土工合成材料在整治路基病害工程中的应用

谭春腾

摘 要： 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。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。

关键词： 关键词：土工合成材料；路基病害；处理措施

一、土工合成材料的种类

1、 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。

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。

3、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。

4、土工复合排水材料

（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。

（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。

6、土工特种材料

（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。加热拉伸是讓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）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。

（3）土工模袋

（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。

（5）土工管及土工包

（6） 聚苯乙烯板块

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。

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。endprint

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種排水体的滤层，储灰坝或尾矿坝的初期坝上游坝面的滤层。

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。

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。

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。

5、防护作用

6、加筋作用

三、结论

（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。

参考文献

[1] 沈继方，李焰云，徐瑞玲.清江流域岩溶研究[M].北京：地质出版社，1996.

[2] 张之淦.岩溶发生学理论探索[M].桂林：广西师范大学出版社，2006，12.endprint