工程土工合成材料应用现状和发展趋势

1、工程土工合成材料应用现状和发展趋势【摘要】水泥、钢筋混凝土和钢材是现代工程中 最常用的三大建筑材料。一般将常用的土工合成材料分为土 工织物、土工膜、特种土工合成材料和土工复合材料。土工 合成材料的优点是比重小、整体连续性强、抗拉强度高、耐 腐蚀、抗微生物侵蚀、较天然材料强。基于此，本文对工程 土工合成材料的应用现状与发展趋势进行了研究。【关键词】土工合成材料应用现状发展趋势中图分类号：tu3文献标识码：a土工合成材料是近几十年发展起来的一种新型岩土工 程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶 等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面和各 层土体之间，起着加强和保护土体的作用

2、。虽然土工合成材 料问世历史不长，然而整个土木工程却因之发生了巨大变 化，许多土木工程领域中的新概念也应运而生。土工合成材 料是一种多功能的材料，利用合成纤维高强性、整体连续性、 良好水理性和抗腐蚀等特性，可开发成透水的工程材料。目 前已在水利、公路、铁路、工业与民用建筑、海港、采矿、 军工等工程的各个领域得到广泛的应用。一、土工合成材料的种类土工合成材料(geosynthetics)是一种新的岩土工程 材料，它以人工合成的聚合物，如化纤、合成橡胶等为原料, 制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间, 发挥增强或保护土体的作用。“土工合成材料”是一概括性 术语，标识很广泛的产品，土

3、工合成材可分为土工织物、土 工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型。目 前已广泛应于水利、水电、公路、铁路、建筑、海港、采矿、 军工等各个领域的工程建设。1、土工织物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成 的新型建筑材料。目前大致可分为：（1）有纺土工织物；（2） 针织土工织物；（3）无纺土工织物；（4）复合土工织物。2、土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、沥青以及 合成纤维和织物另加一定的填充料和外加剂制成的材料。它 具有很好的防渗和防水性能及很强的抗变形能力和耐久性。 它的厚度一般为0. 257. 50mm,它主要有以下优点：（1）改 进荷载分布状况；（2）减少填料层厚度，并能满足

4、抗剪强度 的要求；（3）限制土体的侧向位移；（4）抗拉性能高，能避 免产生裂缝；（5）增加土层刚度。3、复合型土工合成材料。它包括土工格栅、土工网、 超轻型土工合成材料、土工膜袋、土工垫、土工格栅等。常 用的土工合成材料为前3种。4、特种土工合成材料。土工特种材料包括土工格栅、 土工带、土工格室、土工网、土工石笼、土工管、土工模袋、 三维网垫、e p s等，均由聚合物按需要分别以不同加工方 法制成。如土工格栅是聚合物片材经冲孔和单向或双向拉 伸，形成具有条格形或长方形格栅状的抗拉材料；土工带由 聚合物经挤压拉伸，再加筋材复合制成的条带抗拉材料；土 工网由聚合物经挤塑成网或由粗股条编织或由合成树

5、脂压 制成的具有较大孔眼和一定刚度的平面结构网状材料；土工 模袋由双层化纤织物（织造型）制成连续的不同间距（厚度） 的平面袋状结构材料。二、工材料应用现状1、加筋（1）加筋土坡将土工合成材料（土工格栅或土工织物）加入土坡中可 以起加筋作用。就加筋功能而言，同针织土工织物相比，土工 格栅和有纺土工织物可以在较小的应变下发挥作用，针织土 工织物则具有土工格栅和有纺土工织物所不具有的土工合 成材料平面内的透水性。在实际应用过程中，可将不同的土 工合成材料组合使用，使得加筋效果更加良好。例如可将针 织土工织物与土工格栅叠合铺设、针织土工织物与有纺土工 织物叠合铺设结合，具有加筋和排水功能；土工合成材料

6、作 为土坡内排水系统（竖向和水平向）和土工格栅、有纺土工织 物结合。土工合成材料在加筋土坡中的应用前景是将土工合 成材料作为含有活性炭纤维的载体，使土工合成材料成为具 有导水性的填充聚合物或金属纤维。从而，通过电泳、离子 转移和电渗改善加筋区内细粒土的性质。（2）加筋土挡墙与加筋土坡类似，加筋土挡墙可以形成直立墙面。加筋 材料可以是土工织物，但采用更多的是土工格栅。土工合成 材料在加筋土挡墙中的应用前景是在锚固区设置聚合绳、条 带和锚具（或土钉），将墙面单元通过加筋体锚固在锚固区。 实质上，这一概念在20世纪80年代在我国的加筋土挡墙上 已经采用。如果加筋土挡墙距岩体较近，也可以将锚具（或土

7、钉）锚固在岩石上。2、排水土工织物主要是无纺织物，是良好的透水材料。无论是 织物的法向或水平向，均具有较好的排水能力，能将土体内 的水积聚到织物内部，形成一排水通道，排出土体。较厚的 针刺无纺土工布和一些具有较多孔隙的复合土工布都可以 起排水作用。在岩土工程中很多情况下需要采取排水措施, 以降低渗透压力，或加速土体的固结，或降低无压渗流场的 浸润线的位置。过去所采用的常规措施是在适当的部位（如 两种透水性不同的土层的交界面，或土料与混凝土建筑物表 面的交界面等）铺放在碎石层进行排水。用土工织物则可取 代这种碎石层。这种取代不仅可以收到排水效果，而且施工 特别简单（特别对倾斜或垂直方向的施工面）

8、，工程造价也 可以大为节省。可用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤 中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水，埋入土体中 消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水 等。3、防渗(1) 混凝土坝防渗在混凝土坝的上游面粘贴土工膜。沿垂直方向每隔2米 设一水平不锈钢槽，以夹紧土工膜。该方法的改善是先在混 凝土坝上游面设置土工网格，然后将土工膜粘贴在土工网格 ±o由于紫外线和氧化作用，土工膜的寿命受到限制。如遇 高温，这些作用对大多数聚合材料的影响非常大。这方面的 发展前景应是开发改善型的聚合材料，以提供寿命更长的土 工膜。(2) 隧道防渗现行的方法是将土工膜用于永久性混凝土里侧

9、的防渗 体，与克重较大的针刺非织造土工织物一起，将水导入设在 隧道底脚的排水出口，形成封闭的排水系统。然而，土工膜及 其下面的土工织物的布置是很困难的。土工合成材料会从临 时的护顶下垂，在永久性混凝土衬砌施工时容易遭到破坏。 土工合成材料应和永久性混凝土衬砌同时施工，以避免在永 久性混凝土衬砌施工时损坏土工合成材料。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键的问 题。4、隔离将土工合成材料放在不同的材料之间或同一材料不同 粒径之间及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来。 当受外部荷载作用时，虽然材料受力互相挤压，而

10、由于土工 织物在中间隔开，不使互相混杂或流失，保持材料的整体结 构和功能。隔离用的土工织物必须有较高的强度来承受外部 荷载作用时而产生的应力，保证结构的整体性。可用于道路 基层与路基之间或路基与地基之间的隔离层，在土石混合坝 中隔离不同的筑坝材料，用作坝体与地基之间的隔离体，堆 场与地基间的隔离层等。工程土工合成材料的发展趋势目前国内一些较大的工程，跨世纪工程中均不同程度地 应用了土工合成材料。如长江三峡工程，长江口深水航道整 治工程，上海浦东国际机场等，由此可以看出中国正成为土 工合成材料应用与销售的最大市场。世界各国对中国土工合 成材料的应用与发展都十分关注，积极筹划将设备和产品打 入中国市场，这也充分说明中国土工合成材料市场的潜在能 力很大。虽然近几十年来土工合成材料总的发展趋势是不管 在产品的种类、数量和质量上都有大幅度的提高，而对这一 新型材料的认识和应用还不普及，土工合成材料的利用和研 究还比较少，有些材料的品种还是空白，与世界上的先进国 家相比，还有一定的差距。但是随着工程建设的大规模发展, 土工合成材料的推广应用必将在工程建设中得以迅速发挥， 发挥巨大的经济效益和社会效益。四、结束语土工合成材料具