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在防護(hù)方面的應(yīng)用

土壤侵蝕是一種由于水力和風(fēng)力作用所引起的自然過程，其影響因素眾多，如土類、植被和地貌等，在特定條件下人類生產(chǎn)活動也會加速這一過程。如果這種侵蝕作用得不到相應(yīng)的治理，對現(xiàn)有的建筑物和環(huán)境可能造成巨大的破壞。

在土壤侵蝕控制方面，土工合成材料可以應(yīng)用的領(lǐng)域包括坡面保護(hù)、輸水水渠防護(hù)、海岸線防護(hù)、灘涂圍墾、植被恢復(fù)、落石防護(hù)網(wǎng)及防洪堤壩建設(shè)等。根據(jù)工程特點和場地條件，侵蝕控制工程中可能會涉及一種或多種土工合成材料產(chǎn)品，諸如土工織物、土工墊、土工網(wǎng)、土工格柵等。@

在坡面防護(hù)工程中，除了用一些土工合成材料，如土工墊、土工織物外，有時需要用土釘，甚至用巖石錨桿來保證防護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定。在有些情況下，也會采用充填灰漿的土工織物袋來固定護(hù)面，并在防護(hù)結(jié)構(gòu)空隙中播散草籽，培育植被，來防止水土的流失。

 在軟土地基上加筋堤中的應(yīng)用

在軟土地基上修建路堤是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作，而采用土工合成材料（一般采用有紡?fù)凉た椢锘蛲凉じ駯牛﹣硖岣呗返谭�(wěn)定性被證明是富有成效的土體加固技術(shù)之一。通過在路堤墊層采用土工合成材料加筋。

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可以有效解決軟土地基上路堤的以下問題：

（1）減少軟土地基的沉降；

（2）防止軟土地基和路堤的整體破壞；

（3）防止路堤沿土工合成材料表面發(fā)生滑移失穩(wěn)。@

在不采取加筋的情況下，路堤填筑到設(shè)計高度前，就會塌垮（安全系數(shù)小于1.0），也可能發(fā)生路堤和軟土地基的整體破壞；而采取加筋措施后，在整個路堤填筑施工期，安全系數(shù)都大于1.0，不會發(fā)生路堤破壞。

在路堤墊層中使用土工合成材料加筋的效果有一定的局限性，如難以有效地解決軟土地基在路堤荷載下的過大沉降問題，而且當(dāng)路堤高度較大時，僅僅一層加筋并不能保證路堤的穩(wěn)定性。

在這些情況下，可采用樁承式加筋路堤方案。在該體系中，樁體可采用預(yù)制樁，或者采用摻入固化劑的就地攪拌樁，如水泥土攪拌樁、石灰樁和CFG 樁等。

土工合成材料發(fā)展簡史

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土工合成材料經(jīng)歷了一個從出現(xiàn)，到發(fā)展，再到基本成熟的歷史過程。最早的土工合成材料在巖土工程中應(yīng)用的確切年代已很難考證。下面僅列舉些早期有里程碑意義的工程項目，來大致了解其發(fā)展進(jìn)程。

大致在20世紀(jì)30年代末，聚氯乙烯土工膜首先被用于游泳池防滲，大量的防滲薄膜得到應(yīng)用。美國墾務(wù)局1953年在渠道上用聚乙烯膜防滲；1957年開始用PVC 膜；前蘇聯(lián)也較早地用低密度聚乙烯膜做渠道防滲；1992年意大利174m 高（1964年建成）的Alpe Gera混凝土壩在修理時甚至用厚2.2mm 的PVC 土工膜固定于壩的上游面作為防滲層。

1958年R.J. 巴雷特將聚乙烯織物鋪放在美國佛羅里達(dá)州的海岸塊石護(hù)坡下做保護(hù)墊層，被認(rèn)為是應(yīng)用土工織物的開端。1952-1953年的巨大風(fēng)暴使荷蘭蒙受災(zāi)難性的生命、財產(chǎn)損失，犧牲生命1800余人。災(zāi)后為了修復(fù)萊茵河、邁斯河和謝爾德沿海岸海堤，開始了著名的三角洲工程。一反以往采用編扎柳排的辦法，大量使用了以寬尼龍袋、手工編織的初期土工織物。據(jù)估計，該項目共采用了約1000萬m 2的土工織物，大大促進(jìn)了該種材料的應(yīng)用。@

1968年荷蘭人獲得專利，研制成以雙層土工織物，在一定距離處加以縫合，可在現(xiàn)場作為模板，往其中充灌混凝土的產(chǎn)品，即現(xiàn)今所稱的土工膜袋。1968年美國首先將其應(yīng)用于高17m 的Allegheny 水庫上作護(hù)坡。

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1968年美國聯(lián)邦公路局將土工織物鋪于瀝青路面上，用于防止反射裂縫。同年英國Netlon 公司推出聚乙烯土工網(wǎng)，用于減輕圍堤受動荷載與暴雨的破壞，是將短土工網(wǎng)水平向置于邊坡的近坡面處，以便于坡面上的有效壓密，和防止軟土發(fā)生底面滑移。

1968年法國公司首創(chuàng)無紡?fù)凉た椢�，它大大拓展了土工織物的�?yīng)用范圍。國際有名廠家生產(chǎn)了無紡?fù)凉た椢锵盗�。@

1970年法國壩即采用了質(zhì)量為300g/m 2的無紡?fù)凉た椢镒鳛橥翂蜗掠蔚呐潘礊V層，用厚一些織物鋪在上游亂石護(hù)面下作保護(hù)層。同一時期英國ICI 公司生產(chǎn)的另一種以熱粘法制造的薄層無紡織物系列，初次用于道路工程中粗粒料與地基土之間作為隔離層。

至1973年人們已經(jīng)認(rèn)識到土工織物的三種基本功能：隔離、過濾和加筋。不久后，又確認(rèn)了它們的排水功能。

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隨著土工合成材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品制造技術(shù)也迅速提高，除土工膜與土工織物外，不同類型的產(chǎn)品相繼進(jìn)入市場。例如研制成了多種新產(chǎn)品：20世紀(jì)80年代初英國F.B. 穆塞研制成由Net公司生產(chǎn)的Ten 土工格柵系列，至今仍是土加筋應(yīng)用的主要材料；70年代末生產(chǎn)出的塑料排水帶是根據(jù)1937年克界曼提出的排水紙板概念改進(jìn)而成的可加速軟土排水固結(jié)的材料，現(xiàn)已廣泛替代傳統(tǒng)砂井或袋裝砂井用于軟土地基處理。三維土工網(wǎng)墊是以熱塑性樹脂為原料，并擠出成網(wǎng)、拉伸、復(fù)合成型的三維結(jié)構(gòu)，鋪于坡面，保護(hù)草籽不受風(fēng)吹雨沖，助草生長的產(chǎn)品，已廣泛用于護(hù)坡和美化景觀。@

土工管袋內(nèi)充泥沙用于岸灘防護(hù)，圍墾筑堤，興建人工島等，為土工合成材料增添了包容功能。膨潤土墊（GCL ）是后期研制成的另一種防滲材料，在垃圾填埋場建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。以上僅是少量屬于復(fù)合土工合成材料和特種土工合成材料的舉例。復(fù)合土工合成材料是當(dāng)前發(fā)展的主流。

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土工合成材料及技術(shù)的快速發(fā)展有賴于理論研究、生產(chǎn)技術(shù)提升和廣泛的國際交流。對此，國際組織和學(xué)術(shù)活動起到了重要促進(jìn)作用。雖然早在1977年在巴黎和1982年在美國Las Vegas已召開過第一屆和第二屆國際土工合成材料學(xué)術(shù)討論會，但國際土工合成材料學(xué)會（IGS ）卻于1983年11月方告成立。此后基本上每隔四年舉行一次國際學(xué)術(shù)討論會，先后有維也納（1986年）、海牙（1990年）、新加坡（1994年）、亞特蘭大（1998年）、里斯（法國，2002年）和東京（2006年）等，每屆會議都出版了正式的會議論文集。此外，IGS 下還有地區(qū)性學(xué)會，如亞洲、歐洲、北美洲、南美洲等學(xué)會。亞洲學(xué)會曾在班加洛（印度，1995年）、科倫坡（2000年）、首爾（2004年）、上海（2008年）分別舉辦過第一至第四屆亞洲學(xué)術(shù)討論會。我國的中國委員會（CCIGS ）是IGS 的國家會員之一。@

七. 中國土工合成材料的發(fā)展

20世紀(jì)70年代末，山東十一屆三中全會確定了劃時代的“改革開放”政策，使我國長期與外界隔絕的局面開始改變，為對外科技交流開辟了暢通道路。

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在國際土工合成材料蓬勃發(fā)展的潮流影響下，我國全國性、跨行業(yè)的“土工織物科技情報協(xié)作網(wǎng)”于1984年底在天津成立，它有效地推動了該材料與技術(shù)在我國的應(yīng)用與發(fā)展，20年歷程，它們已從襁褓時期逐步進(jìn)入“而立”之年�；仡櫡治�，成長歲月約可劃分為四個時期：自發(fā)應(yīng)用時期、技術(shù)引進(jìn)時期、國際接軌與組織建設(shè)時期、步入標(biāo)準(zhǔn)化時期。

我國有數(shù)千年悠久歷史，將植物纖維和草秸等摻入粘土，經(jīng)立模夯實壘墻修屋的土建技術(shù)早為先民們所掌握。史領(lǐng)導(dǎo)載早在2000年前，先民們就將草木材料用于灌溉工程和攔河堵口，而這種技術(shù)至今仍被廣泛采用。@

近代以聚合物制成的土工合成材料在我國則始于20世紀(jì)60年代，最初用得較多的是塑料薄膜作渠道防滲，如山東打漁張灌區(qū)、河南人民勝利渠、陜西人民引渭工程等，膜材多為聚氯乙烯。后來又推廣至蓄水池、水庫和水閘等，例如，1965年遼寧桓仁水電站用瀝青聚氯乙烯熱壓膜防止了混凝土支墩壩上游面的裂縫漏水。20世紀(jì)70年代，土工織物已被用于防沖與防護(hù)，1976年在江蘇長江沿岸的嘶馬，以聚丙烯扁絲土工織物，結(jié)合聚氯乙烯繩網(wǎng)和壓重混凝土塊，構(gòu)成軟體沉排，成功地保護(hù)江岸免受沖塌。由于早期應(yīng)用的特點是無定型規(guī)格材料，無材料測試標(biāo)準(zhǔn)可循，故其設(shè)計與施工基本上按既往巖土工程經(jīng)驗，或個別單位自發(fā)應(yīng)用。@

我國鐵道長期以來存在基床翻漿冒泥病害，嚴(yán)重地影響列車運行的安全和運輸能力的提高。從20世紀(jì)80年代初開始，鐵道科學(xué)研究院接受國外贈送的20000m 2紡粘土工織物，在幾十處試驗路面中，以土工織物作為道砟與地基土的反濾隔離層，研究其治理病害的效果。該次試驗共鋪設(shè)26個工程試點，歷時四五年，防治基床病害的成功率達(dá)90%以上。@

1981-1983年我國從日本引進(jìn)了塑料排水板技術(shù)，將連續(xù)的排水帶用插板機(jī)埋入地層中代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂井，起到快速排出軟土中的多余水量、提高土體強(qiáng)度的作用。天津一航局科研所、華東水利學(xué)院和天津港務(wù)局合作，采用了國產(chǎn)化的塑料排水板，首先在天津新港做現(xiàn)場實驗。土工膜袋是用雙層高強(qiáng)度尼龍材料編織物縫制成的連續(xù)袋狀產(chǎn)品，用高壓泵將混凝土或水泥砂漿充入袋內(nèi)，固化后形成連續(xù)堅硬板塊，主要用于保護(hù)土坡。土工膜袋于1983年從日本引入我www.cntugongcailiao.com 公司網(wǎng)站請點擊@

并在江蘇泰州船閘引航道、通沙汽渡停泊區(qū)和南官沙航道上獲得成功應(yīng)用。土工格柵是一種良好的加筋材料，我國于1983年引進(jìn)該產(chǎn)品，首先在陽安、京秦和大秦等鐵路線上用于加筋陡坡路堤，至20世紀(jì)90年代中期，我國開始自制生產(chǎn)設(shè)備，隨之大量土工格柵產(chǎn)品陸續(xù)問世。

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利用土工膜建造垂直防滲墻技術(shù)是我國的群眾性創(chuàng)新，國外采用的皆是硬質(zhì)板狀的土工鎖板，而我國的山東、福建和遼寧等省份創(chuàng)建的垂直鋪塑方法是以自制的開槽機(jī)在地基內(nèi)開槽，一般寬20cm ，將厚約0.3mm 的塑料膜卷材垂直向置于槽內(nèi)，隨進(jìn)程逐漸展開，及時向槽內(nèi)填土至地表。目前最大鋪塑深度可達(dá)15m 。防滲效果良好。@

樁膜圍埝是我國另一項群眾性創(chuàng)新舉措。它是施工時的臨時擋水壩，在中小型工程中施工應(yīng)用十分簡便。此外，關(guān)于防護(hù)用軟體排、防止道路反射裂縫、利用土工格室在沙漠地區(qū)穩(wěn)固沙基，利用軟式排水管排水以及以土工植被網(wǎng)改善環(huán)境與生態(tài)的應(yīng)用都有顯著發(fā)展。

在土工合成材料技術(shù)逐漸被人們認(rèn)識和工程應(yīng)用的同時，全國性的“土工織物技術(shù)情報網(wǎng)”于1984年成立。協(xié)作網(wǎng)通過信息技術(shù)交流，對土工合成材料技術(shù)的普及起到有力的促進(jìn)作用，并分別于1986年、1989年和1992年在天津、沈陽和江蘇儀征組織召開了全國第一屆、第二屆和第三屆土工合成材料學(xué)術(shù)會議。我國于1990年5月經(jīng)IGS 批準(zhǔn)成立了國際土工織物學(xué)會中國委員會（CCIGS ）。經(jīng)國家有關(guān)部門批準(zhǔn)，于1995年“中國土工合成材料工程協(xié)會（CTAG ）”成立。@

為了規(guī)范我國土工合成材料的生產(chǎn)和技術(shù)應(yīng)用，自1998年始，我國著手編制了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，頒布了土工合成材料產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17630~17642-1998《土工合成材料》和GB 50290-1998《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；與此同時，水利部制定了SL/T 225-1998《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，而且鐵道、公路和水運等行業(yè)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和材料測試標(biāo)準(zhǔn)也相繼問世，約十項土工合成材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)先后發(fā)布。至1999年的上半年，我國已初步建立了涉及土工合成材料的產(chǎn)品、設(shè)計、施工和測試的標(biāo)準(zhǔn)體系。

為進(jìn)一步促進(jìn)土工合成材料的推廣應(yīng)用，水利部實施了50項示范工程，并進(jìn)行了技術(shù)總結(jié)，編寫了《水利工程土工合成材料技術(shù)和應(yīng)用》。@

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在工程應(yīng)用不斷深入的同時，土工合成材料工程協(xié)會定期舉辦了全國性的學(xué)術(shù)會議，分別在上海（1996年）、三峽工程現(xiàn)場（宜昌，2000年）、西安（2004年）和上海（2008年）組織召開了全國第四屆、第五屆、第六屆和第七屆土工合成材料學(xué)術(shù)會議。2001-2002年在上海、武漢和杭州等地舉行了“全國土工合成材料測試技術(shù)研討會”、“全國土工合成材料防滲、排水和反濾學(xué)術(shù)討論會”、“全國土工合成材料加筋土學(xué)術(shù)研討會”和“第一屆全國環(huán)境巖土工程與土工合成材料技術(shù)研討會”，這些活動都為國內(nèi)土工合成材料的學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用提供了很好的交流平臺。在國際學(xué)術(shù)活動方面，1998年、2002年和2006年協(xié)會分別組團(tuán)前往美國亞特蘭大、法國尼斯和日本橫濱參加了IGS 主辦的國際第六、七、八屆學(xué)術(shù)討論會，尤其值得一提的是，2008年我國成功地承辦了第四屆亞洲土工合成材料學(xué)術(shù)大會，這些都為我國學(xué)者和產(chǎn)業(yè)界交流學(xué)術(shù)思想、研究成果及工程實踐經(jīng)驗起到了極大的促進(jìn)作用。