际高仪器更多土工检测请点击：YT010型电子土工布强力综合试验机

[内容提要] 主要阐述了中国土工合成材料的生产发展与应用概况同时对产品开发、工程应用等方面的发展前景提出了自己的看法。

       “土工合成材料”( Geosynthetics) 这一名词是从80 年代后期兴起的早期称之为“土工布”、“土工织物”、“土工织物与土工膜”等系应用于土木工程中的合成纤维织物的统称。随着高分子化学工业的飞速发展合成纤维新品种和高分子合成新材料均不断出现这些新型材料已超越“织物”的范畴其产品或组合产品均相继在岩土工程中得到广泛的应用故而统称为“土工合成材料”。由于土工合成材料本身所具有的优异特性应用于工程中又具备滤层、排水、隔离、加筋、防护、防渗六大基本功 能因此引起工程界的极大兴趣和重视且能在水利、电力、冶金、铁路、公路、海港、建筑、机场、围垦、环保、军事等各项岩土工程中得以广泛的应用。目前国内外对土工合成材料还没有统一的分类原则但各种分类相差不大。笔者按产品的织造方法同时考虑工程应用选型方便分为有纺型、无纺型、合成型、复合型四大类。

 一、中国土工合成材料的生产发展与工程应用

        中国土工合成材料的生产与应用是从70 年代后期逐步发展起来的到80 年代末、90 年代初生产能力、应用范围、测试技术、理论研究等各个方面都发展得非常迅速并具有相当大的生产规模形成了一门新的科学领域。目前中国土工合成材料总的发展趋势是:产品数量不断增加产品质量不断提高产品品种范围不断扩大。产品向系列型、合成型、复合型发展。应用范围从一般工程向大、中型工程发展。每年均有上千个工程应用土工合成材料每年所需应用数量早已突破1 亿m2 。由于不同类型的土工合成材料的生产能力、应用范围、应用技术等不同因而生产、应用情况也不平衡其中编织土工织物与针刺短纤非织造土工布的产量与应用量均占较大比例。

        (一) 有纺型土工织物的生产与应用

      有纺型土工织物按其织造方法可分为编织型、机织型、针织型。工程中应用以编织型较多其次为机织型而针织型应用较少。我国早期的编织布是采用国产梭织机生产的幅宽仅2 m左右其质量不适合工程应用。80 年代开始先后从美国、德国、日本、瑞士、奥地利等国家引进了一批生产设备或全套生产线使产品结构发生了很大的变化为工程应用创造了很好的选择条件。编织布以聚丙烯为主要原材料幅宽一般均在4 m 左右工程选用时除主要技术指标满足工程要求外还要考虑选用宽幅产品以利于大面积施工中减少拼接既保证施工质量同时也比较经济。产品规格范围一般为100～300 g/ m2 工程中选用较多的为120～150 g/ m2 。逐步扩展到整个纤维最后随着形变的进一步增大初期沿一定方向发展并已至极限的变形带在受到进一步的挤压后其内大分子链会发生进一步弯曲表现为变形角的进一步增大。初期变形带沿特定的方向形成和发展反映了纤维内某些特定晶面的滑移。后期严重形变则以微原纤间的滑移为主。如何提高和改善高性能纤维的抗轴向压缩性从而进一步拓宽其在复合材料方面的应用仍将是以后研究的课题。

       工程需要较高强度时一般选用200～250 g/ m2的产品。目前国内专门生产编织布的厂家较多其产量可满足工程应用。机织物多选用锦纶、涤纶或丙纶为原料由于织造紧密强度较高在工程需要较高强度时常选用机织物。应用较多的是用作反滤布和土工模袋布。由于价格较高应用范围和数量较少产量已可满足工程应用需求。有纺型土工织物是工程中特别是水利工程中应用量较大的一种产品。应用较广的工程主要有以下几个方面:

     1. 水利工程

      主要应用于堤、坝、河岸、海岸护坡的滤层、护底软体排以及围堤充砂管袋等方面。例如:上海陈行水库工程、江苏太仓中远国际城工程、长江口深水航道整治工程等。

    2. 火电厂灰坝工程

    主要用于充填管袋筑堤、灰坝基础护底及灰坝护坡等方面。目前国内电厂灰库的维修、扩建、新建工程基本上都采用土工织物方案。如上海石洞口电厂灰坝、上海外高桥电厂灰坝及嘉兴电厂灰坝等工程。

    3. 围海造地工程

     利用编织布做充砂管袋就地取材将袋内充砂筑堤围堤内再充填成地固结后建造工程。

   4. 防洪抢险工程

      应用于修建防汛墙、防洪堤等防汛工程。另外用作防洪抢险物资及防洪抢险备用物资的需求量也相当大历年防洪抢险都需用大量的有纺型土工织物如1991 年防洪抢险用量达7 000 万m2 1998 年特大洪水期间其编织布用量已超过1 亿m2 。

    5. 公路、铁路、海港工程部分公路、铁路工程选用编织布作路基反滤层海港堆场基础也选用编织布作反滤层。

     (二) 无纺型土工织物的生产与应用

      中国无纺型土工织物的生产与应用起步较晚但发展速度较快尤其是80 年代后期从德国、意大利、奥地利等国家引进了一批生产设备并相继投入生产同时国内也自行研制了一些生产设备使国内非织造布的生产发生了很大的变化。目前非织造布生产厂家已有数百家其中以生产涤纶短纤针刺非织造布的为多规模一般不大规模较大的生产厂家只有数十家。纺粘法生产厂家已超过30家以生产薄型产品为主。生产长纤维针刺非织造布的仅有4 家。目前非织造布产品已供大于求。目前国内工程中应用的非织造布以涤纶短纤针刺非织造布为主尤其以300～450 g/ m2的产品应用较多主要用作滤层材料而70～250 g/ m2的薄型产品较少直接应用于工程中除为解决沥青路面反射裂缝直接用于沥青层内外多数是加工成复合产品后再用于工程。近年来非织造布在工程中的应用范围越来越广用量也逐年增加。据初步统计1991 年非织造布用量为　3 000万m2 1995 年用量达6 500 万m2 至今非织造布用量已超过1 亿m2 。主要应用于水利、电力、公路、铁路、海港、机场等各项工程。

      1. 水利水电建设工程

     水利水电建设是我国土工合成材料应用最为广泛、用量最大、应用品种最多的工程。非织造布主要用于工程软弱基础加固、反滤及堤、坝边坡反滤替代砂石料反滤层不仅反滤效果好而且施工方便质量容易控制工程造价低。中、小型水利工程和农田水利工程已普遍应用电厂粉煤灰库堤边坡90 %以上采用非织造布作反滤层。

    2. 公路建设工程

    公路建设主要是利用针刺非织造布解决路基沉陷、软基加固、防治翻浆冒泥、防治路基冻融等。另外利用薄型非织造布防止沥青路面产生反射裂缝其效果也很显著。如东北的锦大公路上海的沪嘉公路等。非织造布在公路中应用不仅起反滤作用同时也起隔离作用和加筋作用。

    3. 铁路建设工程

     主要用于铁路路基加固处理、路基隔离、排水及路基边坡、排水育沟的滤层。防治翻浆冒泥防治严寒地区冻融等方面。如京九铁路路基处理京广铁路翻浆冒泥整治等。

    4. 港湾及海岸建设工程

     非织造布主要是用作反滤材料主要用在软土地基加固、海岸防护及防波堤工程。另外港区集装箱堆场港区内道路场内排水育沟等。如天津新港区东突堤软基处理及码头反滤层工程青岛前湾港区防波堤工程上海芦潮港及金山石化防波堤工程等。除上述几个建设方面外非织造土工布在矿山尾矿 坝、机场、地铁、隧道、市政建设、环保工程、军事工程等各方面均有不同程度、不同数量的应用。

   （三) 合成型土工材料的生产与应用

     合成型土工材料的生产与应用有所发展但品种类型尚不多较多的是以聚丙烯材料为主的土工塑料网格生产厂家已有10 多家其中大多数是引进英国耐特龙有限公司的生产设备。此外也有从意大利引进生产设备生产塑料土工格栅。主要应用于软土基础加固及护坡、护堤等工程。如三峡工程护坡、上海金山防冲护岸工程、上海集装箱码头软基加固等。 防渗用的吹塑膜、压延膜的生产也较多但直接应用于工程上较少主要是与非织造布复合后再应用于工程以确保防渗效果。其它类型如土工格栅、土工格室、土工片、土工板等高强度产品很少有的尚不能生产。

     (四) 复合型土工材料的生产与应用

       复合型土工材料主要是用2 种或2 种以上的不同材料采用不同方法复合在一起而形成的土工材料。如复合土工膜、塑料排水带、经编土工格栅、复合土工布、土工垫块等品种类型较多用途也各不相同。目前工程中应用较多的是复合土工膜和塑料排水带。复合土工膜主要解决工程中防渗问题可视工程需要选择不同厚度或不同类型的土工膜。目前用非织造布与膜复合的较多膜有吹塑膜、压延膜、涂膜非织造布可选用针刺短纤非织造布也可选用长纤非织造布常规应用的有一布一膜二布一膜。布比较薄主要起保护膜的作用。另外也有选用较厚的非织造布与膜复合起双重作用膜的一面主要起防渗作用而非织造布一面则起排水作用。目前国内生产厂家已有数十家多数产品门幅较窄。一般为2 m左右门幅在4 m以上、质量较好的复合土工膜不多。同时土工膜的拼接技术也已有很大的改进。复合土工膜在水利工程中的应用较多主要应用于围堰防渗心墙替代常规的粘土心墙。如福建水口电站围堰防渗心墙三峡工程围堰防渗心墙等均采用复合土工膜。另外也用在土石坝防渗墙、渠道防渗、抽水蓄能电站上的水库、库区防渗等。近年来复合土工膜应用于垃圾堆放场防渗方面较多以防止有害废液渗入地下水层造成污染。屋顶防漏、地下室防渗、游泳池、地下隧道、地铁工程 等都不同程度地采用复合土工膜解决防渗问题。塑料排水带是由滤膜和芯板复合组成的滤膜一般选

 用涤纶非织造布芯板用聚丙烯材料芯板形状有六七种较多的为口琴型、城墙型。工程中主要应用于软弱基础排水加固处理。常用于水利工程中软弱基础及铁路、公路软弱路基处理等方面。目前国内生产厂家已有数十家主要分布在江、浙一带。

二、中国土工合成材料发展前景

    目前国内一些较大的工程、跨世纪工程中均不同程度地应用了土工合成材料。如长江三峡工程、长江口深水航道整治工程、上海浦东国际机场等由此可以看出中国正成为土工合成材料应用与销售的最大市场。世界各国对中国土工合成材料的应用与发展都十分关注积极筹划将设备和产品打入中国市场这也充分说明中国土工合成材料市场的潜在能力很大。 近来国家领导及有关部门对土工合成材料的应用和发展非常重视国家拿出7 200 个亿要在3 年内完成六大基础设施建设。同时土工合成材料的产品标准试验方法标准设计、施工技术规范等也将相继出台这为土工合成材料的发展与应用创造了良好的条件应充分利用这一难得的好时机使土工合成材料的生产和应用进入一个崭新阶段。

      今后几年土工合成材料应用量较大的工程主要有以下几个方面:

      (一) 水利建设工程

     近年来国家对水利建设非常重视投资也不断增加开展了长江、黄河、淮河、太湖流域等大江、大河的长期治理、改造。东南沿海一带水利工程及广大的农田水利建设一直不停地在进行现又进一步提出向中西部发展。历年来水利工程都是土工合成材料应用的最大市场而上海是土工合成材料销量最大的市场。随着浦东新区的开发进行了大量的基础工程建设土工合成材料用量也逐年增加。

    (二) 环境工程

    环境工程主要是进行固体、液体、气体废料的处理和污染的防治等工作同时要扩大绿化面积改善生态环境。近年来国家非常重视环境保护防止污染确保人民生命安全。根据环境保护的要求对工厂排放的有害废液及生活垃圾的处理要安全可靠因此需要建造垃圾堆场和废水池、废料库等。较大都市每天的生活垃圾有1. 0～1. 5万t 生活垃圾的处理是每个都市都感到十分困难的问题而且每个城市也不是靠建造一二个垃圾场就能解决问题的。从全国来看垃圾堆场的数量是极为可观的而且建造垃圾场时土工合成材料是最佳的可选材料。环境绿化采用土工合成材料是当前最佳方案效果极佳特别是立体绿化环境建造屋顶花园采用复合土工材料最理想既可防渗不使屋顶漏水又可供植物用水这一项目的开发有很大的发展前景。

    (三) 防洪抢险工程

    洪涝灾害是我国范围较广、损失较大的自然灾害全国各地每年都要耗费大量的防汛经费和防汛物资。有的省、市和地区已将土工合成材料列为防汛抢险备用物资其用量非常可观。1998 年特大洪水期间土工合成材料在防洪抢险中起了很大作用用量也相当大国家领导对土工合成材料在防洪抢险中的应用也非常重视并指示要首先在1998 年开始的大修堤防工程中采用。这给土工合成材料的生产与应用提供了良好的时机和美好的前景。另外有些地区防汛墙虽未被洪水冲坏但需要提高防汛、防洪标准进一步维修加固因此土工合成材料在防洪抢险工程中应用潜力很大今后应进一步开发新型结构材料适应防洪抢险工程的要求。

     (四) 其它工程

     据悉国内将新增公路2 万km高速公路900 km一二级汽车专用公路1 000 km同时要发展中、西部地区公路也将由东南沿海地区向内地延伸发展最近国家又加大了公路建设投资工程又有新的增长。公路建设方面主要需要反滤材料和软弱基础处理材料。铁路建设方面主要是利用非织造布解决路基翻浆冒泥等病害效果很好成功率可达90 %以上。另外利用排水带作软弱基础加固及路基边坡防护材料。目前铁路向内地延伸和提高车速因此首先要改善路基稳定条件同时也要解决路基边坡防护问题。这一切都需要各类土工合成材料。

      综上所述土工合成材料是一种非常有生命力的新型岩土工程材料经济效益、社会效益都非常显著有很高的推广应用价值。