土工合成材料的应用及发展

土工合成材料的应用及发展摘要本文主要介绍了土工合成材料的的种类性能及应用。通过对四种土工合成材料的应用及国内外在土工合成材料领域的发展介绍，提出了该领域存在的一些问题，并对土工合成材料的应用进行了拓展性的思考。关键词土工合成材料；作用；应用；问题；展望1前言土工合成材料是岩土工程中使用的以人工合成的高分子聚合物为原料而制成的各种类型产品的统称，是一种新型的岩土工程材料。我国于1998年由水利部会同有关部门共同制定的土工合成材料应用技术规范，把土工合成材料分为四大类，即土工织物、土工膜、土工复合材料、和土工特种材料。土工织物包括有纺织物和无纺织物；土工膜包括沥青土工膜和聚合物土工膜；土工复合材料包括复合土工膜和复合排水材料。土工特种材料包括土工格栅，土工膜袋，玻纤网，土工网，土工垫，土工格室及超轻型合成材料。土工合成材料与传统的岩土工程材料相比，具有质量轻，整体性好，比强度高，耐腐蚀性强，施工简单及造价低，应用效果好等优点。因此，自从土工合成材料诞生以来，就受到了各个领域的青睐，并得到了广泛的应用。2土工合成材料的作用土工合成材料在工程中可以起到多方面的作用，概括起来有以下六种。（1）隔离作用在岩土工程中，不同的粒料层之间经常发生相互混杂的现象，使各层失去应有的性能，土工合成材料的这种性能是指它能够把两种具有不同粒径分布的土料隔离开来，以免相互混杂而失去各种材料的整体性和结构完整性（见图A）。这种隔离作用在公路，铁路软土路基处理中有很好的效果。土工织物和土工膜都可以起到隔离作用。（2）加筋作用土工合成材料具有较高的拉伸强度和较大的破坏变形率，以适当的方式将其置于土体中作为加筋构件，或土工合成材料与土相结合形成一个复合体，则加筋土体与未加筋土体相比，其强度及变形性能都得到明显的改善。土工织物和土工格栅都可以起到加筋作用。（3）防渗作用将土工合成材料表层涂一层树脂或橡胶等防水材料，或将土工合成材料与塑料薄膜复合在一起形成的不透水的防水材料即土工膜。它具有相对较低的透水性，可阻止液体或气体流动和扩散。土工膜，复合土工膜，土工合成材料粘土衬垫（GCL）都具有很低的渗透性，可作为流体的防渗屏障。（4）防护作用土工合成材料可以扩散比较集中的应力，也可以将应力由一种物体传递到另一种物体，使应力分解，防止土体受外力作用破坏，起到防护作用。土工网垫和土工复合材料都能很好地发挥防护作用。（5）排水作用有些土工合成材料如土工织物是多孔隙透水介质，埋在土中可以汇集水分，并将水排除土体。它们不仅可以沿垂直其平面的方向排水，也可以沿其平面方向排水，即具有水平排水功能。土工织物，土工网及土工管都具有这种功能。（6）过滤作用为防止土中细粒被渗流侵蚀（管涌现象），传统上使用级配粒料作过滤层，而有纺织物和无纺织物都能取代常规的粒料作过滤层，起过滤作用。必须指出，上述土工合成材料的六种功能并不是绝对独立的，有时一种土工合成材料应用于某一项工程中，同时具备上述的几种功能，有的是主要的，有的是次要的。例如，在公路路堤底部的碎石层和软土地基之间放置土工合成材料，就同时具有加筋，隔离，过滤和排水的作用，其中加筋和隔离作用是主要的，其他则次之。3土工合成材料的基本性能与应用31土工织物的性能与应用土工织物又称土工布，它的优点是具有较高的拉伸强度，较好的整体性，延伸性，良好的水力学性质；质地柔软且质量轻；稳定性好，施工方便，而耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好。它的作用主要有四方面。（1）材料间的隔离。路基和地基之间；铁路路基及道渣之间；填埋场和碎石基层之间；土工膜和砂质排水层之间；地基土和基础桩之间；人行道、停车场和运动场下面；级配较差的滤层和排水层之间；土坝的不同区域之间；用在新旧沥青层之间等。（2）加筋和防护材料。用在路堤、铁路、填埋场的软基上；用于制作土工包；用于路堤，土坝和边坡的加筋；作为在熔岩地区的基础加筋；提高浅基础的承载力；在基桩承台上加筋；防止基层土将土工膜刺破；由于高的摩擦阻力，可导致复合土工膜上更好地坡面稳定。（3）反滤。用在路面和机场道路的碎石基层下或铁道道渣下；在碎石排水层周围；在地下穿孔排水管周围；在产生沥滤液的填埋场下面；用在挡土墙的回填土和墙面板空隙间或在回填土和石笼墙面间；保护土工网，防止土粒侵入；保护土工合成材料，防止土粒侵入。（4）排水。作为土坝的垂直和水平排水系统；软基预压堤底的水平排水；作为地下水平排水的截水沟；用在挡土墙后的排水；用在铁路道渣或运动场下面的排水；用于土工膜下的排水和排气；作为铰接混凝土块护坡的基层。32土工膜的性能与应用土工膜具有渗透系数低，低温柔性好，形变适应性强，重量轻，强度高，整体连接性好，施工方便等优点。由于其透水性极低，其主要功能是防渗和隔离。土工膜在水利，环境，岩土工程和交通方面的应用如下用于渠道，围堰，堤坝，水库等的防渗衬垫；垃圾填埋场底部衬垫和顶部封盖层；地下垂直防渗墙；自溃坝的上游面防渗；隧道内的防水衬层；防止在敏感地区水的渗入；制作土工管袋做挡水围堰；在沥青铺面下做防水层等。33土工格栅的性能与应用土工格栅的应用领域广泛，它的主要功能是加筋，在某些情况下也具有隔离的功能。土工格栅可用于以下方面未铺砌路面的骨料或铁道的道渣下面；加筋路堤和土坝；修复破坏边坡和滑坡；制作石笼，用作挡土墙施工等；在软基上或岩溶地区作加筋地基；在软基上作厚的碎石垫层；沥青铺面加筋；用来加筋填埋场边坡。34土工网的性能与应用土工网常与土工织物，土工膜或其他材料一起使用，用在这些材料的上面或下面，以防止土颗粒进入网孔。具体使用场所如下用作挡土墙墙背和原边坡地下水逸出处的排水；用作建筑物地基，运动场地和广场盖板下面的排水；用作公路基层或易冻土层的排水；用于填埋场地下排水系统；用在填埋场的顶部和四周的表面排水；用在预压堤下面的水平排水层等。35土工网垫的性能与应用土工网垫是以热塑性塑料为原料制成的土工合成材料。其在环保和防护工程中的应用如下用于公路，铁路路垫边坡和填方边坡的防护；无混凝土面板加筋挡土墙墙面防护；堤岸水位变化区和水位以上边坡的防护；垃圾填埋场封顶层防护，原混凝土边坡绿化改造；快速草坪预植及移植等。36土工管的性能与应用土工管又叫埋塑管，用于土中排水时，需外包无纺织物反滤层使用。其主要应用于以下方面高速公路，铁路及机场的边缘排水；隧道的渗漏排水；挡土墙后的排水；地下渗流的截水沟；用于排水和排污工程的管道；填埋场的滤液排放系统等。37土工合成材料粘土垫的性能与应用土工合成材料粘土垫是由土工织物或土工膜中间夹有膨润土，通过针刺，粘合或缝合在一起的防渗隔离复合材料。它的应用比较晚，主要用于填埋场的土工膜下和粘土层之间，构成三种成分的衬层；放在土工膜上，用来防止粗粒料将土工膜刺破；用作渠道或水池的单独衬层，用作复合衬垫；用作复合封盖层；用作单层衬垫等。4土工合成材料发展现状及应用中出现的问题我国土工合成材料的生产和应用起步比较晚，70年代末开始在工程中应用，80年代发展比较缓慢，其产品质量和品种有了很大的提高。不少土工合成材料的应用范围越来越广，其原材料也越来越多。80年代至今，土工织物被广泛地使用在我国水库工程中，起排水和防渗作用。70年代末铁路部门开始研究并用于加固路基，其后又在公路，水利，海港工程中推广应用并获得成功。现在土工合成材料在国内已广泛的应用于水利工程的护坝，护堤，河道整治，；以及交通运输方面，岩土工程方面，城市建筑绿化及水土保持等方面。与此同时，国内在生产应用等方面还存在一些问题（1）对新型的土工合成材料的应用还不够重视，导致某些新型土工合成材料在生产和使用上滞后。（2）国内厂家在土工合成材料的生产过程中存在盲目性，如土工膜，土工布的生产能力过大。（3）对土工合成材料在生产，使用过程中的某些基础问题研究的不够。如土工材料在使用过程中的蠕变问题。（4）在复合型产品方面，简单的机械复合较多，而高层次的复合产品较少。（5）还没有完善的土工合成材料的设计施工规范。这些存在的问题都在不同程度上制约了我国对土工合成材料的运用。5土工合成材料的发展前景及建议从目前国内土工合成材料的运用情况来看，土工合成材料在工程中的运用日益受到重视（1）随着国家西部大开发的实施，国家将加大基础设施建设，有数以万计的各种堤坝，公路将要陆续兴建，将会大量运用土工合成材料。（2）拒不完全统计，我国将有上万座大中小的土石坝，混凝土坝和不少的公路需要维修，使用土工合成材料进行维修施工方便，成本低，效果好；（3）我国的北方和西北部地区降雨量少，如何最大限度的利用水已经成为日益关注的问题。复合土工合成材料良好的防渗透性能可以防止水的流失。在今后的节水工程中，复合土工合成材料将会受到重用；（4）由于土工垫这类材料在加固填土，植被绿化和防护方面很有成效，随着人们对生态环境的关注，对这类土工合成材料的应用将会更加广发；（5）近些年，一发泡塑料为原料的超轻型土工合成材料也发展的很快。土工合成材料在岩土工程中的应用前景非常广阔，高聚物加工行业应重视对土工合成材料的开发与生产，缩小我国与发达国家在这一领域的差距。同时，针对土工合成材料发展应用中出现的问题，也要认真的对待，适当处理。一方面，加强土工合成材料的质量控制，以保证水利工程的质量。土工材料在使用前，必须接受技术监督部门的质量检测。另一方面，加大土工合成材料研究的力度，进一步深入的研究土工材料的薄弱环节，如土工合成材料的长期性能研究等。同时，还要建立完善的土工合成材料设计施工规范等。参考文献【1】胡发亭，郭奕崇，胡小慧，等土工合成材料的应用与发展（第1卷第1期）20011010【2】许少剑姜晓武于春宇浅谈水利工程中土工合成材料的应用及施工【期刊论文】黑龙江科技信息2009（22）【3】徐日庆，土工合