土工合成材料在公路建設中的應用

張道華

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008）

0 引言

土工合成材料是一種新型材料，它是土木工程中應用合成材料的總稱。土工合成材料作為一種新型的土木工程材料，是以人工合成的聚合物（如化纖、塑料、合成橡膠等）為原料而制成的各類型產品，主要用于土體的內部、表面或者各種土體之間，起到加強或者保護土體的作用。目前，土工合成材料在我國的工程建設中得到了廣泛的應用，它具有隔離、防護、過濾、排水抗慮和加筋等功能。不同的產品類型有著不同的特性，例如：土工織物由于重量輕、整體連續性好而主要是用于濾層、隔離和防護；土工膜由于不透水性好，彈性和適應變形的能力強，具有良好的抗老化性能而主要用于排水、防滲和坡面穩定；土工格柵由于具有其他土工材料所沒有的獨特功能和特性而主要用于加筋土的筋材。合理的利用各種土工合成材料的特性可有效的解決在公路建設中遇到的各種巖土類問題。

1 土工合成材料的種類

土工合成材料的種類繁多，大體上可分為五種：土工織物、土工膜、土工格柵、土工特種材料和土工符合材料。

1.1 土工織物

土工織物又名土工布，在制造的過程中首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。根據制造的方法可以分為有紡土工布和無紡土工布，根據纖維的聯結方式可分為化學聯結、熱力聯結和機械聯結三種。它具有重量輕、整體性好、抗拉強度高和耐腐蝕等特點，但未經特殊處理時的抗紫外線能力差，受陽光的直射易老化。

1.2 土工膜

根據原材料的不同，土工膜可以分為瀝青土工膜和聚合物土工膜兩大類，聚合土工膜根據不同的主材分又可分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。土工膜具有良好的不透水性，彈性變形能力強，抗老化性能好，土或水中的耐久性強，防水防滲性能好。

1.3 土工格柵

土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效，根據材質的不同可分為塑料類土工格柵和玻璃纖維類土工格柵。塑料格柵具有較好的酸堿適應性，抗腐蝕能力強，抗老化和耐久性性能也突出；玻璃纖維格柵則質量輕，具有一定的柔性，裁剪方便，施工簡單不需要特殊的施工人員和施工機械。

1.4 土工特種材料

目前的土工特種材料主要有土工模袋、土工網、土工網墊、土工格室、聚苯乙烯泡沫塑料。土工膜袋具有良好的防透水性，常用于護坡或其他地基處理工程；土工網有較大孔眼、剛度較大，常用于軟基加固墊層、坡面防護；土工網墊和土工格室都是特制的三維結構，常用作防沖蝕和保土工程；剛度大、側限能力高的土工格室多用于地基加筋墊層、路基基床或道床中。

1.5 土工復合材料

將土工織物、土工膜、土工格柵和土工特種材料中的兩種或兩種以上互相組合起來就是土工復合材料。土工符合材料由于兼具不同土工材料的各種良好性能，在工程中的適應性極強。

2 土工合成材料的特性

土工合成材料具有多方面的特性，包括物理、力學、水力特性和耐久性。

2.1 物理特性

土工合成材料在物理性能方面，具有厚度薄、單位面積質量輕等特點。土工織物一般的厚度為0.1～5mm；土工膜為0.25～0.75mm；復合材料中最薄的可達到0.1mm。在單位面積上，土工合成材料又具有質量輕，抗拉強度大，頂破強度好等性能。

2.2 力學性能

土工合成材料的力學性能主要包括抗拉強度、握持力和梯形撕裂力。土工合成排水或防水材料大都是柔性的，主要是通過抗拉強度來承受荷載而發揮工程作用；土工織物和土工膜在鋪設和使用的過程中經常會有不同程度的損壞，主要通過撕裂力來反應材料的抗破損能力；土工合成材料由于普遍存在受到集中力的作用，握持力則可以充分反映其分散集中力的能力。

2.3 水力特性

土工合成材料的水力特性主要包括兩個方面：一是透水和排水的能力；二是組織顆粒流失的能力，而這些特性主要是通過孔隙率、孔徑的大小和分布情況來反映的。土工合成材料的透水性是其非常重要的水力學特性之一。

2.4 耐久性

土工合成材料的耐久性主要是通過其對紫外線的輻射、溫度的變化、化學和生物的侵蝕、干濕的變化、凍融的變化和機械的磨損等外界因素的抵抗能力。材料的耐久性與聚合物類型和添加劑性質有著非常密切的關聯。

3 土工合成材料在公路建設中的應用

由于土工合成材料具有眾多的優良性能，其在公路建設中的路基、路面和護坡中均存在廣泛的運用。

3.1 路基中的應用

在軟弱地基上修筑高填土路堤或堤壩，由于填土中的側向土壓力，使地基表面產生水平剪應力，導致堤身向兩側位移，很容易造成堤身失穩。對于這類加筋工程，通常在堤身的底部進行鋪設單層或者多層高模量土工織物、土工格柵、土工網或者土工墊等土工材料，以限制土基側向的位移，從而提高堤壩穩定性，進一步增加堤壩填土的高度，減少堤壩下沉的差異沉降量而因此造成的堤面開裂。

橋涵和通道等一些橫穿于公路的構筑物和構筑物臺背之間的填土，往往因其剛度的懸殊而極易產生階梯狀的不均勻的沉降，從而引發“橋頭跳車”的現象。而采用構筑物臺背回填土進行土工材料的加筋，主要是利用了土工合成材料和構筑物之間良好的錨固力，土工合成材料與回填土之間具有良好的界面摩阻力，從而將結構物同回填土連為一個整體，提高整體性，減少了兩者之間的不均勻沉降。

3.2 路面中的應用

土工合成材料在公路路面中的應用主要是可以減少或者降低反射裂縫數量或程度。在半剛性基層的瀝青路面中還可以一定程度的提高基層的抗疲勞壽命，同時還可以大大降低路面車轍程度。在瀝青路面新路的施工過程中發現基層已有裂縫，為了減少反射裂縫的影響，可以采用土工合成材料進行處理，對老路補強減少老路的反射裂縫。應用于路面裂縫防治的土工合成材料主要是玻纖網和土工織物。應用玻纖網的機理，主要是利用材料的抗拉強度和抗拉模量阻止裂縫向路面延伸，因此要求其強度高，延伸率小。土工織物的抗拉強度一般較小，其主要起隔離作用，因此一般要求材料有一定的強度，同時延伸率在一定的范圍。

3.3 護坡方面應用

在公路建設中的護坡當前主要采用的是坡面防護和沖刷防護兩種方法。坡面防護主要是防護極易受到自然因素而影響的土質不穩定，沖刷防護主要是防護流水對路基的沖刷。其中土質邊坡可以采用拉伸網草皮或用網格固定后撒種。巖石邊坡的防護則可以采用土工網或者土工格柵沿著公路的路基覆蓋鋪設，防止水流的沖刷。土工合成材料在土質邊坡上應用的最廣泛的是拉伸網種草皮。這種草皮可以進行集中的生產，也可以隨意的進行切割和收卷，且其具有搬運方便，不容易損壞草根等特點，現已廣泛應用于路基坡面的防護之中。

4 結語

在公路建設過程中，不同部位及不同時期需要應用不同的土工合成材料。而建設中遇到的不同問題需要結合不同土工合成材料的隔離、防護、過濾、排水抗慮、加筋等功能，予以正確的合理利用，否則便會適得其反。對于公路路基不均勻沉降、軟弱土質路基的處理、護坡的防護和路面裂縫的防治和治理方面，本文根據土工合成材料的物理性能、力學性能、水力學性能和耐久性給出了最合適使用的材料類別。而正確的利用不同類型土工材料，在公路建設中是極其重要的。

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