土工材料的由来是怎么样的？

1．土工织物 土工织物就不同织造方法，有加筋、反滤、排水、隔离、防渗、防护等多种功能，应用领域广阔，如大江、大河、大湖防洪工程的建设和治理；南水北调和三峡等大型水利工程都是重点。在材料结构上，现主要是扁丝织物和短纤维非织造布，纺粘法和复合的比例应增加。

主要需求领域还有：公路建设(到2005年，全国公路里程由130增加到160万公里，其中高速由1.5增加到2.5公里)、铁路建设(到2005年将新增5430公里，整治5000公里)、机场、港口。

"十五"新增治理防沙漠化水土流失面积2500万公顷。用土工织物（人工草皮基布)防治沙漠化，正在内蒙实验，如能突破，将是一个重大的应用新领域。

从防汛时堤防出现管涌；有些新建的高速公路路面出现下陷和开裂等现象看来，土工织物还需更多采用。

还需加强品种开发，以适应不同的应用环境和条件。

2．农业用

主要用作农业设施的遮阳网、防虫网（可减用农药），覆盖材料，大棚内的二道保温幕，塑料膜内的防滴水层等。其作用为保温调湿，遮阳挡风，防霜防冻，防止结露，防虫防病，调节成熟期，反季栽培，增产增效。2001年我国农用4.7万吨，仅占产业用的2.5%，远低于世界平均，扩大应用的空间很大。应大力组织示范工程，效果好的在全国大面积推广，在科技兴农上开创一条新路子。3．渔用

渔业主要用在捕捞及养殖两方面，应用的纤维材料有聚乙烯、锦纶、丙纶、维纶。我国是水产大国，用量很大。近年来试用高强聚乙烯鱼网，可增产24%，渔船节能效果也十分显着，应推广使用。

4．建筑用

（1）防水材料

化纤材料用于建筑防水，做沥青防水卷材的胎基、高分子防水片材的复合增强层和防水涂膜的加强层。改性沥青油毡在国外是建筑防水材料的主体，在意大利占95％，法国占85％。对建筑防水材料要求，连续面积大，质轻承重，耐热性好，所以大都用涤纶无纺布作胎基，涂以改性沥青，使用寿命长达20－30年。我国也应扩大应用，现沥青油毡的胎基，大部分仍沿用纸胎，虽一时造价略低，但因易漏水、寿命短、强度低，得不偿失。应从设计规范\投资概算着手，更新换代。

（2）膜结构

膜结构是建筑技术的新发展，它用钢性支撑，上绷膜面，形成大跨度空间结构。70年代以来，用于体育场，展览中心等场所。如德国斯德加特体育场，美国丹佛国际机场等。膜材料有二大类：一是涤纶织物涂PVC，外再复一层PVDF，透光率大，传热仅13％，自洁性好，寿命15－20年。二是玻纤涂PTFE，造价较高，寿命25年。我国已建一些工程，2000年达10万m2，如：上海体育场（挑蓬面积3．6m2）、深圳步行街（1400m2）、顺义空气膜游泳馆（30×36m2）。

膜结构优点：轻巧、美观、施工快、造价低，发展前景看好。在奥运会、世博会等大型建设工程中，可以大显身手。有望形成几家优势的工程承包公司。

（3）混泞土和沥青层面的增强

水泥混泞土有强度高等许多优点，但抗拉强度低、极限变形小、脆性大、不耐冲击。在水泥砂浆内渗入1－2％的合成短纤维，形成三维无规分布，可以增大抗拉、抗折强度，防止裂缝。在水库、机场坪等应用效果良好。增强纤维一般用维纶、丙纶。我国年用水泥5亿吨，10年后，如有3％的水泥增强，将年用2万吨增强纤维。上海浦东的高级沥青路面，用中孔涤纶加强，效果也很好。

（4）土建结构加固修复

用高性能纤维的增强塑料对土建结构加固、修复，提高抗震及荷重，是十多年来发展的新技术，日本、欧美已广泛采用。用于加固桥梁、涵洞、烟囱、隧道和大型建筑。增强纤维主要用碳纤、玻纤、芳纶、粘合剂用改性环氧树脂，加固在建筑物外层。可大大提高建筑物强度、弹性模量、抗震性能，材料轻薄，施工简便，不增大荷重、尺码。我国近年来也在推广、发展空间很大。

目前，土工合成材料在我国的基础建设、农业工程、水利和土壤改造、海洋建设、环境保护工程具有良好的发展前景。据预测，２０００年我国每年需土工材料２亿平方米。据了解，１９９８年至２００２年我国将新建公路３０万公里，其中高等级路３．５万公里，铁路建设投资２４５０亿元，新建铁路５３４０公里，铁路运行里程到２００２年将突破７万公里；每年整修翻浆路段可达１０００公里；长江三峡、黄河小浪底工程继续建设；长江口深水航道建设将在９年内民；经过去年长江流域和嫩江、松花江的特大洪水之后各种水利设施需要修复配套，国家扩大基础建设投资１０００亿元，水利占３００多亿元。为了提高工程质量，采用新技术、新材料在所必然，采用土工合成材料的必要性和迫切性大为增加。从长远看，我国的国情也为土工合成材料的发展提供了较多的需求。限于地理和气候的条件，我国人均资源偏低，而且分布、组合不均，北方地多水少，南方地少水多，水、旱灾害严重，近年来生态破坏情况已导致荒漠化严重，水土流失加剧，因而我国的防治荒漠化、水土保持、增加植被、水利建设等任务十分繁重，采用高科技、选用新材料也是十分必须的。同时，２１世纪是海洋世纪，我国是海洋大国，海洋事业的发展，港口码头、跨海工程、港湾和海岸的护岸、海涂开发、海涂养殖、围海造陆等工程，需要大量的土工合成材料。此外，环境对经济发展的制约已成共识，随着经济发展和农村城市化的发展，三废的贮存处理、固形废物的填埋逐渐成为紧迫的问题。据资料，一个百万人口的城市，每天产生固体废物２０００吨。国家规划２０００年全国城市由６００个发展到８００个，城镇人口将达４．５亿人，２０１０年城市将达１２００个，城镇人口达６．３亿人，由此产生的废物垃圾将非常可观。显而易见，不仅工业三废，生活垃圾量也将急剧上升。因此，三废治理、垃圾填埋用土工合成材料未来必将有一个大的发展。

土工合成材料在水利工程方面的应用

1．渠道衬砌

美国垦务局从20世纪50年代开始试验用土工膜进行渠道防渗衬砌。他们取得了较大的进展，几乎在所有的渠道上都采用土工膜衬砌。许多国家也采用该方法。然而，土工膜总是由土(在人口稀少的地区)或混凝土(在城镇地区)覆盖，用沟槽或夹条将土工膜和渠道非淹没区连接、锚固。

现在的进展是在有流体通过的同时进行衬砌，在试验段上迅速铺设土工膜、土工织物和早强混凝土。该混凝土能很快获得初始强度而稳定，然后结硬。该法特别适用于水流无法改道或有害液体流过的渠道。

将来的发展是能在无覆盖的条件下使用较强的土工膜。美国垦务局在20个不同的试验段对较厚的、有组织结构的土工膜进行了试验。然而，该试验需历时10年以上，对这种方法的优点、造价估计将是最为关注的。

2．土工织物管用于防止水土流失

土工织物管是用高强纤维制成，是在为海岸和内地水土流失提供防护方面发展的一项技术。现在已经有采用直径达3米的有纺或编织的土工织物管，在长度上没有限制，只是充填和处理上的困难需要考虑。充填方法是通过泵将水砂混合体压人土工织物管。由于内壁阻力，一般每10米设置一个进口。常常采用一个小直径的土工织物管，在大土工织物管的上游侧将其锚固。一般情况下，需要用土覆盖，以防紫外线照射或人为破坏。

现在的进展是正在寻求一种能暴露20天左右的高强纤维。这可能需要一种组合纤维，它应能随现场的不利环境，因为在现场有粗角砾和贝壳类的填料。

将来的发展是开发一种内壁阻力较小的管材，使水砂混合体能被输送的更远。但仅仅降低内壁阻力是不够的，因其可能阻碍纤维的排水，使水砂混合体中的水无法通过土工织物排出。因而，理想的内壁是低摩擦、多孔隙。这需要织物工程师和厂家进行发明。考虑到排水，纤维的孔隙率也是关键的一面，它也是将来发展的一个课题。

3．弃置土的土工织物容器

土工织物容器相当于长度有限的土工管(比如，长度小于15米)，用来包裹、运输或存贮河道、港口和三角洲的沉积物。将高强土工织物铺在底部抛放的驳船上，充填弃置土后，用土工织物将弃置土包裹并缝织土工织物。运达抛放地点后，将驳船底部打开，整个土工织物容器和充填弃置土一起沉入水底。这种方法很快被河道和港口当局接收。

可以想象，最新的进展是将这些充满弃置土的土工织物容器堆积起来，在其上游一侧发展另外的存贮区域。甚至可以想象把堆积后的容器集中封闭起来，尤其是对有害的弃置土。封闭物可以采用土工织物排。实质上，在地面正是这样处理的，在水下也完全可以这样做。

这项技术的将来发展是建立一个水下结构或水下活动场所。然而，上部结构需要进一步研究。

4．水产养殖区域衬砌

土工膜作为池塘的衬砌，以便养殖贝类及其它水产品，已经司空见惯，现在正在不断地发展。

现在的进展是用于这种目的的土工膜有一坚固的保护面，以防止使用和维修过程中的损坏。因而，土工膜应选择较厚的(比如，厚于2．5毫米)编织的土工膜。

这项技术将来的发展是开发土工膜新品种，添加剂可以包括营养、防污染和防氧化等目的

土工合成材料技术自20世纪70年代引入我国以后，在水利、土建、交通和港口等领域得到了普遍的应用

土工合成材料在土工技术中的应用

1．加筋土坡

土坡中加入土工合成材料(土工格栅或土工织物)可以将土坡填筑得更陡一些。就加筋功能而言，同针刺土工织物相比，土工格栅和有纺土工织物可以在较小的应变下发挥作用。针刺土工织物则具有土工格栅和有纺土工织物所不具有的土工合成材料平面内的透水性。因而，土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的最新进展是

(1)针刺土工织物与土工格栅叠合铺设，具有加筋和排水功能；或

针刺土工织物与有纺土工织物叠合铺设结合，具有加筋和排水功能；或

(2)土工合成材料作为土坡内排水系统(竖向和水平向)和土工格栅结合；或

土工合成材料作为土坡内排水系统(竖向和水平向)和有纺土工织物结合。

土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的应用前景是将土工合成材料作为含有活性炭纤维的载体，使土工合成材料成为具有导水性的填充聚合物或金属纤维。从而，通过电泳、离子转移和电渗改善加筋区内细粒土的性质。

Nettleton等1998年对以上概念进行了描述，目前正处于早期的研究和试验应用阶段。

2．加筋土挡墙

与加筋土坡类似，加筋土挡墙可以形成直立墙面。加筋可以是土工织物，但更多的是使用土工格栅。近10年的主要进展是在墙面系统上的不断改进，包括：

土工合成材料包绕墙面系统；

木制墙面系统；焊接丝网墙面系统；

堆叠筐笼墙面系统；预制混凝土板(全高)墙面系统；

现浇混凝土面板墙面系统；预制混凝土(分单元)墙面系统；

标准混凝土块(现称分块挡土墙)(SRWS)墙面系统。

在以上所有的墙面系统中，分块加筋土挡墙的墙面一般采用干砌方式。经常会产生新型的面块、面块的新型细部设计和新型锚固方式。这种墙型现多用于较高的挡墙(达15米)，以承受较大的超载(如铁路)，或者加筋土挡墙面向水流(如小溪、河流等)。这种挡墙在地震区也表现出良好的性能。

最有意义的是SRWS的新型面板块上设有向上的槽口，填土后，可以种植当地的植物。如果气候适宜，这种"活墙"可以遮挡干砌面板。

土工合成材料在加筋土挡墙中的应用前景是在锚固区设置聚合绳、条带和锚具(或土钉)，将墙面单元通过加筋体锚固在锚固区。实质上，这一概念在20世纪80年代在我国的加筋土挡墙上已经采用[2]。如果加筋土挡墙距岩体较近，也可以将锚具(或土钉)锚固在岩石上。

3．土堤地基加筋

20世纪70年代，美国工程师兵团采用高强土工织物加固土堤地基。其最终目的是减少软土地基上土堤的沉降。荷兰也是将该技术用于大面积填土的较早采用者之一。

目前的进展是在土堤和地基之间设置加筋以减少不均匀沉降。如果土堤需要跨过地基中的孔洞，就所涉及的加筋抗拉强度而言，导致不均匀沉降的地基中孔洞的最大尺寸是最为关键的。

土工合成材料作为土堤地基加筋的应用前景是寻找现场安装预应力加筋的方法。如果取得成功，经过应力松弛，该预应力可以减少变位的发生。

4．混凝土坝防渗

许多已建成的混凝土坝存在严重的缺陷。除了剥落和裸露钢筋外，工程上最为关心的缺陷是结构渗漏的增加。现行的方法是放空水库后，在混凝土坝的上游面粘贴土工膜。沿垂直方向每隔2米设一水平不锈钢槽，以夹紧土工膜。该方法的改善是先在混凝土坝上游面设置土工网格，然后将土工膜粘贴在土工网格上。设置土工网格的目的是收集渗过土工膜的水。土工膜用于该目的已有15年。据报道，它最早用于意大利，目前在全世界得到普遍的采用。

这方面的最新进展是粘贴区域的处理。例如，在不放空水库或部分放空水库的情况下，由潜水员完成粘贴。在土工膜下面设置气泡系统，以防水库上游面的冰将土工膜刺坏。

由于紫外线和氧化作用，土工膜的寿命受到限制。如遇高温，这些作用对大多数聚合材料的影响非常大。这方面的发展前景应是开发改善型的聚合材料，以提供寿命更长的土工膜。

5．土坝防渗

土工膜以及土工合成材料和粘性土形成的衬砌(GCL)，已被用在土坝或土坝的上游面作为防渗体。土工膜应妥善防护，防止刺破，并妥善锚固。

最新的发展是将该项技术用于碾压混凝土坝。在这种情况下，土工膜及铺于土工膜下面的土工织物在工厂被粘贴在混凝土板上。在现场，随混凝土坝升高，逐步进行安装。在现场，用土工膜条带对这种板进行粘贴。该项技术有效地减少了水平渗漏。

将来的可能是将土工膜用于已建成的土坝的防渗处理上。利用膨润土泥浆护壁，在土坝内挖槽(如有必要，该槽应深入坝基)。土工膜置于槽的上游面。应小心地选择用于置换膨润土泥浆的回填土，使回填土本身能形成防渗层。

6．隧道防渗

现行的方法是将土工膜用于永久性混凝土里侧的防渗体，与针刺的、较厚的无纺土工织物一起，将水导人设在隧道底脚的排水出口，形成封闭的排水系统。

然而，土工膜及其下面的土工织物的布置是很困难的。土工合成材料会从临时的护顶下垂，在永久性混凝土衬砌施工时容易遭到破坏。因此，现在的进展集中在施工方法的改进上。土工合成材料应和永久性混凝土衬砌同时施工，以避免在永久性混凝土衬砌施工时损坏土工合成材料。

将来的发展是开发寿命在100年以上的土工合成材料，以抵抗隧道周围的不利环境。因而，施工方法的改进和材料的寿命是最关心的问题 土工合成材料在土工技术中的应用　1．加筋土坡　土坡中加入土工合成材料(土工格栅或土工布)可以将土坡填筑得更陡一些。就加筋功能而言，同针刺土工织物相比，土工格栅和有纺土工织物可以在较小的应变下发挥作用。针刺土工织物则具有土工格栅和有纺土工织物所不具有的土工合成材料平面内的透水性。因而，土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的最新进展是：

(1)针刺土工织物与土工格栅叠合铺设，具有加筋和排水功能；针刺土工织物与有纺土工织物叠合铺设结合，具有加筋和排水功能；

(2)土工合成材料作为土坡内排水系统(竖向和水平向)和土工格栅结合；土工合成材料作为土坡内排水系统(竖向和水平向)和有纺土工织物结合。

土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的应用前景是将土工合成材料作为含有活性炭纤维的载体，使土工合成材料成为具有导水性的填充聚合物或金属纤维。从而，通过电泳、离子转移和电渗改善加筋区内细粒土的性质。

Nettleton等1998年对以上概念进行了描述，目前正处于早期的研究和试验应用阶段。　2．加筋土挡墙

与加筋土坡类似，加筋土挡墙可以形成直立墙面。加筋可以是土工织物，但更多的是使用土工格栅。近10年的主要进展是在墙面系统上的不断改进，包括：

土工合成材料包绕墙面系统；

木制墙面系统；

焊接丝网墙面系统；

堆叠筐笼墙面系统；

　预制混凝土板(全高)墙面系统；

现浇混凝土面板墙面系统；

预制混凝土(分单元)墙面系统；

标准混凝土块(现称分块挡土墙)(SRWS)墙面系统。

在以上所有的墙面系统中，分块加筋土挡墙的墙面一般采用干砌方式。经常会产生新型的面块、面块的新型细部设计和新型锚固方式。这种墙型现多用于较高的挡墙(达15米)，以承受较大的超载(如铁路)，或者加筋土挡墙面向水流(如小溪、河流等)。这种挡墙在地震区也表现出良好的性能。

最有意义的是SRWS的新型面板块上设有向上的槽口，填土后，可以种植当地的植物。如果气候适宜，这种活墙可以遮挡干砌面板。

土工合成材料在加筋土挡墙中的应用前景是在锚固区设置聚合绳、条带和锚具(或土钉)，将墙面单元通过加筋体锚固在锚固区。实质上，这一概念在20世纪80年代在我国的加筋土挡墙上已经采用[2]。如果加筋土挡墙距岩体较近，也可以将锚具(或土钉)锚固在岩石上。

3．土堤地基加筋

20世纪70年代，美国工程师兵团采用高强土工织物加固土堤地基。其最终目的是减少软土地基上土堤的沉降。荷兰也是将该技术用于大面积填土的较早采用者之一。

目前的进展是在土堤和地基之间设置加筋以减少不均匀沉降。如果土堤需要跨过地基中的孔洞，就所涉及的加筋抗拉强度而言，导致不均匀沉降的地基中孔洞的最大尺寸是最为关键的。

土工合成材料作为土堤地基加筋的应用前景是寻找现场安装预应力加筋的方法。如果取得成功，经过应力松弛，该预应力可以减少变位的发生。

4．混凝土坝防渗

许多已建成的混凝土坝存在严重的缺陷。除了剥落和裸露钢筋外，工程上最为关心的缺陷是结构渗漏的增加。现行的方法是放空水库后，在混凝土坝的上游面粘贴土工膜。沿垂直方向每隔2米设一水平不锈钢槽，以夹紧土工膜。该方法的改善是先在混凝土坝上游面设置土工网格，然后将土工膜粘贴在土工网格上。设置土工网格的目的是收集渗过土工膜的水。土工膜用于该目的已有15年。据报道，它最早用于意大利，目前在全世界得到普遍的采用。

这方面的最新进展是粘贴区域的处理。例如，在不放空水库或部分放空水库的情况下，由潜水员完成粘贴。在土工膜下面设置气泡系统，以防水库上游面的冰将土工膜刺坏。

由于紫外线和氧化作用，土工膜的寿命受到限制。如遇高温，这些作用对大多数聚合材料的影响非常大。这方面的发展前景应是开发改善型的聚合材料，以提供寿命更长的土工膜。

5．土坝防渗

土工膜以及土工合成材料和粘性土形成的衬砌(GCL)，已被用在土坝或土坝的上游面作为防渗体。土工膜应妥善防护，防止刺破，并妥善锚固。

最新的发展是将该项技术用于碾压混凝土坝。在这种情况下，土工膜及铺于土工膜下面的土工织物在工厂被粘贴在混凝土板上。在现场，随混凝土坝升高，逐步进行安装。在现场，用土工膜条带对这种板进行粘贴。该项技术有效地减少了水平渗漏。

将来的可能是将土工膜用于已建成的土坝的防渗处理上。利用膨润土泥浆护壁，在土坝内挖槽(如有必要，该槽应深入坝基)。土工膜置于槽的上游面。应小心地选择用于置换膨润土泥浆的回填土，使回填土本身能形成防渗层。

6．隧道防渗

现行的方法是将土工膜用于永久性混凝土里侧的防渗体，与针刺的、较厚的无纺土工织物一起，将水导人设在隧道底脚的排水出口，形成封闭的排水系统。

然而，土工膜及其下面的土工织物的布置是很困难的。土工合成材料会从临时的护顶下垂，在永久性混凝土衬砌施工时容易遭到破坏。因此，现在的进展集中在施工方法的改进上。土工合成材料应和永久性混凝土衬砌同时施工，以避免在永久性混凝土衬砌施工时损坏土工合成材料。

将来的发展是开发寿命在100年以上的土工合成材料，以抵抗隧道周围的不利环境。因而，施工方法的改进和材料的寿命是最关心的问题。

土工合成材料在交通工程中的应用

1.改善道路

有许多方法将土工合成材料用于道路的断面上，其目的是使道路具有更好的性能和更长的使用期，或两者兼有。将土工织物和土工格栅用于道路的不同部位时，土工合成材料的功能为：

土工织物用于路堤和路基的隔离和加筋；

土工格栅用于路堤和路基的加筋；

土工格栅用于路堤内部的侧向加筋。

该方面的最新进展是在路基施工过程中加入连续纤维。类似的，微网格也可以用于路面的铺设中。已有人进行过这方面的室内和现场试验。迄今，最大的成功是将分散的纤维(典型的有聚丙烯)应用于碎石路基中。

将来的发展是用土工合成材料处理路基中的孔洞。该方法先在孔洞中设置灯芯排水，在灯芯排水上铺设针刺无纺布，然后用纤维加筋土回填。该方法很有前途，有待现场试验。

2.无沟槽管道维修

城市的基础设施在不断地老化，建筑材料也有数百年的历史。采用无沟槽技术维修是正在兴起的行业，而且都采用了聚合材料。

　由于现行的方法都减小原有管网的尺寸，现在的进展是用高压的探头挤坏原有的管道，以扩大直径。然后，迅速插入新管道并衬砌。这样，原管道的能力不降低。有些情况下，还扩大了管道的直径。　现行的无沟槽管道维修面临的困难是不能形成侧向接触，形成了侧向自由渗漏点。将来，这一困难可能采用开切系统内遥控装置来解决，它不但能穿过新管道，还能通过跟随的机器人实现完善的侧向接触。

3．水土保持系统　水土流失影响土地和农田的使用，也是水污染的原因之一。为了控制、减轻和避免土的流失，许多与土工合成材料有关的水土流失控制方法被采用。

将来可能的发展是用高强土工合成材料网格(高强土工织物或土工格栅)防止雪崩。问题的关键是估计网格和锚固材料的受力、位置和布置，以及在非常气候环境下的超载感应。