赖剑博

摘  要：土工合成材料是一种岩土工程材料。它是把合成纤维或化学材料置于不同的土壤层之间，以提高土壤的承载能力，如合成纤维和塑料制品等。土工合成材料可分为土工布、土工膜、特种土工合成材料和复合土工合成材料。在工程研究、设计和实践的过程中，随着土工合成材料在岩土工程中应用的不断深入分析、总结、提炼和升华，我们可以克服现有技术的不足，在一般软土地基的三个应用领域中推出新的超大型土工合成材料。提出了软土地基、加筋土挡墙、创新的工程方案、创新的工程结构形式和创新的技术方法。

关键词：土工合成;材料创新;应用;研究

Abstract： Geosynthetic material is a geotechnical engineering material. It is placing synthetic fiber or chemical materials between different layers of soil to improve the carrying capacity of the soil， such as synthetic fibers and plastic products， etc. Geosynthetic materials can be divided into geotextile， geomembrane， special geosynthetic materials and composite geosynthetic materials. In the process of engineering research， design and practice， with the continuous analysis， summary， refining， and sublimation of geosynthetic materials in geotechnical， we can overcome the shortcomings of existing technologies and launch new super large geosynthetic materials in the three applications of general soft land base. This paper proposes the soft land base， reinforced soil retaining wall， innovative engineering scheme， innovative engineering structure forms and innovative technical methods.

Key words： geosynthesis; material innovation; application; research

引言：

土工合成材料是一种岩土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表层或各层土体之间，发挥加强、保护土体、提高承载能力的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。在工程研究、设计、实践过程中，随着对土工合成材料在岩土工程中的应用研究不断深入分析、总结、提炼和升华，克服现有技术的不足，推陈出新，分别在一般软基、超软地基、加筋挡土墙三个应用领域创新提出工程解决方案、创新发明工程结构类型、创新发明技术方法。

1基本原理

目前，软土地基处理的主要土工材料有纺织土工织物、格栅等。然而，这些材料在软土地基处理中也存在一些缺陷。

采用加筋格栅单独处理软弱地基的缺点是不能完全分离软土和颗粒层，网格的网孔结构不能防止粗粒料因其孔径大而小于软土的网孔尺寸。这将直接导致粗粒料在软土地基中不能保持明显的界面，甚至导致粗粒料在软土地基中的掺杂耗散。

紡织土工织物处理软土地基的缺点是：虽然土工织物的强度大，但其面外刚度小，易折叠，网眼小，孔径小，能将软土和颗粒层分开，但不能很细地分离材料。

鉴于此，为了克服上述技术的不足，创新地提出了土工格栅复合非织造土工布用于软基处理。土工格栅提供强度和刚度，并在软地基顶部形成具有一定厚度的路基，成为整体性强的板体，最大程度地消除不均匀沉降。无纺布过滤土工布提供过滤功能，在满足固结渗排水的同时，能将软土与颗粒层分离，颗粒层与软土之间形成了一个清晰完整的界面，消除了由于加筋网过多引起的振动压实过程中路基填料向软基散失的缺点。

2土工合成材料的作用

2.1防裂

早在20世纪70年代天津市政曾采用玻璃纤维布合成橡胶板作为石灰土基层上沥青路面或旧路罩面的隔离层（或称“应力扩散层”），来防止反射裂缝的出现。当时，玻璃纤维布被用来代替棉布。由于舒适性差，布料本身不均匀，铺设时不适合紧贴旧路面;合成橡胶板厚度大（大于5mm），模量低，只能起到隔离作用，但应力扩散效果不明显。另外，由于施工工艺不规范，采用单位面积质量较小的针刺无纺布和纸基复合布来减少裂缝，延缓裂缝的扩展。但这些方法仍处于试验阶段，尚未在工程中得到广泛应用。上世纪90年代，天津市在复合式混凝土路面施工中，采用德国traville土工布来防止膨胀和排放裂缝，但效果并不理想。 江苏在沪宁高速公路拓宽工程中部分加宽路段将土工织物铺设于新旧路基接茬处，起到了加筋作用，减少了路基不均匀沉降。对使用状况2～3年的观测表明有较好的效果。

2.2土工格栅

2007，沧州金山高速公路软土路基工程广泛采用土工网作为低填方路基的加固材料，有效地保证了路基的稳定，路面状况良好。在高填方条件下，由于土工格栅抗拉强度的限制，土工格栅材料逐渐转向使用土工格栅。1998、北京至沈阳高速公路填筑路段、唐津高速公路软基处理及天津外环路改造工程的基础加固均采用双向系杆格栅。原有的路面基层不能抛弃，重做深部加固处理，老地基由于软土地基的存在而出现裂缝，这将影响路面的稳定性，因此双向屏障加固特别适用于既有公路改建。在开挖受损面层后，在路面层的某一层中加入土工格栅，再做加固层是最合适的方案。近年来，为减少桥头加铺土的不均匀沉降而设置的土工格栅已在唐津高速公路和沿海高速公路上得到应用。已作为解决津汕高速公路桥头跳车的主要技术措施，列入专项设计。

2.3塑料土工带

20世纪80年代末，山东省在加筋挡土墙试验工程中首次采用细粒土作为浸没路堤的填料，并取得了良好的效果。在总结大量试验观测资料的基础上，将其推广应用于桥头高填方路段。随后，天津也在中环、外环、京津唐高速公路等多条高速公路的多个大型立交工程中采用了这种方法。最重要的是，塑料土工织物可以在地基不受加固和桩后沉降较大的情况下使用，其结构仍可正常使用。

2.4路基防护

路基防护是公路工程建设的重要组成部分，包括边坡防护和冲刷防护。土质边坡的边坡防护可采用张网草皮、固定草籽布、格栅固播防护;岩质边坡的防护可采用土工网或土工格栅防护;沿河路基的防护可采用土工布软垫和土工布袋防护。冲刷防护是保证路基稳定的重要措施。冲刷防护可采用直接防护形式，即直接加固岸坡;间接防护形式，即改变水流方向和流速。路基防护可采用土工网垫、土工格室和土工格栅。土工网是一种具有网状结构的交联复合土工材料。其强度低于土工格栅，但变形较小。对边坡防护有一定的效果。土工网垫和土工格室都是三维结构。土工网垫通常是由长丝制成的三维聚合物，而土工格室则是由土工布、土工格栅或土工膜制成的网格或蜂窝的三维结构。土工格栅常用于路基工程的冲刷防护。土工格栅在使用时，可在开启后用土石和混凝土材料填充，形成刚度大、侧向极限大的结构。土工格室也可用作垫层或软基处理，其施工和运输更方便。

结束语

智能土工合成材料集成了功能材料、传感设备和相应的软件，可以对土工加筋结构的稳定性进行监测和预警。目前，国外对智能土工合成材料的理论研究、测试技术和施工方法已较为成熟，智能土工合成材料已在许多工程中得到应用。相比之下，我國土工合成材料行业起步较晚，对土工合成材料基本力学计算模型和理论分析方法的研究还有待完善。在包括智能土工合成材料在内的一些高端技术和产品的开发和应用中，基本上起着跟随者的作用。随着国家基础设施需求的扩大和其他应用市场的拓展，未来我国陆地工业合成材料在多功能、智能化方面仍有很大的发展空间。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部.公路路基设计规范：JTG D30-2015[S].北京：中国交通出版社，2019.

[2] 中华人民共和国交通部.公路圬工桥涵设计规范：JTG D61-2005[S].北京：中国交通出版社，2018.

[3] 中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTG D62-2017[S].北京：中国交通出版社，2017.

[4] 中华人民共和国交通部.公路桥涵地基与基础设计规范：JTG D63-2007[S].北京：中国交通出版社，2017.

2183501705266