合成材料工程應用現狀

賈斌

摘 要：上世紀50年代由于化學工業的發展，合成纖維大量生產，工程技術人員開始在巖土工程和道路工程中應用人造材料，并在歐美等國家得到普及推廣，70年代為了克服織造布方向性受力的缺點，出現了非織造布—既無紡布或無紡織物，由于其獨特的制造工藝和低成本得到了飛速發展，隨后，如雨后春筍般地出現了土工布、土工織物、土工膜和土工格柵等等。80年代起，工程界統一稱之為“土工合成材料（Geosynthetics）”。此后，土工合成材料在工程中的應用也逐漸成為一門新的學科。

關鍵詞：合成材料工程；應用現狀

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A

引言

水泥、鋼筋混凝土和鋼材是現代工程中最常用的三大建筑材料，這些材料在許多人工建筑物中得以應用。上世紀50年代由于化學工業的發展，合成纖維大量生產，人造材料開始在巖土工程和道路工程中應用，并在歐美等國家得到普及推廣。70年代出現了非織造布，即無紡布或無紡織物，克服了織造布方向性受力的缺點，因其獨特的制造工藝和低成本的特點而得以快速發展。隨后，土工布、土工織物、土工膜和土工格柵等技術也隨之出現。80年代起，工程界統一稱它們為“土工合成材料”。此后，土工合成材料在工程中的應用也逐漸成為一門新的學科。

1土工合成材料應用現狀

1.1國外應用現狀

西方國家的科學技術一直處于全球領先地位，在土工合成材料領域也不例外。刻門現有的土工合成材料技術基本上是從西方引用過來的，早在十九世紀初期，美國就開始將其用于公路路面的加固及防滲。在十九世紀60年代，機織卜工布開始應用于防護工程，非織造土工布的出現改善了機織土工布性能，特別是80年代以來其應用高速發展。世界上除了比較落后的國家與地區，大部分都有使用土工布的工程。土工合成材料已成為土木工程中不可或缺的建筑材料和建筑構件。

1.2國內應用現狀

土工合成材料在我國的應用歷史短、起步低、工程較單一。開始是以土工膜為代表應用于水利工程中。十九世紀80年代土木工程中開始使用非織造土工布，而后出現土工模袋。近30年以來，土工合成材料在我國經歷了初創階段、發展階段及逐漸成熟階段。截止到目前，我國的水利、高鐵、公路、水庫及航道整治等工程開始廣泛使用土工合成材料。

2土工合成材料的作用

2.1防裂

早在20世紀70年代天津市政曾采用玻璃纖維布合成橡膠板作為石灰土基層上瀝青路面或舊路罩面的隔離層（或稱“應力擴散層”），來防止反射裂縫的出現。當時的玻璃纖維布作為棉布的代用品，由于舒適性不好，布料本身不平坦，鋪設時不宜與舊路面密貼；合成橡膠板則因厚度過大（大于5mm）、模量較低，只能起到隔離作用而應力擴散作用不明顯。另外，由于施工工藝不規范，未達到理想的防裂效果，便采用單位面積質量較小的針刺無紡布及紙基復合布，起到了減少裂縫、延緩裂縫擴展的作用。但這些做法都處于試驗階段，并未在工程中大規模應用。90年代，天津市再次在復合式混凝土路面施工中，采用德國生產的特拉維雷土工布防止伸縮發射裂縫，但未起到理想的效果。

江蘇在滬寧高速公路拓寬工程中部分加寬路段將土工織物鋪設于新舊路基接茬處，起到了加筋作用，減少了路基不均勻沉降。對使用狀況2～3年的觀測表明有較好的效果。

2.2反濾

90年代初，吉林市臨江門橋頭立交地道擋墻工程首先應用土工織物作為盲溝的反濾層，取得了較好的工程效果。隨后，在全國部分省市的各類工程中土工織物作為反濾層得到廣泛推廣應用。

2.3土工網與土工隔柵

2007年，滄州津汕高速公路的軟土地基道路工程大量應用土工網作為低填方路基的加固材料，路基的穩定性得到了有效保證，路面使用狀況良好。在較高填方的條件下，由于土工網抗拉強度受到限制，土工網加緊材料又逐漸轉向使用土工隔柵。1998年京沈高速公路填方路段；唐津高速公路軟基處理；天津外環線改造工程中基底加筋都大量使用了雙向拉筋隔柵。原有的路面地基層不能大量廢棄和重做深層加固處理，并且舊基層因軟土基的存在會出現裂縫，使路面的穩定性受到影響，所以采用雙向隔柵加固尤其適用于現有公路改造。挖除破壞的面層后在路面層的某個層位加設土工隔柵，再做補強層是最合適的方案。近年來，為減少橋頭添土不均勻沉降而設置的土工隔柵，在唐津高速公路、沿海高速公路都有應用，其中在津汕高速公工程中已作為解決橋頭跳車的主要技術措施，并納入了專項設計中。

2.4塑料土工帶

80年代末，山東省首先在加筋擋土墻試驗工程中運用細粒土作作為浸水路堤的填料，取得不錯效果，在對大量實驗觀測資料進行總結的基礎上，推廣應用于橋頭高填方路段。隨后天津在中環、外環和京津塘高速公路分離式立交等多條高速公路多座大型立交工程中也采用了這種方式。最具重要意義的是，塑料土工帶可用于地基未經加固處理、出現較大工后沉降的情況下，且其結構物仍可處于正常使用狀態。

2.5復合土工布與土工墊

復合土工布大多用作不透水隔離層，當前在各類構造物基礎治理工程，如人工湖泊、垃圾場、防水工程、河岸、堤壩以及路基防滲透處理中大量應用。但是，不同規格的土工布其工程的適應性也不同。比如，厚度為1.5mm的高密度聚乙烯土工膜可避免回填材料產生的土壓力和土中粗顆粒頂破。

2.6路基防護

路基防護是公路工程的重要施工部分，它包括坡面防護和沖刷防護。在對土質邊坡進行坡面防護時，可以利用拉伸網草皮、固定草種布以及網格固定撒種等來進行防護；在對巖石邊坡進行防護時，可以采用土工網或土工格柵來防護；在對沿河路基進行防護時，可以采用土工織物軟體沉排、土工模袋進行沖刷防護。沖刷防護是保證路基穩定性的重要措施，沖刷防護可采用直接防護的形式，就是對坡岸進行直接加固的方法；另一種是間接防護，也就是改變水流方向、速度等。在路基防護時，通常可采用土工網墊、土工格室、土工格柵等。土工網是一種網狀結構的交叉黏結復合土工材料，其強度要比土工格柵低，但其變形較小，對于進行坡面防護具有一定的效果。土工網墊與土工格室都是三維結構，土工網墊通常是由長絲結合而成的三維聚合物，而土工格室則是由土工織物、土工格柵或土工膜等做成的網格狀或蜂窩狀三維結構。土工網通常應用于沖刷防護的路基工程中，在應用時，將土工格室打開后可以利用土石、混凝土材料等進行填充，從而形成剛度較大，且側限較大的結構體。土工格室也可以用作墊層，或對軟弱地基進行處理，其施工、運輸都較為方便。

2.7土工排水管

土工排水管是一種地下或地上軟式排水設施，市政工程中常將管徑5cm的排水管作為盲溝管，其作用相當于管徑20cm無砂水泥管的排水能力，而且易于彎曲、不易壓碎、便于施工，有很大的工程經濟效益。

結束語

土工合成材料是一種新型材料，其工程應用是一項不斷發展的新技術。與新材料的不斷推出，應用領域的不斷擴展相比，對基本力學計算模型、理論分析方法的研究還不成熟，尤其是在路面裂縫防治、路基邊坡防護和臺背加筋等方面都還處于摸索經驗的階段。有的方面雖然有推薦計算方法，如路堤加筋、排水方法等，但因自然土質的多樣性、不均勻性而使理論計算結果與實踐效果之間的聯系存在較大的不確定性。在深層軟土地基的固結、淺層軟基路基的加筋方面同樣存在類似的問題。

參考文獻：

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