合成材料工程应用现状

贾斌

摘 要：上世纪50年代由于化学工业的发展，合成纤维大量生产，工程技术人员开始在岩土工程和道路工程中应用人造材料，并在欧美等国家得到普及推广，70年代为了克服织造布方向性受力的缺点，出现了非织造布—既无纺布或无纺织物，由于其独特的制造工艺和低成本得到了飞速发展，随后，如雨后春笋般地出现了土工布、土工织物、土工膜和土工格栅等等。80年代起，工程界统一称之为“土工合成材料（Geosynthetics）”。此后，土工合成材料在工程中的应用也逐渐成为一门新的学科。

关键词：合成材料工程；应用现状

中图分类号：X701 文献标识码：A

引言

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，這些材料在许多人工建筑物中得以应用。上世纪50年代由于化学工业的发展，合成纤维大量生产，人造材料开始在岩土工程和道路工程中应用，并在欧美等国家得到普及推广。70年代出现了非织造布，即无纺布或无纺织物，克服了织造布方向性受力的缺点，因其独特的制造工艺和低成本的特点而得以快速发展。随后，土工布、土工织物、土工膜和土工格栅等技术也随之出现。80年代起，工程界统一称它们为“土工合成材料”。此后，土工合成材料在工程中的应用也逐渐成为一门新的学科。

1土工合成材料应用现状

1.1国外应用现状

西方国家的科学技术一直处于全球领先地位，在土工合成材料领域也不例外。刻门现有的土工合成材料技术基本上是从西方引用过来的，早在十九世纪初期，美国就开始将其用于公路路面的加固及防渗。在十九世纪60年代，机织卜工布开始应用于防护工程，非织造土工布的出现改善了机织土工布性能，特别是80年代以来其应用高速发展。世界上除了比较落后的国家与地区，大部分都有使用土工布的工程。土工合成材料已成为土木工程中不可或缺的建筑材料和建筑构件。

1.2国内应用现状

土工合成材料在我国的应用历史短、起步低、工程较单一。开始是以土工膜为代表应用于水利工程中。十九世纪80年代土木工程中开始使用非织造土工布，而后出现土工模袋。近30年以来，土工合成材料在我国经历了初创阶段、发展阶段及逐渐成熟阶段。截止到目前，我国的水利、高铁、公路、水库及航道整治等工程开始广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世纪70年代天津市政曾采用玻璃纤维布合成橡胶板作为石灰土基层上沥青路面或旧路罩面的隔离层（或称“应力扩散层”），来防止反射裂缝的出现。当时的玻璃纤维布作为棉布的代用品，由于舒适性不好，布料本身不平坦，铺设时不宜与旧路面密贴；合成橡胶板则因厚度过大（大于5mm）、模量较低，只能起到隔离作用而应力扩散作用不明显。另外，由于施工工艺不规范，未达到理想的防裂效果，便采用单位面积质量较小的针刺无纺布及纸基复合布，起到了减少裂缝、延缓裂缝扩展的作用。但这些做法都处于试验阶段，并未在工程中大规模应用。90年代，天津市再次在复合式混凝土路面施工中，采用德国生产的特拉维雷土工布防止伸缩发射裂缝，但未起到理想的效果。

江苏在沪宁高速公路拓宽工程中部分加宽路段将土工织物铺设于新旧路基接茬处，起到了加筋作用，减少了路基不均匀沉降。对使用状况2～3年的观测表明有较好的效果。

2.2反滤

90年代初，吉林市临江门桥头立交地道挡墙工程首先应用土工织物作为盲沟的反滤层，取得了较好的工程效果。随后，在全国部分省市的各类工程中土工织物作为反滤层得到广泛推广应用。

2.3土工网与土工隔栅

2007年，沧州津汕高速公路的软土地基道路工程大量应用土工网作为低填方路基的加固材料，路基的稳定性得到了有效保证，路面使用状况良好。在较高填方的条件下，由于土工网抗拉强度受到限制，土工网加紧材料又逐渐转向使用土工隔栅。1998年京沈高速公路填方路段；唐津高速公路软基处理；天津外环线改造工程中基底加筋都大量使用了双向拉筋隔栅。原有的路面地基层不能大量废弃和重做深层加固处理，并且旧基层因软土基的存在会出现裂缝，使路面的稳定性受到影响，所以采用双向隔栅加固尤其适用于现有公路改造。挖除破坏的面层后在路面层的某个层位加设土工隔栅，再做补强层是最合适的方案。近年来，为减少桥头添土不均匀沉降而设置的土工隔栅，在唐津高速公路、沿海高速公路都有应用，其中在津汕高速公工程中已作为解决桥头跳车的主要技术措施，并纳入了专项设计中。

2.4塑料土工带

80年代末，山东省首先在加筋挡土墙试验工程中运用细粒土作作为浸水路堤的填料，取得不错效果，在对大量实验观测资料进行总结的基础上，推广应用于桥头高填方路段。随后天津在中环、外环和京津塘高速公路分离式立交等多条高速公路多座大型立交工程中也采用了这种方式。最具重要意义的是，塑料土工带可用于地基未经加固处理、出现较大工后沉降的情况下，且其结构物仍可处于正常使用状态。

2.5复合土工布与土工垫

复合土工布大多用作不透水隔离层，当前在各类构造物基础治理工程，如人工湖泊、垃圾场、防水工程、河岸、堤坝以及路基防渗透处理中大量应用。但是，不同规格的土工布其工程的适应性也不同。比如，厚度为1.5mm的高密度聚乙烯土工膜可避免回填材料产生的土压力和土中粗颗粒顶破。

2.6路基防护

路基防护是公路工程的重要施工部分，它包括坡面防护和冲刷防护。在对土质边坡进行坡面防护时，可以利用拉伸网草皮、固定草种布以及网格固定撒种等来进行防护；在对岩石边坡进行防护时，可以采用土工网或土工格栅来防护；在对沿河路基进行防护时，可以采用土工织物软体沉排、土工模袋进行冲刷防护。冲刷防护是保证路基稳定性的重要措施，冲刷防护可采用直接防护的形式，就是对坡岸进行直接加固的方法；另一种是间接防护，也就是改变水流方向、速度等。在路基防护时，通常可采用土工网垫、土工格室、土工格栅等。土工网是一种网状结构的交叉黏结复合土工材料，其强度要比土工格栅低，但其变形较小，对于进行坡面防护具有一定的效果。土工网垫与土工格室都是三维结构，土工网垫通常是由长丝结合而成的三维聚合物，而土工格室则是由土工织物、土工格栅或土工膜等做成的网格状或蜂窝状三维结构。土工网通常应用于冲刷防护的路基工程中，在应用时，将土工格室打开后可以利用土石、混凝土材料等进行填充，从而形成刚度较大，且侧限较大的结构体。土工格室也可以用作垫层，或对软弱地基进行处理，其施工、运输都较为方便。

2.7土工排水管

土工排水管是一种地下或地上软式排水设施，市政工程中常将管径5cm的排水管作为盲沟管，其作用相当于管径20cm无砂水泥管的排水能力，而且易于弯曲、不易压碎、便于施工，有很大的工程经济效益。

结束语

土工合成材料是一种新型材料，其工程应用是一项不断发展的新技术。与新材料的不断推出，应用领域的不断扩展相比，对基本力学计算模型、理论分析方法的研究还不成熟，尤其是在路面裂缝防治、路基边坡防护和台背加筋等方面都还处于摸索经验的阶段。有的方面虽然有推荐计算方法，如路堤加筋、排水方法等，但因自然土质的多样性、不均匀性而使理论计算结果与实践效果之间的联系存在较大的不确定性。在深层软土地基的固结、浅层软基路基的加筋方面同样存在类似的问题。

参考文献：

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[2] 皮艳雄，陈冬冬.土工合成材料的作用及在高速公路中的应用研究[J].河南建材，2014（4）：150.

[3] 何海斌，许珊珊，高秋生.土工合成材料作用及在高速公路中的应用分析[J].黑龙江科技信息，2013（33）：24.

（作者身份证号码：130425198712223013）