簡述土工合成材料在水利工程中的應用

李春風

土工合成材料是應用于巖土工程，以高分子聚合物合成材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因其具有反濾，排水、防滲、防沖和土加筋加固、土層隔離等作用，而被廣泛用于水利工程。

1土工合成材料的類別

應用到水利工程中的土工合成材料主要有土工織物、土工膜，土工特種材料和土工復合材料4大類。

1．1土工織物

土工織物是將合成纖維以不同方法制成透水性的土工合成材料，按制造方法不同，可分為織造型和非織造型土工織物。織造型土工織物又分編織、平織和針織，它們是由單絲或多絲織成的，或者由薄膜形成的扁絲編織成的布狀卷材；非織造型土工織物由短纖維或噴絲長纖維按隨機排列制成絮墊，經(jīng)機械纏合(針刺)或熱粘或化學粘合而成的布狀卷材(即無紡布)。

1．2土工膜

土工膜是20世紀70年代出現(xiàn)的，它是由聚合物或瀝青制成的一種相對不透水卷材。取用聚合物需要在工廠采用吹塑，壓延或涂敷法制造；用瀝青則可在現(xiàn)場或廠內(nèi)以噴涂或浸漬法形成。

1．3土工特種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、EPS等，均由聚合物按需要分別以不同加工方法制成。

1．4土工復合材料

土工復合材料包括復合土工膜和復合防排水材料，均由兩種或兩種以上土工合成制品復合或組合而成，如復合土工膜由土工膜與土工織物經(jīng)加熱滾壓而成，主要是為了增加材料的強度。承受更大的荷載，復合防排水材料由排水帶、排水管、排水防水材料等組成，

2工程作用及其應用

2．1加筋作用

加筋作用是指在土體中的一定部位埋設(shè)水平方向的土工合成材料，也稱加筋材料，將土體壓實后，土與加筋材料密切結(jié)合成一復合土體(加筋土)，當在復合土體表面施加荷載時，由于加筋材與周圍土之間有較大的摩阻力(有時尚有咬合力)，限制了土的側(cè)向變形，相當于在土體側(cè)面上施加了約束力，從而提高了土體的承載能力，增加了土體的穩(wěn)定性。這種作用在水利工程中能夠穩(wěn)定、限制各種結(jié)構(gòu)中的巖土體在長時間使用過程中的位移發(fā)生，并能使作用在土壤的局部應力傳遞或分配到更大的面積上，增加土體和土工布之間的摩擦阻力。

一般地，土工織物，塑料拉伸土工格柵、經(jīng)編土工格柵、玻纖土工格柵和土工網(wǎng)可以作為水利工程中的加筋材料。土工合成材料加筋效應主要有：筋材的抗拉作用、筋土界面相互作用和應力擴散作用等，而在多層加筋的情況下，應分別考慮筋土界面的摩擦作用(即各層筋土界面作用對填料產(chǎn)生側(cè)向約束作用)和最下一層筋土界面作用產(chǎn)生的界面剪應力對其下面土體產(chǎn)生的附加水平約束作用(提高土體的穩(wěn)定性和承載力)。

2．2防滲作用

防滲是防止流體滲透流失的作用，也包括防止氣體的揮發(fā)擴散。水利工程中要修建大量的擋水蓄水、引水和輸水等建筑物，均有防滲、防漏的要求。利用土工合成材料中的弱透水材料可防止液體滲漏、氣體揮發(fā)以保護環(huán)境或建筑物安全。用于防滲的土工合成材料主要有土工膜和復合土工膜，后者應用更為廣泛，更能適應各種復雜工程的情況。

2．3防護作用

防護是指為了消減自然現(xiàn)象、環(huán)境影響和人類活動對堤坡和岸坡造成的危害，而采取適當?shù)姆雷o措施，土工合成材料的發(fā)展，為岸坡防護提供了新的途徑。在被保護的土面上覆一層有良好反濾性能的土工織物，壓上一定蓋重，即可有效地保護岸坡不受水流和波浪等的破壞，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的護坡材料。

2．4隔離作用

土工布可將不同的土質(zhì)結(jié)構(gòu)進行分離，形成穩(wěn)定的分界面，使各層結(jié)構(gòu)分離，按照要求發(fā)揮各自的特性和整體作用，以避免相互混雜產(chǎn)生不良效果。在土石混合壩中，可作為隔離不同的筑壩材料。在裂隙發(fā)育的巖基或卵石地基修筑土石壩，可用作壩體與地基之間的隔離。

2．5反濾作用

在水工建筑物中，當土中水從細粒土流向粗粒土，或水流從土內(nèi)向外流出的逸出處，需要設(shè)置反濾層，否則土粒將受水流作用而被帶出土體外，土粒過量流失會造成管涌和流土破壞。傳統(tǒng)采用砂礫粒作為反濾材料，一般采用粒徑不同的砂礫石分2-3層鋪設(shè)，施工工藝較復雜。土工織物的過濾功能和傳統(tǒng)的顆粒層完全相同，工程上可以取而代之。它可在地下水滲流作用下，既防止土顆粒過量流失而造成破壞，同時又使水流順利排泄，以免由于孔隙水壓力升高而造成土體失穩(wěn)。

2．6排水作用

滌綸長絲無紡土工布可以在土體中形成排水通道，把土中水分匯集起來，沿著材料的平面排出體外，主要用于土壩內(nèi)部垂直或水平排水、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、擋土墻后面的排水和各建筑物周圍的排水。也可用來排除隧洞周邊滲水，減輕襯砌所承受的外水壓力。

3結(jié)語

土工合成材料能夠在水利工程應用，主要是由于土工合成材料的適應性強、抗拉性能高、抗微生物侵蝕性好，且重量輕、造價低等優(yōu)點決定的。

在水利工程中土工合成材料的應用主要用于加筋、防滲、防護、隔離、反濾和排水等方面。