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土工合成材料相對于傳統(tǒng)的木材、鋼筋和水泥，是一種新型品種，有人稱之為第四種建筑材料。本文圍繞土工合成材料，介紹了土工合成材料的定義、類型、功能、性質(zhì)、應(yīng)用，以及土工合成材料在國際上和中國的發(fā)展歷程。

關(guān)鍵字:土工合成材料，土工織物，土工布，土工膜，加筋，排水，IGS

 概述

土工合成材料是指通過與土體、巖石或其他巖土工程材料相接觸，應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的各種人工合成的或天然的聚合物材料制品。隨著材料工業(yè)的發(fā)展和工程應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，土工合成材料的概念也處于不斷完善之中。比如出現(xiàn)一些三維織物、土工泡沫、新型加筋材料等，而且基本不再用天然聚合物來生產(chǎn)土工合成材料制品。

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土工合成材料相對于傳統(tǒng)的木材、鋼筋和水泥，是一種比較新型的工程材料制品，是隨著聚合物的發(fā)明和發(fā)展以及工程應(yīng)用需要而逐步發(fā)展起來的。在工程實踐中，出現(xiàn)了種類繁多的土工合成材料品種（如土工織物、土工膜）、不同種類的土工復(fù)合材料和各種特殊用途的材料品種（如用于加筋作用的土工格柵以及超輕質(zhì)材料土工泡沫）。經(jīng)過過去幾十年的發(fā)展，土工合成材料已陸續(xù)應(yīng)用于土木工程各個領(lǐng)域，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，形成了比較完整的技術(shù)體系。@

目前，土工合成材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利、水運、公路、鐵路、建筑、環(huán)境、礦山和農(nóng)業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域，設(shè)置于土體內(nèi)部、表面或與其他巖土材料和結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以起到隔離、反濾、排水、防滲、加筋和防護(hù)等功能和作用，用來解決巖土工程中所涉及的穩(wěn)定、變形和防滲排水等方面的一系列實際工程問題。

土工合成材料的類型

土工合成材料制品種類繁多，而且不斷有新產(chǎn)品問世。根據(jù)GB 50209-1998《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》對于土工合成材料的分類，將土工合成材料歸納為土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和土工特種材料四大類

機(jī)織（含編織）

織造

針織

土工織物針刺

非織造（無紡）

土工膜

復(fù)合土工膜

土工合成材料@

土工復(fù)合材料復(fù)合土工織物熱粘結(jié)化學(xué)粘結(jié)

復(fù)合防排水材料（包括排水帶、排水管、排水防水材料等）

土工特種材料土工格柵、土工帶、土工格室、土工網(wǎng)、土工膜袋、土工網(wǎng)墊、

土工織物膨潤土墊（GCL ）、聚苯乙烯板塊（EPS ）等

圖1 土工合成材料的分類（GB 50209-1998）

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各類當(dāng)中又包含不同類型或不同生產(chǎn)工藝的各種材料產(chǎn)品，如土工織物根據(jù)工藝不同分為有紡（織造）與無紡（非織造）土工織物；土工格柵根據(jù)材質(zhì)不同分為塑料格柵和玻纖格柵，又可根據(jù)工藝不同分為拉伸格柵、焊接格柵與經(jīng)編格柵，以及根據(jù)形態(tài)不同劃分為單向格柵、雙向格柵與三項格柵等。@

下面結(jié)合圖1介紹每種類型土工合成材料及其特點

1. 土工織物

土工織物俗稱土工布，是經(jīng)過織造、非織造或編織方法制成的，由纖維或紗線構(gòu)成連續(xù)的平面狀材料。這種材料具有柔性和透水（氣）性，通常呈織物外觀。一般劃分為有紡?fù)凉た椢锖蜔o紡?fù)凉た椢铩Ｍ凉た椢镌诠こ虘?yīng)用中可發(fā)揮隔離、過濾、排水、加筋和侵蝕控制等作用。

2. 土工格柵

土工格柵是一類在制造過程中經(jīng)過定向拉伸的具有網(wǎng)格狀外觀的開口式土工合成材料。常見的有單向拉伸土工格柵和雙向拉伸土工格柵兩種。土工格柵的主要作用是用于土體的加筋加固。

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3. 土工膜

土工膜是由一種或幾種合成材料制成的連續(xù)的柔性膜狀材料。土工膜具有很低的滲透性，其滲透系數(shù)小于10cm/s，幾乎不透水。可用作封閉液體或氣體的防滲襯里和防擴(kuò)散屏障。@

土工網(wǎng)

土工網(wǎng)包括平面型的多用于防護(hù)的工程網(wǎng)和具有三維結(jié)構(gòu)的排水土工網(wǎng)兩類。后者是由兩組平行擠出的聚合物以恒定銳角交叉（在節(jié)點處融合在一起）形成的開放式網(wǎng)格狀土工合成材料。這種交互式網(wǎng)格構(gòu)成了網(wǎng)內(nèi)多孔結(jié)構(gòu)層，因此，排水土工網(wǎng)具有較強的輸導(dǎo)液流或氣流的能力。這種土工網(wǎng)在工程應(yīng)用中常作為排水材料。

土工復(fù)合材料

土工復(fù)合材料是由兩種或多種土工合成材料復(fù)合而成的一大類土工合成材料。這類材料包括土工織物-土工網(wǎng)型、土工織物-土工格柵型、土工網(wǎng)-土工膜型和土工織物-土工膜型土工復(fù)合材料。土工織物與土工膜可構(gòu)成復(fù)合土工膜，土工織物和土工網(wǎng)可以構(gòu)成復(fù)合排水板，以及軟土地基排水固結(jié)法中常用的預(yù)制垂直排水帶（PVD ），這些都是典型的土工復(fù)合材料。PVD 就是由土工織物濾層包裹塑料排水芯帶制成的復(fù)合材料。將具有各自特性的不同類型材料有目的地結(jié)合在一起的土工復(fù)合材料，在工程實踐中可以起到排水、反濾、隔離、防滲、加筋等作用，為工程實際問題提供針對性的解決方案。@

土工合成材料粘土襯墊（GCL ）

GCL 屬于土工復(fù)合材料的一種，通常是在上下兩層土工織物之間夾一層膨潤土，或?qū)⒁粚优驖櫷琳辰Y(jié)在土工膜或單層土工織物上而制成的一種土工復(fù)合材料。由兩層土工織物覆蓋制成的GCL 常通過縫合或針刺的方式貫穿膨潤土層，用以提高GCL 的內(nèi)部抗剪強度。當(dāng)膨潤土經(jīng)過水化作用，吸水膨脹，具有很低的滲透性能，可以作為液體或氣體的有效屏障。因此，垃圾填埋場建設(shè)中，GCL 常與土工膜聯(lián)合使用，作為填埋場的防滲襯墊，或作為水利工程的防滲層單獨使用。

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土工管

土工管是用來排水或?qū)獾墓鼙诖┛谆虿淮┛椎木酆衔锕懿�，如垃圾填埋場中用于滲濾液或填埋氣體的收集。在一些情況下，在穿孔管外采用無紡?fù)凉た椢锇�，起反濾作用。@

土工格室

土工格室是由聚合物條帶相互連接制成的具有三維網(wǎng)格狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)的土工合成材料。鋪設(shè)后，交錯連接的條帶之間形成一個個格室用以填充土、碎石，有時也用混凝土填充。這種材料主要用于道路路基底層加筋或地基加筋，也可用于侵蝕控制工程。

土工泡沫

土工泡沫的塊或板是通過聚苯乙烯泡沫塑料膨脹形成的，是一種超低密度的、由封閉充氣單元構(gòu)成的具有空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的塊體或板材。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，一般又分為模塑型土工泡沫（簡稱EPS ）和擠塑型土工泡沫（簡稱XPS ）。土工泡沫塑料可作為隔熱材料和輕質(zhì)填料使用。在剛性面板擋土墻中，豎直置于面板與填土之間作為可壓縮夾層，起到減小土壓力的作用。@

 土工網(wǎng)墊

土工合成材料在土體內(nèi)部作為排水體，可使水流沿其內(nèi)部從低滲透性土體中排出。例如，鋪設(shè)與路堤底部的土工織物可用來消散孔隙水壓力；對于流量較大而對排水能力要求更高的場合，也可采用土工復(fù)合（排水）材料。這些材料已被用來作為路緣排水體、邊坡截排水體及擋土墻墻后排水體。塑料排水板（PVD ）則被用于預(yù)壓荷載下加快軟粘土地基的排水固結(jié)過程。