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復(fù)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(qiáng)力粘結(jié)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(diǎn)，過濾性強(qiáng)，排水性好，可用于各種排水工程中。(3)其他復(fù)合排水材料

現(xiàn)在已生產(chǎn)出各種型式芯材和外包濾膜的復(fù)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(wǎng)的，還有用塑料絲纏成的網(wǎng)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(chǎn)的產(chǎn)品，品種多，現(xiàn)選擇幾種主要產(chǎn)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)度，后者在兩個(gè)拉伸方向上皆有較高強(qiáng)度。土工格柵的品種和規(guī)格很多，目前開發(fā)的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的，也有用高強(qiáng)合成材料絲縱橫連接而成的等等。2.2.4.2 土工網(wǎng)

土工網(wǎng)是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應(yīng)用熱塑擠出法生產(chǎn)的具有較大孔徑和較大剛度的平面結(jié)構(gòu)材料。可因網(wǎng)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(wǎng)的抗拉強(qiáng)度都較低，延伸率較高。這類產(chǎn)品常用于坡面防護(hù)、植草、軟基加固墊層，或用于制造復(fù)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(xù)袋狀材料，袋內(nèi)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(hù)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(shí)的厚度。澆注在現(xiàn)場用高壓泵進(jìn)行。混凝土或砂漿注入模袋后，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(qiáng)度增高。按加工工藝的不同，可將模袋分為兩類，即機(jī)織模袋和簡易模袋。前者是由工廠生產(chǎn)的定型產(chǎn)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(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型的條帶厚1.2 mm、寬100 mm，每隔300 mm進(jìn)行焊接。格室張開后，可填以土料，由于格室對(duì)土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強(qiáng)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(hù)坡等。2.2.4.5 土工管及土工包

土工管、土工包是用經(jīng)防老化處理的高強(qiáng)土工織物制成的大型管袋及包裹體，可有效地護(hù)岸和用于崩岸搶險(xiǎn)，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(qiáng)度的土工織物攤鋪在可開底的空駁船內(nèi)，充填200～800 m3料物，將織物包裹閉合，運(yùn)到一定部位，沉至預(yù)定位置。在國外，該技術(shù)大量用于環(huán)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(fā)泡劑制成的。它的主要特點(diǎn)是質(zhì)量極輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小，但也有一定抗壓強(qiáng)度。由于其質(zhì)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(dǎo)熱系數(shù)低，故在寒冷地帶，可用該材料板塊防止結(jié)構(gòu)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(fù)合材料。它與壓實(shí)粘土墊層相比，具有體積小、質(zhì)量輕、具柔性、密封性良好、抗剪強(qiáng)度較高、施工簡便、適應(yīng)不均勻沉降等優(yōu)點(diǎn)，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(shè)計(jì)。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(duì)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(dá)十幾毫米；土工膜一般為0.25～0.75 mm，最厚的可達(dá)2～4 mm；復(fù)合型材料有時(shí)采用較薄的土工膜，最薄可達(dá)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(shí)厚度變化很大，需規(guī)定在某固定壓力下測定厚度。一般規(guī)定此壓力為2 kPa。根據(jù)工程需要還應(yīng)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(yīng)大于加壓面積的2倍，加壓時(shí)間30 s，試樣不少于10塊。2.3.1.2 單位面積質(zhì)量

單位面積質(zhì)量為單位面積土工合成材料具有的質(zhì)量，它反映材料多方面的性能，如抗拉強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度等力學(xué)性能以及孔隙率、滲透性等水力學(xué)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(zhì)量受原材料密度的影響，同時(shí)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(zhì)量一般在50～1 200 g/m2的范圍內(nèi)。測定單位面積質(zhì)量采用秤量法，試樣面積為100 cm2，數(shù)量不得少于10塊，天平秤量讀數(shù)應(yīng)精確到0.01 g(現(xiàn)場測試為0.1 g)。測試前要求試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下恒溫(20±2 ℃)，恒濕(65 %±2 %)24 h。2.3.2 力學(xué)特性

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

2.3.2.1 拉伸特性及抗拉強(qiáng)度

土工合成材料是柔性材料，大多通過其抗拉強(qiáng)度來承受荷載以發(fā)揮工程作用，因此抗拉強(qiáng)度及其應(yīng)變是土工合成材料的主要特性指標(biāo)。土工合成材料的抗拉強(qiáng)度與測定時(shí)的試樣寬度、形狀、約束條件有關(guān)，必須在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(xí)慣上所用的單位面積的應(yīng)力來表示。目前測定抗拉強(qiáng)度基本上是沿用紡織品條帶拉伸試驗(yàn)方法，即把試樣兩端用夾具夾住，以一定的速率施加荷載進(jìn)行拉伸直到破壞，測得試樣自身斷裂強(qiáng)度及變形，并繪出應(yīng)力—應(yīng)變曲線。目前條帶拉伸試驗(yàn)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(yàn)機(jī)具應(yīng)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(guān)系曲線的拉力機(jī)，同時(shí)要求試樣的最大斷裂力在滿量程的10 %～90 %范圍內(nèi)。國內(nèi)規(guī)定拉伸速率為50 mm/min。

目前關(guān)于土工合成材料的拉伸力學(xué)特性一般采用室內(nèi)無側(cè)限拉伸試驗(yàn)進(jìn)行測試。但現(xiàn)場埋設(shè)在填料中的土工筋材的力學(xué)特性因填料的約束作用而不同，人們?cè)ㄟ^對(duì)不同寬帶的試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)筋材受側(cè)向約束的影響。但更科學(xué)的是應(yīng)將筋材埋在填料中進(jìn)行測試。此時(shí)的力學(xué)特性所受影響因素較多。有約束的拉伸試驗(yàn)表明，約束力將增加土工織物的抗拉強(qiáng)度和模量，對(duì)于土工格網(wǎng)和土工格柵，約束力的影響更為顯著，因?yàn)槌私缑娴哪Σ磷枇ν?，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(qiáng)度

土工織物承受集中力的現(xiàn)象普遍存在，握持強(qiáng)度是反映其分散集中力的能力。握持強(qiáng)度試驗(yàn)選用的儀器一般與條帶拉伸試驗(yàn)相同，但試驗(yàn)方法不同。握持強(qiáng)度試驗(yàn)是握持試樣兩端部分寬度而進(jìn)行的一種拉力試驗(yàn)。它的強(qiáng)度由兩部分組成，一部分為試樣被握持寬度的抗拉強(qiáng)度；一部分為相鄰纖維提供的附加抗拉強(qiáng)度。它與條帶拉伸強(qiáng)度之間沒有簡單的對(duì)比關(guān)系。由于各單位所采用的試樣和夾具的尺寸不盡相同，試驗(yàn)的難度也較大，因此測得的成果相差很多。一般不宜作為設(shè)計(jì)依據(jù)。只可用作不同土工織物的抗拉強(qiáng)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(qiáng)度

土工織物和土工膜在鋪設(shè)和使用過程中，常常會(huì)有不同程度的破損。撕裂強(qiáng)度反映了試樣抵抗擴(kuò)大破損裂口的能力，可評(píng)價(jià)不同土工織物和土工膜被擴(kuò)大破損程度的難易，是土工合成材料應(yīng)用中的重要力學(xué)指標(biāo)。目前撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)仍沿用紡織品標(biāo)準(zhǔn)測試方法。常用的紡織品撕裂試驗(yàn)，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(qiáng)度，這種試驗(yàn)從其加力方式看，近似于張拉試驗(yàn)。土工織物梯形撕裂強(qiáng)度值一般為0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂強(qiáng)度值一般為0.03～0.4 kN。2.3.2.4 頂破強(qiáng)度 刺破強(qiáng)度及穿透強(qiáng)度

在工程應(yīng)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(jù)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(tài)。

(1)頂破強(qiáng)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(yàn)與刺破強(qiáng)度試驗(yàn)相比，壓力面積相對(duì)較大，材料呈雙向受力狀態(tài)。所用試驗(yàn)方法有液壓脹破試驗(yàn)、圓球頂破試驗(yàn)和相CBR頂破試驗(yàn)。

(2)刺破強(qiáng)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(yàn)方法與圓球頂破試驗(yàn)相似，只是以金屬桿代替圓球。(3)穿透強(qiáng)度可通過穿透試驗(yàn)測得，這種試驗(yàn)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(yàn)所得孔眼的大小，評(píng)價(jià)土工織物或土工膜抵御穿透的能力。2.3.3 水力學(xué)特性

由于土工織物、細(xì)孔土工網(wǎng)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(xué)特性，其主要包括兩方面：—是透水與導(dǎo)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(xué)特性之一。在過濾標(biāo)準(zhǔn)及其它有關(guān)水力學(xué)中，是一項(xiàng)不可缺少的重要指標(biāo)。根據(jù)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(shù) 表示。該系數(shù)是滲流的水力梯度等于1時(shí)的滲流速度，一般服從達(dá)西定律，土工織物的滲透系數(shù)約為 ～ cm/s，其中無紡織物的滲透系數(shù)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(zhì)(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(chǎn)生滲流的原因是由于制造時(shí)的不均勻性和缺陷等因素所造成的，有些細(xì)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(shù)愈小，溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響愈大。

土工織物用作濾層時(shí)，水從被保護(hù)土中流過織物，在流動(dòng)中使土顆粒集聚在織物表面的孔口上，堵塞水流通道的進(jìn)口，或是細(xì)顆粒沉積在孔隙內(nèi)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(fā)生在滲流開始階段，而淤堵則隨時(shí)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(jìn)入織物的土顆粒增多的現(xiàn)象來評(píng)估，還不能給出淤堵程度的允許值，只能通過被保護(hù)土與織物濾層的長期工作試驗(yàn)，觀測滲透流量的變化與穩(wěn)定情況來評(píng)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(duì)紫外線輻射、溫度變化、化學(xué)與生物侵蝕、干濕變化、凍融變化和機(jī)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(zhì)有關(guān)。土工合成材料的老化現(xiàn)象主要是因?yàn)楦叻肿泳酆衔锞哂墟湽?jié)結(jié)構(gòu)，受外界因素的影響發(fā)生降解反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)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(fā)光氧化反應(yīng)。其試驗(yàn)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(dāng)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(duì)化學(xué)腐蝕一般具有較高的抵抗能力，但某些特殊的化學(xué)藥劑或廢品對(duì)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(chǔ)池的防滲材料時(shí)，對(duì)其化學(xué)穩(wěn)定性要認(rèn)真對(duì)待。土工合成材料在鋪設(shè)過程中易受損傷，且不易被發(fā)現(xiàn)，國外試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，埋在土中的織物老化主要是由于機(jī)械傷引起的，鋪設(shè)造成的孔洞是使材料強(qiáng)度降低的主要因素?？锥磾?shù)愈多，原始強(qiáng)度降低得愈多。在高溫條件下，合成材料將發(fā)生熔融現(xiàn)象。有時(shí)溫度雖未達(dá)到融點(diǎn)，聚合物分子結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變化，影響材料的彈性模量和強(qiáng)度。有些聚合物在特別低的溫度下，也使柔性降低、質(zhì)地變脆，影響其力學(xué)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(nèi)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(shù)種功能。隨著土工復(fù)合材料的發(fā)展，所兼有的功能就更多?？偟恼f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(hù)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?fù)翆又g，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(shí)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(wěn)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(nèi)的各種排水體的濾層，儲(chǔ)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(hù)坡的濾層，水閘下游護(hù)坡下部的濾層，擋土墻回填土中排水系統(tǒng)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(fù)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(nèi)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(hù)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(yùn)動(dòng)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(xué)性質(zhì)不同的材料之間鋪設(shè)土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細(xì)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(yù)期的良好效應(yīng)，舉例說明如下：(1)通過隔離層，引起應(yīng)力擴(kuò)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(jié)，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(jié)約建筑材料。

(4)地基中有部分軟弱區(qū)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(qū)或軟弱區(qū)的影響。(5)在地下水位較高的地基中，隔離層可以切斷毛細(xì)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(yīng)以它們?cè)诠こ讨械挠猛緛泶_定。應(yīng)用最多的是有紡和無紡?fù)凉た椢?。如果?duì)材料的強(qiáng)度要求較高，有時(shí)還要求以土工網(wǎng)或土工格柵作為材料的墊層。當(dāng)要求隔離防滲時(shí)，則需要土工膜或復(fù)合土工膜。2.4.4 防滲作用

土工膜和復(fù)合型土工合成材料，可以防止液體的滲漏、氣體的揮發(fā)，保護(hù)環(huán)境或建筑物的安全。它們可用于土石壩和庫區(qū)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(fā)，屋頂防漏，用于修筑施工圍堰等。2.4.5 防護(hù)作用

多種土工合成材料對(duì)土體或水面，可起防護(hù)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(fā)臭味，防止水面蒸發(fā)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(yīng)力，增加土體的模量，傳遞拉應(yīng)力，限制土體側(cè)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(guān)建筑物的穩(wěn)定性，土工織物、土工格柵、土工網(wǎng)及一些特種或復(fù)合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它們可用于加強(qiáng)軟弱地基，加強(qiáng)邊坡穩(wěn)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(tái)，加固柔性路面、防止反射裂縫的發(fā)展等。第3章省略見諒

第4章 結(jié)論

4.1 土工合成材料應(yīng)用中存在的問題

(1)在工程實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)對(duì)土工合成材料的技術(shù)指標(biāo)、施工工藝和方法常有特定的要求，但個(gè)別工程實(shí)施后達(dá)不到預(yù)期效果。主要原因是施工技術(shù)問題，部分施工人員對(duì)這一新型材料還比較生疏，施工設(shè)備和方法比較落后，操作不規(guī)范，以致施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

(2)土工合成材料本身制約著工程質(zhì)量，有些產(chǎn)品工藝落后，成本較高，質(zhì)量難以達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。(3)工程施工中，部分單位在購買材料時(shí)低價(jià)竟標(biāo)，更有相當(dāng)多的單位沒有檢測設(shè)備和檢測人員，沒有把好質(zhì)量關(guān)。因此，土工合成材料在生產(chǎn)及施工應(yīng)用上，還缺乏必要的、嚴(yán)格的行業(yè)管理。4.2 結(jié)論

《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》自發(fā)布實(shí)施以來，有力促進(jìn)了鐵路土工合成材料的應(yīng)用，路基工程質(zhì)量得到了質(zhì)的提高。但由于設(shè)計(jì)理論的相對(duì)滯后，土工合成材料生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，技術(shù)規(guī)范有關(guān)條款不易操作等諸多原因，限制了進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。我認(rèn)為在規(guī)范修訂時(shí)，如下方面予以考慮完善。

(1)增加土工合成材料生產(chǎn)原料的技術(shù)要求，分不同地區(qū)、不同的應(yīng)用條件提出相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。對(duì)作為重要受力構(gòu)件的材料(如加筋土擋土墻拉筋帶)，要增加蠕變強(qiáng)度等指標(biāo)。

(2)各類結(jié)構(gòu)、構(gòu)筑物的計(jì)算理論和方法要在規(guī)范中明確和進(jìn)一步細(xì)化；隨著工程實(shí)踐的積累，宜增加高墻(如單級(jí)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(jì)算方法。

(3)補(bǔ)充新型土工合成材料，如經(jīng)編土工格柵、立體植被網(wǎng)、雙向拉伸土工格柵的應(yīng)用條件和技術(shù)要求。(4)吸收近年來土工合成材料應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量檢驗(yàn)條款。(5)實(shí)踐證明，基床鋪設(shè)隔斷材料(如復(fù)合土工膜)宜全斷面滿鋪。

(6)參照國標(biāo)和其它標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一材料名稱，制定較詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)、檢驗(yàn)(測)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)。

土工合成材料在工程應(yīng)用中有著極為突出的優(yōu)勢，在公路、鐵路、水利、環(huán)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(jiān)固的路基和擋墻，無需開山取石取土修建，有效地保護(hù)了自然生態(tài)環(huán)境，防止了水土流失和山體滑坡。隨著科技的不斷發(fā)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(yōu)勢就是保護(hù)生態(tài)環(huán)境，有著其他材料不可替代的優(yōu)點(diǎn)。土工合成材料作為一項(xiàng)新技術(shù)，在我國應(yīng)用的歷史尚短，與先進(jìn)國家相比，其應(yīng)用和發(fā)展水平還有一定差異。今后對(duì)土工合成材料的應(yīng)用我們要做到“用對(duì)、用好、用精”：“用對(duì)”是指使用的場合和部位要正確，所選的材料要對(duì)路，不能選錯(cuò)或用錯(cuò)；“用好”是要求做出合理的設(shè)計(jì)，組織精心的施工，實(shí)行經(jīng)常性的維護(hù)；“用精”即在使用中要有發(fā)展、有創(chuàng)新。

第五篇：土工格柵在公路上的應(yīng)用

土工格柵在公路中的應(yīng)用

摘要：文章在論述了三種土工格柵的基礎(chǔ)上，提出了它們?cè)诟咚俟饭こ讨械膽?yīng)用范圍，并具體針對(duì)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(yīng)用進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：土工格柵；公路；應(yīng)用

近年來，我國高速公路在蓬勃發(fā)展的同時(shí)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(diǎn)，近幾年在高速公路的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在高速公路的軟基處理、路基加筋、臺(tái)背回填、新老路相拼接、過濾排水、路基防護(hù)等方面應(yīng)用普遍，它結(jié)合本身的材料特點(diǎn)，通過加筋、防護(hù)、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(wěn)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(jīng)過拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物網(wǎng)材，按其制造時(shí)拉伸方向的不同可為單向拉伸和雙向拉伸兩種。它是在經(jīng)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(xù)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(zhì)，采用一定的編織工藝制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，為保護(hù)玻璃纖維、提高整體使用性能，經(jīng)過特殊的涂復(fù)處理工藝而成的土工復(fù)合材料。因表面涂有特殊的改性瀝青使其具有兩重的復(fù)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(yōu)質(zhì)增強(qiáng)型無堿玻纖紗，利用國外先進(jìn)經(jīng)編機(jī)織成基材，采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)，充分利用織物中紗線的強(qiáng)力，改善其力學(xué)性能，使其具有良好的抗拉強(qiáng)度，抗撕裂強(qiáng)度和耐蠕變的性能，并經(jīng)過優(yōu)質(zhì)改性瀝青涂覆處理而成的平面網(wǎng)絡(luò)狀材料。其因循相似相容原理，重點(diǎn)突出其與瀝青混合料的復(fù)合性能，并充分保護(hù)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(qiáng)，抵抗裂縫車轍等公路工程領(lǐng)域，結(jié)束了瀝青路面難以增強(qiáng)的難題。

產(chǎn)品有強(qiáng)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(diǎn)、可廣泛應(yīng)用于舊的水泥路面、機(jī)場跑道的維修、堤壩、河岸、邊坡防護(hù)、道橋路面增強(qiáng)處理等工程領(lǐng)域，可給路面增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)，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(yīng)力分散，延長路面適用壽命，高抗拉強(qiáng)度低延伸率，無長期蠕變，物理化學(xué)穩(wěn)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(jīng)編土工格柵 經(jīng)編格柵是近十年才發(fā)展起來的，是以高強(qiáng)度纖維或滌綸為原料，經(jīng)緯雙軸向經(jīng)編機(jī)織成雙軸向經(jīng)編網(wǎng)格，再經(jīng)PVC浸漬涂層加工制成的一種土工格柵。雙軸向經(jīng)編網(wǎng)格是經(jīng)編土工格柵的骨架。經(jīng)編土工格柵有著優(yōu)良的工程性能：抗拉強(qiáng)度很高(大于60KN/M)；延伸率較小(10%左右)；抗撕裂強(qiáng)度大；縱、橫向強(qiáng)度差異小，變形均勻。

滌綸土工格柵（又稱：聚酯纖維經(jīng)編土工格柵）選取用高強(qiáng)聚酯纖維為原料。采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)，織物中的經(jīng)緯向紗線相互間無彎曲狀態(tài)，交叉點(diǎn)用高強(qiáng)纖維長絲捆綁結(jié)合起來，形成牢固的結(jié)合點(diǎn)，充分發(fā)揮其力學(xué)性能，高強(qiáng)聚酯纖維經(jīng)編土工格柵具有抗拉強(qiáng)度高，延伸力小，抗撕力強(qiáng)度大，縱橫強(qiáng)度差異小，耐紫外線老化、耐磨損、耐腐蝕、質(zhì)輕、與土或碎石嵌鎖力強(qiáng)，對(duì)增強(qiáng)土體抗剪及補(bǔ)強(qiáng)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(yīng)用范圍

2.1塑料土工格柵的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(yīng)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(shí)發(fā)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(chǎn)品用途：

1.舊瀝青砼路面，加筋增強(qiáng)瀝青面層，防止病害；

2.水泥砼路面改建復(fù)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(jié)合部級(jí)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(jié)，有效抑制沉降，均勻應(yīng)力分布，增強(qiáng)路基整體強(qiáng)度；

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

2.3經(jīng)編土工格柵的應(yīng)用范圍

經(jīng)編土工格柵的應(yīng)用范圍為：軟土上的地基、堤壩加筋，用以提高基底穩(wěn)定，調(diào)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(wěn)定性；加筋橋臺(tái)，用以提高橋臺(tái)的整體性和強(qiáng)度，防止橋頭跳車；防治瀝青混凝土路面反射裂縫，用以增強(qiáng)路面基層的強(qiáng)度。

3土工格柵在公路中的具體應(yīng)用探討 3.1在軟土地基中的應(yīng)用

軟土地基易使基礎(chǔ)層出現(xiàn)沉降、位移、開裂等現(xiàn)象，因此，基礎(chǔ)層增強(qiáng)十分重要。采用經(jīng)特殊處理的玻纖土工格柵，能使基礎(chǔ)層的整體強(qiáng)力大大提高。土與玻纖土工格柵相互作用的加筋機(jī)理，在室內(nèi)進(jìn)行的大量試驗(yàn)表明：在土體中合理布置玻纖土工格柵，可使土體的垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力明顯降低，土體剪應(yīng)力(土顆粒之間的摩擦作用)明顯提高，土體的抗剪強(qiáng)度得到充分發(fā)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(nèi)聚力效應(yīng)、隔離效應(yīng)、波紋效應(yīng)、拱效應(yīng)、嵌鎖效應(yīng)等各種加筋效應(yīng)，有些是先后依次出現(xiàn)的，有些是重疊交叉作用，這些重疊的復(fù)合效應(yīng)，最終將改變或阻止塑性區(qū)的形成和發(fā)展：1)玻纖土工格柵的拉應(yīng)力作用使界面以下土體的豎向應(yīng)力減小，從而使土體豎向壓縮變形減小。2)由于預(yù)拉和差異沉降導(dǎo)致玻纖土工格柵的變形，這一拉應(yīng)力由界面剪應(yīng)力平衡。界面剪應(yīng)力使基礎(chǔ)沉降區(qū)域產(chǎn)生一定大小的隆起變形，這一隆起變形部分抵消了基礎(chǔ)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(kuò)散，以致其上部填料的抗剪切變形能力得以充分發(fā)揮，使得軟土地基表面的承載區(qū)大大增強(qiáng)，表面的壓強(qiáng)大大減小，增強(qiáng)地基的強(qiáng)度，提高地基的承載力。

3.2在防治反射裂縫中的應(yīng)用

瀝青混凝土加筋能提高路面結(jié)構(gòu)層對(duì)裂縫的抑制能力、對(duì)橫向剪切破壞的抵抗能力等，達(dá)到延長路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命、節(jié)省材料、降低費(fèi)用的目的。格柵加筋具有兩種功能：1)能使應(yīng)力均勻分布在較大的面積范圍內(nèi)，大大減輕瀝青結(jié)構(gòu)層的徐變作用，最終達(dá)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(diǎn)，能夠加強(qiáng)瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能，提高道路的使用壽命。玻纖格柵的使用效果與鋪設(shè)路面的處理情況密切相關(guān)，在鋪設(shè)前必須將路面上可能影響格柵與底層結(jié)合強(qiáng)度的物質(zhì)如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈，使鋪設(shè)表面清潔干燥。玻纖格柵上感壓式背膠屬水溶性物質(zhì)，如路面有水跡時(shí)，應(yīng)待路面干燥后再進(jìn)行鋪設(shè)。鋪設(shè)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(shè)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(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中所造成的，它包括因溫度和濕度變化而產(chǎn)生的水平位移，以及因交通荷載作用而產(chǎn)生的豎向剪切位移。前者導(dǎo)致接縫或裂縫上方的瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)較集中的拉應(yīng)力；后者則使接縫上方的瀝青加鋪層經(jīng)受較大的彎拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。

由于土工格柵的模量很大，達(dá)到67Gpa，作為剛度大的硬夾層應(yīng)用在瀝青罩面層中，其作用是抑制應(yīng)力，釋放應(yīng)變，同時(shí)作為瀝青混凝土加筋材料，提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，從而達(dá)到減少裂縫的目的。實(shí)踐表明，一條改變了方向的水平裂縫的對(duì)應(yīng)裂縫能量可從其起點(diǎn)移動(dòng)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(cè)完全消散。

3.3在高路堤填筑中的應(yīng)用

傳統(tǒng)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(shí)，從而導(dǎo)致后期邊坡雨水侵襲，坍塌失穩(wěn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)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(duì)路堤邊坡或擋土墻進(jìn)行加固可減少1/2占地面積，延長使用壽命，降低造價(jià)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(duì)承載作用則貢獻(xiàn)不大，加鋪層下的剛性混凝土路面仍起關(guān)鍵的承載作用。而在舊瀝青混凝土路面上進(jìn)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(jìn)行瀝青罩面，除了會(huì)出現(xiàn)反射裂縫，同時(shí)還會(huì)因?yàn)楹奢d的長期作用而出現(xiàn)疲勞開裂。我們對(duì)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(zhì)的柔性面層，當(dāng)受到荷載作用時(shí)，路表將發(fā)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(qū)域，面層受到拉力作用，由于兩處受力區(qū)域所受力性質(zhì)不同，而又彼此緊靠，因此在兩塊受力區(qū)域的交界處即力的突變處容易發(fā)生破壞。在長期荷載的作用下，發(fā)生疲勞開裂。

經(jīng)編滌綸土工格柵在瀝青罩面層中，能夠?qū)⑸鲜龅膲簯?yīng)力與拉應(yīng)力分散，在兩塊受力區(qū)域之間形成緩沖帶，在這里應(yīng)力逐步變化而不是突變，減少了應(yīng)力突變對(duì)瀝青罩面層的破壞。同時(shí)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(huì)發(fā)生過渡變形。

3.5耐高溫車轍

瀝青混凝土在高溫時(shí)具有流變性，具體表現(xiàn)在：夏季瀝青道路面層發(fā)軟、發(fā)粘；在車輛荷載作用下，受力區(qū)域產(chǎn)生凹陷，車輛荷載撤除后瀝青面層無法完全恢復(fù)至受荷前的狀況，即產(chǎn)生了塑性變形；在車輛的反復(fù)碾壓的作用下塑性變形不斷積累，形成車轍。我們對(duì)瀝青面層結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)，面層中沒有任何可以約束瀝青混凝土中集料運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(fù)合力學(xué)嵌鎖體系，限制集料運(yùn)動(dòng)，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(yán)寒地區(qū)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(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過瀝青混凝土拉伸強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂紋，在裂紋集中的地方產(chǎn)生裂縫，形成病害。從裂紋的成因看，如何使瀝青混凝土強(qiáng)度抵抗住拉應(yīng)力是解決問題的關(guān)鍵。

在選用經(jīng)編滌綸土工格柵時(shí)，除其性能指標(biāo)應(yīng)符合上表規(guī)定之外，還應(yīng)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(shí)有足夠的橫截面積來充分消散裂縫能量；同時(shí)，其網(wǎng)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(dá)到最佳剪切膠粘性，促進(jìn)集料嵌鎖與限制。