第一節(jié) 土工合成材料的簡(jiǎn)介

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。土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》將土工合成材料分為土工織物、土工膜、土工特種材料和土工復(fù)合材料，土工網(wǎng)，玻纖網(wǎng)，土工墊等類型（立項(xiàng)報(bào)告）。

第二節(jié) 土工合成材料的發(fā)展現(xiàn)狀

土工合成材料是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型巖土工程材料。它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、表面和各層土體之間，起著加強(qiáng)和保護(hù)土體的作用。雖然土工合成材料問(wèn)世歷史不長(zhǎng)，然而整個(gè)土木工程卻因之發(fā)生了巨大變化，許多土木工程領(lǐng)域中的新概念也應(yīng)運(yùn)而生。土工合成材料是一種多功能的材料，利用合成纖維高強(qiáng)性、整體連續(xù)性、良好水理性和抗腐蝕等特性，可開發(fā)成透水的工程材料。目前已在水利、公路、鐵路、工業(yè)與民用建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

土工合成材料是一種新的巖土工程材料，它以人工合成的聚合物，如化纖、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、表面或各層土體之間， 發(fā)揮增強(qiáng)或保護(hù)土體的作用。“土工合成材料”是一概括性術(shù)語(yǔ)，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、軍工等各個(gè)領(lǐng)域的工程建設(shè)。 

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?；?）針織土工織物；（3）無(wú)紡?fù)凉た椢?；?）復(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0.25~7.50mm，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、土工格柵等。常用的土工合成材料為前3種。 

4、特種土工合成材料。土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網(wǎng)、土工石籠、土工管、土工模袋、三維網(wǎng)墊、E P S 等, 均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。如土工格柵是聚合物片材經(jīng)沖孔和單向或雙向拉伸，形成具有條格形或長(zhǎng)方形格柵狀的抗拉材料；土工帶由聚合物經(jīng)擠壓拉伸，再加筋材復(fù)合制成的條帶抗拉材料；土工網(wǎng)由聚合物經(jīng)擠塑成網(wǎng)或由粗股條編織或由合成樹脂壓制成的具有較大孔眼和一定剛度的平面結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀材料；土工模袋由雙層化纖織物(織造型)制成連續(xù)的不同間距(厚度)的平面袋狀結(jié)構(gòu)材料。 

第三節(jié)  土工合成材料的市場(chǎng)需求

1、加筋 

（1）加筋土坡 

將土工合成材料(土工格柵或土工織物)加入土坡中可以起加筋作用。就加筋功能而言,同針織土工織物相比,土工格柵和有紡?fù)凉た椢锟梢栽谳^小的應(yīng)變下發(fā)揮作用,針織土工織物則具有土工格柵和有紡?fù)凉た椢锼痪哂械耐凉ず铣刹牧掀矫鎯?nèi)的透水性。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,可將不同的土工合成材料組合使用,使得加筋效果更加良好。例如可將針織土工織物與土工格柵疊合鋪設(shè)、針織土工織物與有紡?fù)凉た椢锆B合鋪設(shè)結(jié)合,具有加筋和排水功能;土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和土工格柵、有紡?fù)凉た椢锝Y(jié)合。土工合成材料在加筋土坡中的應(yīng)用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體,使土工合成材料成為具有導(dǎo)水性的填充聚合物或金屬纖維。從而,通過(guò)電泳、離子轉(zhuǎn)移和電滲改善加筋區(qū)內(nèi)細(xì)粒土的性質(zhì)。 

（2）加筋土擋墻 

與加筋土坡類似,加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋材料可以是土工織物,但采用更多的是土工格柵。土工合成材料在加筋土擋墻中的應(yīng)用前景是在錨固區(qū)設(shè)置聚合繩、條帶和錨具(或土釘),將墻面單元通過(guò)加筋體錨固在錨固區(qū)。實(shí)質(zhì)上,這一概念在20 世紀(jì)80 年代在我國(guó)的加筋土擋墻上已經(jīng)采用。如果加筋土擋墻距巖體較近,也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。 

2、排水 

土工織物主要是無(wú)紡織物，是良好的透水材料。無(wú)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(wú)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(wú)壓滲流場(chǎng)的浸潤(rùn)線的位置。過(guò)去所采用的常規(guī)措施是在適當(dāng)?shù)牟课?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(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(jiǎn)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、防滲 

（1）混凝土壩防滲 

在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2 米設(shè)一水平不銹鋼槽,以?shī)A緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設(shè)置土工網(wǎng)格,然后將土工膜粘貼在土工網(wǎng)格上。由于紫外線和氧化作用,土工膜的壽命受到限制。如遇高溫,這些作用對(duì)大多數(shù)聚合材料的影響非常大。這方面的發(fā)展前景應(yīng)是開發(fā)改善型的聚合材料,以提供壽命更長(zhǎng)的土工膜。 

（2）隧道防滲 

現(xiàn)行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側(cè)的防滲體,與克重較大的針刺非織造土工織物一起,將水導(dǎo)入設(shè)在隧道底腳的排水出口,形成封閉的排水系統(tǒng)。然而,土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會(huì)從臨時(shí)的護(hù)頂下垂,在永久性混凝土襯砌施工時(shí)容易遭到破壞。土工合成材料應(yīng)和永久性混凝土襯砌同時(shí)施工,以避免在永久性混凝土襯砌施工時(shí)損壞土工合成材料。將來(lái)的發(fā)展是開發(fā)壽命在100 年以上的土工合成材料,以抵抗隧道周圍的不利環(huán)境,因而施工方法的改進(jìn)和材料的壽命是最關(guān)鍵的問(wèn)題。 

4、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(lái)。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(lái)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(chǎng)與地基間的隔離層等。 

第四節(jié)  土工合成材料的發(fā)展前景

目前國(guó)內(nèi)一些較大的工程，跨世紀(jì)工程中均不同程度地應(yīng)用了土工合成材料。如長(zhǎng)江三峽工程，長(zhǎng)江口深水航道整治工程，上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)等，由此可以看出中國(guó)正成為土工合成材料應(yīng)用與銷售的最大市場(chǎng)。世界各國(guó)對(duì)中國(guó)土工合成材料的應(yīng)用與發(fā)展都十分關(guān)注，積極籌劃將設(shè)備和產(chǎn)品打入中國(guó)市場(chǎng)，這也充分說(shuō)明中國(guó)土工合成材料市場(chǎng)的潛在能力很大。雖然近幾十年來(lái)土工合成材料總的發(fā)展趨勢(shì)是不管在產(chǎn)品的種類、數(shù)量和質(zhì)量上都有大幅度的提高，而對(duì)這一新型材料的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還不普及，土工合成材料的利用和 研究 還比較少，有些材料的品種還是空白，與世界上的先進(jìn)國(guó)家相比，還有一定的差距。但是隨著工程建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，土工合成材料的推廣應(yīng)用必將在工程建設(shè)中得以迅速發(fā)揮，發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 

土工合成材料具有其獨(dú)特的力學(xué)性能,應(yīng)用范圍廣泛，各類土工合成材料已經(jīng)應(yīng)用到水利、土建所有的領(lǐng)域中。在某些種類的特定工程中應(yīng)用土工合成材料，不僅可以減少造價(jià)，而且效果都優(yōu)于其他材料。 
 

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