土工格网在老路改造试验段中的应用

第一篇：土工格网在老路改造试验段中的应用

土工格网在老路改造试验段中的应用

摘　要　本文针对老路改造中新建路基出现不均匀沉降问题而引起的纵、横向裂缝等病害及新老路基结合部位的处理进行分析研究，并通过老路改造试验段中的应用实例，提出了采用土工格网处理新老路基结合部的方法。

关键词　老路改造　土工格网　路基沉降

1　安平公路概况

安康至平利二级公路改建工程全长60.268公里，起于平利县缫丝厂门口，止于安康市酒厂门口。原有道路为三级路，沿路有许多暗弯，技术等级低，已不能适应交通量的发展需求。

2　新老路基结合部位病害原因分析

在新老路基结合部，路基和路面结构层厚度、强度不一，一侧为新建路基，一侧为原有老路基，质量和地基沉降存在差异，为道路开裂留下隐患；新老路基结合部位沉降量不一，必然会产生一定的沉降差异，特别是新填路基沉降量较大，而老路基已完成大部分的工后沉降，这样不可避免地在新老路基结合部产生一个沉降差值突变点，成为道路产生裂缝的主要原因;新老路基结合部位工艺较复杂，施工难度较大，往往在此易产生人为的质量问题，如密实度达不到设计标准等，也是产生裂缝的原因之一。

3　新老路基结合部处理的主要内容

针对道路拓宽在施工和技术上的关键性问题，必须保证对新填土的压实质量；必须保证新填土与压实老路基土之间紧密结合。这两个问题解决好，就可以保证新老路基结合部道路的使用品质。

31　试验路段的确定

根据安平改建工程的设计资料和沿线的地质情况，选择填土高度6～8m的k42＋023～k42＋109、k44＋290～k44＋376两段。k42＋023～k42＋109段用土工格网处理，k44＋290～k44＋376填筑普通材料，并且在里程k44＋320与k42＋072.2分别设置了1号与2号沉降管，进行沉降观测，用以比较土工格网的处理效果。

3.2　施工前的准备

清除腐殖土等不适宜土层至少30cm，将老路基按设计要求挖台阶，检查密实度，如不符合要求，则用手扶式压路机压实，使其压实度达90％以上；若原有路肩质量较差、达不到设计要求，要将路肩翻晒后再碾压，以满足质量要求。

3.3　土的工程性质

本地区土中含有云母的千枚岩、板岩碎屑，有胀缩性，可能造成其上的构筑物开裂与下沉。因此路幅内土基含水量的不均匀变化将引起不均匀的胀缩，导致公路路基产生幅度很大的横向及纵向波浪状变形，造成路面变形或开裂。

3.4　土工格网的施工

(1)土工格网沿线路的横向铺设，如图1所示。将成捆土工格网自老路堤往新路堤方向展开，按设计长度截断，施工时应保证格网铺向与线路走向垂直。

(2)先将铺设在老路堤上的端部锚牢，然后展开至挡墙上，用带排钩横梁将土工格网张拉紧，使之产生2％～4％的伸长。U形锚钉的间距不大于1m，其长度大于25cm，相邻两幅土工格网的搭接长度不小于20cm，并用尼龙绳呈之字形穿绑，使之成为一体。土工格网覆盖至每层挡墙的全宽。

(3)土工格网在试验路段中共铺设了10层。一至三层的土工格网的间距为50cm，四至八层的土工格网的间距为90cm，八至十层的土工格网为30cm。由于填土6～8m不等，且填土较高，所以采用满铺。土工格网的铺设长度4～9m不等。

4　施工质量的控制

(1)当土工格网摊铺在碎石层上时，应先在碎石层上撒铺2cm厚的粗砂，以免土工格网直接与碎石接触而被破坏。

(2)运料车应避免在已摊铺并张紧定位好的土工格网上直接碾压，以免对土工格网产生推移或破坏，从而影响施工质量。铺设土工格网的关键是保证连续性，避免产生扭曲、褶皱、重叠，要特别注意避免过量拉伸，以防止超过其抗拉强度和变形极限而发生破坏和撕裂。

(3)每层填土厚度不大于30cm，路床范围内压实度≥93％，其他部位≥90％。

5　沉降管的设置与观测

路基填料回填前埋置沉降管，即在里程k44＋320与k42＋072.2处分别设置了1号与2号沉降管，通过沉降观测，可以及时掌握路基沉降的变化情况。前23天的实测数据整理如图

2、图3，由图可见：图2中前23天的沉降量为3.2mm，图3中前23天的沉降量为25mm。土工格网处治段比没有处治段沉降量要小，说明土工格网在减少沉降方面起了一定作用，用土工格网处理新老路基结合部，可以减少新老路基的不均匀沉降。

6　土工格网的作用机理

土工格网为柔性材料，它只能承受较大的拉应力。将其布置在土体的拉伸变形区，土的拉应力传给土工格网，使筋材成为抗拉构件。当加筋土受荷载作用时，土工格网与土体间咬合镶嵌的摩擦阻力制约了土体的侧向变形，土工格网与土体之间具有较高的粘结作用，并与土体产生相互嵌固作用的效应，显示出更好的抗拉性能。高抗拉性使筋土强度远远高于无筋土，极大地提高了路基土承受剪应力的能力，一定程度上改善了正常路堤横断面上的沉降状况，使得横断面上的沉降趋于均匀，因此能减小新老路基结合部的差异沉降，防止

新老路基结合部位路面出现纵、横向裂缝。

7　结束语

本处理段在路基全宽度内满铺土工格网，处理后可以加强新老路基的结合强度，减小不均匀沉降，与其他工程措施相比较，经济效益较好，为道路改、拓建提供设计、施工依据。

参考文献

〔1〕嵇如龙，张永宏，宋吉录.软土地基上路基拓宽处理技术研究

〔2〕李晨明.高速公路改扩建中路基拓宽的处理问题

〔3〕陈健侠，李杜教，龚志达，王晓红.土工合成材料在工程中的应用

第二篇：简述土工合成材料在水利工程中的应用

简述土工合成材料在水利工程中的应用

何丽雅

摘 要：土工合成材料是岩土工程领域中一种新型的岩土工程材料,在各类工程中应用广泛。本文以土工合成材料在水利工程中的应用为例，就土工合成材料的功能、分类、特性及工程实际应用概况进行了较详细的阐述。

关键词：土工合成材料

应用

防护加固工程

一、前言

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各层土体之间,发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。土工材料是工业发展的产物,其出现已经有100多年的历史,但应用于土建工程则是20世纪30年代末才开始的。首先是将塑料薄膜作为防渗材料应用于水利工程。到20世纪50年代末,土工织物开始应用于海岸护坡工程。直到20世纪70年代末,随着非织造型织物(俗称无纺织物或无纺布)的应用,给土工织物带来了新的生命,土工织物才以很快的速度发展起来,从而在岩土工程学科中形成一个重要的分支。1977年在法国巴黎举行的第一届国际土工织物会议上,J.P.Giroud把它命名为“土工织物”(Geotextile),并于1986年在维也纳召开的第三届国际土工织物会议上将它称之为“岩土工程的一场革命”。从20世纪60年代中期到20世纪70年代末,有纺织物开始在我国应用于河道、涵闸及防治路基翻浆冒泥等工程;20世纪80年代初,无纺织物开始在铁路工程上试用;20世纪80年代中期,土工织物才在我国的水利、铁路、公路、军工、港口、建筑、矿冶和电力等领域逐渐推广应用。

二、土工材料的种类和功能

1、土工合成材料种类：

土工合成材料（Geosynthetics）是一种新的岩土工程材料，它以人工合成的聚合物，如料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥强或保护土体的作用。“土工合成材料”是一概括性术语，标识很广泛的产品，土工合成材可分为土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型。目前已广泛应于水利、水电、公路、铁路、建筑、海港、采矿、军工等工程的各个领域。

（1）土工织物。土工合成材料是以高分子聚合物等制成的新型建筑材料。目前大致可分为：①有纺土工织物；②针织土工织物；③无纺土工织物；④复合土工织物。

（2）土工膜。它主要是由透水性低的聚合物、沥青以及合成纤维和织物另加一定的填充料和外加剂制成的材料。它具有很好的防渗和防水性能及很强的抗变形能力和耐久性。它的厚度一般为0。25~7。5mm，它主要有以下优点：①改进荷载分布状况；②减少填料层厚度，并能满足抗剪强度的要求；③限制土体的侧向位移；④抗拉性能高，能避免产生裂缝；⑤增加土层刚度。

（3）复合型土工合成材料。它包括土工格栅、土工网、超轻型土工合成材料、土工膜袋、土工垫、土工格室等。常用的特种土工合成材料为前3种。

（4）特种土工合成材料。它由土工织物、土工薄膜和某些特种土工合成材料中两种或两种以上的材料互相组合而成，它可将不同构成材料的性质结合起来，满足具体工程的需要。

2、土木合成材料的功能：（1）隔离作用：

将土工合成材料放在两种不同的材料之间或同一材料不同粒经之间以及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来。当受外部荷载作用时，虽然材料受力相互挤压，但由于土工合成材料在中间隔开，不使其互相混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。土工合成材料隔离作用己广泛应用于铁路、公路路基、土石坝工程、软土基础处理以及河道整治工程。

（2）防护作用：

土工合成材料可以起到分散应力的作用。也可由一种物体传递到另一物体，使应力分解，防止土体受外力作用破坏，从而起到对材料的防护作用。土工合成材料的防护作用分两种情况：一是表面防护，即将土工合成材料放置于土体表面，保护土体不受外力影响、破坏：二是内部接触面保护，即将土工合成材料置于两种材料之间，当一种材料受集中应力作用时，而不使另一种材料破坏。

（3）滤层作用

滤层作用是土工织物的主要功能，被广泛地应用于水利、铁路、公路、建筑等各项工程中，特别是水利工程中用作堤、坝基础或边坡反滤层已极为普遍。在沙石料紧缺地区，用土工合成材料做反滤层，更显示出它的优越性。因此通过把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，土中水分可以通过织物排同时织物可阻止土颗粒流失，以免造成土体失稳（管涌），可代替砂、砾石等反滤层。

（4）排水作用

土工合成材料是良好的透水材料，无论是材料法向或水平向均具有较好的排水能力，能够将土体内的水集聚到织物内部，形成排水通道，排出土体。土工合成材料现己广泛应用于土坝、路基、挡土墙建筑以及软土基排水固结等方面。它与工程中的其他排水结构充分配合，形成完善的排水体系，排除地下水、地表水和结构中的多余水份。

（5）加筋作用 土工合成材料有较高的抗拉强度，将土工合成材料埋在土体中或路面结构适当位置，可以分布土体或路面结构应力、传递拉应力、限制其侧向位移，增强它与土体或路结构层材料之间的摩阻力，使土或路面结构层———土工成材料复合体的强度提高，从而约束土体或路面结构层的形，并抑制或减少土体的不均匀沉降，提高土体或路面结构层的稳定性具有加筋功能。

（6）防渗作用

土工膜和复合型土工合成材料，可以作为各种工程的防渗材料。土工合成材料用于某一项工程会发挥主次作用，如公路的碎石基层与地基之间铺放织物，一般说，“隔离”是主要的，“滤层”和“加筋”是次要的，“排水”是不甚重要的设计者合考虑，如选用光滑的土工膜来隔离，则可能引起路基中孔隙水压力升高，造成路基失稳。弱地基上修路，“加筋可能起控制作用。

三、土工合成材料在南水北调中线应急供水工程中的应用：

1、工程概况

南水北调京石段19标段桩号范围为307+000～312+790.6，位于河北省曲阳县境内的支曹村、南杏树村及辛庄村等附近，工程区为华北冲积平原，地形总体平坦，地面高程66.0～79.0m。

本标段所在区域属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，冬季天气寒冷干燥，春季气温回升快，风速大，蒸发量大，天气干燥少雨；夏季气候温湿多雨，为河北省的雨季；秋季降雨量较少。据渠段附近气象站资料统计，多年平均气温12.3℃，极端最低气温-19.2℃，极端最高气温41.7℃。多年平均风速2.1m/s，最大风速20m/s。多年平均无霜冻期189天，最大冻土深度66cm，稳定冻结初日最早为11月29日，开始解冻日期最晚为3月9日。多年平均降水量524mm。

本渠段位于华北冲积平原，地形总体平坦。沿线范围内地面高程66.0m～79.0m。本渠段处于倾斜平原，其间夹河流地貌。

本渠段地表全部被第四系地层覆盖，揭露的地层为第四系冲洪积层及人工堆积物。岩性多为黄土状壤土、黄土状砂壤土、砂壤土、壤土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂、卵砾石；人工堆积(rQ)弃土、弃渣、人工堤防、路基等。

本渠段所处区域地质构造单元为三级构造单元的太行山隆起的东部边缘。主要区域断裂构造有望都—新乐断裂、石家庄断裂、井径—长冶断裂、元氏断裂、柏乡断裂、衡水断裂。

本渠段地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度Ⅵ度区。渠段内地下水的类型主要为孔隙水，主要赋存于第四系全新统的砂土及砾卵石含水层中。地下水埋深一般9.5m～15m，多属潜水。地下水与地表水联系紧密，具有较强或强的富水性和强透水性，部分具中等透水性。地下水对混凝土均无腐蚀性。

渠段内冻土为季节性冻土，冻土厚度0.62m～0.66m。

2、土工织物应急处理技术

渠道采用明渠设计，梯形断面，型式为上口宽53.6～57.1m，底宽18～21m，边坡1：2，渠深8.9m，坡面长20m。正常水深7m，加大水深7.384m。渠道底板结构型式自下而上为：土基面、5cm粗砂垫层、2cm厚的保温板、防渗复合土工膜、8cm厚混凝土面层；渠道衬砌混凝土面板全部采用4m×4m分缝设计，底板纵缝全部是通缝设置，横缝依次为半缝、通缝、半缝„„，交叉布置，缝宽统一为2cm，半缝深度统一为6cm，通缝深度底板8cm。

由于特殊原因，渠道需提前临时过水。由于时间紧迫，若按原设计施工将无法满足过水要求。经南水北调京石段指挥部及设计、监理、施工单位四方会议研究决定，采取应急处理办法，用无纺土工布结合混凝土锚固带对开挖渠道进行防护加固处理，确保渠道按时供水。具体措施如下：

2.1施工方案

选用300g/m2无纺土工布（幅宽不小于6m），沿渠道纵向分别于坡脚及距上口1m处各设一道混凝土锚固带，横向间距30m；锚固带截面尺寸30×30cm，采用C20一级配混凝土。

2.2土工布的铺设方法

渠道大面积开挖完成后，采用人工开挖锚固槽，装载机配合自卸车清运土方。土工布采用人工滚铺，布面要平整，并适当留有变形余量。长丝或短丝土工布的安装通常用搭接、缝合和焊接几种方法。

2.3土工布的缝合

本工程采用专用缝纫机缝合。所有的缝合必须要连续进行（不允许点缝）。在重叠之前，土工布必须重叠最少150mm。最小缝针距离织边（材料暴露的边缘）至少是25mm。

缝好的土工布接缝最少1行线锁口链形缝法。用于缝合的线应为最小张力超过60N的树脂材料，并有与土工布相当或超出的抗化学腐蚀能力。

任何在缝好的土工布上的“漏针”必须在受到影响的地方重新缝接。必须采取相应的措施避免在安装后，尖锐物质进入土工布层。

2.4锚固带混凝土浇筑

锚固带为30×30cm、C20一级配混凝土，采用泵送法浇筑。泵管铺设时应垫砂袋，泵管安装、拆移、及抹面时应注意，防止对土工布造成破坏。

3、土工布铺设的基本要求

3.1基层检查：检查基层是否平整、坚实，如有异物，应处理妥善。

3.2试铺:根据现场情况，确定土工布尺寸，裁剪后予以试铺，裁剪尺寸应准确。3.3接缝须与坡面线正交，缝合时缝合线应平直，针脚应均匀。

3.4在坡面上，对土工布的一端进行锚固，然后将卷材沿坡面放下以保证土工布保持拉紧的状态。

3.5所有的土工布铺设时都须用砂袋压住，砂袋将在铺设期间使用并保留到锚固槽混凝土浇筑时。

3.6缝合后应检查土工布是否铺设平整，是否存在缺陷。如存在不合要求的现象，应及时进行修补。

四、结论

通过采取应急方案，确保了本渠段在2008年9月28日（规定时间内）成功通水。渠道过水后，经联合工作组沿线勘查，本渠段无水力冲刷破坏痕迹，渠坡未出现垮塌现象，渠道运行安全。并且本渠段还经受住了08年严冬的考验，开春解冻之后，联合工作组再次对渠道沿线进行勘查，未发现土工布有冻裂破坏现象，也未发现明显的冰排割裂损伤，渠道岸坡未发生失稳现象。本应急方案取得了圆满成功。

通过对土工合成材料在工程中应用的介绍,可得出如下意见:1)土工合成材料，尤其是新型的合成型材料,在工程中占有越来越重要地位。2)合成材料应用于边坡表面防护,能够提高边坡的稳定性和承载能力。3)合成材料应用于严寒地区，有较好的使用工况。4）由于合成材料的特性和价格上的双重优势,应用前景广泛。

参考文献:：

[1]蔡宁，陈红；土工合成材料在工程中的应用；工程研究；29—30 [2]马兴华，张晴波，陈学良；土工合成材料在堤坝工程中的应用；中国港湾建设；2008.10；5—20 [3]李春风；简述土工合成材料在水利工程中的应用；水利工程；60—61 [4]傅江霞；土工合成材料在道路和桥梁工程中的应用；中国水运09卷第10期；2009.10；241—244

第三篇：土工合成材料的主要性能及在工程中的应用

土工合成材料的主要性能及在工程中的应用

一、国内外土工合成材料的应用概况

土工合成材料的开发和使用已有几十年的历史。1926年，美国最早用棉织物加固公路路面；20世纪30年代末或40年代初，聚氯乙烯薄膜应用于土工的防渗；50年代末期，Ｒ.Ｊ.Ｂarrtt在美国佛罗里达州利用聚氯乙烯织物作为海岸块石护坡的垫层；1956～1957年著名的荷兰三角洲工程用机织土工织物加固防海潮大坝；20世纪60年代，合成纤维土工织物在美国、欧洲和日本逐渐推广，但是其生产技术主要是机织型的，主要用于护岸防冲等工程，机织土工织物的强度高，但价格也较高，反滤、排水功能差，限制了它的发展。非织造布的应用给土工积物带来了新的生命，它的特点是把纤维做成多方向的或任意排列使得其性能上各向同性，非织造型土工积物在20世纪60年代末期开始应用于欧洲，70年代从欧洲传到了世界各地。到70年代土工合成材料的应用及其产品的发展达到一个鼎盛时期。高性能的原料赋予产品高的强力与耐用性，先进的生产工艺赋予产品良好的功能，使其应用范围不断扩大，特别是近30年来，由于非织造针刺法、纺粘法工艺的推广，产品成本低，而且具有良好的化学物理性能和水工性能，使非织造土工织物的应用飞速地发展起来。目前世界上已有100多个国家和地区(包括发达国家和部分发展中国家和地区)在10万多个工程中采用了土工布。据统计,全世界目前合成纤维土工布年耗量约40万吨,其中美国最多,达10万吨,。土工合成材料已经成为继钢材、水泥、木材之后的第4种新型建筑材料。目前，发达国家在产品种类、质量、应用范围的广度与深度等方面的发展都比发展中国家快，尤以北美发展最快，欧洲则以德国、法国、荷兰、意大利等西欧国家发展较快，亚洲主要是日本、马来西亚、韩国发展较快，国外产品类型、品种较多，规格齐全，以非织造型、合成型、复合型所占比例较大。在我国，土工合成材料在岩土工程等领域的应用历史较短。最早应用的是土工膜，大约在20世纪60年代初期，用于渠道防渗；70年代中期，在长江护岸和长江堤防中首次用织造型土工织物；80年代初期，非织造型土工织物开始应用于工程中；80年代末，土工膜袋首次引入工程应用。纵观土工合成材料40多年的发展史，可将其应用历程大致分为三个阶段：80年代中期以前的初创阶段；80年代中期至90年代中期的发展阶段和90年代后期开始的逐渐成熟阶段。

二、土工合成材料的主要类型

土工合成材料的主要类型有： 土工织物、土工膜、土工格栅、土工网、土工复合材料和土工织物粘土垫。

土工织物是可渗透的土工合成材料，是一类最古老和用量最大的土工合成材料。土工织物主要有两种类型：纺织的和无纺的。纺织的土工织物是在普通纺织机上使用单纤维、多纤维丝或细长薄膜或带制成。无纺土工织物还可按照纤维连接在一起的方法细分为：以特殊设计的针将纤维缠结在一起的机械连接或针刺的无纺土工织物，在纤维交接点上以加热；或加压方法将纤维焊接在一起的无纺土工织物，纤维网喷涂或浸渍以丙烯酸树脂的化学或树脂粘结无纺土工织物。纺织的土工织物通常具有较高的强度和刚度（因此可以用在土壤加固中）以及较差的过滤、排水特性。无纺的土工织物具有低到中等的强度和高断裂延伸率，过滤、排水性能良好。在制造土工织物中使用的主要原材料是聚丙烯，也使用聚酯。

土工膜是渗透性很低的土工合成材料，用作流体或蒸气阻拦层。使用最广泛的土工膜是主要由ＰＶＣ、ＣＳＰＥ、高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）和低密度聚乙烯（ＶＬＤＰＥ）制成的柔软薄片材。浸渍沥青或喷涂聚合混合物的土工织物或土工织物—沥青复合材料也可用作土工膜。聚合物片材土工膜以挤出法、压延法和刮涂法制造。所有的聚乙烯土工膜都是以挤出法生产的，并进行“压花”加工以获得粗糙的表面。世界各地颁布的环境法规，特别是关于有害物质处理的法规都要求广泛地、强制性地使用土工膜。

土工格栅是格子状材料，带有足够尺寸的格孔与周围的土壤结合，起加固作用。挤出格栅的制造方法是首先在聚合物片材上冲等边的孔（单轴向格栅用聚或双轴向拉伸。比较柔软的土工格栅由两组90°相交的高韧性聚酯纱制成，在相交点以编织法或热焊法连接，然后涂以聚合物（通常是聚乙烯、聚氯乙烯或沥青，双轴向格栅用聚丙烯），然后将片材进行单轴向土工网是两组平行的大致呈圆形的聚合物股，通常以 60°相交，形成网状外观。虽然土工网可用作较低强度的土壤加固，但它的主要用途是在输送液体或气体的复合排水制品中用作芯材或隔片。土工网往往用PE 以连续挤出法制成。

土工复合材料是由土工织物、土工格栅、土工网、土工膜和其他材料进行不同组合而成。多数土工复合材料用于排水。土工合成材料粘土衬材是低渗透性的复合材料，典型的组合是干膨润土薄层与土工织物和%或土工膜制成，用针刺、缝合或胶粘剂固定在一起。

三、土工合成材料的主要功能

土工合成材料的功能是多方面的，综合起来，可以概括为过滤、排水、隔离、加筋、防渗和防护六大功能。3.1 反滤

土工合成材料具有细小的孔隙通道，将其铺在地下水渗流的土体中，水可以通过织物，而土粒被阻挡住，从而避免因土粒过量而造成的土体破坏以及由于孔隙水压力而造成的土体失稳。广泛应用于水利、铁路、公路、建筑等各项工程，特别是水利工程中用作堤、坝基础或边坡反滤层已极为普遍。在砂石料紧缺的地区，用土工织物做反滤层，更显示了它的优越性。在土木工程中为了防止管涌破坏，常需设置由经过设计的砂石料所组成的“反滤层”，而土工织物完全可以取代这种常规的砂石料反滤层起到防渗反滤作用。3.2 排水

土工织物主要是无纺织物，是良好的透水材料。无论是织物的法向或水平向，均具有较好的排水能力，能将土体内的水积聚到织物内部，形成一排水通道，排出土体。较厚的针刺无纺土工布和一些具有较多孔隙的复合土工布都可以起排水作用。在岩土工程中很多情况下需要采取排水措施，以降低渗透压力，或加速土体的固结，或降低无压渗流场的浸润线的位置。过去所采用的常规措施是在适当的部位（如两种透水性不同的土层的交界面，或土料与混凝土建筑物表面的交界面等）铺放在碎石层进行排水。用土工织物则可取代这种碎石层。这种取代不仅可以收到排水效果，而且施工特别简单（特别对倾斜或垂直方向的施工面），工程造价也可以大为节省。可用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水，埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水等。3.3 防护

在实际工程中，土工合成材料可以防止液体的渗漏、气体的挥发，保护环境或建筑物的安全。可用于土石坝和库区的防渗，渠道防渗，隧道和涵管周围防渗，防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发，屋顶防渗，用于修筑施工围堰等。3.4 加筋

所谓加筋，即将土工合成材料按照一定的方式埋入土中，使土工合成材料与土之间良好地结合，利用合成材料的较高强度性能，重新分布土体应力，增加土体变形模量，传递拉应力，限制土体侧向位移，增加土体的抗剪强度，从而提高土体及有关建筑物的稳定性。土工合成材料较多的应用于软弱地基处理、陡坡、挡土墙等边坡稳定方面。加筋作用可以通过“宏观加筋”与“微观加筋”两种方法获得。宏观加筋就是在土体中埋入土工合成材料，形成所谓“加筋土”。土工合成材料在其中可以约束土体的拉伸应变，减少土体变形，从而增加土体的模量，改善土体的受力状况，提高土体的稳定性。各类土工织物都可埋入土体内起加筋作用，特别是土工格栅效果更好。微观加筋就是在土体中掺合土工合成连续纤维丝，形成所谓“纤维土”（或“织物土”），以提高土体的强度和稳定性。与加筋土相比，纤维的加固是三维的，而加筋土的加固一般是一维的，只有经过特殊设计才可能成为二维或三维的加筋结构。可用于加强软土地基，加强边坡稳定性，用作挡土墙会填土中的加筋或锚固挡土墙的面板，修筑包裹式挡土墙或桥台，加固柔性路面，防止反射裂缝的发展等。3.5 隔离

将土工合成材料放在不同的材料之间或同一材料不同粒径之间及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来。当受外部荷载作用时，虽然材料受力互相挤压，而由于土工织物在中间隔开，不使互相混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。隔离用的土工织物必须有较高的强度来承受外部荷载作用时而产生的应力，保证结构的整体性。可用于道路基层与路基之间或路基与地基之间的隔离层，在土石混合坝中隔离不同的筑坝材料，用作坝体与地基之间的隔离体，堆场与地基间的隔离层等。3.6 防渗

将土工织物表面涂一层树脂或橡胶等防水材料，也可将土工织物与塑料薄膜复合在一起形成不透水的防水材料即土工膜。主要用于防止河岸或海岸被冲刷，防止垃圾、废料或废液污染地下水或发散臭味，防止水面蒸发或空气中灰尘污染水面，防止土体冻害等。

四、土工合成材料在岩土工程中的应用

土工合成材料是岩土工程的新型建筑材料，我国20世纪70年代末开始在工程中应用。20世纪80年代初，非织造布开始在铁路工程和水利工程上试用，到20世纪80年代后期，土工织物的生产能力、应用范围、测试技术、理论研究等各个方面都得到了较快的发展，并且有相当大的规模和较广泛的分布范围，各地均有其应用。产品和应用技术在不断发展，国外先进技术的应用与发展给我国以极大的促进，针对我国实际情况，在生产技术、测试技术、施工技术、理论研究、设计水平等各个方面的工作，均在不断提高和完善。4.1 在水利水电建设工程中的应用

水电建设是我国土工合成材料应用最广泛、用量最大、应用品种最多的一个方面，主要用作软弱地基基加固、反滤、加筋、防渗等。在全国各地的各项水电工程中土工织物均有不同程度的应用。如：中国最大的水电建设工程三峡工程围堰防渗、福建水口水电工程大坝上下游围堰、上海陈行水库存围堤筑堤及边坡反滤、浙江秦山核电站围堤工程、京杭大运河整治边坡反滤、湖南省湘乡市桐子水库的粘土斜墙堆石坝、重庆市长江护岸工程以及黄河治理、淮河治理、长江口整治工程等一些较大的水利水电工程。电力能源系统新建电厂粉煤灰库90%以上采用土工织物修建库堤。有40%的老灰库维修或扩建也均采取土工织物。如上海外高桥电厂灰库、上海石洞口电厂灰库、嘉兴电厂灰库、江苏谏壁电厂真观山贮灰场等，尤其近几年在全国各地先后发生的几次特大洪水的防汛抢险中发挥了突出的作用。

防汛抢险洪涝灾害是我国范围较广、损失较大的自然灾害，受洪水威胁的地区总的土地面积约73.8万Kｍ2,占全国总土地面积的8%，土工合成材料是一种较好的防汛材料，在防汛抢险中主要利用其排水、反滤和防渗功能。如：1998年长江流域大洪水期间，利用编织袋快速抢筑子堤得成功。子堤绵延数百公里，最高达2.2ｍ，挡水1.7ｍ。利用编织布防浪也取得了很好的效果。工程实例如：1991年6月14日滁洒大水，在跣跃坪堤段有61处漏水洞，有的漏水洞口有碗口大，主要是因为白蚁凿孔贯穿堤身所引起。查明原因后，迅速用土工布袋装土等物料将蚁窝夯实，用土工膜在迎水坡截渗，漏洞下游出水口用无纺布等滤水材料作反滤井,险情得到控制。

石笼沉床土工合成材料可做成石笼放入水中，加固水库边(岸)坡或海岸，防止海水冲刷,免去水下作业的麻烦。

防止水土流失土工织物管是用高强纤维制成，是为海岸和内地水土流失提供防护发展的一项技术。现在已经有采用直径达3ｍ的有纺织或编织的土工织物管，在长度上没有限制，只是充填和处理上的困难需要考虑。充填方法是通过泵将水砂混合体压入土工织物管，由于内壁阻力，一般每10ｍ设置一个进口。进口常常采用一个小直径的土工织物管，在大土工织物管的上游侧将其锚固。一般情况下，需要用土覆盖,以防紫外线照射或人为破坏。

堤岸的加筋土挡墙在码头河岸、江岸及海岸均采用直立或坡度挡墙。

坝体增强，在水库坝体这种永久性负载面积上铺设两层土工合成材料，可防止坝底发生细微沉陷。

渠道衬砌美国垦务局从20世纪50年代开始试验用土工膜进行渠道防渗衬砌，取得了较大的进展，几乎在所有的渠道上都采用土工膜衬砌。许多国家也采用该方法。

水产养殖区域衬砌土工膜作为池塘底或边的衬砌,以便养殖贝类及其它水产品。现在的进展是用于这种目的的土工膜有一坚固的保护面,以防止使用和维修过程中的损坏。因而，土工膜应选择较厚的(比如，厚于2.5ｍｍ)编织的土工膜。未来的发展是开发土工膜新品种,使其能达到营养、防污染和防氧化的目的。4.2 在铁路建设中的应用

土工合成材料主要用于铁路路基加固处理、路基隔离、排水、防治翻浆冒泥、防治严寒地区冻融灾害等方面，并可在不停止列车运行的情况下进行处理，因此不论是老干线维修，还是新干线建造，都可应用土工合成材料，并取得良好效果。研究如何有效地防治路基灾害的产生和发展中，铁路科技工作者较早地注意到了土工合成新材料，继20世纪70年代初大量试用土工聚合材料不透水薄膜作防水覆盖层之后，20世纪70年代中以来，很多国家如法国、美国、澳大利亚、日本、苏联、匈牙利等在铁路上进行了多种应用的试验研究和工程实践。国内的应用如京九铁路路基处理、大连至秦皇岛铁路路基加筋、上海至杭州外环线路基加固以及京广铁路翻浆冒泥整治等。

铁道路基加固，土工格栅用于铁路路基增强，合成材料和路面材料融合在一起，可有效的分配载荷，防止道渣流失和路基变形，提高路基的稳定性，承受更大的变形载荷。

铁道道渣保护，由于火车震动及风吹雨淋，造成道渣流失，用土工合成材料包裹，防止道渣流失，提高路基的稳定性。

铁路挡墙，土工合成材料用于铁道边上的挡墙增强，如用于火车站内月台和货台，可延长使用寿命，减少维修费用。铁道边坡防护土工合成材料用于铁道两旁的边坡防护，可防止石块和土体滑落，提高铁路的使用寿命，减少维修费用。4.3 在公路建设工程中的应用

公路建设主要是应用针刺无纺布解决路基沉陷、软基加固、防治翻浆冒泥、防止路基冻融等。另外利用薄型无纺布防止沥青路面产生反射裂缝，其效果也很显著。近20年来国内外公路交通的高速发展，高等级公路网扩展，为土工合成材料在公路工程中的应用开拓了广阔的前景。据国外的统计资料，土工合成材料在公路工程中的应用占全部用量的1/3以上。

加筋土挡墙，在公路旁边和垂直挡墙中加铺土工合成材料，可提高挡墙的承载能力。

路面、路基增强，土工合成材料可用于公路路面、路基的增强，尤其是在软地基的公路，解决路面裂缝、车辙压痕，在填充物之间加铺土工合成材料，可大大提高路面、路基的承载力和使用寿命。

边坡防护，用土工合成材料铺在公路边坡上，可防风吹雨淋，坡上的石块和泥土滑落。

桥台加固，公路桥台地基一般很容易向下沉陷，使桥梁出现裂纹，在桥台地基下铺设土工合成材料，可提高承载力。4.4 在港湾与海岸工程建设中的应用

土工合成材料主要是用作反滤材料、软土地基加固、海岸防护以及防波堤工程。另外港区集装箱堆场及港区内道路的地基加固、场内的排水盲沟等也都采用土工合成材料。如：天津新港在突堤软基处理及码头滤层、青岛前港湾区防波堤工程、上海芦潮港及金同石化防波堤工程。4.5 环境工程中的应用

土工合成材料是环境工程中比较理想的应用材料。利用土工织物处理工业废料，建造废料库、垃圾场、废水处理池等工程越来越多。另外土工织物在保护水源、环境绿化等方面也有很大的发展前景。可以肯定，土工合成材料因其优良特性，必将在环境工程中得到更广泛的应用。我国的环境保护工程中，土工合成材料的应用起步较晚，应用范围较窄，目前，仅限于尾矿和粉煤灰贮存方面的应用报导。实际上，应用的潜在范围是广阔的，一些大中城市相继建成的垃圾填埋场、水处理厂等工程均可运用土工合成材料。例如：四川绵阳市塔子岭填埋场和杭州的天子岭填埋场。

4.6 在建筑工程中的应用

土工合成材料在建筑工程方面的应用是近年来才开始发展的。土工合成材料可以制成多种功能制品，因此在建筑工程上的应用也是多方面的。迄今为止，虽然应用尚不广泛，已发展了地基加筋垫层、深基础排水减压、排水固结、桩基处理、膨胀土地基等多种应用类型。除上述几个方面外，在矿山尾矿坝、机场跑道、地铁、隧道、市政建设、环保工程、军事工程等各个方面都不同程度、不同数量的应用土工织物。

第四篇：土工合成材料在整治路基病害工程中的应用

土工合成材料在整治路基病害工程中的应用 2.1 土工合成材料的含义及其应用概况

土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。

土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的，例如，土工织物用于滤层、隔离和防护；土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定；土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。复合型土工合成材料则结合了各自的优点，例如，兼有过滤和排水性能的土工织物和土工网复合材料，结合加筋和隔离功能的土工织物和土工格栅复合材料，而土工织物和土工膜结合形成的复合土工膜则既能防渗又具有防刺破的作用，同时具有与土较高的界面磨擦系数。

尽管有众多的产品和更多的潜在的应用形式，对于具体的工程应判断土工合成材料的主要作用，选择合理的设计公式，确定要求达到的性能指标，并寻求一个经济上合适的施工方法。目前证明较成功的应用有：无纺土工织物代替粒状级配滤层应用于反滤排水工程中，土工合成材料加筋挡土墙代替重力式挡土墙，塑料排水带代替砂井，土工膜用于防渗材料等。在应用的初期，最担心的是耐久性，忽视铺放的位置，认为铺土工合成材料总比不铺好。而现在经验证明在土中耐久性是可以保证的，相反，土工合成材料铺放的位置不当或施工质量差，会降低作用，甚至适得其反。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物(polymer)。它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。聚乙烯是在1931年前后，首先由英国ICI公司研制成功的，1939年成为商品在市场上出售，它是聚合物中分子结构最简单的一种，可分为低分子量和高分子量两类。聚乙烯的比重为0.92，耐酸碱，抗化学剂能力强，吸湿性低，低湿时仍具柔性，电绝缘性极好。在1950年前后，又开发出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、机械强度、熔点和硬度等都比低密度的为优。聚酰胺约在1935年研制成功，俗名为尼龙，其吸湿性较高，干燥时有一定绝缘性、机械性能好。聚酯于1941年前后问世，它包括聚酯树脂、聚酯纤维和聚酯橡胶等。聚丙烯于1954年研制出来，1957年成为商品出售。它的比重为0.90～0.91，耐温范围-30 ℃～140 ℃，耐化学剂性能较好，惰性强，价格低廉，是目前应用最多的原材料之一。

此外，常用的原材料还有聚氯乙烯，它的比重为1.4，具有极好的化学稳定性，不燃烧，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。以上五种原材料的性能对比如表2-1所示。表2-1 几种高分子聚合物性能对比 性能 高分子聚合物

聚酯 聚酰胺 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯 单位质量 高 中 低

低 高 强度 高 中 低 低 低 弹性模量 高 中 低

低 低 破坏应变

中 中 高 高 高 蠕变性 低

中 高 高

抗紫外线 高

中

中

低

高 耐碱性 低 高 高 高 高 耐霉，耐虫 中 中 中 高 高

应当指出，材料的强度还与纤维的制作方法有关。在应用土工合成材料时，其性能更受施工方法、应用环境和侧限压力大小的影响。土工合成材料在我国的应用，可以追溯到20世纪60年代，例如，北京市东北旺农场南干渠使用聚氯乙烯土工膜防渗。有纺织物首次应用的成功实例，是在1974年江苏省江都县嘶马长江的护岸工程。该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无纺织物作为隔离材料，1981年，铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。无纺织物作为反滤材料，1984年首次成功地应用于云南麦子河工程大坝上。1983年铁路部门在广茂铁路路基中第一次采用了土工织物铺设在软土地基表面，增加了路堤的稳定性。

目前，品种繁多的人工合成材料陆续问世，它们可制成各种符合特定目的的产品，而且由于其具有质量轻、施工简易、运输方便、价格低廉料源丰富等优点，为土木工程提供了一种崭新的较为理想的材料，并由此带来一种实施简便和经济有效的技术途径。土工合成材料是以合成材料为原材料制成的应用于岩土工程的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为土工合成材料，以区别于天然材料。近些年来，土工合成材料在全世界范围内得到迅速的发展和广泛的应用，取得了良好的经济、社会和环境效应。土工合成材料技术被人们誉为20世纪岩土工程中的一项技术革命。2.2 土工合成材料的种类 2.2.1 土工织物

2.2.1.1 土工织物的种类

土工织物为透水性土工合成材料。土工织物的制造一般要经过两个步骤：首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。许多不同的高分子聚合物已经用作不同土工织物产品的原料，土工织物按制造方法分为针织型、无纺或非织造型和机织或有纺型三类。针织型目前已很少应用，有纺土工织物由两组平行的呈正交或斜交的经线和纬线交织而成，其主要缺点是沿经线和纬线的强度高，而与经纬线斜交方向的强度低，无纺土工织物是把纤维作定向的或随意的排列，再经过加工而成，按照联结纤维的方法不同，可分为化学(粘结剂)联结、热力联结和机械联结三种。其主要优点是强度没有显著的方向性，对变形的适应性较大，目前世界上80 %的土工织物属于这种类型。

土工织物突出的优点是重量轻，整体连续性好(可做成较大面积的整体)，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。缺点是未经特殊处理，则抗紫外线能力低，如暴露在外受紫外线直接照射容易老化，但如不直接暴露，抗老化及耐久性能仍较高，土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的种类及加工制造方法密切相关。(1)织造型土工织物

这类产品又称有纺土工织物，是最早的土工织物产品。它的制造分两道工序：先将聚合物原料加工成丝或纱或带，再借织机制成平面结构的布状产品。织造时常包括相互垂直的两组平行丝，沿织机(长)方向的称经丝，横过织机(宽)方向的称纬丝。这种织物看来简单，却有着不同的丝种和不同的织法。丝种包括单丝、多丝及二者的混合。单丝是单根丝，典型直径约为0.5 mm，它是将聚合物热熔后从模具中挤压出来的连续长丝。在挤出同时或刚挤出后将丝拉伸，使其中的分子定向，以提高丝的强度。多丝是由若干根单丝组成的，在制造高强土工织物时常采用多丝。多丝也有用切割成的短丝(一般长100 mm)搓拧而成的。早期的土工织物系由单丝织成，后来发展为采用扁丝。扁丝是由聚合物薄片经利刀切成的薄条，其厚度比单丝薄得多，且在切片前后都要牵引拉伸以提高其强度。扁丝宽度约为3 mm，是其厚度的一二十倍。目前的大多数编织土工织物是由扁丝织成，而圆丝和扁丝结合织成的织物有较高的渗透性。

另一种特殊的扁丝叫裂膜丝，它是将一根扁丝剖成许多根细丝，但仍连在一起。由裂膜丝织成的织物较为密实，柔软而渗透性小。多丝和裂膜丝结合织成的编织物厚度可达1～2 mm，比扁丝织成的要厚。织造型土工织物有三种基本的织造型式：平纹、斜纹和缎纹。平纹是一种最简单、应用最多的织法，其形式是经、纬丝一上一下。斜纹则是经丝跳越几根纬丝，最简单的形式是经丝二上一下。缎纹织法是经丝和纬丝长距离的跳越，例如经丝五上一下。这种织法运用于衣料类产品。

在织造时，由于梭子要不断地牵引纬丝从经丝的空间中穿过，故要求经丝强度比纬丝的高。采用不同的丝和纱以及不同的织法，可以使织成的产品具有不同的特性。例如平纹织物有明显的各向异性，其经、纬向的摩擦系数也不一样；圆丝织物的渗透性一般比扁丝的要高，每厘米长的经丝间穿越的纬丝愈多，织物也愈密愈强，渗透性则愈低。单丝的表面积较多丝的要小，其防止生物淤堵的性能要好一些。聚丙烯的老化速度比聚酯和聚乙烯的要快等等。由此可见，可以借调整丝(纱)的材质、品种和织造方式等来得到符合工程要求的强度、经纬强度比、摩擦系数、等效孔径和耐久性等各项指标。在工程实施中应根据具体要求来优选产品，铺设时要注意材料的合理铺设方向。(2)非织造型土工织物

这类产品又称无纺土工织物。根据粘合方式的不同，非织造型土工织物分为热粘合、化学粘合和机械粘合等三种。热粘合法织造型土土织物的制造，是将纤维在传送带上成网，让其通过两个反向转动的热辊之间热压，纤维网受到一定温度，部分纤维软化熔融，互相粘连，冷却后得到固化。该法主要用于生产薄型土工织物，厚度一般为0.5～1.0 mm。由于纤维是随机分布的，织物中形成无数大小不一的开孔。再因为无经纬丝之分，故其强度的各向异性不明显。

纺粘法是粘合法中的一种，是将聚合物原料经过熔融、挤压，纺丝成网，纤维加固后形成的产品。这种织物厚度薄面强度高，渗透性大。由于制造流程短，产品质量好，品种规格多，成本低，用途广，近年来在我国发展较快。

化学粘合法土工织物，是通过不同工艺，将粘合剂均匀地施加到纤维网中，待粘合剂固化。纤维之间便互相粘连，使网得以加固，厚度可达3 mm。常用的粘合剂有聚烯酯、聚酯乙烯等。也可以在施加粘合剂前加以滚压，得到较薄的和孔径较小的产品。这类产品在工程中的应用较少。

机械粘合法是以不同的机械工具将纤维网加固，应用最广的是针刺法，还有用水刺法的。针刺法利用装在针刺机底板上的许多截面为三角形或棱形且侧面有钩刺的针，由机器带动，作上下往复运动，让网内的纤维互相缠结，从而织网得以加固。产品厚度一般在1 mm以上，孔隙率高，渗透性大，反滤排水性能均佳，在水利工程中应用很广。水刺法是利用高压喷射水流射入纤维网，使纤维互相缠绵加固。其产品较为柔软，主要用作卫生用品，工程中尚未应用。2.2.2 土工膜

土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物土工膜和沥青土工膜两大类。为了适应工程应用中不同强度和变形的需要，两类中又各有不加筋(单一或混合材料)和加筋或组合的类型。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。制造土工膜的聚合物有热塑塑料(如聚氯乙烯)、结晶热塑塑料(如高密度聚乙烯)、热塑弹性体(如氯化聚乙烯)和橡胶(如氯丁橡胶)等。工厂制造土工膜的方法主要有挤出、压延或加涂料等。挤出是将熔化的聚合物通过模具制成土工膜，厚0.25～4 mm。压延则是将热塑性聚合物通过热辊压成土工膜，厚0.25～2 mm。加涂料是将聚合物均匀涂在纸片上，待冷却后将土工膜揭下来而成。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的粘滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。

制造土工膜时还需要掺入一定量的添加剂，使在不改变材料基本特性的情况下，改善其某些性能和降低成本。例如掺入碳黑可以提高抗日光紫外线能力，延缓老化；掺入铅盐、钡、钙等衍生物以提高材料的抗热、抗光照稳定性；掺入滑石等润滑剂以改善材料可操作性；掺入杀菌剂可防止细菌破坏等。对于沥青类土工膜，其主要的掺入材料是一些填料或纤维。填料可为细矿粉，它能增加膜的强度且降低其成本；加入纤维，也是为提高膜的强度。2.2.3 土工复合材料

土工织物、土工膜和某些特种土工合成材料，以其两种或两种以上的土工材料互相结合起来，成为土工复合材料。土工复合材料可将不同构成材料的性质结合起来，更好地满足具体工程的需要，能起到多种功能的作用。如复合土工膜，将土工膜和土工织物按要求制成土工膜—土工织物组合物，称复合土工膜。土工膜主要用来防渗，土工织物起加筋、排水和增加土工膜与土面之间的摩擦力的作用。又如土工复合排水材料，它是以无纺土工织物和土工网、土工膜或不同形状的合成材料芯材组成的排水材料，用于软基排水固结处理、路基纵向横向排水、建筑地下排水管道、集水井、支挡建筑物的墙后排水、隧道排水、堤坝排水设施等。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向。这里主要介绍复合土工膜和土工复合排水材料两类。2.2.3.1 复合土工膜

复合土工膜是用土工织物或其他材料与土工膜结合而成的不透水材料。根据主要功能的不同，复合土工膜可划分为加筋型土工膜和横向排水型土工膜两种。(1)加筋型土工膜

加筋型土工膜具有较高的强度和模量，以满足工程中防渗与受力的要求，如氯丁橡胶土工膜和经编土工膜。加筋土工膜的厚度：聚合物有涂料的三层压延加筋土工膜厚0.75～1.5 mm；聚合物五层压延加筋土工膜厚1.0～1.5 mm。(2)横向排水型土工膜

横向排水型土工膜一般由无纺土工织物与土工膜复合而成，常见的有“一布一膜”、“两布一膜”。其中，无纺土工织物不仅具有横向排水作用，而且对土工膜起保护作用。2.2.3.2 土工复合排水材料

土工复合排水材料是薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成的一种复合型排水产品。这种产品克服了土工织物沿织物平面方向排水能力小的缺点，可以沿产品芯材水平方向的排水通道通畅地排水，而外包的土工织物作为滤层以阻止土颗粒进入排水通道。复合排水带主要用于软土地基竖向排水固结处理等，我国生产及工程上普遍采用的产品主要是塑料排水带。复合排水板具有广泛的用途，如路基纵向横向排水、支挡建筑物的墙后过滤排水、隧道衬砌后防排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等。(1)塑料排水带

塑料排水带是由不同截面形状的连续塑料芯板外面包裹非织造土工织物(滤膜)而成。芯板的原材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。芯板截面有多种型式，常见的有城垛式、口琴式和乳头式等。芯板起骨架作用，截面形成的纵向沟槽供通水之用，面滤膜多为涤纶无纺织物，作用是滤土、透水。

塑料排水带的施工是利用插带机将其埋设在土层中的预定位置。塑料带前端与锚靴相连，用插带机导杆顶住锚靴，插入土层中，达到预定深度后拔出导杆，但排水带仍留在预定位置，在高出地面一定高度(0.5 m左右)剪断排水带，施工时可用静荷或动荷送杆，静荷送杆对土层扰动小，较为常用。我国插带机的插入深度可达约25 m，入土速率可达6 m/min。排水带的平面分布间距可借理论计算确定，一般为1～2 m。排水带插入软基后，为排除土中的多余水量提供了捷径，多余水可水平向通过带的滤膜进入芯板沟槽，再向上由地表的透水料垫层排走。排水带在公路、码头、水闸等软基加固工程中应用广泛，以加速软土固结。(2)软式排水管

软式排水管又称为渗水软管，是由高强钢丝圈作为支撑体，以及具有反滤、透水及保护作用的管壁包裹材料两部分构成的。高强钢丝由钢线经磷酸防锈处理，外包—层PVC材料，使其与空气及水隔绝，避免氧化生锈。包裹材料有三层，内层为透水层，由高强特多龙纱或尼龙纱作为经纱，特殊材料为纬纱制成；中层为非织造土工织物过滤层；外层为与内层材料相同的覆盖层。为确保软式排水管的复合整体性，支撑体和管壁外裹材料间，以及外裹各层之间都采用了强力粘结剂粘合牢固。软式排水管兼有硬水管的耐压与耐久性能，又有软水管的柔性和轻便特点，过滤性强，排水性好，可用于各种排水工程中。(3)其他复合排水材料

现在已生产出各种型式芯材和外包滤膜的复合排水材料。芯材有平板上立管柱的，有做成各种奶头形的，有土工网的，还有用塑料丝缠成的网状体的等等，它们均具有较大的排水能力，可按工程需要选用。2.2.4 土工特种材料

土工特种材料是为工程特定需要而生产的产品，品种多，现选择几种主要产品说明如下。2.2.4.1 土工格栅

土工格栅是在聚丙烯或高密度聚乙烯板材上先冲孔，然后进行拉伸而成的带长方形或方形孔的板材。加热拉伸是让材料中的高分子定向排列，以获得较高的抗拉强度和较低的延伸率。按拉伸方向不同，格栅分为单向拉伸(孔近矩形)和双向拉伸(孔近方形)两种。前者在拉伸方向上有较高强度，后者在两个拉伸方向上皆有较高强度。土工格栅的品种和规格很多，目前开发的新品种有用加筋带纵横相连而成的，也有用高强合成材料丝纵横连接而成的等等。2.2.4.2 土工网

土工网是以聚丙烯或聚乙烯为原料，应用热塑挤出法生产的具有较大孔径和较大刚度的平面结构材料。可因网孔尺寸、形状、厚度和制造方法的不同而造成性能上的很大差异。一般而言，土工网的抗拉强度都较低，延伸率较高。这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。一般说来，它只有在受力水平不高的场合，才能用于加筋。2.2.4.3 土工模袋

土工模袋是由上下两层土工织物制成的大面积连续袋状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板，可用作护坡。这种袋体代替了混凝土的浇注模板，故而得名。模袋上下两层之间用一定长度的尼龙绳来保持其间隔，可以控制填充时的厚度。浇注在现场用高压泵进行。混凝土或砂浆注入模袋后，多余水量可从织物孔隙中排走，故而降低了水分，加快了凝固速度，使强度增高。按加工工艺的不同，可将模袋分为两类，即机织模袋和简易模袋。前者是由工厂生产的定型产品，而后者是用手工缝制而成的。2.2.4.4 土工格室

土工格室是由强化的高密度聚乙烯宽带，每隔一定间距以强力焊接而形成的网状格室结构。典型的条带厚1.2 mm、宽100 mm，每隔300 mm进行焊接。格室张开后，可填以土料，由于格室对土的侧向位移的限制，可大大提高土体的刚度和强度。它可用于处理软弱地基，增大其承载力，沙漠地带可用于固沙，还可用于护坡等。2.2.4.5 土工管及土工包

土工管、土工包是用经防老化处理的高强土工织物制成的大型管袋及包裹体，可有效地护岸和用于崩岸抢险，或利用其堆筑堤防，解决疏浚弃土的放置难题。

土工包是将大面积高强度的土工织物摊铺在可开底的空驳船内，充填200～800 m3料物，将织物包裹闭合，运到一定部位，沉至预定位置。在国外，该技术大量用于环保。2.2.4.6 聚苯乙烯板块

聚苯乙烯板块称泡沫塑料，是以聚苯乙烯聚合物为原料，加入发泡剂制成的。它的主要特点是质量极轻、导热系数低、吸水率小，但也有一定抗压强度。由于其质轻，可用它代替土料，填筑桥端的引堤，解决桥头跳车问题、其导热系数低，故在寒冷地带，可用该材料板块防止结构物冻害，例如在挡墙背面或闸底板下，放置泡沫塑料以防止冻胀等。2.2.4.7 土工合成材料粘土垫层

土工合成材料粘土垫层是由两层或多层土工织物(或土工膜)中间夹一层膨润土粉末(或其他渗透性材料)以针刺(缝合或粘接)而成的—种复合材料。它与压实粘土垫层相比，具有体积小、质量轻、具柔性、密封性良好、抗剪强度较高、施工简便、适应不均匀沉降等优点，可以代替—般的粘土密封层，用于水利或土木工程中的防渗或密封设计。国外大量用于废料坑的底部防渗衬砌和顶部封盖。2.3 土工合成材料的工程特性 2.3.1 物理特性 2.3.1.1 厚度

土工合成材料厚度用mm表示，厚度变化对织物的孔隙率、透水性和过滤性等水力特性有很大的影响。常用的各种土工合成材料的厚度是：土工织物一般为0.1～5 mm，最厚的可达十几毫米；土工膜一般为0.25～0.75 mm，最厚的可达2～4 mm；复合型材料有时采用较薄的土工膜，最薄可达0.1 mm；土工格栅的厚度随部位的不同而异，其肋厚一般由0.5 mm至几十毫米。有些材料在受压时厚度变化很大，需规定在某固定压力下测定厚度。一般规定此压力为2 kPa。根据工程需要还应测试在20 kPa、200 kPa压力下的系列厚度。土工织物厚度可采用专门的厚度测试仪，土工膜厚度可直接用千分尺测定，—般要求加压面积为25 cm2，试样面积应大于加压面积的2倍，加压时间30 s，试样不少于10块。2.3.1.2 单位面积质量

单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的质量，它反映材料多方面的性能，如抗拉强度、顶破强度等力学性能以及孔隙率、渗透性等水力学性能。通常以g/m2表示，是土工合成材料的主要物理性能之一。土工织物和土工膜单位面积质量受原材料密度的影响，同时受厚度、外加剂和含水量的影响，常用的土工织物单位面积质量一般在50～1 200 g/m2的范围内。测定单位面积质量采用秤量法，试样面积为100 cm2，数量不得少于10块，天平秤量读数应精确到0.01 g(现场测试为0.1 g)。测试前要求试样在标准大气压下恒温(20±2 ℃)，恒湿(65 %±2 %)24 h。2.3.2 力学特性

反映土工合成材料力学特性的指标主要有拉伸特性及抗拉强度、撕裂强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度及握持强度等。

2.3.2.1 拉伸特性及抗拉强度

土工合成材料是柔性材料，大多通过其抗拉强度来承受荷载以发挥工程作用，因此抗拉强度及其应变是土工合成材料的主要特性指标。土工合成材料的抗拉强度与测定时的试样宽度、形状、约束条件有关，必须在标准规定的条件下测定。土工织物在受力过程中厚度是变化的，不易精确测定，故其受力大小一般以单位宽度所承受的力来表示，单位为kN/m或N/m，而不是习惯上所用的单位面积的应力来表示。目前测定抗拉强度基本上是沿用纺织品条带拉伸试验方法，即把试样两端用夹具夹住，以一定的速率施加荷载进行拉伸直到破坏，测得试样自身断裂强度及变形，并绘出应力—应变曲线。目前条带拉伸试验的试样分宽条与窄条两种，宽条试样宽200 mm、长100 mm，宽长比B/L＝2；窄条试样宽50 mm、长100 mm，宽长比B/L=1/2。试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸过程中拉力和伸长量或直接记录拉力—伸长关系曲线的拉力机，同时要求试样的最大断裂力在满量程的10 %～90 %范围内。国内规定拉伸速率为50 mm/min。

目前关于土工合成材料的拉伸力学特性一般采用室内无侧限拉伸试验进行测试。但现场埋设在填料中的土工筋材的力学特性因填料的约束作用而不同，人们曾通过对不同宽带的试件进行拉伸试验，以评价筋材受侧向约束的影响。但更科学的是应将筋材埋在填料中进行测试。此时的力学特性所受影响因素较多。有约束的拉伸试验表明，约束力将增加土工织物的抗拉强度和模量，对于土工格网和土工格栅，约束力的影响更为显著，因为除了界面的摩擦阻力外，筋材横肋所受拉伸方向的土压力还将约束其变形，从而增大了模量。

2.3.2.2 握持强度

土工织物承受集中力的现象普遍存在，握持强度是反映其分散集中力的能力。握持强度试验选用的仪器一般与条带拉伸试验相同，但试验方法不同。握持强度试验是握持试样两端部分宽度而进行的一种拉力试验。它的强度由两部分组成，一部分为试样被握持宽度的抗拉强度；一部分为相邻纤维提供的附加抗拉强度。它与条带拉伸强度之间没有简单的对比关系。由于各单位所采用的试样和夹具的尺寸不尽相同，试验的难度也较大，因此测得的成果相差很多。一般不宜作为设计依据。只可用作不同土工织物的抗拉强度的比较。土工织物握持力一般为0.3～6.0 kN。2.3.2.3 撕裂强度

土工织物和土工膜在铺设和使用过程中，常常会有不同程度的破损。撕裂强度反映了试样抵抗扩大破损裂口的能力，可评价不同土工织物和土工膜被扩大破损程度的难易，是土工合成材料应用中的重要力学指标。目前撕裂强度试验仍沿用纺织品标准测试方法。常用的纺织品撕裂试验，按试样形状分为梯形法、翼形法以及舌形法，舌形法又分为单缝与双缝两种。目前多采用梯形法测定土工膜及土工织物的撕裂强度，这种试验从其加力方式看，近似于张拉试验。土工织物梯形撕裂强度值一般为0.15～30 kN，不加筋土工膜的梯形撕裂强度值一般为0.03～0.4 kN。2.3.2.4 顶破强度 刺破强度及穿透强度

在工程应用中，土工织物及土工膜常被置于两种不同粒径的材料之间，受到粒料的顶破作用，同样也将受到抛填粒料引起的法向荷载。根据粒径大小形状、土工织物及土工膜接触面的受力特征和破坏形式的不同，可分为顶破、刺破和穿透几种受力状态。

(1)顶破强度是反映土工织物及土工膜抵抗垂直织物平面的法向压力的能力。顶破试验与刺破强度试验相比，压力面积相对较大，材料呈双向受力状态。所用试验方法有液压胀破试验、圆球顶破试验和相CBR顶破试验。

(2)刺破强度是反映土工织物或土工膜抵抗小面积集中荷载(如有棱角的石子或树枝等)的能力。试验方法与圆球顶破试验相似，只是以金属杆代替圆球。(3)穿透强度可通过穿透试验测得，这种试验是模拟工程施工中具有尖角的石块或其它锐利物落在土工织物或土工膜上的情况，用穿透试验所得孔眼的大小，评价土工织物或土工膜抵御穿透的能力。2.3.3 水力学特性

由于土工织物、细孔土工网等土工合成材料可以使水及空气自由地通过，并能有效地截留和控制土颗粒的流失，因此被广泛他用作排水和过滤材料。为此必须研究其水力学特性，其主要包括两方面：—是透水与导水能力；二是阻止颗粒流失的能力。这些特性涉及到土工合成材料的孔隙率、孔径大小与分布情况、渗透特性等。土工织物的渗透特性是其重要水力学特性之一。在过滤标准及其它有关水力学中，是一项不可缺少的重要指标。根据工程的需要，通常要确定垂直于织物平面的渗透特性和平行于织物平面的渗透特性。垂直于织物平面的渗透特性，主要用垂直渗透系数 表示。该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流速度，一般服从达西定律，土工织物的渗透系数约为 ～ cm/s，其中无纺织物的渗透系数为 ～ cm/s。使用土工膜的目的在于防渗，它可以阻挡水、水气、气体及有害物质(例如甲醇、丙酮和二甲苯等)的渗透。土工膜在水压力作用下产生渗流的原因是由于制造时的不均匀性和缺陷等因素所造成的，有些细微的通道，则是在一定的水压力下被水冲破而形成的，温度变化引起水体积变化，土工膜的渗透系数愈小，温度对试验结果的影响愈大。

土工织物用作滤层时，水从被保护土中流过织物，在流动中使土颗粒集聚在织物表面的孔口上，堵塞水流通道的进口，或是细颗粒沉积在孔隙内部，逐渐减小通道的有效过水面积。前者称为堵塞，后者称为淤堵，堵塞一般发生在渗流开始阶段，而淤堵则随时间增长而加重。目前判断织物滤层淤堵，通常是通过观察通过织物的流量减小以及进入织物的土颗粒增多的现象来评估，还不能给出淤堵程度的允许值，只能通过被保护土与织物滤层的长期工作试验，观测渗透流量的变化与稳定情况来评估。2.3.4 耐久性

土工合成材料的耐久性包括许多方面，主要是指对紫外线辐射、温度变化、化学与生物侵蚀、干湿变化、冻融变化和机械磨损等外界因素变化的抵御能力，材料的耐久性主要与聚合物的类型及添加剂的性质有关。土工合成材料的老化现象主要是因为高分子聚合物具有链节结构，受外界因素的影响发生降解反应或交联反应的结果。使材料老化的各种因素中，阳光辐射起着最重要的作用。紫外线具有很大的能量，能够切断许多聚合物的分子链，或者引发光氧化反应。其试验方法主要有自然老化和人工老化两大类，近几年采用了一系列措施以增加聚合物的抗老化能力，并取得了很好的效果。添加防老化剂、方法简便，效果显著，是当前防老化的主要途径。土工合成材料在有覆盖的情况下(或埋在土中)，老化速度缓慢。

聚合物对化学腐蚀一般具有较高的抵抗能力，但某些特殊的化学药剂或废品对聚合物有腐蚀作用。因而利用土工合成材料(土工膜)作污水或废物存储池的防渗材料时，对其化学稳定性要认真对待。土工合成材料在铺设过程中易受损伤，且不易被发现，国外试验研究发现，埋在土中的织物老化主要是由于机械伤引起的，铺设造成的孔洞是使材料强度降低的主要因素。孔洞数愈多，原始强度降低得愈多。在高温条件下，合成材料将发生熔融现象。有时温度虽未达到融点，聚合物分子结构也可能发生变化，影响材料的弹性模量和强度。有些聚合物在特别低的温度下，也使柔性降低、质地变脆，影响其力学特性，给施工及接缝造成困难。

此外，干湿度和冻融变化可能使一部分空气或冰屑存在织物内部，影响其渗透特性。2.4 土工合成材料的功能

土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要功能可归纳为六类，即过滤作用、排水作用、隔离作用、防渗作用、防护作用以及加筋作用。2.4.1 过滤作用

把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒通过。从而防止由于土颗粒的过量流失而造成土体的破坏。同时允许土中的水或气体通过织物自由排出，以免由于孔隙水压力的升高而造成土体的失稳等不利后果。

土工织物可适用于土石坝粘土心墙或粘土斜墙的滤层，土石坝或堤坝内的各种排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层。堤、坝、河、渠及海岸块石或混凝土护坡的滤层，水闸下游护坡下部的滤层，挡土墙回填土中排水系统的滤层，排水暗道周边或碎石排水暗沟周边的滤层，水利工程中水井、减压井或测压管的滤层等。2.4.2 排水作用

有些土工合成材料可以在土体中形成排水通道，把土中的水分汇集起来，沿着材料的平面排出体外。较厚的针刺型无纺织物和某些具有较多孔隙的复合型土工合成材料都可以起排水作用。

它们可适用于土坝内垂直或水平排水，土坝或土堤中的防渗土工膜后面或混凝土护面下部的排水。埋入土体中消散孔隙水压力，软基处理中垂直排水，挡土墙后面的排水，各种建筑物后面的排水，排除隧洞周边渗水、减轻周边所承受的外水压力，人工填土地基或运动场地基的排水等。2.4.3.隔离作用

隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预期的良好效应，举例说明如下：(1)通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化。(2)隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高。

(3)隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料。

(4)地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱洞穴区或软弱区的影响。(5)在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻胀。(6)道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施。(7)隔离层还起一定的保温作用。

用于隔离的土工合成材料应以它们在工程中的用途来确定。应用最多的是有纺和无纺土工织物。如果对材料的强度要求较高，有时还要求以土工网或土工格栅作为材料的垫层。当要求隔离防渗时，则需要土工膜或复合土工膜。2.4.4 防渗作用

土工膜和复合型土工合成材料，可以防止液体的渗漏、气体的挥发，保护环境或建筑物的安全。它们可用于土石坝和库区的防渗，渠道防渗，隧道和涵管周围防渗，防止各类大型液体容器或水池的渗漏和蒸发，屋顶防漏，用于修筑施工围堰等。2.4.5 防护作用

多种土工合成材料对土体或水面，可起防护作用。它们主要用于防止河岸或海岸被冲刷，防止垃圾、废料或废液污染地下水或散发臭味，防止水面蒸发或空气中灰尘污染水面，防止土体冻害等。2.4.6 加筋作用

很多土工合成材料埋在土体中，可以分布土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体侧向位移；还可以增加土体和其它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性，土工织物、土工格栅、土工网及一些特种或复合型的土工合成材料，都具有加筋作用。它们可用于加强软弱地基，加强边坡稳定性，用作挡土墙回填土中的加筋或锚固挡土墙的面板，修筑包裹式挡土墙或桥台，加固柔性路面、防止反射裂缝的发展等。第3章省略见谅

第4章 结论

4.1 土工合成材料应用中存在的问题

(1)在工程实际应用中，设计对土工合成材料的技术指标、施工工艺和方法常有特定的要求，但个别工程实施后达不到预期效果。主要原因是施工技术问题，部分施工人员对这一新型材料还比较生疏，施工设备和方法比较落后，操作不规范，以致施工质量达不到设计要求。

(2)土工合成材料本身制约着工程质量，有些产品工艺落后，成本较高，质量难以达到规定标准。(3)工程施工中，部分单位在购买材料时低价竟标，更有相当多的单位没有检测设备和检测人员，没有把好质量关。因此，土工合成材料在生产及施工应用上，还缺乏必要的、严格的行业管理。4.2 结论

《铁路路基土工合成材料应用技术规范》自发布实施以来，有力促进了铁路土工合成材料的应用，路基工程质量得到了质的提高。但由于设计理论的相对滞后，土工合成材料生产厂家众多，产品质量参差不齐，技术规范有关条款不易操作等诸多原因，限制了进一步的推广应用。我认为在规范修订时，如下方面予以考虑完善。

(1)增加土工合成材料生产原料的技术要求，分不同地区、不同的应用条件提出相应产品技术指标。对作为重要受力构件的材料(如加筋土挡土墙拉筋带)，要增加蠕变强度等指标。

(2)各类结构、构筑物的计算理论和方法要在规范中明确和进一步细化；随着工程实践的积累，宜增加高墙(如单级超过10 m的加筋土挡土墙)、包裹式加筋土挡土墙、加陡边坡加筋路堤、土工格室加固软基等计算方法。

(3)补充新型土工合成材料，如经编土工格栅、立体植被网、双向拉伸土工格栅的应用条件和技术要求。(4)吸收近年来土工合成材料应用的成功经验和教训，进一步完善设计和施工质量检验条款。(5)实践证明，基床铺设隔断材料(如复合土工膜)宜全断面满铺。

(6)参照国标和其它标准，统一材料名称，制定较详细的技术指标、检验(测)项目和标准。

土工合成材料在工程应用中有着极为突出的优势，在公路、铁路、水利、环保工程等方面，就地取材，原来不能利用的淤泥、沙土、碎石等采用土工合成材料后都能变成坚固的路基和挡墙，无需开山取石取土修建，有效地保护了自然生态环境，防止了水土流失和山体滑坡。随着科技的不断发展土工合成材料的用途将不断延伸，推广土工合成材料的首要目的和优势就是保护生态环境，有着其他材料不可替代的优点。土工合成材料作为一项新技术，在我国应用的历史尚短，与先进国家相比，其应用和发展水平还有一定差异。今后对土工合成材料的应用我们要做到“用对、用好、用精”：“用对”是指使用的场合和部位要正确，所选的材料要对路，不能选错或用错；“用好”是要求做出合理的设计，组织精心的施工，实行经常性的维护；“用精”即在使用中要有发展、有创新。

第五篇：土工格栅在公路上的应用

土工格栅在公路中的应用

摘要：文章在论述了三种土工格栅的基础上，提出了它们在高速公路工程中的应用范围，并具体针对土工格栅在公路软基处理、防治反射裂缝、高路堤填筑中的应用进行探讨。关键词：土工格栅；公路；应用

近年来，我国高速公路在蓬勃发展的同时也暴露了许多问题，路面破坏、路基沉降等不但影响到行车安全和舒适，也影响到行驶车辆本身的使用寿命。土工格栅是一种新型的土工合成材料，具有抗拉弧度高、体积小、施工简便等特点，近几年在高速公路的建设中得到了广泛的应用，尤其是在高速公路的软基处理、路基加筋、台背回填、新老路相拼接、过滤排水、路基防护等方面应用普遍，它结合本身的材料特点，通过加筋、防护、过滤、排水、隔离等基本功能，有效的起到了加固路基，保证路基的稳定性的作用。

1、土工格栅分类

1.1塑料土工格栅

塑料土工格栅是经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材，按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔，然后在加热条件下施行定向拉伸。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成，而双向拉伸格栅是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。

1.2玻璃纤维土工格栅

玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为材质，采用一定的编织工艺制成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过特殊的涂复处理工艺而成的土工复合材料。因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能，极大地提高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。

玻纤格栅是选用优质增强型无碱玻纤纱，利用国外先进经编机织成基材，采用经编定向结构，充分利用织物中纱线的强力，改善其力学性能，使其具有良好的抗拉强度，抗撕裂强度和耐蠕变的性能，并经过优质改性沥青涂覆处理而成的平面网络状材料。其因循相似相容原理，重点突出其与沥青混合料的复合性能，并充分保护玻纤基材，极大提高了基材的耐磨性及抗剪切能力，从而得以使用于路面增强，抵抗裂缝车辙等公路工程领域，结束了沥青路面难以增强的难题。

产品有强度高、伸长率低、耐高温、模量高、重量轻、韧性好、耐腐蚀、寿命长等特点、可广泛应用于旧的水泥路面、机场跑道的维修、堤坝、河岸、边坡防护、道桥路面增强处理等工程领域，可给路面增强、补强，防止路面车辙疲劳裂纹，热冷伸缩裂纹和下面的反射裂纹，并能将路面承载应力分散，延长路面适用寿命，高抗拉强度低延伸率，无长期蠕变，物理化学稳定性好，抗疲劳开裂，耐高温车辙，抗低温缩裂，延缓减少反射裂缝。

1.3经编土工格栅 经编格栅是近十年才发展起来的，是以高强度纤维或涤纶为原料，经纬双轴向经编机织成双轴向经编网格，再经PVC浸渍涂层加工制成的一种土工格栅。双轴向经编网格是经编土工格栅的骨架。经编土工格栅有着优良的工程性能：抗拉强度很高(大于60KN/M)；延伸率较小(10%左右)；抗撕裂强度大；纵、横向强度差异小，变形均匀。

涤纶土工格栅（又称：聚酯纤维经编土工格栅）选取用高强聚酯纤维为原料。采用经编定向结构，织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态，交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来，形成牢固的结合点，充分发挥其力学性能，高强聚酯纤维经编土工格栅具有抗拉强度高，延伸力小，抗撕力强度大，纵横强度差异小，耐紫外线老化、耐磨损、耐腐蚀、质轻、与土或碎石嵌锁力强，对增强土体抗剪及补强提高土体的整体性与荷载力，具有显著作用。

2三种土工格栅在公路工程中的应用范围

2.1塑料土工格栅的应用范围

塑料格栅分为单向塑料土工格栅和双向塑料土工格栅。两种两种塑料土工格栅的应用范围分别如下：单向土工格栅适用于公路路基、路堤、边坡加筋，各类挡墙加筋，并广泛应用于各类加筋挡土墙；双向格栅适用于公路路基、路堤加筋，浅层基础加筋，防治沥青混凝土路面反射裂缝等。

2.2玻纤土工格栅的应用范围

玻纤格栅适用于沥青和混凝土路面加筋、路面反射裂缝防治及新旧路面的衔接等变形量不是很大的场合。玻纤格栅用于沥青道路时发挥的作用有：抗疲劳开裂、抗低温收缩、耐高温车辙和延缓路面反射裂缝。产品用途：

1.旧沥青砼路面，加筋增强沥青面层，防止病害；

2.水泥砼路面改建复合式路面，抑制板块收缩等引起反射裂； 3.道路拓改工程，防止新老结合部级不均匀沉降而造成裂纹；

4.软土基加筋处理，利用软土析水固结，有效抑制沉降，均匀应力分布，增强路基整体强度；

5.新建道路半钢性基层产生收缩裂缝，加筋增强防止基础裂纹反射而引起的路面裂缝。

2.3经编土工格栅的应用范围

经编土工格栅的应用范围为：软土上的地基、堤坝加筋，用以提高基底稳定，调整沉降，减少不均匀沉降和提高承载力；路基边坡加筋，用以提高斜坡稳定性；加筋桥台，用以提高桥台的整体性和强度，防止桥头跳车；防治沥青混凝土路面反射裂缝，用以增强路面基层的强度。

3土工格栅在公路中的具体应用探讨 3.1在软土地基中的应用

软土地基易使基础层出现沉降、位移、开裂等现象，因此，基础层增强十分重要。采用经特殊处理的玻纤土工格栅，能使基础层的整体强力大大提高。土与玻纤土工格栅相互作用的加筋机理，在室内进行的大量试验表明：在土体中合理布置玻纤土工格栅，可使土体的垂直应力、水平应力明显降低，土体剪应力(土颗粒之间的摩擦作用)明显提高，土体的抗剪强度得到充分发挥，可以大大提高土体的承载能力，抗变形能力和抗裂能力。玻纤土工格栅在加筋土体中的内聚力效应、隔离效应、波纹效应、拱效应、嵌锁效应等各种加筋效应，有些是先后依次出现的，有些是重叠交叉作用，这些重叠的复合效应，最终将改变或阻止塑性区的形成和发展：1)玻纤土工格栅的拉应力作用使界面以下土体的竖向应力减小，从而使土体竖向压缩变形减小。2)由于预拉和差异沉降导致玻纤土工格栅的变形，这一拉应力由界面剪应力平衡。界面剪应力使基础沉降区域产生一定大小的隆起变形，这一隆起变形部分抵消了基础或路基的沉降。3)通过玻纤土工格栅将其上部填料的垂直变形向水平方向扩散，以致其上部填料的抗剪切变形能力得以充分发挥，使得软土地基表面的承载区大大增强，表面的压强大大减小，增强地基的强度，提高地基的承载力。

3.2在防治反射裂缝中的应用

沥青混凝土加筋能提高路面结构层对裂缝的抑制能力、对横向剪切破坏的抵抗能力等，达到延长路面结构的疲劳寿命、节省材料、降低费用的目的。格栅加筋具有两种功能：1)能使应力均匀分布在较大的面积范围内，大大减轻沥青结构层的徐变作用，最终达到防止沥青路面开裂的目的。2)加筋格栅具有减薄沥青层厚度、防治反射裂缝、减少车辙作用等特点，能够加强沥青路面的结构性能，提高道路的使用寿命。玻纤格栅的使用效果与铺设路面的处理情况密切相关，在铺设前必须将路面上可能影响格栅与底层结合强度的物质如油脂、油漆、封层料、水渍、污物等彻底清除干净，使铺设表面清洁干燥。玻纤格栅上感压式背胶属水溶性物质，如路面有水迹时，应待路面干燥后再进行铺设。铺设格栅之前需洒粘层油，粘层油如使用乳化沥青，需在完全破乳干燥后铺设格栅。

反射裂缝是由于旧混凝土面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上方沥青加铺层内出现应力集中所造成的，它包括因温度和湿度变化而产生的水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。前者导致接缝或裂缝上方的沥青加铺层内出现较集中的拉应力；后者则使接缝上方的沥青加铺层经受较大的弯拉应力和剪切应力。

由于土工格栅的模量很大，达到67Gpa，作为刚度大的硬夹层应用在沥青罩面层中，其作用是抑制应力，释放应变，同时作为沥青混凝土加筋材料，提高加铺层结构的抗拉和抗剪能力，从而达到减少裂缝的目的。实践表明，一条改变了方向的水平裂缝的对应裂缝能量可从其起点移动0.6米，1.5米以上宽度的加筋材料有助于确保能量在裂缝两侧完全消散。

3.3在高路堤填筑中的应用

传统的路堤尤其是高路堤的填筑往往需要超填且路肩边缘不易压实，从而导致后期边坡雨水侵袭，坍塌失稳的现象时有发生，同时需用较缓的边坡，占地面积大，挡土墙壁也有同样的问题，采用土工格栅对路堤边坡或挡土墙进行加固可减少1/2占地面积，延长使用寿命，降低造价20%～50%。3.4抗疲劳开裂

在旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层，其主要作用是提高路面的使用功能，对承载作用则贡献不大，加铺层下的刚性混凝土路面仍起关键的承载作用。而在旧沥青混凝土路面上进行沥青罩面则不同，沥青加铺层将与旧沥青混凝土路面一起承载。因此，在沥青混凝土路面上进行沥青罩面，除了会出现反射裂缝，同时还会因为荷载的长期作用而出现疲劳开裂。我们对旧沥青混凝土路面上的沥青加铺层受荷情况做受力分析：由于沥青罩面层下为与沥青罩面层同一性质的柔性面层，当受到荷载作用时，路表将发生弯沉。在直接与车轮接触的沥青罩面层受到压力，在轮载边缘以外的区域，面层受到拉力作用，由于两处受力区域所受力性质不同，而又彼此紧靠，因此在两块受力区域的交界处即力的突变处容易发生破坏。在长期荷载的作用下，发生疲劳开裂。

经编涤纶土工格栅在沥青罩面层中，能够将上述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，在这里应力逐步变化而不是突变，减少了应力突变对沥青罩面层的破坏。同时玻纤土工格栅的低延伸率减小了路面的弯沉量，保证了路面不会发生过渡变形。

3.5耐高温车辙

沥青混凝土在高温时具有流变性，具体表现在：夏季沥青道路面层发软、发粘；在车辆荷载作用下，受力区域产生凹陷，车辆荷载撤除后沥青面层无法完全恢复至受荷前的状况，即产生了塑性变形；在车辆的反复碾压的作用下塑性变形不断积累，形成车辙。我们对沥青面层结构进行分析后，可以知道由于高温下沥青混凝土具有流变性，而在受到荷载时，面层中没有任何可以约束沥青混凝土中集料运动的机制，造成沥青面层的推移，这就是形成车辙的主要原因。

在沥青罩面层中使用玻纤土工格栅，其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混凝土中集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青罩面层中的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。

3.6抗低温收缩开裂

严寒地区的沥青道路，冬季面层温度接近于气温，在这样的温度条件下，沥青混凝土遇冷收缩，产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土拉伸强度时，产生裂纹，在裂纹集中的地方产生裂缝，形成病害。从裂纹的成因看，如何使沥青混凝土强度抵抗住拉应力是解决问题的关键。

在选用经编涤纶土工格栅时，除其性能指标应符合上表规定之外，还应特别注意保证其幅宽不小于1.5m，以满足其作为控制反射裂缝夹层时有足够的横截面积来充分消散裂缝能量；同时，其网眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的0.5~1.0倍，这样有助于达到最佳剪切胶粘性，促进集料嵌锁与限制。