堤防工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)(2)簡介：千百年來，在水利工程中，人們廣泛采用的材料主要是木、竹、土、石等天然材料以及一些金屬材料，但它們都有一些固有的缺陷，例如性能單一，質(zhì)量大，壽命不長，價格昂貴等，故不能全面滿足工程的特定需要。同時天然材料畢竟數(shù)量有限，而且不少天然植物材料如過分利用還會影響自然界的生態(tài)平衡，破壞人們賴以生存的環(huán)境空間，例如大規(guī)模地砍伐森林樹木，破壞地表植被，會造成水土流失和荒漠化。有......關(guān)鍵字：堤防工程土工合成材料應(yīng)用第一節(jié)土工合成材料的含義及其應(yīng)用概況什么是土工合成材料，概括而言，土工合成材料是應(yīng)用于巖土工程的、以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱。因為它們主要用于巖土工程，故冠以“土工”(geo一)兩字，稱為“土工合成材料”，以區(qū)別于天然材料。土工合成材料在早期曾被稱為“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(xiàn)，例如土工格柵、土工網(wǎng)和土工模袋等，原來的名稱已不能準確地涵蓋全部產(chǎn)品，這樣，在其后的一段時期內(nèi)，把它們稱之為“土工織物、土工膜和相關(guān)產(chǎn)品(relatedproduct)”。顯然，這樣的名稱不宜作為一種技術(shù)名詞或?qū)W術(shù)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(xué)術(shù)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(xué)物質(zhì)制成，再進一步加工成纖維或合成材料片材，最后制成各種產(chǎn)品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PER)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等。聚乙烯是在1931年前后，首先由英國ICI公司研制成功的，1939年成為商品在市場上出售，它是聚合物中分子結(jié)構(gòu)最簡單的一種，可分為低分子量和高分子量兩類。聚乙烯的比重為0.92，耐酸堿，抗化學(xué)劑能力強，吸濕性低，低濕時仍具柔性，電絕緣性極好。在1950年前后，又開發(fā)出了高密度聚乙烯(HDPE)材料，其比重、機械強度、熔點和硬度等都比低密度的為優(yōu)。聚酰胺約在1935年研制成功，俗名為尼龍，其吸濕性較高，干燥時有一定絕緣性、機械性能好。聚酯于1941年前后問世，它包括聚酯樹脂、聚酯纖維和聚酯橡膠等。聚丙烯于1954年研制出來，1957年成為商品出售。它的比重為0.90～0.91，耐溫范圍-30～1400C，耐化學(xué)劑性能較好，惰性強，價格低廉，是目前應(yīng)用最多的原材料之一。此外，常用的原材料還有聚氯乙烯，它的比重為1.4，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，不燃燒，可用于制造透明薄膜、管道、板材等。以上五種原材料的性能對比如表1-1所示。表1-1幾種高分子聚合合物性能對對比性能高分子聚合物聚酯聚酰胺聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯單位質(zhì)量高中低低高強度高中低低低彈性模量高中低低低破壞應(yīng)變中中高高高蠕變性低中高高

抗紫外線高中中低高耐堿性低高高高高耐霉、耐蟲中中中高高應(yīng)當指出，材料的強度還與纖維的制作方法有關(guān)。在應(yīng)用土工合成材料時，其性能更受施工方法、應(yīng)用環(huán)境和側(cè)限壓力大小的影響。土工合成材料的最早應(yīng)用可追溯到本世紀二三十年代。1926年美國南卡羅林拉州公路部門曾采用過在棉布上灑瀝青而制成的材料，其形式類似于土工膜。其后，人們曾采用聚氯乙烯PVC土工膜作為游泳池的防滲材料。50年代初，美國墾務(wù)局采用PVC土工膜作防滲襯砌。前蘇聯(lián)以聚乙烯膜進行渠道防滲也有較長歷史。以近代人工聚合物為原料的土工織物的最早應(yīng)用實例，是50年代初的荷蘭三角洲工程。據(jù)估計，用量超過了1000萬m2，大大促進了土工合成材料的工程應(yīng)用。60年代，美國逐漸擴展了采用土工織物修建護坡下的墊層和反濾以及護岸等，并將土工織物鋪在瀝青路面中以防止路面反射裂縫。土工網(wǎng)于1968年在日本開始應(yīng)用，主要用在填土坡，幫助坡緣填土壓實，以增大其強度和穩(wěn)定性。與此同時，土工網(wǎng)也被用在軟基上筑堤，以后又發(fā)展為在堤底全面鋪設(shè)。非織造土工合成材料技術(shù)可能于1967年在美國、法國、英國開始應(yīng)用，它是一種較厚的聚酯非織造土工織物，作為大壩上游拋石護坡下的反濾層，或作為基土與其上覆蓋的粗粒料之間的隔離層。非織造織物的出現(xiàn)為土工織物的應(yīng)用開辟了較廣闊的天地。80年代后出現(xiàn)了排水帶，路堤下用非織造織物作加筋，以及土工織物加筋擋墻等應(yīng)用實例。我國應(yīng)用土工合成材料開始較晚，但發(fā)展速度很快。目前幾乎在各種類型的巖土工程和大量的水利及堤防工程中都得到應(yīng)用。1974年江蘇省江都嘶馬用織造型土工織物制成的軟體排，結(jié)合混凝土塊壓重，進行長江護岸。稍后江都西閘和湖北省長江堤防也都采用了軟體排。非織造土工織物用作反濾料的工程實例更多，云南麥子河水庫用得最早。80年代中期，非織造土工織物在尾礦壩和灰堤等工程中得到應(yīng)用。塑料排水帶早在80年代初即在天津新港用于加固軟基，目前排水帶在高速公路和機場工程已應(yīng)用得十分廣泛。混凝土模袋最早用于江蘇南宮河口岸，80年代末已成功應(yīng)用于30多項工程。加筋土擋墻已修建不少。近年來我國已能生產(chǎn)土工格柵，其工程需求量很大，預(yù)計會大大促進加筋土技術(shù)的快速發(fā)展。聚苯乙烯板塊在我國寒冷地區(qū)早已用于工程防凍。近來土工格室、植被土工網(wǎng)墊等新技術(shù)也已開始應(yīng)用。根據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今我們采用土工合成材料的工程已逾8000項。在1998年夏秋，在長江和松花江、嫩江特大洪災(zāi)的防汛搶險工作中