土工合成材料

土工合成材料是土木工程應用的合成材料的總稱。土工特種材料包括土工格柵、土工膜袋、土工網、土工網墊、土工格室、土工織物膨潤土墊、聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）等。土工複合材料是由上述各種材料複合而成，如複合土工膜、複合土工織物、複合防排水材料（排水帶、排水管）等。

（一）土工織物

土工織物的製造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然後再製成平面結構的土工織物。土工織物按製造方法可分為有紡（織造）土工織物和無紡（非織造）土工織物。有紡土工織物由兩組平行的呈正交或斜交的經線和緯線交織而成。無紡土工織物是把纖維作定向的或隨意的排列，再經過加工而成。按照聯結纖維的方法不同，可分為化學（粘結劑）聯結、熱力聯結和機械聯結三種聯結方式。

土工織物突出的優點是重量輕，整體連續性好（可做成較大面積的整體），施工方便，抗拉強度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。缺點是未經特殊處理，抗紫外線能力低，如暴露在外，受紫外線直接照射容易老化，但如不直接暴露，則抗老化及耐久性能仍較高。

（二）土 工 膜

土工膜一般可分為瀝青和聚合物（合成高聚物）兩大類。含瀝青的土工膜目前主要為複合型的（含編織型或無紡型的土工織物），瀝青作為浸潤粘結劑。聚合物土工膜又根據不同的主材料分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。

大量工程實踐表明，土工膜的不透水性很好，彈性和適應變形的能力很強，能適用於不同的施工條件和工作應力，具有良好的耐老化能力，處於水下和土中的土工膜的耐久性尤為突出。土工膜具有突出的防滲和防水性能。

（三）土工特種材料

１ 土工格柵

土工格柵（圖１２１）是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效。土工格柵常用作加筋土結構的筋材或複合材料的筋材等。土工格柵分為塑料類和玻璃纖維類兩種類型。

（１）塑料類

此類土工格 柵 是 經 過 拉 伸 形 成 的 具 有 方 形 或 矩 形 的 聚 合 物 網材，按其製造 時 拉 伸 方 向 的 不 同 可 分 為 單 向 拉 伸 和 雙 向 拉 伸 兩 種。它是在經擠壓制出的聚合物板材（原料多為聚丙烯或高密度聚乙烯）上沖孔，然後在加熱條件下施行定向拉伸。單 向拉伸格柵只沿板材長度方向拉伸製成，而雙向拉伸 格柵則是繼續將單向拉伸的格柵再在與其長度垂直的方向拉伸製成。

由於土工格柵在製造中聚合物的高分子會隨加熱延伸過程而重新排列定向，加強了分子鏈間的聯結力，達到了 提 高 其強度的目的。其延伸率只有原板材的１０％～１５％。如果在土工格柵中加入炭黑等抗老化材料，可使其具有較好的耐酸、耐鹼、耐腐蝕和抗老化等耐久性能。

（２）玻璃纖維類

此類土工格柵是以高強度玻璃纖維為材質，有時配合自粘感壓膠和表面瀝青浸漬處理，使格柵和瀝青路面緊密結合成一體。由於土石料在土工格柵網格內互鎖力增高，它們之間的摩擦係數顯著增大（可達０８～１０），土工格柵埋入土中的抗拔力，由於格柵與土體間的摩擦咬合力較強而顯著增大，因此它是一種很好的加筋材料。同時土工格柵是一種質量輕，具有一定柔性的塑料平面網材，易於現場裁剪和連接，也可重疊搭接，施工簡便，不需要特殊的施工機械和專業技術人員。

２ 土工膜袋

土工膜袋是一種由雙層聚合化纖織物製成的連續（或單獨）袋狀材料，利用高壓泵把混凝土或砂漿灌入膜袋中，形成板狀或其他形狀結構，常用於護坡或其他地基處理工程。膜袋根據其材質和加工工藝的不同，分為機制和簡易膜袋兩大類。機制膜袋按其有無反濾排水點和充脹后的形狀又可分為反濾排水點膜袋、無反濾排水點膜袋、無排水點混凝土膜袋、鉸鏈塊型膜

３ 土 工 網

土工網是由合成材料條帶、粗股條編織或合成樹脂壓制的具有較大孔眼、剛度較大的平面圖１２２ 土工格室示意圖結構或 三 維 結 構 的 網 狀 土 工 合 成材料。用於軟基加固墊層、坡面防護、植草以及用作製造組合土工材料的基材。

４ 土工網墊和土工格室

土工 網 墊 和 土 工 格 室 都 是 用合成 材 料 特 制 的 三 維 結 構。前 者多為長 絲 結 合 而 成 的 三 維 透 水 聚合物網墊，後者（圖１２２）是由土工織物、土 工 格 柵 或 土 工 膜、條 帶 聚合物構 成 的 蜂 窩 狀 或 網 格 狀 三 維結構，常 用 作 防 沖 蝕 和 保 土 工 程，剛度大、側限能力高的土工格室多用於地基加筋墊層、路基基床或道床中。

５ 聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰＳ）

聚苯乙烯泡沫塑料（即 ＥＰＳ）是近年來發展起來的超輕型土工合成材料。它是在聚苯乙烯中添加發泡劑，用所規定的密度預先進行發泡，再把發泡的顆粒放在筒倉中乾燥后填充到模具內加熱形成的。ＥＰＳ具有質量輕、耐熱、抗壓性能好、吸水率低、自立性好等優點，常用作鐵路路基的填料。

（四）土工複合材料

土工織物、土工膜和某些特種土工合成材料，將其兩種或兩種以上的材料互相組合起來就成為土工複合材料。土工複合材料可將不同材料的性質結合起來，更好地滿足具體工程的需要，能起到多種功能的作用。如複合土工膜，就是將土工膜和土工織物按一定要求製成的一種土工織物組合物。其中，土工膜主要用來防滲，土工織物起加筋、排水和增加土工膜與土面之間的摩擦力的作用。又如土工複合排水材，它是以無紡土工織物和土工網、土工膜或不同形狀的合成材料芯材組成的排水材料，用於軟基排水固結處理、路基縱橫排水、建築地下排水管道、集水井、支擋建築物的牆後排水、隧道排水、堤壩排水設施等。路基工程中常用的塑料排水板就是一種土工複合排水材料。

土工合成材料，不同的產品具有不同的特點，可應用於許多工程領域。

已經應用的領域有岩土工程、土木工程、水利工程、環境工程、交通工程、市政工程及圍海造地工程等。

防護方面:

土壤侵蝕是一種由於水力和風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活活動也會加速這一過程。如果這種侵蝕作用得不到相應的治理，對現有的建築物和環境可能會造成巨大的破壞。

在土壤侵蝕控制方面，土工合成材料可以應用的領域包括坡面保護、輸水水渠防護、海岸線防護、灘塗圍墾、植被恢復、落石防護網及防洪堤壩建設等。根據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品。

在坡面防護工程中，除了用一些土工合成材料，有事需要用土釘，甚至用岩石錨桿來保證防護體系的穩定。在有些情況下，也會採用重填灰漿的土工織物袋來固定護面，並在防護結構空隙中插散草籽，培育植被，來防止水土的流失。

土工合成材料是應用於岩土工程和土木工程建設的、以合成材料為原材料製成的各種產品的統稱。因為它們主要用於岩土工程，故冠以“土工”（geo）兩字，稱為“土工合成材料”，以區別於天然材料。

土工合成材料在曾被稱為“土工織物”（geotextile）和“土工膜”（geomembrane）。隨著工程需要，這類材料不斷有新的品種出現，例如土工格柵、土工網和土工模袋、土工網墊、土工帶，複合土工膜，膨潤土防水毯，複合排水網等，原來的名稱已不能準確地函蓋全部產品，這樣，在其後的一段時期內，把它們稱之為“土工織物、土工膜和相關產品（relate product）”。顯然，這樣的名稱不宜作為一種技術名詞或學術名詞。為此，1994年在新加坡召開的第五屆國際土工合成材料學術會議上，正式確定這類材料的名稱為“土工合成材料”（geosynthetics）。

土工合成材料的原材料是高分子聚合物（polymer）。它們是由煤、石油、天然氣或石灰石中提煉出來的化學物質製成，再進一步加工成纖維或合成材料片材，最後製成各種產品。製造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯（PE）、聚酯（PET）、聚醯胺（PER）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚苯乙烯（EPS）等。