簡述土工合成材料在水利工程中的應用

李春風

土工合成材料是應用于巖土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各種產品的統稱。因其具有反濾，排水、防滲、防沖和土加筋加固、土層隔離等作用，而被廣泛用于水利工程。

1土工合成材料的類別

應用到水利工程中的土工合成材料主要有土工織物、土工膜，土工特種材料和土工復合材料4大類。

1．1土工織物

土工織物是將合成纖維以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分為織造型和非織造型土工織物。織造型土工織物又分編織、平織和針織，它們是由單絲或多絲織成的，或者由薄膜形成的扁絲編織成的布狀卷材；非織造型土工織物由短纖維或噴絲長纖維按隨機排列制成絮墊，經機械纏合(針刺)或熱粘或化學粘合而成的布狀卷材(即無紡布)。

1．2土工膜

土工膜是20世紀70年代出現的，它是由聚合物或瀝青制成的一種相對不透水卷材。取用聚合物需要在工廠采用吹塑，壓延或涂敷法制造；用瀝青則可在現場或廠內以噴涂或浸漬法形成。

1．3土工特種材料土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網、土工石籠、土工管，土工模袋、三維網墊、EPS等，均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。

1．4土工復合材料

土工復合材料包括復合土工膜和復合防排水材料，均由兩種或兩種以上土工合成制品復合或組合而成，如復合土工膜由土工膜與土工織物經加熱滾壓而成，主要是為了增加材料的強度。承受更大的荷載，復合防排水材料由排水帶、排水管、排水防水材料等組成，

2工程作用及其應用

2．1加筋作用

加筋作用是指在土體中的一定部位埋設水平方向的土工合成材料，也稱加筋材料，將土體壓實后，土與加筋材料密切結合成一復合土體(加筋土)，當在復合土體表面施加荷載時，由于加筋材與周圍土之間有較大的摩阻力(有時尚有咬合力)，限制了土的側向變形，相當于在土體側面上施加了約束力，從而提高了土體的承載能力，增加了土體的穩定性。這種作用在水利工程中能夠穩定、限制各種結構中的巖土體在長時間使用過程中的位移發生，并能使作用在土壤的局部應力傳遞或分配到更大的面積上，增加土體和土工布之間的摩擦阻力。

一般地，土工織物，塑料拉伸土工格柵、經編土工格柵、玻纖土工格柵和土工網可以作為水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效應主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和應力擴散作用等，而在多層加筋的情況下，應分別考慮筋土界面的摩擦作用(即各層筋土界面作用對填料產生側向約束作用)和最下一層筋土界面作用產生的界面剪應力對其下面土體產生的附加水平約束作用(提高土體的穩定性和承載力)。

2．2防滲作用

防滲是防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發擴散。水利工程中要修建大量的擋水蓄水、引水和輸水等建筑物，均有防滲、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液體滲漏、氣體揮發以保護環境或建筑物安全。用于防滲的土工合成材料主要有土工膜和復合土工膜，后者應用更為廣泛，更能適應各種復雜工程的情況。

2．3防護作用

防護是指為了消減自然現象、環境影響和人類活動對堤坡和岸坡造成的危害，而采取適當的防護措施，土工合成材料的發展，為岸坡防護提供了新的途徑。在被保護的土面上覆一層有良好反濾性能的土工織物，壓上一定蓋重，即可有效地保護岸坡不受水流和波浪等的破壞，可代替傳統的護坡材料。

2．4隔離作用

土工布可將不同的土質結構進行分離，形成穩定的分界面，使各層結構分離，按照要求發揮各自的特性和整體作用，以避免相互混雜產生不良效果。在土石混合壩中，可作為隔離不同的筑壩材料。在裂隙發育的巖基或卵石地基修筑土石壩，可用作壩體與地基之間的隔離。

2．5反濾作用

在水工建筑物中，當土中水從細粒土流向粗粒土，或水流從土內向外流出的逸出處，需要設置反濾層，否則土粒將受水流作用而被帶出土體外，土粒過量流失會造成管涌和流土破壞。傳統采用砂礫粒作為反濾材料，一般采用粒徑不同的砂礫石分2-3層鋪設，施工工藝較復雜。土工織物的過濾功能和傳統的顆粒層完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水滲流作用下，既防止土顆粒過量流失而造成破壞，同時又使水流順利排泄，以免由于孔隙水壓力升高而造成土體失穩。

2．6排水作用

滌綸長絲無紡土工布可以在土體中形成排水通道，把土中水分匯集起來，沿著材料的平面排出體外，主要用于土壩內部垂直或水平排水、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、擋土墻后面的排水和各建筑物周圍的排水。也可用來排除隧洞周邊滲水，減輕襯砌所承受的外水壓力。

3結語

土工合成材料能夠在水利工程應用，主要是由于土工合成材料的適應性強、抗拉性能高、抗微生物侵蝕性好，且重量輕、造價低等優點決定的。

在水利工程中土工合成材料的應用主要用于加筋、防滲、防護、隔離、反濾和排水等方面。