一、 概述

土工材料作為一種建筑材料,，最先在50年代應(yīng)用于歐美國家的各種工程中,，到60年代中后期，由于非織造工藝和廉價(jià)的非機(jī)織織物的出現(xiàn),，促進(jìn)了土工材料的普遍應(yīng)用于各工程領(lǐng)域,，如：公路、鐵路,、水利,、綠化以及巖土等工程。隨著對(duì)其研究的深入,，目前土工產(chǎn)品已發(fā)展到八個(gè)系列：土工布,、土工格柵、土工網(wǎng),、土工席墊,、土工薄膜、土工格室,、土工復(fù)合材料以及其它有關(guān)的新產(chǎn)品,。

有關(guān)土工材料的定義世界各國不盡相同，我國《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTJ/T019-98）對(duì)土工材料的定義是：以人工合成的聚合物為原料制成的各種類型產(chǎn)品,，是巖土工程中應(yīng)用的合成材料的總稱,。可置于巖土或其它工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部,、表面或各結(jié)構(gòu)層之間,，具有加強(qiáng)、保護(hù)巖土或其它結(jié)構(gòu)功能的一個(gè)新型工程材料。而按照瑞士公路專業(yè)聯(lián)合會(huì)制定的瑞士標(biāo)準(zhǔn)（SN640550）,，土工合成材料的定義是：與松軟巖石和堅(jiān)固巖石相接觸,，在建筑工程中所使用的透氣的平面織物。

二,、 土工材料的分類及技術(shù)性能

土工材料是由其基本合成材料纖維（長纖維,、短纖維紗、單紗等）按照化學(xué),、縫紉等方法制成的織物系統(tǒng),。它的分類可以根據(jù)其微觀構(gòu)造或化學(xué)成份分類，見下表

按照合成纖維的化學(xué)成份,，制作土工材料的纖維主要有六類：錦綸（PVA）,、滌綸（PET）、丙綸（PP）,、氯綸（PVC）,、維綸（PVA）、晴綸（PAN）,。我國目前生產(chǎn)的土工材料以滌綸、丙綸纖維為主,，其次是錦綸,，其它種類應(yīng)用較少。按照制造工藝的不同,，也可將土工材料分為有紡,、無紡、編織和復(fù)合織物四類,。有紡織物和編織織物是按照一定工藝紡織而成,；無紡織物是利用化學(xué)粘合方法制成；復(fù)合織物是將上述三種織物重迭起來,，用粘合或針刺等方法加工而成的織物,。

土工材料能在多項(xiàng)工程中得到廣泛的應(yīng)用，不僅得益于其簡單的制造工藝和低廉的價(jià)格,，最主要的是它的多種功能：過濾功能,、排水功能、隔離功能,、加強(qiáng)功能,、保護(hù)功能等。實(shí)際施工應(yīng)用中,，根據(jù)工程的不同需要,，可使用一種或幾種土工材料來達(dá)到工程要求的目的。現(xiàn)在也有將有紡織物涂膜或利用無紡物與塑料薄膜制成復(fù)合土工膜，而用于防滲工程,。

三,、 土工材料在實(shí)際中的應(yīng)用

1、 隧道襯砌防水層應(yīng)用土工布

高速公路的隧道施工,，對(duì)于襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水的治理,，是非常重視的，因?yàn)樗淼酪r砌斷面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,，不僅使其外觀受到影響,，長期作用下，更使襯砌結(jié)構(gòu)遭到破壞,，失去自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,，而且大量地下水積存后，流到路面上會(huì)對(duì)行車安全造成影響,。由土工布,、防水板組成的防水層鋪設(shè)在隧道襯砌背后，與其他防排水設(shè)施一道防止圍巖裂隙水,、巖溶水等地下水侵蝕襯砌結(jié)構(gòu),，對(duì)其造成破壞。土工布在這里發(fā)揮其隔離保護(hù)功能,，避免防水板直接與尖

因?yàn)閷?shí)際使用效果好,，制作工藝簡易，造價(jià)低廉,，所以近幾年修建的高速公路隧道中這一結(jié)構(gòu)應(yīng)用普遍,。以云南省為例，近幾年修建的楚大高速公路,、大保高速公路,、安楚高速公路中的多條隧道，均是設(shè)計(jì)的防水板—土工布結(jié)構(gòu)的防水層,。

2,、 填方路基應(yīng)用土工格柵

土工材料應(yīng)用于高填方加筋土路基。現(xiàn)階段用于加筋的土工材料類型多為土工格柵,，由于土工格柵呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),，網(wǎng)孔尺寸較大，節(jié)點(diǎn)厚度大于網(wǎng)筋,、肋條厚度,。網(wǎng)筋強(qiáng)度高，網(wǎng)孔不易斷裂,，抗沖擊力強(qiáng),，能防止被粗糙填料刺破,。而土工格柵的網(wǎng)孔尺寸穩(wěn)定性好，對(duì)填料有較強(qiáng)嵌鎖作用并可對(duì)臨近填料形成“拱效應(yīng)”,，增加了其與填料間的縱向剪切阻力,。

由于土工格柵與填料之間的相互作用的存在，改善了土體的整體受力條件,，提高了填方土體的整體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,。將其應(yīng)用到高填方路基中，可以加大填方土體的坡度和填

在路基填挖方結(jié)合處,、橋涵,、通道等橫穿公路的構(gòu)造物以及構(gòu)造物臺(tái)背的路基填土施工中，應(yīng)用土工格柵加筋也得到非常廣泛,。這種情況下,，主要是利用它與構(gòu)造物之間的錨固力以及與回填土之間的嵌鎖力和界面摩阻力，將原土體或構(gòu)造物與回填土連為一體,，以提高其整體性,，減少兩者之間的不均勻沉降 “橋頭跳車”現(xiàn)象，就是由于這種不同材料間的不均勻沉降引起的,。但是要注意的是,，在回填土中采用土工材料加筋并不能提高地基承載力，也不能有效的阻止地基的沉降,。因此,，只有當(dāng)?shù)鼗哂凶銐虻某休d力，在填土自重載荷與交通載荷的聯(lián)合作用下,，不致破壞而產(chǎn)生大的沉降時(shí)，土工材料加筋才會(huì)產(chǎn)生明顯效果,。目前,，在我國工程試驗(yàn)中獲得成功的試驗(yàn)構(gòu)造物高度一般在4m~12m之間，故將土工材料加筋的適宜的構(gòu)造物高度定為5m~12m較為合理,。

3,、 土工材料處理軟弱土地基

在軟弱地基上修筑高填土路基，由于填土中的側(cè)向土壓力,，使地基表面隨水平剪應(yīng)力移動(dòng),，導(dǎo)致路基土體向兩側(cè)位移，造成土體失穩(wěn),。這一直是困擾高速公路設(shè)計(jì)和施工的一個(gè)難點(diǎn),，處理起來費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而實(shí)際效果難以達(dá)到預(yù)期效果,。隨著土工材料的不斷開發(fā)利用,，近年來利用土工材料加強(qiáng)軟弱土地基的工程日益增多,，通常是在路基底部鋪設(shè)單層或多層高模量的土工織物、土工網(wǎng),、土工格柵等土工材料,，來限制土體的側(cè)向位移，以提高路基穩(wěn)定性,，減少路基下沉的差異沉降量,。

安楚高速公路5合同段中，處理軟土地基使用的土工材料除上面提到的幾種外,，重點(diǎn)使用了土工格室這種新型土工材料,，它的基本施工工藝如下：將原軟土基礎(chǔ)挖除，進(jìn)行片石換填并用碎石填實(shí)空隙,，換填層上設(shè)置高度為20cm的HDPE土工格室,，土工格室的抗拉強(qiáng)度≥0.57kN/5cm（1mm厚）；焊縫抗撕裂強(qiáng)度≥1KN（20cm）,。土工格室內(nèi)部用砂礫石填筑,，其上鋪筑50cm碎石墊層，進(jìn)行壓實(shí),，并鋪設(shè)單向土工布將碎石墊層與上層填料隔離,。這樣處理后的地基，利用土工格室的三維結(jié)構(gòu)限制了填料的側(cè)向位移,，提高了路基的穩(wěn)定性,。較之于二維結(jié)構(gòu)的土工格柵，土工格室作為軟弱土地基的加固補(bǔ)強(qiáng)材料,，使豎向填料之間結(jié)合起來,，更能承受填料自身載荷及外部載荷的作用力。現(xiàn)經(jīng)過路基試通車的檢驗(yàn)后,，由土工格室處理過的這段軟弱土高填方路基沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量問題,。

4、 土工材料用于路基防護(hù)

土工材料可以起到分散應(yīng)力作用,，也可以將應(yīng)力由一種物體傳遞到另一種物體,，使應(yīng)力分解，防止土體受外力作用破壞,，從而起到防護(hù)作用,。土工材料可在兩種情況下起到防護(hù)作用：表面防護(hù)：將土工材料放置于土體表面，保護(hù)土體不受外力影響,、破壞,；內(nèi)部接觸防護(hù)：將土工材料置于兩種材料之間，當(dāng)一種材料受集中應(yīng)力作用時(shí),，而不使另一種材料破壞,。利用它的這一性能,，在高速公路路基防護(hù)中，土工材料得到廣泛應(yīng)用,。

路基防護(hù)主要包括坡面防護(hù)和沖刷防護(hù),，坡面防護(hù)用于防護(hù)易受自然因素影響而破壞的土質(zhì)或巖石邊坡；沖刷防護(hù)用于防護(hù)水流對(duì)路基的沖刷與淘刷,。土工材料應(yīng)用于路基邊坡防護(hù)可采用土工網(wǎng)或土工格柵,，經(jīng)人工鋪設(shè)后，用U型釘固定,，再進(jìn)行植草,。土工材料防止了雨水對(duì)邊坡的沖蝕，利于植物的生長,。實(shí)際施工中,，可用網(wǎng)格護(hù)坡或框架結(jié)構(gòu)護(hù)坡與土工格柵相結(jié)合，并植草綠化,。

5,、 其它應(yīng)用

除上述幾種應(yīng)用外，土工材料還可以應(yīng)用于路面整治,，防治路面反射裂縫,，延緩其發(fā)生和發(fā)展，在半剛性基層瀝青路面中還可適當(dāng)提高基層疲勞壽命,，降低路面車轍程度,。

在路基的盲溝排水、支擋結(jié)構(gòu)的墻背排水,、路面層間排水和邊緣排水中,，應(yīng)用土工布等土工材料可起到過濾作用。

橋梁施工,，圍堰是常用的結(jié)構(gòu)形式,，作為墩、臺(tái)基坑開挖,、截流,、擋土等臨時(shí)性或永久性圍護(hù)結(jié)構(gòu),，應(yīng)用土工材料制作圍堰可防止因回填材料抗剪強(qiáng)度不足而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)下滑坍塌,、摩擦力不足而產(chǎn)生水平位移、因水流滲入引起局部不穩(wěn)等危險(xiǎn)情況的發(fā)生,。

此外,，也可應(yīng)用土工材料構(gòu)筑加筋土擋墻，這種新型擋墻結(jié)構(gòu)已有取代傳統(tǒng)擋墻的趨勢,。

四,、 土工材料應(yīng)用的發(fā)展

世界其它國家,，如美國、歐洲等國家,，應(yīng)用土工材料的時(shí)間較長,，應(yīng)用范圍更加廣泛，相對(duì)應(yīng)的研究也更加深入,。這些國家現(xiàn)在注重于研究土工材料的特性研究,，包括相應(yīng)的特性試驗(yàn)方法研究；土工材料與土或結(jié)構(gòu)的相互作用特性研究,；應(yīng)用土工材料的結(jié)構(gòu)的相應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法,、施工要求的研究；以及應(yīng)用以后的整體特性和效果的研究,。

我國相應(yīng)的研究工作有所滯后,，相關(guān)的施工規(guī)范內(nèi)容對(duì)施工指導(dǎo)直接性不強(qiáng)。將土工材料應(yīng)用在公路工程環(huán)境保護(hù),、公路養(yǎng)護(hù)以及道路修復(fù)方面的情況還不是很多,，土工材料與錨固方法結(jié)合加固挖方邊坡以及加筋土擋墻的應(yīng)用也屬于新開發(fā)的應(yīng)用項(xiàng)目，但應(yīng)用的普及速度很快,。

五,、 結(jié)束語

土工材料在工程中的成功應(yīng)用，既解決了工程中長期存在的一些問題,，也增加了工程施工工藝的多樣性,，并且比傳統(tǒng)工藝節(jié)省了資源。它的發(fā)展前景廣闊,，在云南省近幾年設(shè)計(jì)修建的幾條高速公路中都大量應(yīng)用了各種形式的土工材料,。作為施工單位，我們應(yīng)密切注意土工材料的研究,、應(yīng)用以及發(fā)展方向,，并相應(yīng)的改進(jìn)施工工藝，適應(yīng)新型材料應(yīng)用的需要,。