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摘要：土工合成材料由于具有较高的拉伸强度、延伸性、整体性和良好的水力特性，其在公路建设工程中得到了广泛的应用。本文在介绍了土工合成材料的基本功能的基础上，主要阐述了土工合成材料在公路建设中的应用。
关键词：公路建设 土工材料 应用
中图分类号：U414
一、 土工合成材料的功能
土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称，是以人工合成的聚合物为原料，制成各种类型的产品置于土地内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料之所以能在各项工程中得以广泛的应用，主要是由土工合成材料本身功能所决定的。土工合成材料是一种多功能的材科，主要功能有：滤层作用、隔离作用、排水作用、防护作用以及加固作用等。在实际工程应用时，往往是根据工程的实际需要，使其一种功能处于主导地位，而其它功能则起到辅助作用。
第一，滤层作用。作为滤层材料必须具备两个条件，一是必须有良好的透水性能，当水流通过滤层后，水的流量不减小；二是必须有较多的孔隙，且孔径又比较小，以阻止土体内土颗粒的大量流失，防止产生土体破坏现象。土工织物完全具备上述两个条件，当水流垂直织物平面方向流过时，可使大部分土颗粒不被水流带走，起到滤层作用。特别是水利工程中用作堤坝基础或边坡反滤层已极为普遍。在沙石料紧缺地区，用土工合成材料做反滤层，更显示出它的优越性。
第二，隔离作用。将土工合成材料放在两种不同的材料之间或同一材料不同粒径之间以及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来，当受外部荷载作用时，虽然材料受力互相挤压，但由于土工合成材料在中间隔开，不会使其相互混杂或流失，从而保持材料的整体结构和功能。
第三，排水作用。土工合成材料是良好的透水材料，无论是材料法向或水平向都具有较好的排水能力，能将土体内的水集聚到织物内部，形成排水通道，排出土体。土工合成材料现已广泛应用于土坝、路基、挡土墙建筑以及软土基础排水等方面。
第四，防护作用。土工合成材料的防护作用分两种情况：一是表面防护，即将土工合成材料放置于土体表面，保护土体不受外力影响、破坏；二是内部接触面保护，即是将士工合成材料置于两种材料之间，当一种材料受集中应力作用时，而不使另一种材料破坏。其主要应用于河道整治、护岸、护底工程以及海岸防潮、道路坡面防护等工程方面。
第五，加固作用。由于土工合成材料具有较高的抗拉强度，将其埋置在土体之中，可增强地基的承载能力，同时可改善土体的整体受力条件，提高整体强度和建筑结构的稳定性，较多的应用于软弱地基处理、陡坡、挡士墙以及边坡稳定方面。
二、 土工合成材料的发展现状及趋势
目前土工合成材料原料大多采用高分子聚合物，主要有聚丙烯，聚酯，聚乙烯，聚氯乙烯，聚酰胺。其中用得最多的是聚丙烯原料，占土工合成材料总用量的50%以上，美国已占80%以上；其次是聚酯原料，占15%～30%，日本用得较多。聚合物高分子的应用形式与生产土工合成材料的工艺直接相关，其中以纤维形态占绝对比重，各种聚合物纤维利用不同的加工工艺可以 开发出不同性能的土工合成材料，如用量最大的聚丙烯，它可以使用纤维形态，采用机织、针织等织造方式，或者采用针刺、纺粘等非织造方式生产土工织物，而聚乙烯主要生产土工薄膜，用于土木工程 的防渗。此外还有少量采用维纶、麻纤维及其它特 种纤维的。近年来，为满足实际应用场合的需求，各种高性能、功能化的原料相继出现以迎合市场的需求。
土工合成材料总的发展趋势是不管在产品的种类、数量，还是在产品的质量上都有大幅度的提高。 以土工织物为例，土工织物是土工合成材料中数量最大、发展最快、品种最全的，可分织造型、非织造型、复合型等。发展趋势可以有以下几方面：
第一，各类土工合成材料都有所增长，其中土工织物增长的数量与幅度最大， 是主要的土工合成材料，而在土工织物中，非织造型土工织物比织造型土工织物产量高、增长快。
第二，复合型土工织物是土工合成材料发展的重点，它兼有各类土工合成材料的优点，具有高性能、 多功能的特点，使其在应用范围上大大拓宽，是科技 含量高、高附加值的产品。
第三，经编土工织物，分为网眼结构 、轴向结构、双层结构和复合结构，其中复合结构即经编复合土工织物被称为新型的“第三代土工织物”，它的主要 特点是高强低伸，可设计性强，同时兼具排水、过滤、 隔离、加筋等作用。
三、 土工合成材料在公路建设中的应用
土工合成材料已经被广泛应用于铁路、公路路基、土石坝工程、软土基础处理以及河道整治工程等。下面主要介绍土工合成材料在公路建设中的一些应用。
第一，路基防护。路基防护主要包括坡面防护和冲刷防护。坡面防护用于防护易受自然因素影响而破坏的土质或岩石边坡；冲刷防护用于防护水流对路基的冲刷与淘刷。土质边坡可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种。岩石边坡防护可采用土工网或土工格栅。沿河路基可采用土工织物软体沉排、土工膜袋进行冲刷防护。土工合成材料应用于土质边坡最广泛的是拉伸网草皮。这种草皮可进行集中生产，可以任意切割、收卷，搬运方便，草根不易损坏，已广泛使用于游乐园、空地绿化及路基坡面防护，具有草种容易成活、美化环境、可防护雨水冲刷等优点。
第二，路堤加筋和软弱地基处理。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，使地基表面随水平剪应力。导致堤身向两侧位移。很容易造成堤身失稳。随着土工合成材料的不断开发利用，近年来利用土工合成材料加筋软弱地基的工程实践日益增多。对于这类加筋工程，通常是在堤身底部铺设单层或多层高模量的土工纳物、土工网、土工格栅、或土工垫等土工合成材料，来限制土基的侧向位移，以提高堤坝的稳定性，增加堤坝的填土高度，减少堤坝的下沉差异沉降量以及由此导致的堤面开裂。
第三，路面裂缝防治。土工合成材料在道路路面工程中的应用主要是减少或降低反射裂缝的数量或程度，减少沥青路面的车辙。在半刚性基层沥青路面中还可适当提高基层的疲劳寿命，同时可以降低路面的车辙程度。
第四，台背路基填加筋。在桥涵、通遭等横穿公路的构造物与构造物台背的路基填土之同，往往因为刚度悬殊而产生阶梯状不均匀沉降，引起“桥头跳车”现象发生。采用构造物台背回填土土工合成材料加筋，主要是利用土工合成材料与构造物之间的锚固力以及与回填土之间的嵌锁力和界面摩阻力，将结构物与回填土连为一体，以提高其整体性，减少两者之间不均匀沉降。但是在回填土中，采用土工合成材料加筋并不能提高地基底承载力，也不能有效缝阻止地基的沉降。因此，只有当地基具有足够的承载力，在填土自重荷载与交通荷载的联合作用下，不致破坏而产生大的沉降时，土工合成材料加筋才会产生明显的效果。
第五，过滤与排水。土工合成材料可以单独或与其它材料配合，作为过滤体和排水体用于暗沟、渗沟、坡面防护等公路工程结构中。
第六，围堰加筋。在水利、桥梁、公路和铁路、市政、防汛等土建工程中，围堰是常用的结构形式，作为基坑开挖、截流、挡土等临时性或永久性围护结构，起到挡水、溢流和承载作用。作用在围堰结构上的荷载主要为侧向水、土压力、堰顶超载，结构自重等。其破坏形式为因回填材料抗剪强度不足而产生结构下滑坍塌，因摩擦阻力不足而产生的水平位移，以及因水渗流引起的局部失稳。
四、 总结
近些年来随着公路建设的迅速发展，公路质量的要求也越为严格，土工合成材料作为一种新型的筑路材料，其在工程中的应用也取得了迅速的发展。品种繁多的土工合成材料的陆续问世，为加快公路建设的发展以及提高建设质量提供了基础。土工合成材料在工程中的成功应用，解决了工程中长期存在的一些问题，并且增加了工程措施的多样性，其发展前景十分广阔。
关键词：公路建设 土工材料 应用
中图分类号：U414
一、 土工合成材料的功能
土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称，是以人工合成的聚合物为原料，制成各种类型的产品置于土地内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料之所以能在各项工程中得以广泛的应用，主要是由土工合成材料本身功能所决定的。土工合成材料是一种多功能的材科，主要功能有：滤层作用、隔离作用、排水作用、防护作用以及加固作用等。在实际工程应用时，往往是根据工程的实际需要，使其一种功能处于主导地位，而其它功能则起到辅助作用。
第一，滤层作用。作为滤层材料必须具备两个条件，一是必须有良好的透水性能，当水流通过滤层后，水的流量不减小；二是必须有较多的孔隙，且孔径又比较小，以阻止土体内土颗粒的大量流失，防止产生土体破坏现象。土工织物完全具备上述两个条件，当水流垂直织物平面方向流过时，可使大部分土颗粒不被水流带走，起到滤层作用。特别是水利工程中用作堤坝基础或边坡反滤层已极为普遍。在沙石料紧缺地区，用土工合成材料做反滤层，更显示出它的优越性。
第二，隔离作用。将土工合成材料放在两种不同的材料之间或同一材料不同粒径之间以及土体表面与上部建筑结构之间，使其隔离开来，当受外部荷载作用时，虽然材料受力互相挤压，但由于土工合成材料在中间隔开，不会使其相互混杂或流失，从而保持材料的整体结构和功能。
第三，排水作用。土工合成材料是良好的透水材料，无论是材料法向或水平向都具有较好的排水能力，能将土体内的水集聚到织物内部，形成排水通道，排出土体。土工合成材料现已广泛应用于土坝、路基、挡土墙建筑以及软土基础排水等方面。
第四，防护作用。土工合成材料的防护作用分两种情况：一是表面防护，即将土工合成材料放置于土体表面，保护土体不受外力影响、破坏；二是内部接触面保护，即是将士工合成材料置于两种材料之间，当一种材料受集中应力作用时，而不使另一种材料破坏。其主要应用于河道整治、护岸、护底工程以及海岸防潮、道路坡面防护等工程方面。
第五，加固作用。由于土工合成材料具有较高的抗拉强度，将其埋置在土体之中，可增强地基的承载能力，同时可改善土体的整体受力条件，提高整体强度和建筑结构的稳定性，较多的应用于软弱地基处理、陡坡、挡士墙以及边坡稳定方面。
二、 土工合成材料的发展现状及趋势
目前土工合成材料原料大多采用高分子聚合物，主要有聚丙烯，聚酯，聚乙烯，聚氯乙烯，聚酰胺。其中用得最多的是聚丙烯原料，占土工合成材料总用量的50%以上，美国已占80%以上；其次是聚酯原料，占15%～30%，日本用得较多。聚合物高分子的应用形式与生产土工合成材料的工艺直接相关，其中以纤维形态占绝对比重，各种聚合物纤维利用不同的加工工艺可以 开发出不同性能的土工合成材料，如用量最大的聚丙烯，它可以使用纤维形态，采用机织、针织等织造方式，或者采用针刺、纺粘等非织造方式生产土工织物，而聚乙烯主要生产土工薄膜，用于土木工程 的防渗。此外还有少量采用维纶、麻纤维及其它特 种纤维的。近年来，为满足实际应用场合的需求，各种高性能、功能化的原料相继出现以迎合市场的需求。
土工合成材料总的发展趋势是不管在产品的种类、数量，还是在产品的质量上都有大幅度的提高。 以土工织物为例，土工织物是土工合成材料中数量最大、发展最快、品种最全的，可分织造型、非织造型、复合型等。发展趋势可以有以下几方面：
第一，各类土工合成材料都有所增长，其中土工织物增长的数量与幅度最大， 是主要的土工合成材料，而在土工织物中，非织造型土工织物比织造型土工织物产量高、增长快。
第二，复合型土工织物是土工合成材料发展的重点，它兼有各类土工合成材料的优点，具有高性能、 多功能的特点，使其在应用范围上大大拓宽，是科技 含量高、高附加值的产品。
第三，经编土工织物，分为网眼结构 、轴向结构、双层结构和复合结构，其中复合结构即经编复合土工织物被称为新型的“第三代土工织物”，它的主要 特点是高强低伸，可设计性强，同时兼具排水、过滤、 隔离、加筋等作用。
三、 土工合成材料在公路建设中的应用
土工合成材料已经被广泛应用于铁路、公路路基、土石坝工程、软土基础处理以及河道整治工程等。下面主要介绍土工合成材料在公路建设中的一些应用。
第一，路基防护。路基防护主要包括坡面防护和冲刷防护。坡面防护用于防护易受自然因素影响而破坏的土质或岩石边坡；冲刷防护用于防护水流对路基的冲刷与淘刷。土质边坡可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种。岩石边坡防护可采用土工网或土工格栅。沿河路基可采用土工织物软体沉排、土工膜袋进行冲刷防护。土工合成材料应用于土质边坡最广泛的是拉伸网草皮。这种草皮可进行集中生产，可以任意切割、收卷，搬运方便，草根不易损坏，已广泛使用于游乐园、空地绿化及路基坡面防护，具有草种容易成活、美化环境、可防护雨水冲刷等优点。
第二，路堤加筋和软弱地基处理。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，使地基表面随水平剪应力。导致堤身向两侧位移。很容易造成堤身失稳。随着土工合成材料的不断开发利用，近年来利用土工合成材料加筋软弱地基的工程实践日益增多。对于这类加筋工程，通常是在堤身底部铺设单层或多层高模量的土工纳物、土工网、土工格栅、或土工垫等土工合成材料，来限制土基的侧向位移，以提高堤坝的稳定性，增加堤坝的填土高度，减少堤坝的下沉差异沉降量以及由此导致的堤面开裂。
第三，路面裂缝防治。土工合成材料在道路路面工程中的应用主要是减少或降低反射裂缝的数量或程度，减少沥青路面的车辙。在半刚性基层沥青路面中还可适当提高基层的疲劳寿命，同时可以降低路面的车辙程度。
第四，台背路基填加筋。在桥涵、通遭等横穿公路的构造物与构造物台背的路基填土之同，往往因为刚度悬殊而产生阶梯状不均匀沉降，引起“桥头跳车”现象发生。采用构造物台背回填土土工合成材料加筋，主要是利用土工合成材料与构造物之间的锚固力以及与回填土之间的嵌锁力和界面摩阻力，将结构物与回填土连为一体，以提高其整体性，减少两者之间不均匀沉降。但是在回填土中，采用土工合成材料加筋并不能提高地基底承载力，也不能有效缝阻止地基的沉降。因此，只有当地基具有足够的承载力，在填土自重荷载与交通荷载的联合作用下，不致破坏而产生大的沉降时，土工合成材料加筋才会产生明显的效果。
第五，过滤与排水。土工合成材料可以单独或与其它材料配合，作为过滤体和排水体用于暗沟、渗沟、坡面防护等公路工程结构中。
第六，围堰加筋。在水利、桥梁、公路和铁路、市政、防汛等土建工程中，围堰是常用的结构形式，作为基坑开挖、截流、挡土等临时性或永久性围护结构，起到挡水、溢流和承载作用。作用在围堰结构上的荷载主要为侧向水、土压力、堰顶超载，结构自重等。其破坏形式为因回填材料抗剪强度不足而产生结构下滑坍塌，因摩擦阻力不足而产生的水平位移，以及因水渗流引起的局部失稳。
四、 总结
近些年来随着公路建设的迅速发展，公路质量的要求也越为严格，土工合成材料作为一种新型的筑路材料，其在工程中的应用也取得了迅速的发展。品种繁多的土工合成材料的陆续问世，为加快公路建设的发展以及提高建设质量提供了基础。土工合成材料在工程中的成功应用，解决了工程中长期存在的一些问题，并且增加了工程措施的多样性，其发展前景十分广阔。