在防護方面的應用

土壤侵蝕是一種由于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產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，對現有的建筑物和環境可能造成巨大的破壞。

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、灘涂圍墾、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，諸如土工織物、土工墊、土工網、土工格柵等。@

在坡面防護工程中，除了用一些土工合成材料，如土工墊、土工織物外，有時需要用土釘，甚至用巖石錨桿來保證防護系統的穩定。在有些情況下，也會采用充填灰漿的土工織物袋來固定護面，并在防護結構空隙中播散草籽，培育植被，來防止水土的流失。

 在軟土地基上加筋堤中的應用

在軟土地基上修建路堤是一項非常具有挑戰性的工作，而采用土工合成材料（一般采用有紡土工織物或土工格柵）來提高路堤穩定性被證明是富有成效的土體加固技術之一。通過在路堤墊層采用土工合成材料加筋。

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可以有效解決軟土地基上路堤的以下問題：

（1）減少軟土地基的沉降；

（2）防止軟土地基和路堤的整體破壞；

（3）防止路堤沿土工合成材料表面發生滑移失穩。@

在不采取加筋的情況下，路堤填筑到設計高度前，就會塌垮（安全系數小于1.0），也可能發生路堤和軟土地基的整體破壞；而采取加筋措施后，在整個路堤填筑施工期，安全系數都大于1.0，不會發生路堤破壞。

在路堤墊層中使用土工合成材料加筋的效果有一定的局限性，如難以有效地解決軟土地基在路堤荷載下的過大沉降問題，而且當路堤高度較大時，僅僅一層加筋并不能保證路堤的穩定性。

在這些情況下，可采用樁承式加筋路堤方案。在該體系中，樁體可采用預制樁，或者采用摻入固化劑的就地攪拌樁，如水泥土攪拌樁、石灰樁和CFG 樁等。

土工合成材料發展簡史

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土工合成材料經歷了一個從出現，到發展，再到基本成熟的歷史過程。最早的土工合成材料在巖土工程中應用的確切年代已很難考證。下面僅列舉些早期有里程碑意義的工程項目，來大致了解其發展進程。

大致在20世紀30年代末，聚氯乙烯土工膜首先被用于游泳池防滲，大量的防滲薄膜得到應用。美國墾務局1953年在渠道上用聚乙烯膜防滲；1957年開始用PVC 膜；前蘇聯也較早地用低密度聚乙烯膜做渠道防滲；1992年意大利174m 高（1964年建成）的Alpe Gera混凝土壩在修理時甚至用厚2.2mm 的PVC 土工膜固定于壩的上游面作為防滲層。

1958年R.J. 巴雷特將聚乙烯織物鋪放在美國佛羅里達州的海岸塊石護坡下做保護墊層，被認為是應用土工織物的開端。1952-1953年的巨大風暴使荷蘭蒙受災難性的生命、財產損失，犧牲生命1800余人。災后為了修復萊茵河、邁斯河和謝爾德沿海岸海堤，開始了著名的三角洲工程。一反以往采用編扎柳排的辦法，大量使用了以寬尼龍袋、手工編織的初期土工織物。據估計，該項目共采用了約1000萬m 2的土工織物，大大促進了該種材料的應用。@

1968年荷蘭人獲得專利，研制成以雙層土工織物，在一定距離處加以縫合，可在現場作為模板，往其中充灌混凝土的產品，即現今所稱的土工膜袋。1968年美國首先將其應用于高17m 的Allegheny 水庫上作護坡。

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1968年美國聯邦公路局將土工織物鋪于瀝青路面上，用于防止反射裂縫。同年英國Netlon 公司推出聚乙烯土工網，用于減輕圍堤受動荷載與暴雨的破壞，是將短土工網水平向置于邊坡的近坡面處，以便于坡面上的有效壓密，和防止軟土發生底面滑移。

1968年法國公司首創無紡土工織物，它大大拓展了土工織物的應用范圍。國際有名廠家生產了無紡土工織物系列。@

1970年法國壩即采用了質量為300g/m 2的無紡土工織物作為土壩下游的排水反濾層，用厚一些織物鋪在上游亂石護面下作保護層。同一時期英國ICI 公司生產的另一種以熱粘法制造的薄層無紡織物系列，初次用于道路工程中粗粒料與地基土之間作為隔離層。

至1973年人們已經認識到土工織物的三種基本功能：隔離、過濾和加筋。不久后，又確認了它們的排水功能。

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隨著土工合成材料應用領域的不斷擴大，產品制造技術也迅速提高，除土工膜與土工織物外，不同類型的產品相繼進入市場。例如研制成了多種新產品：20世紀80年代初英國F.B. 穆塞研制成由Net公司生產的Ten 土工格柵系列，至今仍是土加筋應用的主要材料；70年代末生產出的塑料排水帶是根據1937年克界曼提出的排水紙板概念改進而成的可加速軟土排水固結的材料，現已廣泛替代傳統砂井或袋裝砂井用于軟土地基處理。三維土工網墊是以熱塑性樹脂為原料，并擠出成網、拉伸、復合成型的三維結構，鋪于坡面，保護草籽不受風吹雨沖，助草生長的產品，已廣泛用于護坡和美化景觀。@

土工管袋內充泥沙用于岸灘防護，圍墾筑堤，興建人工島等，為土工合成材料增添了包容功能。膨潤土墊（GCL ）是后期研制成的另一種防滲材料，在垃圾填埋場建設中得到了廣泛應用。以上僅是少量屬于復合土工合成材料和特種土工合成材料的舉例。復合土工合成材料是當前發展的主流。

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土工合成材料及技術的快速發展有賴于理論研究、生產技術提升和廣泛的國際交流。對此，國際組織和學術活動起到了重要促進作用。雖然早在1977年在巴黎和1982年在美國Las Vegas已召開過第一屆和第二屆國際土工合成材料學術討論會，但國際土工合成材料學會（IGS ）卻于1983年11月方告成立。此后基本上每隔四年舉行一次國際學術討論會，先后有維也納（1986年）、海牙（1990年）、新加坡（1994年）、亞特蘭大（1998年）、里斯（法國，2002年）和東京（2006年）等，每屆會議都出版了正式的會議論文集。此外，IGS 下還有地區性學會，如亞洲、歐洲、北美洲、南美洲等學會。亞洲學會曾在班加洛（印度，1995年）、科倫坡（2000年）、首爾（2004年）、上海（2008年）分別舉辦過第一至第四屆亞洲學術討論會。我國的中國委員會（CCIGS ）是IGS 的國家會員之一。@

七. 中國土工合成材料的發展

20世紀70年代末，山東十一屆三中全會確定了劃時代的“改革開放”政策，使我國長期與外界隔絕的局面開始改變，為對外科技交流開辟了暢通道路。

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在國際土工合成材料蓬勃發展的潮流影響下，我國全國性、跨行業的“土工織物科技情報協作網”于1984年底在天津成立，它有效地推動了該材料與技術在我國的應用與發展，20年歷程，它們已從襁褓時期逐步進入“而立”之年�；仡櫡治觯砷L歲月約可劃分為四個時期：自發應用時期、技術引進時期、國際接軌與組織建設時期、步入標準化時期。

我國有數千年悠久歷史，將植物纖維和草秸等摻入粘土，經立模夯實壘墻修屋的土建技術早為先民們所掌握。史領導載早在2000年前，先民們就將草木材料用于灌溉工程和攔河堵口，而這種技術至今仍被廣泛采用。@

近代以聚合物制成的土工合成材料在我國則始于20世紀60年代，最初用得較多的是塑料薄膜作渠道防滲，如山東打漁張灌區、河南人民勝利渠、陜西人民引渭工程等，膜材多為聚氯乙烯。后來又推廣至蓄水池、水庫和水閘等，例如，1965年遼寧桓仁水電站用瀝青聚氯乙烯熱壓膜防止了混凝土支墩壩上游面的裂縫漏水。20世紀70年代，土工織物已被用于防沖與防護，1976年在江蘇長江沿岸的嘶馬，以聚丙烯扁絲土工織物，結合聚氯乙烯繩網和壓重混凝土塊，構成軟體沉排，成功地保護江岸免受沖塌。由于早期應用的特點是無定型規格材料，無材料測試標準可循，故其設計與施工基本上按既往巖土工程經驗，或個別單位自發應用。@

我國鐵道長期以來存在基床翻漿冒泥病害，嚴重地影響列車運行的安全和運輸能力的提高。從20世紀80年代初開始，鐵道科學研究院接受國外贈送的20000m 2紡粘土工織物，在幾十處試驗路面中，以土工織物作為道砟與地基土的反濾隔離層，研究其治理病害的效果。該次試驗共鋪設26個工程試點，歷時四五年，防治基床病害的成功率達90%以上。@

1981-1983年我國從日本引進了塑料排水板技術，將連續的排水帶用插板機埋入地層中代替傳統砂井，起到快速排出軟土中的多余水量、提高土體強度的作用。天津一航局科研所、華東水利學院和天津港務局合作，采用了國產化的塑料排水板，首先在天津新港做現場實驗。土工膜袋是用雙層高強度尼龍材料編織物縫制成的連續袋狀產品，用高壓泵將混凝土或水泥砂漿充入袋內，固化后形成連續堅硬板塊，主要用于保護土坡。土工膜袋于1983年從日本引入我www.cntugongcailiao.com 公司網站請點擊@

并在江蘇泰州船閘引航道、通沙汽渡停泊區和南官沙航道上獲得成功應用。土工格柵是一種良好的加筋材料，我國于1983年引進該產品，首先在陽安、京秦和大秦等鐵路線上用于加筋陡坡路堤，至20世紀90年代中期，我國開始自制生產設備，隨之大量土工格柵產品陸續問世。

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利用土工膜建造垂直防滲墻技術是我國的群眾性創新，國外采用的皆是硬質板狀的土工鎖板，而我國的山東、福建和遼寧等省份創建的垂直鋪塑方法是以自制的開槽機在地基內開槽，一般寬20cm ，將厚約0.3mm 的塑料膜卷材垂直向置于槽內，隨進程逐漸展開，及時向槽內填土至地表。目前最大鋪塑深度可達15m 。防滲效果良好。@

樁膜圍埝是我國另一項群眾性創新舉措。它是施工時的臨時擋水壩，在中小型工程中施工應用十分簡便。此外，關于防護用軟體排、防止道路反射裂縫、利用土工格室在沙漠地區穩固沙基，利用軟式排水管排水以及以土工植被網改善環境與生態的應用都有顯著發展。

在土工合成材料技術逐漸被人們認識和工程應用的同時，全國性的“土工織物技術情報網”于1984年成立。協作網通過信息技術交流，對土工合成材料技術的普及起到有力的促進作用，并分別于1986年、1989年和1992年在天津、沈陽和江蘇儀征組織召開了全國第一屆、第二屆和第三屆土工合成材料學術會議。我國于1990年5月經IGS 批準成立了國際土工織物學會中國委員會（CCIGS ）。經國家有關部門批準，于1995年“中國土工合成材料工程協會（CTAG ）”成立。@

為了規范我國土工合成材料的生產和技術應用，自1998年始，我國著手編制了一系列技術標準與規范，頒布了土工合成材料產品的國家標準GB/T 17630~17642-1998《土工合成材料》和GB 50290-1998《土工合成材料應用技術規范》；與此同時，水利部制定了SL/T 225-1998《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》，而且鐵道、公路和水運等行業技術應用標準和材料測試標準也相繼問世，約十項土工合成材料產品標準先后發布。至1999年的上半年，我國已初步建立了涉及土工合成材料的產品、設計、施工和測試的標準體系。

為進一步促進土工合成材料的推廣應用，水利部實施了50項示范工程，并進行了技術總結，編寫了《水利工程土工合成材料技術和應用》。@

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在工程應用不斷深入的同時，土工合成材料工程協會定期舉辦了全國性的學術會議，分別在上海（1996年）、三峽工程現場（宜昌，2000年）、西安（2004年）和上海（2008年）組織召開了全國第四屆、第五屆、第六屆和第七屆土工合成材料學術會議。2001-2002年在上海、武漢和杭州等地舉行了“全國土工合成材料測試技術研討會”、“全國土工合成材料防滲、排水和反濾學術討論會”、“全國土工合成材料加筋土學術研討會”和“第一屆全國環境巖土工程與土工合成材料技術研討會”，這些活動都為國內土工合成材料的學術研究和工程應用提供了很好的交流平臺。在國際學術活動方面，1998年、2002年和2006年協會分別組團前往美國亞特蘭大、法國尼斯和日本橫濱參加了IGS 主辦的國際第六、七、八屆學術討論會，尤其值得一提的是，2008年我國成功地承辦了第四屆亞洲土工合成材料學術大會，這些都為我國學者和產業界交流學術思想、研究成果及工程實踐經驗起到了極大的促進作用。