近年来，土工合成材料在工程中的应用取得了突飞猛进的发展。本文将就土工合成的定义、分类、性能及其在道路工程领域的应用进行阐述。

关键词：土工合成材料  道路工程

0 概述

　　土工合成材料作为一种崭新的土工建筑材料，历时虽短，但发展较快。自50年代以来，土工合成材料在欧美诸国的许多工程中相继得到成功的应用。事实上，在土木工程中最早应用纤维织物可追溯到1926年美国南卡罗来纳州公路局将棉织帆布用于补强土体。但是，直至60年代中后期，非织造工艺和廉价的非机织织物才开始大量出现。1970年法国伐尔可鲁斯（Valcros）土坝的上游垫层和下游排水体，都采用了非机织土工织的垫层。目前，已出现八大系列产品，如：土工织物、土工格栅、土工网、土工席垫、土工薄膜、土工格室、土工复合材料以及有关新产品。土工合成材料不仅在道路工程领域，而且在水利、铁道、岩土等工程领域都到了广泛应用。

1 土工合成材料的定义、分类

　　有关土工合成材料的定义和分类方法比较多，《公路土工合成材料应用技术规范》（JTJ/T019—98）对土工合成材料的定义是：以人工合成的聚合物为原料制成的各种类型产品，是岩土工程中应用的合成材料的总称。可置于岩土或其它工程结构内部、表面或各结构层之间，具有加强、保护岩土或其它结构功能的一个新型工程材料。按照VSS端士公路专业人士联合会制定的瑞士标准（SN640550），土工合成材料的定义为：“与松软岩石和坚固岩石相接触，在建筑工程中所使用的透气的平面织物。”

    土工合成材料是由其基本合成材料纤维（包括长纤维、短纤维纱、单纱等）按照加热、化学、机械（连接、针刺）、缝纫等方法制成的织物系统。按照微观构造、化学成分可以相应分类。按照土工合成材料构造的分类，见表1，表2。

    土工合成材料分类          表1

构造

基本系统

加固方法

土工织物

短纤维纱线

无

土工格栅

单纤线

必要时加热

多纤丝

单纱

化学（目前大多为粘全）

土工网

短纤维

单纤线

多纤丝

机械（针刺）加热、化学组合

非织造土工织物

短纤维

长纤维

机械（针刺）加热、化学组合

缝纫针织物

无纺布

松散的纱线

状态

缝纫

复合材料

组合

组合

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    土工合成材料基本组成单位分类说明      表2

名称

形成方式

纤维

可以用纺织技术加工的线状物

长纤维（超长纤维）

实际为无限长度的纺织纤维

短纤维

有限长度（20～150mm之间）的纺织纤维

纱（线）

由纺织纤维制成的线状物

单纤丝

同无限长纤维组成的纱线

多纤丝

由多个无限长纤维组成的纱线

短纤维纱

由短纤维组成的纱

单纱

很长的小条带，而且相对宽度而言，其厚度较小

　　按照合成纤维的化学成分，目前国内外产量较多、应用量较大的合成纤维主要有六大类：聚酰胺（锦纶PA），聚酯（涤纶PET），聚丙烯（丙纶PP），聚氯乙烯（氯纶PVC），聚乙烯醇（维纶PVA），聚丙烯晴（晴纶PAN）。世界上许多国家应用于土工织物方面的合成纤维以涤沦、锦纶、晴纶三大合成纤维为主，其中尤其以涤沦发展最快。而欧美各国应用丙纶纤维较多，其次是涤纶、锦纶纤维。我国土工织物则以应涤纶、丙纶纤维主为，其次是锦纶纤维而氯纶、维纶、晴纶纤维应用较少。

　  还有另外一种方法是将土工合成材料按照不同的制造工艺分类，可将织物分为有纺、无纺、编织和复合织物四类。

　　1.1 有纺织物：由经线和纬线相互交织而成的织物，与日用布相似。根据经线和纬线的夹角不同，又可分为平纺织物（经纬线相互垂直）和斜纹织物。有纺织物的纱线，可由一种或多种纤维纺成。由单长丝纱线织成的有纺织物较薄，厚度约0.5mm；由复合长丝、交织纱线和扁丝束织成的有纺织物较厚，约3—5mm。

　　1.2 无纺织物：将纤维沿一定方式或随机地以某种方法相互结合而制成的织物。纤维之间相互结合的方法有：（1）化学粘合法：使用乳胶、橡胶、纤维素衍生物、合成树脂等粘合剂，将纤维相互粘结固定；（2）热粘合法，通过加热使部分纤维熔化，再使纤维相互粘合，这种织物一般较薄，厚度为0.5—1mm；（3）针刺粘合法，用许多带倒钩的针穿刺纤维网垫，使纤维相互纽结固定，成为整体平面状织物，所用纤维大多为短丝，这种织物一般较厚，约1—5mm。

　　1.3 纺织织物：由一股或多股纱线组成的线卷相互连锁而制成，又称“针织物”，其工艺如同织毛衣，使用单长丝和复合长丝。

    1.4 复合织物：将编织织物、有纺织物和无纺织物等重叠在一起，用粘合或针刺等方法使其相互织成加工而成的织物称为复合织物。

    目前几种主要的织物产品如表3。

    目前几种主要的织物     表3

织物

类型

纤维

类型

成分

有纺

织物

单丝

聚丙烯、聚偏二氯乙烯

复丝

聚酯、聚丙烯

扁丝

聚丙烯

无纺

织物

短纤维连续长丝

聚丙烯、聚酯、尼龙、多种成分纤维混纺

复合

织物

由多种成分纤维制成

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2 土工合成材料的工程应用技术性能

　　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料，主要功能有：滤层作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、保护作用。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。另外常将有纺织物涂膜或无纺织物与塑料薄膜复事而制成复合土工膜，用于工程防渗方面。具体作用可以分述如下：

　　2.1 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。

　　土工纳物完全具备上述两个条件，不仅驻有良好的透水、透气性能，而且有较小的孔径，孔径又可根据土的颗粒情况在制作时加以调整，因此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。

　　滤层作用是土工织物的主要功能，被广泛地应用于水利、铁路、公路、建筑等各项工程中，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。

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