譚春騰

摘 要： 土工合成材料是土木工程應(yīng)用的合成材料的總稱。作為一種新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物為原料，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。盡管有眾多的產(chǎn)品和更多的潛在的應(yīng)用形式，對(duì)于具體的工程應(yīng)判斷土工合成材料的主要作用，選擇合理的設(shè)計(jì)公式，確定要求達(dá)到的性能指標(biāo)，并尋求一個(gè)經(jīng)濟(jì)上合適的施工方法。

關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：土工合成材料；路基病害；處理措施

一、土工合成材料的種類

1、 土工織物

這類產(chǎn)品又稱有紡?fù)凉た椢?，是最早的土工織物產(chǎn)品。它的制造分兩道工序：先將聚合物原料加工成絲或紗或帶，再借織機(jī)制成平面結(jié)構(gòu)的布狀產(chǎn)品。織造時(shí)常包括相互垂直的兩組平行絲，沿織機(jī)（長(zhǎng)）方向的稱經(jīng)絲，橫過(guò)織機(jī)（寬）方向的稱緯絲。這種織物看來(lái)簡(jiǎn)單，卻有著不同的絲種和不同的織法。絲種包括單絲、多絲及二者的混合。單絲是單根絲，典型直徑約為0.5 mm，它是將聚合物熱熔后從模具中擠壓出來(lái)的連續(xù)長(zhǎng)絲。

2、土工膜

土工膜是一種基本不透水的材料。根據(jù)原材料不同，可分為聚合物土工膜和瀝青土工膜兩大類。為了適應(yīng)工程應(yīng)用中不同強(qiáng)度和變形的需要，兩類中又各有不加筋（單一或混合材料）和加筋或組合的類型。聚合物膜在工廠制造，瀝青膜則大多在現(xiàn)場(chǎng)制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料（如聚氯乙烯）、結(jié)晶熱塑塑料（如高密度聚乙烯）、熱塑彈性體（如氯化聚乙烯）和橡膠（如氯丁橡膠）等。工廠制造土工膜的方法主要有擠出、壓延或加涂料等。擠出是將熔化的聚合物通過(guò)模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。壓延則是將熱塑性聚合物通過(guò)熱輥壓成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是將聚合物均勻涂在紙片上，待冷卻后將土工膜揭下來(lái)而成?，F(xiàn)場(chǎng)制造土工膜是在地面噴涂或敷一層冷或熱的粘滯聚合物而成。瀝青土工膜用的是瀝青聚合物或合成橡膠。

3、復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜是用土工織物或其他材料與土工膜結(jié)合而成的不透水材料。根據(jù)主要功能的不同，復(fù)合土工膜可劃分為加筋型土工膜和橫向排水型土工膜兩種。

（1）加筋型土工膜

加筋型土工膜具有較高的強(qiáng)度和模量，以滿足工程中防滲與受力的要求，如氯丁橡膠土工膜和經(jīng)編土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三層壓延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五層壓延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。

（2）橫向排水型土工膜

橫向排水型土工膜一般由無(wú)紡?fù)凉た椢锱c土工膜復(fù)合而成，常見(jiàn)的有“一布一膜”、“兩布一膜”。其中，無(wú)紡?fù)凉た椢锊粌H具有橫向排水作用，而且對(duì)土工膜起保護(hù)作用。

4、土工復(fù)合排水材料

（1）塑料排水帶

塑料排水帶是由不同截面形狀的連續(xù)塑料芯板外面包裹非織造土工織物（濾膜）而成。芯板的原材料為聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多種型式，常見(jiàn)的有城垛式、口琴式和乳頭式等。芯板起骨架作用，截面形成的縱向溝槽供通水之用，面濾膜多為滌綸無(wú)紡織物，作用是濾土、透水。

（2）軟式排水管

軟式排水管又稱為滲水軟管，是由高強(qiáng)鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護(hù)作用的管壁包裹材料兩部分構(gòu)成的。高強(qiáng)鋼絲由鋼線經(jīng)磷酸防銹處理，外包—層PVC材料，使其與空氣及水隔絕，避免氧化生銹。包裹材料有三層，內(nèi)層為透水層，由高強(qiáng)特多龍紗或尼龍紗作為經(jīng)紗，特殊材料為緯紗制成；中層為非織造土工織物過(guò)濾層；外層為與內(nèi)層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復(fù)合整體性，支撐體和管壁外裹材料間，以及外裹各層之間都采用了強(qiáng)力粘結(jié)劑粘合牢固。軟式排水管兼有硬水管的耐壓與耐久性能，又有軟水管的柔性和輕便特點(diǎn)，過(guò)濾性強(qiáng)，排水性好，可用于各種排水工程中。

6、土工特種材料

（1） 土工格柵

土工格柵是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先沖孔，然后進(jìn)行拉伸而成的帶長(zhǎng)方形或方形孔的板材。加熱拉伸是讓材料中的高分子定向排列，以獲得較高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率。按拉伸方向不同，格柵分為單向拉伸（孔近矩形）和雙向拉伸（孔近方形）兩種。前者在拉伸方向上有較高強(qiáng)度，后者在兩個(gè)拉伸方向上皆有較高強(qiáng)度。土工格柵的品種和規(guī)格很多，目前開(kāi)發(fā)的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的，也有用高強(qiáng)合成材料絲縱橫連接而成的等等。

（2）土工網(wǎng)

土工網(wǎng)是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應(yīng)用熱塑擠出法生產(chǎn)的具有較大孔徑和較大剛度的平面結(jié)構(gòu)材料?？梢蚓W(wǎng)孔尺寸、形狀、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差異。一般而言，土工網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度都較低，延伸率較高。這類產(chǎn)品常用于坡面防護(hù)、植草、軟基加固墊層，或用于制造復(fù)合排水材料。一般說(shuō)來(lái)，它只有在受力水平不高的場(chǎng)合，才能用于加筋。

（3）土工模袋

（4）土工格室

土工格室是由強(qiáng)化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接而形成的網(wǎng)狀格室結(jié)構(gòu)。典型的條帶厚1.2 mm、寬100 mm，每隔300 mm進(jìn)行焊接。格室張開(kāi)后，可填以土料，由于格室對(duì)土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強(qiáng)度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力，沙漠地帶可用于固沙，還可用于護(hù)坡等。

（5）土工管及土工包

（6） 聚苯乙烯板塊

二、土工合成材料的功能

土工合成材料具有多方面的功能，一種土工合成材料往往就兼有數(shù)種功能。隨著土工復(fù)合材料的發(fā)展，所兼有的功能就更多?？偟恼f(shuō)來(lái)，土工合成材料的主要功能可歸納為六類，即過(guò)濾作用、排水作用、隔離作用、防滲作用、防護(hù)作用以及加筋作用。

1、過(guò)濾作用

把土工織物置于土體表面或相鄰?fù)翆又g，可以有效地阻止土顆粒通過(guò)。從而防止由于土顆粒的過(guò)量流失而造成土體的破壞。同時(shí)允許土中的水或氣體通過(guò)織物自由排出，以免由于孔隙水壓力的升高而造成土體的失穩(wěn)等不利后果。endprint

土工織物可適用于土石壩粘土心墻或粘土斜墻的濾層，土石壩或堤壩內(nèi)的各種排水體的濾層，儲(chǔ)灰壩或尾礦壩的初期壩上游壩面的濾層。

2、排水作用

有些土工合成材料可以在土體中形成排水通道，把土中的水分匯集起來(lái)，沿著材料的平面排出體外。較厚的針刺型無(wú)紡織物和某些具有較多孔隙的復(fù)合型土工合成材料都可以起排水作用。

3、 隔離作用

隔離是指在兩種物理力學(xué)性質(zhì)不同的材料之間鋪設(shè)土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細(xì)粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。隔離可以為工程帶來(lái)許多預(yù)期的良好效應(yīng)，舉例說(shuō)明如下：

（1）通過(guò)隔離層，引起應(yīng)力擴(kuò)散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。

（2）隔離提供排水面，加速地基土固結(jié)，使承載力提高。

（3）隔離層起整體性作用，可使要求的地基粗粒料支持層的厚度減少，節(jié)約建筑材料。

（4）地基中有部分軟弱區(qū)域，或有小范圍洞穴，鋪隔離層有架橋作用，以掩蓋和減弱洞穴區(qū)或軟弱區(qū)的影響。

4、防滲作用

土工膜和復(fù)合型土工合成材料，可以防止液體的滲漏、氣體的揮發(fā)，保護(hù)環(huán)境或建筑物的安全。它們可用于土石壩和庫(kù)區(qū)的防滲，渠道防滲，隧道和涵管周圍防滲，防止各類大型液體容器或水池的滲漏和蒸發(fā)，屋頂防漏，用于修筑施工圍堰等。

5、防護(hù)作用

6、加筋作用

三、結(jié)論

（1）增加土工合成材料生產(chǎn)原料的技術(shù)要求，分不同地區(qū)、不同的應(yīng)用條件提出相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)。對(duì)作為重要受力構(gòu)件的材料（如加筋土擋土墻拉筋帶），要增加蠕變強(qiáng)度等指標(biāo)。

（2）各類結(jié)構(gòu)、構(gòu)筑物的計(jì)算理論和方法要在規(guī)范中明確和進(jìn)一步細(xì)化；隨著工程實(shí)踐的積累，宜增加高墻（如單級(jí)超過(guò)10 m的加筋土擋土墻）、包裹式加筋土擋土墻、加陡邊坡加筋路堤、土工格室加固軟基等計(jì)算方法。

（3）補(bǔ)充新型土工合成材料，如經(jīng)編土工格柵、立體植被網(wǎng)、雙向拉伸土工格柵的應(yīng)用條件和技術(shù)要求。

（4）吸收近年來(lái)土工合成材料應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量檢驗(yàn)條款。

（5）實(shí)踐證明，基床鋪設(shè)隔斷材料（如復(fù)合土工膜）宜全斷面滿鋪。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈繼方，李焰云，徐瑞玲.清江流域巖溶研究[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[2] 張之淦.巖溶發(fā)生學(xué)理論探索[M].桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2006，12.endprint