土工合成材料在公路建设中的应用

张道华

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550008）

0 引言

土工合成材料是一种新型材料，它是土木工程中应用合成材料的总称。土工合成材料作为一种新型的土木工程材料，是以人工合成的聚合物（如化纤、塑料、合成橡胶等）为原料而制成的各类型产品，主要用于土体的内部、表面或者各种土体之间，起到加强或者保护土体的作用。目前，土工合成材料在我国的工程建设中得到了广泛的应用，它具有隔离、防护、过滤、排水抗虑和加筋等功能。不同的产品类型有着不同的特性，例如：土工织物由于重量轻、整体连续性好而主要是用于滤层、隔离和防护；土工膜由于不透水性好，弹性和适应变形的能力强，具有良好的抗老化性能而主要用于排水、防渗和坡面稳定；土工格栅由于具有其他土工材料所没有的独特功能和特性而主要用于加筋土的筋材。合理的利用各种土工合成材料的特性可有效的解决在公路建设中遇到的各种岩土类问题。

1 土工合成材料的种类

土工合成材料的种类繁多，大体上可分为五种：土工织物、土工膜、土工格栅、土工特种材料和土工符合材料。

1.1 土工织物

土工织物又名土工布，在制造的过程中首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。根据制造的方法可以分为有纺土工布和无纺土工布，根据纤维的联结方式可分为化学联结、热力联结和机械联结三种。它具有重量轻、整体性好、抗拉强度高和耐腐蚀等特点，但未经特殊处理时的抗紫外线能力差，受阳光的直射易老化。

1.2 土工膜

根据原材料的不同，土工膜可以分为沥青土工膜和聚合物土工膜两大类，聚合土工膜根据不同的主材分又可分为塑性土工膜、弹性土工膜和组合型土工膜。土工膜具有良好的不透水性，弹性变形能力强，抗老化性能好，土或水中的耐久性强，防水防渗性能好。

1.3 土工格栅

土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效，根据材质的不同可分为塑料类土工格栅和玻璃纤维类土工格栅。塑料格栅具有较好的酸碱适应性，抗腐蚀能力强，抗老化和耐久性性能也突出；玻璃纤维格栅则质量轻，具有一定的柔性，裁剪方便，施工简单不需要特殊的施工人员和施工机械。

1.4 土工特种材料

目前的土工特种材料主要有土工模袋、土工网、土工网垫、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，常用于护坡或其他地基处理工程；土工网有较大孔眼、刚度较大，常用于软基加固垫层、坡面防护；土工网垫和土工格室都是特制的三维结构，常用作防冲蚀和保土工程；刚度大、侧限能力高的土工格室多用于地基加筋垫层、路基基床或道床中。

1.5 土工复合材料

将土工织物、土工膜、土工格栅和土工特种材料中的两种或两种以上互相组合起来就是土工复合材料。土工符合材料由于兼具不同土工材料的各种良好性能，在工程中的适应性极强。

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、力学、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、单位面积质量轻等特点。土工织物一般的厚度为0.1～5mm；土工膜为0.25～0.75mm；复合材料中最薄的可达到0.1mm。在单位面积上，土工合成材料又具有质量轻，抗拉强度大，顶破强度好等性能。

2.2 力学性能

土工合成材料的力学性能主要包括抗拉强度、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，主要是通过抗拉强度来承受荷载而发挥工程作用；土工织物和土工膜在铺设和使用的过程中经常会有不同程度的损坏，主要通过撕裂力来反应材料的抗破损能力；土工合成材料由于普遍存在受到集中力的作用，握持力则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两个方面：一是透水和排水的能力；二是组织颗粒流失的能力，而这些特性主要是通过孔隙率、孔径的大小和分布情况来反映的。土工合成材料的透水性是其非常重要的水力学特性之一。

2.4 耐久性

土工合成材料的耐久性主要是通过其对紫外线的辐射、温度的变化、化学和生物的侵蚀、干湿的变化、冻融的变化和机械的磨损等外界因素的抵抗能力。材料的耐久性与聚合物类型和添加剂性质有着非常密切的关联。

3 土工合成材料在公路建设中的应用

由于土工合成材料具有众多的优良性能，其在公路建设中的路基、路面和护坡中均存在广泛的运用。

3.1 路基中的应用

在软弱地基上修筑高填土路堤或堤坝，由于填土中的侧向土压力，使地基表面产生水平剪应力，导致堤身向两侧位移，很容易造成堤身失稳。对于这类加筋工程，通常在堤身的底部进行铺设单层或者多层高模量土工织物、土工格栅、土工网或者土工垫等土工材料，以限制土基侧向的位移，从而提高堤坝稳定性，进一步增加堤坝填土的高度，减少堤坝下沉的差异沉降量而因此造成的堤面开裂。

桥涵和通道等一些横穿于公路的构筑物和构筑物台背之间的填土，往往因其刚度的悬殊而极易产生阶梯状的不均匀的沉降，从而引发“桥头跳车”的现象。而采用构筑物台背回填土进行土工材料的加筋，主要是利用了土工合成材料和构筑物之间良好的锚固力，土工合成材料与回填土之间具有良好的界面摩阻力，从而将结构物同回填土连为一个整体，提高整体性，减少了两者之间的不均匀沉降。

3.2 路面中的应用

土工合成材料在公路路面中的应用主要是可以减少或者降低反射裂缝数量或程度。在半刚性基层的沥青路面中还可以一定程度的提高基层的抗疲劳寿命，同时还可以大大降低路面车辙程度。在沥青路面新路的施工过程中发现基层已有裂缝，为了减少反射裂缝的影响，可以采用土工合成材料进行处理，对老路补强减少老路的反射裂缝。应用于路面裂缝防治的土工合成材料主要是玻纤网和土工织物。应用玻纤网的机理，主要是利用材料的抗拉强度和抗拉模量阻止裂缝向路面延伸，因此要求其强度高，延伸率小。土工织物的抗拉强度一般较小，其主要起隔离作用，因此一般要求材料有一定的强度，同时延伸率在一定的范围。

3.3 护坡方面应用

在公路建设中的护坡当前主要采用的是坡面防护和冲刷防护两种方法。坡面防护主要是防护极易受到自然因素而影响的土质不稳定，冲刷防护主要是防护流水对路基的冲刷。其中土质边坡可以采用拉伸网草皮或用网格固定后撒种。岩石边坡的防护则可以采用土工网或者土工格栅沿着公路的路基覆盖铺设，防止水流的冲刷。土工合成材料在土质边坡上应用的最广泛的是拉伸网种草皮。这种草皮可以进行集中的生产，也可以随意的进行切割和收卷，且其具有搬运方便，不容易损坏草根等特点，现已广泛应用于路基坡面的防护之中。

4 结语

在公路建设过程中，不同部位及不同时期需要应用不同的土工合成材料。而建设中遇到的不同问题需要结合不同土工合成材料的隔离、防护、过滤、排水抗虑、加筋等功能，予以正确的合理利用，否则便会适得其反。对于公路路基不均匀沉降、软弱土质路基的处理、护坡的防护和路面裂缝的防治和治理方面，本文根据土工合成材料的物理性能、力学性能、水力学性能和耐久性给出了最合适使用的材料类别。而正确的利用不同类型土工材料，在公路建设中是极其重要的。

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