第一節(jié) 土工合成材料的簡介
土工合成材料是土木工程應用的合成材料的總稱。作為一種土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纖、合成橡膠等）為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內部、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用。土工合成材料應用技術規(guī)范》將土工合成材料分為土工織物、土工膜、土工特種材料和土工復合材料，土工網(wǎng)，玻纖網(wǎng)，土工墊等類型（立項報告）。
第二節(jié) 土工合成材料的發(fā)展現(xiàn)狀
土工合成材料是近幾十年發(fā)展起來的一種新型巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內部、表面和各層土體之間，起著加強和保護土體的作用。雖然土工合成材料問世歷史不長，然而整個土木工程卻因之發(fā)生了巨大變化，許多土木工程領域中的新概念也應運而生。土工合成材料是一種多功能的材料，利用合成纖維高強性、整體連續(xù)性、良好水理性和抗腐蝕等特性，可開發(fā)成透水的工程材料。目前已在水利、公路、鐵路、工業(yè)與民用建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個領域得到廣泛的應用。
土工合成材料是一種新的巖土工程材料，它以人工合成的聚合物，如化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內部、表面或各層土體之間， 發(fā)揮增強或保護土體的作用。“土工合成材料”是一概括性術語，標識很廣泛的產(chǎn)品，土工合成材可分為土工織物、土工膜、復合型土工合成材料和特種土工合成材料等類型。目前已廣泛應于水利、水電、公路、鐵路、建筑、海港、采礦、軍工等各個領域的工程建設。
1、土工織物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分為：（1）有紡土工織物；（2）針織土工織物；（3）無紡土工織物；（4）復合土工織物。
2、土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、瀝青以及合成纖維和織物另加一定的填充料和外加劑制成的材料。它具有很好的防滲和防水性能及很強的抗變形能力和耐久性。它的厚度一般為0.25~7.50mm，它主要有以下優(yōu)點：（1）改進荷載分布狀況；（2）減少填料層厚度，并能滿足抗剪強度的要求；（3）限制土體的側向位移；（4）抗拉性能高，能避免產(chǎn)生裂縫；（5）增加土層剛度。
3、復合型土工合成材料。它包括土工格柵、土工網(wǎng)、超輕型土工合成材料、土工膜袋、土工墊、土工格柵等。常用的土工合成材料為前3種。
4、特種土工合成材料。土工特種材料包括土工格柵、土工帶、土工格室、土工網(wǎng)、土工石籠、土工管、土工模袋、三維網(wǎng)墊、E P S 等, 均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。如土工格柵是聚合物片材經(jīng)沖孔和單向或雙向拉伸，形成具有條格形或長方形格柵狀的抗拉材料；土工帶由聚合物經(jīng)擠壓拉伸，再加筋材復合制成的條帶抗拉材料；土工網(wǎng)由聚合物經(jīng)擠塑成網(wǎng)或由粗股條編織或由合成樹脂壓制成的具有較大孔眼和一定剛度的平面結構網(wǎng)狀材料；土工模袋由雙層化纖織物(織造型)制成連續(xù)的不同間距(厚度)的平面袋狀結構材料。
第三節(jié) 土工合成材料的市場需求
1、加筋
（1）加筋土坡
將土工合成材料(土工格柵或土工織物)加入土坡中可以起加筋作用。就加筋功能而言,同針織土工織物相比,土工格柵和有紡土工織物可以在較小的應變下發(fā)揮作用,針織土工織物則具有土工格柵和有紡土工織物所不具有的土工合成材料平面內的透水性。在實際應用過程中,可將不同的土工合成材料組合使用,使得加筋效果更加良好。例如可將針織土工織物與土工格柵疊合鋪設、針織土工織物與有紡土工織物疊合鋪設結合,具有加筋和排水功能;土工合成材料作為土坡內排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和土工格柵、有紡土工織物結合。土工合成材料在加筋土坡中的應用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體,使土工合成材料成為具有導水性的填充聚合物或金屬纖維。從而,通過電泳、離子轉移和電滲改善加筋區(qū)內細粒土的性質。
（2）加筋土擋墻
與加筋土坡類似,加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋材料可以是土工織物,但采用更多的是土工格柵。土工合成材料在加筋土擋墻中的應用前景是在錨固區(qū)設置聚合繩、條帶和錨具(或土釘),將墻面單元通過加筋體錨固在錨固區(qū)。實質上,這一概念在20 世紀80 年代在我國的加筋土擋墻上已經(jīng)采用。如果加筋土擋墻距巖體較近,也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。
2、排水
土工織物主要是無紡織物，是良好的透水材料。無論是織物的法向或水平向，均具有較好的排水能力，能將土體內的水積聚到織物內部, 形成一排水通道，排出土體。較厚的針刺無紡土工布和一些具有較多孔隙的復合土工布都可以起排水作用。在巖土工程中很多情況下需要采取排水措施, 以降低滲透壓力，或加速土體的固結,或降低無壓滲流場的浸潤線的位置。過去所采用的常規(guī)措施是在適當?shù)牟课?如兩種透水性不同的土層的交界面，或土料與混凝土建筑物表面的交界面等)鋪放在碎石層進行排水。用土工織物則可取代這種碎石層。這種取代不僅可以收到排水效果，而且施工特別簡單(特別對傾斜或垂直方向的施工面) ，工程造價也可以大為節(jié)省?？捎糜谕翂蝺却怪被蛩脚潘?，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，埋入土體中消散孔隙水壓力，軟基處理中垂直排水，擋土墻后面的排水等。
3、防滲
（1）混凝土壩防滲
在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2 米設一水平不銹鋼槽,以夾緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設置土工網(wǎng)格,然后將土工膜粘貼在土工網(wǎng)格上。由于紫外線和氧化作用,土工膜的壽命受到限制。如遇高溫,這些作用對大多數(shù)聚合材料的影響非常大。這方面的發(fā)展前景應是開發(fā)改善型的聚合材料,以提供壽命更長的土工膜。
（2）隧道防滲
現(xiàn)行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側的防滲體,與克重較大的針刺非織造土工織物一起,將水導入設在隧道底腳的排水出口,形成封閉的排水系統(tǒng)。然而,土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會從臨時的護頂下垂,在永久性混凝土襯砌施工時容易遭到破壞。土工合成材料應和永久性混凝土襯砌同時施工,以避免在永久性混凝土襯砌施工時損壞土工合成材料。將來的發(fā)展是開發(fā)壽命在100 年以上的土工合成材料,以抵抗隧道周圍的不利環(huán)境,因而施工方法的改進和材料的壽命是最關鍵的問題。
4、隔離
將土工合成材料放在不同的材料之間或同一材料不同粒徑之間及土體表面與上部建筑結構之間，使其隔離開來。當受外部荷載作用時,雖然材料受力互相擠壓，而由于土工織物在中間隔開，不使互相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。隔離用的土工織物必須有較高的強度來承受外部荷載作用時而產(chǎn)生的應力，保證結構的整體性?？捎糜诘缆坊鶎优c路基之間或路基與地基之間的隔離層，在土石混合壩中隔離不同的筑壩材料，用作壩體與地基之間的隔離體，堆場與地基間的隔離層等。
第四節(jié) 土工合成材料的發(fā)展前景
目前國內一些較大的工程，跨世紀工程中均不同程度地應用了土工合成材料。如長江三峽工程，長江口深水航道整治工程，上海浦東國際機場等，由此可以看出中國正成為土工合成材料應用與銷售的最大市場。世界各國對中國土工合成材料的應用與發(fā)展都十分關注，積極籌劃將設備和產(chǎn)品打入中國市場，這也充分說明中國土工合成材料市場的潛在能力很大。雖然近幾十年來土工合成材料總的發(fā)展趨勢是不管在產(chǎn)品的種類、數(shù)量和質量上都有大幅度的提高，而對這一新型材料的認識和應用還不普及，土工合成材料的利用和 研究 還比較少，有些材料的品種還是空白，與世界上的先進國家相比，還有一定的差距。但是隨著工程建設的大規(guī)模發(fā)展，土工合成材料的推廣應用必將在工程建設中得以迅速發(fā)揮，發(fā)揮巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
土工合成材料具有其獨特的力學性能,應用范圍廣泛，各類土工合成材料已經(jīng)應用到水利、土建所有的領域中。在某些種類的特定工程中應用土工合成材料，不僅可以減少造價，而且效果都優(yōu)于其他材料。
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