土工合成材料創新應用研究

賴劍博

摘 ?要：土工合成材料是一種巖土工程材料。它是把合成纖維或化學材料置于不同的土壤層之間，以提高土壤的承載能力，如合成纖維和塑料制品等。土工合成材料可分為土工布、土工膜、特種土工合成材料和復合土工合成材料。在工程研究、設計和實踐的過程中，隨著土工合成材料在巖土工程中應用的不斷深入分析、總結、提煉和升華，我們可以克服現有技術的不足，在一般軟土地基的三個應用領域中推出新的超大型土工合成材料。提出了軟土地基、加筋土擋墻、創新的工程方案、創新的工程結構形式和創新的技術方法。

關鍵詞：土工合成;材料創新;應用;研究

Abstract： Geosynthetic material is a geotechnical engineering material. It is placing synthetic fiber or chemical materials between different layers of soil to improve the carrying capacity of the soil， such as synthetic fibers and plastic products， etc. Geosynthetic materials can be divided into geotextile， geomembrane， special geosynthetic materials and composite geosynthetic materials. In the process of engineering research， design and practice， with the continuous analysis， summary， refining， and sublimation of geosynthetic materials in geotechnical， we can overcome the shortcomings of existing technologies and launch new super large geosynthetic materials in the three applications of general soft land base. This paper proposes the soft land base， reinforced soil retaining wall， innovative engineering scheme， innovative engineering structure forms and innovative technical methods.

Key words： geosynthesis; material innovation; application; research

引言：

土工合成材料是一種巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表層或各層土體之間，發揮加強、保護土體、提高承載能力的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料等類型。在工程研究、設計、實踐過程中，隨著對土工合成材料在巖土工程中的應用研究不斷深入分析、總結、提煉和升華，克服現有技術的不足，推陳出新，分別在一般軟基、超軟地基、加筋擋土墻三個應用領域創新提出工程解決方案、創新發明工程結構類型、創新發明技術方法。

1基本原理

目前，軟土地基處理的主要土工材料有紡織土工織物、格柵等。然而，這些材料在軟土地基處理中也存在一些缺陷。

采用加筋格柵單獨處理軟弱地基的缺點是不能完全分離軟土和顆粒層，網格的網孔結構不能防止粗粒料因其孔徑大而小于軟土的網孔尺寸。這將直接導致粗粒料在軟土地基中不能保持明顯的界面，甚至導致粗粒料在軟土地基中的摻雜耗散。

紡織土工織物處理軟土地基的缺點是：雖然土工織物的強度大，但其面外剛度小，易折疊，網眼小，孔徑小，能將軟土和顆粒層分開，但不能很細地分離材料。

鑒于此，為了克服上述技術的不足，創新地提出了土工格柵復合非織造土工布用于軟基處理。土工格柵提供強度和剛度，并在軟地基頂部形成具有一定厚度的路基，成為整體性強的板體，最大程度地消除不均勻沉降。無紡布過濾土工布提供過濾功能，在滿足固結滲排水的同時，能將軟土與顆粒層分離，顆粒層與軟土之間形成了一個清晰完整的界面，消除了由于加筋網過多引起的振動壓實過程中路基填料向軟基散失的缺點。

2土工合成材料的作用

2.1防裂

早在20世紀70年代天津市政曾采用玻璃纖維布合成橡膠板作為石灰土基層上瀝青路面或舊路罩面的隔離層（或稱“應力擴散層”），來防止反射裂縫的出現。當時，玻璃纖維布被用來代替棉布。由于舒適性差，布料本身不均勻，鋪設時不適合緊貼舊路面;合成橡膠板厚度大（大于5mm），模量低，只能起到隔離作用，但應力擴散效果不明顯。另外，由于施工工藝不規范，采用單位面積質量較小的針刺無紡布和紙基復合布來減少裂縫，延緩裂縫的擴展。但這些方法仍處于試驗階段，尚未在工程中得到廣泛應用。上世紀90年代，天津市在復合式混凝土路面施工中，采用德國traville土工布來防止膨脹和排放裂縫，但效果并不理想。 江蘇在滬寧高速公路拓寬工程中部分加寬路段將土工織物鋪設于新舊路基接茬處，起到了加筋作用，減少了路基不均勻沉降。對使用狀況2～3年的觀測表明有較好的效果。

2.2土工格柵

2007，滄州金山高速公路軟土路基工程廣泛采用土工網作為低填方路基的加固材料，有效地保證了路基的穩定，路面狀況良好。在高填方條件下，由于土工格柵抗拉強度的限制，土工格柵材料逐漸轉向使用土工格柵。1998、北京至沈陽高速公路填筑路段、唐津高速公路軟基處理及天津外環路改造工程的基礎加固均采用雙向系桿格柵。原有的路面基層不能拋棄，重做深部加固處理，老地基由于軟土地基的存在而出現裂縫，這將影響路面的穩定性，因此雙向屏障加固特別適用于既有公路改建。在開挖受損面層后，在路面層的某一層中加入土工格柵，再做加固層是最合適的方案。近年來，為減少橋頭加鋪土的不均勻沉降而設置的土工格柵已在唐津高速公路和沿海高速公路上得到應用。已作為解決津汕高速公路橋頭跳車的主要技術措施，列入專項設計。

2.3塑料土工帶

20世紀80年代末，山東省在加筋擋土墻試驗工程中首次采用細粒土作為浸沒路堤的填料，并取得了良好的效果。在總結大量試驗觀測資料的基礎上，將其推廣應用于橋頭高填方路段。隨后，天津也在中環、外環、京津唐高速公路等多條高速公路的多個大型立交工程中采用了這種方法。最重要的是，塑料土工織物可以在地基不受加固和樁后沉降較大的情況下使用，其結構仍可正常使用。

2.4路基防護

路基防護是公路工程建設的重要組成部分，包括邊坡防護和沖刷防護。土質邊坡的邊坡防護可采用張網草皮、固定草籽布、格柵固播防護;巖質邊坡的防護可采用土工網或土工格柵防護;沿河路基的防護可采用土工布軟墊和土工布袋防護。沖刷防護是保證路基穩定的重要措施。沖刷防護可采用直接防護形式，即直接加固岸坡;間接防護形式，即改變水流方向和流速。路基防護可采用土工網墊、土工格室和土工格柵。土工網是一種具有網狀結構的交聯復合土工材料。其強度低于土工格柵，但變形較小。對邊坡防護有一定的效果。土工網墊和土工格室都是三維結構。土工網墊通常是由長絲制成的三維聚合物，而土工格室則是由土工布、土工格柵或土工膜制成的網格或蜂窩的三維結構。土工格柵常用于路基工程的沖刷防護。土工格柵在使用時，可在開啟后用土石和混凝土材料填充，形成剛度大、側向極限大的結構。土工格室也可用作墊層或軟基處理，其施工和運輸更方便。

結束語

智能土工合成材料集成了功能材料、傳感設備和相應的軟件，可以對土工加筋結構的穩定性進行監測和預警。目前，國外對智能土工合成材料的理論研究、測試技術和施工方法已較為成熟，智能土工合成材料已在許多工程中得到應用。相比之下，我國土工合成材料行業起步較晚，對土工合成材料基本力學計算模型和理論分析方法的研究還有待完善。在包括智能土工合成材料在內的一些高端技術和產品的開發和應用中，基本上起著跟隨者的作用。隨著國家基礎設施需求的擴大和其他應用市場的拓展，未來我國陸地工業合成材料在多功能、智能化方面仍有很大的發展空間。

參考文獻

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