土工合成材料，又稱“土工布”、“土工織物”，它是以合成纖維、塑料、合成橡膠等為原料制成的不同種類產(chǎn)品，使用過程中具有分離、加固、排水、過濾、防護、防滲六大基本功能。國外在三十年代就開始了使用，迄今其產(chǎn)品從單一紡織品發(fā)展到其它合成材料及其復合材料。現(xiàn)在土工合成材料已被稱作與鋼材、水泥、木材齊名的"第四種工程材料"，并廣泛的應用于巖土、水利及土木工程等領(lǐng)域中。

1、土工合成材料的種類及應用

土工合成材料種類很多，一般按功能及生產(chǎn)方法分為四大類，即土工織物、土工膜、土工復合材料、土工特種材料。下面概述幾種土工合成材料的特點及應用。

1.1機織土工布

是我國使用較早的一種土工布。現(xiàn)我國使用較多的機織布材料有長絲機織布和扁絲機織布兩種，材料以聚丙烯為主，單位重量一般為100～300克/平方米。它的應用以制作反濾布的土工模袋為多。機織土工布具有強度高、延伸率低的特點，廣泛使用在水利工程中，用做防汛搶險、土坡地基加固、壩體加筋、各種防沖工程及堤壩的軟基處理等。其缺點是過濾性和水平滲透性差，孔隙易變形，孔隙率低，較小孔徑在0.05～0.08mm，難以阻隔＜0.05mm以下的微細土壤顆粒；當機織布局部破損或纖維斷裂時，易造成紗線綻開或脫落，出現(xiàn)的孔洞難以補救，因而應用受到一定的限制。

1.2經(jīng)編土工布

用經(jīng)編機生產(chǎn)經(jīng)編土工布的方法較少單獨采用，經(jīng)常與其他方法聯(lián)合使用，如將經(jīng)編布與非織造布交織形成纖網(wǎng)型縫編土工布，也可與紙帶一起編織成可降解的經(jīng)編土工布。經(jīng)編土工布主要應用于排水溝、水壩或煙筒過濾，無中間層的海岸保護，阻截自流水壓，加固垂直地面、傾斜面和堤岸基層等

1.3非織造土工布

非織造土工布的出現(xiàn)比織造土工布晚，其生產(chǎn)方法主要有紡粘法和針刺法兩種，其中針刺法在我國所占比例較大。采用的原料以滌綸為主，其次是丙綸和維綸，單位重量為100～800克/平方米。非織造土工布具有較大的延伸率，能適應較大的變形，可以根據(jù)需要制成適當大小的孔隙，并在水平與垂直方向均具有較好滲透力。因此，非織造土工布的發(fā)展速度很快，并已成為土工布的主要組成部分?，F(xiàn)已廣泛應用于解決路基沉陷及翻漿冒泥問題，用于土石壩的排水系統(tǒng)、地下排水管道、軟弱地基加固，各種堤岸的護坡墊肩等工程的濾層。此外，還可用于土加筋材料，使軟基加固或修筑輕型擋土墻，同時，還能降低路堤下的孔隙水壓。

1.4土工格柵

我國以聚乙烯材料為主的塑料土工格柵居多，它是將高聚物薄膜經(jīng)有規(guī)律的刺孔、加熱，然后在一個方向拉伸，使高聚物中大分子鏈沿拉伸方向取向，并獲得單軸向格柵。也可繼續(xù)在另一方向拉伸，得到雙軸向土工格柵，使兩個方向都有較高強度，土工格柵主要應用于軟土基礎(chǔ)加固及護坡、護堤等工程中。

1.5復合土工布

復合土工布是由兩種或兩種以上不同功能、不同種類的土工布及其他材料復合而成，復合材料可以是紡粘或針刺型非織造布、機織布、聚乙烯薄膜、塑料網(wǎng)、塑料管等。其生產(chǎn)方法主要有以下兩種：(1)機械方法：采用針刺復合和縫編工藝技術(shù)；(2)熱熔粘合法：采用超聲波粘合及熱軋粘合技術(shù)。復合土工布在我國應用較多的是復合土工膜和塑料排水管，可應用于軟地基和地基下具有坑洼的路基，堤岸的增強，路邊排水，橋座和擋土墻下排水，蓄水池、廢物處理池的密封層，傳統(tǒng)沙石層排水系統(tǒng)的替代等。復合土工布在原有單層材料基礎(chǔ)上使其性能得到很大改善，如層壓后的土工布力學性能得到很大提高，機織布與非織造布經(jīng)針刺復合后的過濾性能得到改善等。

2、國內(nèi)土工合成材料應用現(xiàn)狀及存在問題

2.1應用現(xiàn)狀

土工合成材料在我國的發(fā)展較晚，大約在60年代中期開始，機織土工布應用于河道及涵閘工程。80年代初，非織造布始在鐵路工程和水利工程上試用，截止到1986年，我國累計土工布總產(chǎn)量約100萬平方米。進入90年代，土工布應用發(fā)展更快，1992年機織土工布耗用量達9000多萬平方米。1998年發(fā)生特大洪水，編織布用量已超過1億平方米/年。非織造土工布1995年耗用量達到6500萬平方米，至今其使用量也已超過1億平方米/年。目前，土工布在我國應用規(guī)模較大、效果較好的有以下幾方面：

(1)水利工程建設方面。江蘇省采用土工布對沿江沿海堤壩進行加固，這些航道、河道護坡成功地經(jīng)受了1998年的特大洪水侵襲的考驗；河北省黃壁莊水庫下游減壓進井冒渾水，采用土工布封堵后，在1998年特大洪水沖擊下沒有出現(xiàn)險情；天津北塘水庫使用土工布后，工程質(zhì)量明顯提高；我國大的水運工程長江深水航道疏浚工程，在工程設計中決定試用土工布構(gòu)筑導堤，經(jīng)試驗段測試，取得了其他材料難以達到的良好效果。另外，上海陳行水庫工程、江蘇太倉中遠城等工程也均采用了土工布。

(2)公路建設方面。我國公路建設使用土工布現(xiàn)還局限于高速和等級公路，使用規(guī)模較大的工程有東北錦大公路、浙江杭甬高速公路、廣州環(huán)城高深汕高速西段、上海滬寧高速公路等。

(3)鐵路建設方面。我國鐵道部門從1981年開始采用土工布處理路基損壞及其他問題，如用在京九鐵路建設中的地基處理與邊坡加固、京廣鐵路翻漿冒泥的整治、上海地鐵二號線龍東路西段工程等。

(4)環(huán)境保護方面。土工布在環(huán)境工程方面的應用比例還不很大，但在垃圾場及廢水排放治理等工程中的應用會越來越多。至今，我國土工布在環(huán)保方面應用較多的是在貯尾礦和灰壩的處理，如上海外高橋電廠、嘉興電廠、上海石洞口電廠的灰壩、銅山尾庫礦等工程中。

2.2存在問題

土工合成材料在我國從試驗、生產(chǎn)、試用到大工程應用，已有近20年歷史，雖然在應用上已有一定的廣度，但和我國基礎(chǔ)設施的巨大規(guī)模相比應用比例較低。(1)工藝與技術(shù)裝備方面。我國現(xiàn)有非織造布生產(chǎn)設備除部分為國產(chǎn)針刺加工設備外，多為引進。在這些引進設備中，仍以針刺短纖土工布的生產(chǎn)為主，紡粘、化學粘合、熱粘合設備工藝僅占很少部分，而在這部分中還有一些是為生產(chǎn)地毯、服裝、裝飾布、人造革、化肥袋等設計的，與專門生產(chǎn)土工布的設備存在著一定程度的區(qū)別。

機織編織土工布的生產(chǎn)能力完全可以滿足我國"九五"期間各項工程的要求，但缺少搶險抗滑用材料的編織設備和多軸向編織機。

復合土工布生產(chǎn)設備國內(nèi)現(xiàn)已具備4m寬以下的生產(chǎn)能力，6m寬以上的生產(chǎn)設備在國內(nèi)尚屬空白，無法滿足工程的需要。

(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面。主要表現(xiàn)在原料單一，產(chǎn)品品種單一。我國土工布所選用的原料主要是滌綸、丙綸、維綸及少量的錦綸。同時由于生產(chǎn)設備的限制造成了以短纖非織造土工布及丙綸編織布為主導的單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。各國原料的選用除滌綸、丙綸外，還有錦綸、黃麻、特種纖維，有的甚至織入鋼絲等，產(chǎn)品品種除短纖針刺產(chǎn)品外，高強度土工格柵、土工片、紡粘法長絲針刺產(chǎn)品品種及復合土工布的品種也很多。由于實際工程中對土工布的功能及品種有著不同的要求，因而單一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)阻礙了土工布應用的擴大及工程質(zhì)量的提高。

(3)產(chǎn)品檢測體系方面。我國已相繼發(fā)布了土工布產(chǎn)品標準及土工布產(chǎn)品的使用規(guī)范，但在產(chǎn)品質(zhì)量的實驗方法、考核指標內(nèi)容以及土工布與土相互作用性能實驗等方面還缺乏統(tǒng)一的標準，而國外則成立有土工布專業(yè)委員會，來對此進行規(guī)范化處理，因其具有相當?shù)耐玫秸J可。因此，在我國加快一系列檢測體系標準制定的步伐，將更有助于土工布在我國的生產(chǎn)和推廣應用。

(4)應用與設計方面。由于土工布涉及到巖土、水利、土木、紡織、塑料等諸多領(lǐng)域，而一種行業(yè)的設計人員缺乏其他行業(yè)的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗，一些工程單位對土工布的特性不是真正了解，不清楚這一能夠部分取代傳統(tǒng)沙石料的新型材料，再加上在施工過程中偏重于一次性投資的降低等因素，造成了我國土工產(chǎn)品低水平重復嚴重及各種工程應用量偏低的局面。

3、發(fā)展趨勢

國內(nèi)土工布的發(fā)展將由以紡織技術(shù)生產(chǎn)為主的形式轉(zhuǎn)向以適應各種實際工程需要為目的進行生產(chǎn)，產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢向系列型、復合型、綜合型發(fā)展。復合土工布是這幾年國外大公司競相開發(fā)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品包括排水管與土工布復合，機織布與非織造布復合，大流量排水板與土工布復合等許多新型復合材料。我國在這方面則處于起步階段，現(xiàn)有的復合產(chǎn)品為復合土工膜、針刺機織布和非織造布復合土工布、非織造布復合結(jié)構(gòu)的排水管，并且，還都處于試制和試用階段。因此，復合土工布在我國的生產(chǎn)和應用有開發(fā)前景。據(jù)統(tǒng)計，在"九五"期間，我國將新建公路30萬km，其中高等級公路1.45萬km；在鐵路建設中，每年預計要修復1000km翻漿路段。1998年長江、松花江的一場特大洪災后，我國又增加了資金投入基礎(chǔ)設施建設，這其中包括長江堤防的修復和加固、三峽工程、黃河治理、小浪底工程、南水北調(diào)、長江口深水航道等巨型工程，這些工程建設都需要大量土工布。現(xiàn)在，我國土工布已經(jīng)有5項產(chǎn)品標準和20項試驗方法標準，土工布的使用規(guī)范也已正式頒布，這對生產(chǎn)、推廣和使用土工布提供了條件和機遇。

4、幾點建議

4.1由于土工合成材料是一種新型巖土工程材料，且應用時一次投入成本較大，應用部門在不了解這種材料的條件下偏重于使用成本較低、后期維護費用大的砂石、瀝青等材料。因此，建議水利、交通、建筑、紡織等方面聯(lián)合成立土工合成材料協(xié)會，大力宣傳土工合成材料在工程建設中的使用方法、效果及經(jīng)濟合理性，并制定土工合成材料應用的強制性我國標準與技術(shù)規(guī)范，使工程部門從不得不用到自愿采用。

4.2加大土工合成產(chǎn)品協(xié)作開發(fā)的力度。土工合成材料涉及到建筑、水利、紡織等多領(lǐng)域，各行業(yè)之間應保持經(jīng)常性的信息溝通，使產(chǎn)品的設計與開發(fā)為不同的行業(yè)、不同的工程條件服務。因此，建議科研部門、企業(yè)及工程單位組成科研、生產(chǎn)、應用體系，形成工程部門需要什么科研部門研制什么，再由企業(yè)投入生產(chǎn)，形成全新的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。

4.3做好引進設備的消化、吸收及開發(fā)工作。我國現(xiàn)有引進設備中有一些不適合土工產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，對這部分設備在進行改善的基礎(chǔ)上，應再填平補齊，建議政府部門應在這方面給予一定的技改及技術(shù)傾斜政策，以充分發(fā)揮現(xiàn)有設備的潛力及企業(yè)的積極性。

4.4進一步加大土工合成材料的銷售力度。除了政府部門、行業(yè)協(xié)會之間的宣傳、推廣之外，建議在國內(nèi)建立起土工合成材料銷售網(wǎng)格，在網(wǎng)絡上可以查到國內(nèi)土工材料生產(chǎn)的定點企業(yè)、產(chǎn)品標準、所能生產(chǎn)產(chǎn)品種類、應用范圍等，使應用部門可以放心、清楚的購買產(chǎn)品。這不但能擴大土工材料的知名度，增加其在國內(nèi)市場的占有份額，而且，終將能在國內(nèi)形成幾種土工產(chǎn)品系列品牌。