土工合成材料在整治路基病害工程中的應用

譚春騰

摘 要： 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，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或各種土體之間，發揮加強或保護土體的作用。盡管有眾多的產品和更多的潛在的應用形式，對于具體的工程應判斷土工合成材料的主要作用，選擇合理的設計公式，確定要求達到的性能指標，并尋求一個經濟上合適的施工方法。

關鍵詞： 關鍵詞：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

這類產品又稱有紡土工織物，是最早的土工織物產品。它的制造分兩道工序：先將聚合物原料加工成絲或紗或帶，再借織機制成平面結構的布狀產品。織造時常包括相互垂直的兩組平行絲，沿織機（長）方向的稱經絲，橫過織機（寬）方向的稱緯絲。這種織物看來簡單，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的連續長絲。

2、土工膜

土工膜是一種基本不透水的材料。根據原材料不同，可分為聚合物土工膜和瀝青土工膜兩大類。為了適應工程應用中不同強度和變形的需要，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，瀝青膜則大多在現場制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料（如聚氯乙烯）、結晶熱塑塑料（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而成。現場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、復合土工膜

復合土工膜是用土工織物或其他材料與土工膜結合而成的不透水材料。根據主要功能的不同，復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紡土工織物與土工膜復合而成，常見的有“一布一膜”、“兩布一膜”。其中，無紡土工織物不僅具有橫向排水作用，而且對土工膜起保護作用。

4、土工復合排水材料

（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，是由高強鋼絲圈作為支撐體，以及具有反濾、透水及保護作用的管壁包裹材料兩部分構成的。高強鋼絲由鋼線經磷酸防銹處理，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，內層為透水層，由高強特多龍紗或尼龍紗作為經紗，特殊材料為緯紗制成；中層為非織造土工織物過濾層；外層為與內層材料相同的覆蓋層。為確保軟式排水管的復合整體性，支撐體和管壁外裹材料間，以及外裹各層之間都采用了強力粘結劑粘合牢固。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，過濾性強，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，然后進行拉伸而成的帶長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度，后者在兩個拉伸方向上皆有較高強度。土工格柵的品種和規格很多，目前開發的新品種有用加筋帶縱橫相連而成的，也有用高強合成材料絲縱橫連接而成的等等。

（2）土工網

土工網是以聚丙烯或聚乙烯為原料，應用熱塑擠出法生產的具有較大孔徑和較大剛度的平面結構材料。可因網孔尺寸、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，土工網的抗拉強度都較低，延伸率較高。這類產品常用于坡面防護、植草、軟基加固墊層，或用于制造復合排水材料。一般說來，它只有在受力水平不高的場合，才能用于加筋。

（3）土工模袋

（4）土工格室

土工格室是由強化的高密度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強力焊接而形成的網狀格室結構。典型的條帶厚1.2 mm、寬100 mm，每隔300 mm進行焊接。格室張開后，可填以土料，由于格室對土的側向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強度。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種功能。隨著土工復合材料的發展，所兼有的功能就更多。總的說來，土工合成材料的主要功能可歸納為六類，即過濾作用、排水作用、隔離作用、防滲作用、防護作用以及加筋作用。

1、過濾作用

把土工織物置于土體表面或相鄰土層之間，可以有效地阻止土顆粒通過。從而防止由于土顆粒的過量流失而造成土體的破壞。同時允許土中的水或氣體通過織物自由排出，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，土石壩或堤壩內的各種排水體的濾層，儲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，沿著材料的平面排出體外。較厚的針刺型無紡織物和某些具有較多孔隙的復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性質不同的材料之間鋪設土工合成材料，使它們不互相混雜。例如將碎石和細粒土隔離，軟土和填土之間隔離等等。隔離可以為工程帶來許多預期的良好效應，舉例說明如下：

（1）通過隔離層，引起應力擴散作用，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，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，節約建筑材料。

（4）地基中有部分軟弱區域，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或軟弱區的影響。

4、防滲作用

土工膜和復合型土工合成材料，可以防止液體的滲漏、氣體的揮發，保護環境或建筑物的安全。它們可用于土石壩和庫區的防滲，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，屋頂防漏，用于修筑施工圍堰等。

5、防護作用

6、加筋作用

三、結論

（1）增加土工合成材料生產原料的技術要求，分不同地區、不同的應用條件提出相應產品技術指標。對作為重要受力構件的材料（如加筋土擋土墻拉筋帶），要增加蠕變強度等指標。

（2）各類結構、構筑物的計算理論和方法要在規范中明確和進一步細化；隨著工程實踐的積累，宜增加高墻（如單級超過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算方法。

（3）補充新型土工合成材料，如經編土工格柵、立體植被網、雙向拉伸土工格柵的應用條件和技術要求。

（4）吸收近年來土工合成材料應用的成功經驗和教訓，進一步完善設計和施工質量檢驗條款。

（5）實踐證明，基床鋪設隔斷材料（如復合土工膜）宜全斷面滿鋪。

參考文獻

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

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