在铁路路基工程中的应用

土工合成材料在铁路新建轨道或已有轨道修缮工程中可以起到隔离作用、过滤作用、排水作用和土体加筋作用。

（1）隔离

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在轨道支撑结构体系中，土工合成材料（一般是土工织物）在不同颗粒大小及不同特性的材料层间起隔离作用。列车通行过程中会引起枕木的运动，结果地基中的细小颗粒就可能会形成翻浆冒泥，吸入上部碎石层，从而导致碎石层承载力降低和排水能力减小；土工合成材料的使用还能减少道砟粗颗粒刺入软土地基，因此，能够保持碎石层的厚度和完整性，并延长轨道的使用寿命。

加筋

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布置在软弱地基上的土工合成材料（土工织物、土工格栅和土工格室）可避免置换软土地层，通过土工合成材料均匀分布上部荷载，可有效地提高地基的承载力。设置在上道砟层或下道砟层内部加筋材料，通过限制道砟层的侧向变形，有助于减少轨道的沉降。@

过滤

火车在轨道上穿行会引起地基内应力水平上升，致使携带细土颗粒的水流从地基涌入上部碎石层，造成碎石层排水不畅。为避免这种情况的发生，可在碎石层与地基土之间设置土工织物滤层，允许水自由通过的同时，把水中细土颗粒拦截下来。

排水

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为了防止降水或地下水涌入碎石层对轨道产生的破坏，良好的通水能力对轨道系统是非常重要的。可将复合排水带设置在轨道结构体系的合适位置，以形成轨道横向排水系统，阻止轨道体系内水的聚集。@

在防护方面的应用

土壤侵蚀是一种由于水力和风力作用所引起的自然过程，其影响因素众多，如土类、植被和地貌等，在特定条件下人类生产活动也会加速这一过程。如果这种侵蚀作用得不到相应的治理，对现有的建筑物和环境可能造成巨大的破坏。

在土壤侵蚀控制方面，土工合成材料可以应用的领域包括坡面保护、输水水渠防护、海岸线防护、滩涂围垦、植被恢复、落石防护网及防洪堤坝建设等。根据工程特点和场地条件，侵蚀控制工程中可能会涉及一种或多种土工合成材料产品，诸如土工织物、土工垫、土工网、土工格栅等。@

在坡面防护工程中，除了用一些土工合成材料，如土工垫、土工织物外，有时需要用土钉，甚至用岩石锚杆来***防护系统的稳定。在有些情况下，也会采用充填灰浆的土工织物袋来固定护面，并在防护结构空隙中播散草籽，培育植被，来防止水土的流失。

 在软土地基上加筋堤中的应用

在软土地基上修建路堤是一项非常具有挑战性的工作，而采用土工合成材料（一般采用有纺土工织物或土工格栅）来提高路堤稳定性被证明是富有成效的土体加固技术之一。通过在路堤垫层采用土工合成材料加筋。

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可以有效解决软土地基上路堤的以下问题：

（1）减少软土地基的沉降；

（2）防止软土地基和路堤的整体破坏；

（3）防止路堤沿土工合成材料表面发生滑移失稳。@

在不采取加筋的情况下，路堤填筑到设计高度前，就会塌垮（安全系数小于1.0），也可能发生路堤和软土地基的整体破坏；而采取加筋措施后，在整个路堤填筑施工期，安全系数都大于1.0，不会发生路堤破坏。

在路堤垫层中使用土工合成材料加筋的效果有一定的局限性，如难以有效地解决软土地基在路堤荷载下的过大沉降问题，而且当路堤高度较大时，仅仅一层加筋并不能***路堤的稳定性。

在这些情况下，可采用桩承式加筋路堤方案。在该体系中，桩体可采用预制桩，或者采用掺入固化剂的就地搅拌桩，如水泥土搅拌桩、石灰桩和CFG 桩等。

土工合成材料发展简史

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土工合成材料经历了一个从出现，到发展，再到基本成熟的历史过程。最早的土工合成材料在岩土工程中应用的确切年代已很难考证。下面仅列举些早期有里程碑意义的工程项目，来大致了解其发展进程。

大致在20世纪30年代末，聚氯乙烯土工膜首先被用于游泳池防渗，大量的防渗薄膜得到应用。美国垦务局1953年在渠道上用聚乙烯膜防渗；1957年开始用PVC 膜；前苏联也较早地用低密度聚乙烯膜做渠道防渗；1992年意大利174m 高（1964年建成）的Alpe Gera混凝土坝在修理时甚至用厚2.2mm 的PVC 土工膜固定于坝的上游面作为防渗层。

1958年R.J. 巴雷特将聚乙烯织物铺放在美国佛罗里达州的海岸块石护坡下做保护垫层，被认为是应用土工织物的开端。1952-1953年的巨大风暴使荷兰蒙受灾难性的生命、财产损失，牺牲生命1800余人。灾后为了修复莱茵河、迈斯河和谢尔德沿海岸海堤，开始了***的三角洲工程。一反以往采用编扎柳排的办法，大量使用了以宽尼龙袋、手工编织的初期土工织物。据估计，该项目共采用了约1000万m 2的土工织物，大大促进了该种材料的应用。@

1968年荷兰人获得***，研制成以双层土工织物，在一定距离处加以缝合，可在现场作为模板，往其中充灌混凝土的产品，即现今所称的土工膜袋。1968年美国首先将其应用于高17m 的Allegheny 水库上作护坡。

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1968年美国联邦公路局将土工织物铺于沥青路面上，用于防止反射裂缝。同年英国Netlon 公司推出聚乙烯土工网，用于减轻围堤受动荷载与暴雨的破坏，是将短土工网水平向置于边坡的近坡面处，以便于坡面上的有效压密，和防止软土发生底面滑移。

1968年法国公司***无纺土工织物，它大大拓展了土工织物的应用范围。国际有名厂家生产了无纺土工织物系列。@

1970年法国坝即采用了质量为300g/m 2的无纺土工织物作为土坝下游的排水反滤层，用厚一些织物铺在上游乱石护面下作保护层。同一时期英国ICI 公司生产的另一种以热粘法制造的薄层无纺织物系列，初次用于道路工程中粗粒料与地基土之间作为隔离层。

至1973年人们已经认识到土工织物的三种基本功能：隔离、过滤和加筋。不久后，又确认了它们的排水功能。

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随着土工合成材料应用领域的不断扩大，产品制造技术也迅速提高，除土工膜与土工织物外，不同类型的产品相继进入市场。例如研制成了多种新产品：20世纪80年代初英国F.B. 穆塞研制成由Net公司生产的Ten 土工格栅系列，至今仍是土加筋应用的主要材料；70年代末生产出的塑料排水带是根据1937年克界曼提出的排水纸板概念改进而成的可加速软土排水固结的材料，现已广泛替代传统砂井或袋装砂井用于软土地基处理。三维土工网垫是以热塑性树脂为原料，并挤出成网、拉伸、复合成型的三维结构，铺于坡面，保护草籽不受风吹雨冲，助草生长的产品，已广泛用于护坡和美化景观。@

土工管袋内充泥沙用于岸滩防护，围垦筑堤，兴建人工岛等，为土工合成材料增添了包容功能。膨润土垫（GCL ）是后期研制成的另一种防渗材料，在垃圾填埋场建设中得到了广泛应用。以上仅是少量属于复合土工合成材料和特种土工合成材料的举例。复合土工合成材料是当前发展的主流。

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土工合成材料及技术的快速发展有赖于理论研究、生产技术提升和广泛的国际交流。对此，国际组织和学术活动起到了重要促进作用。虽然早在1977年在巴黎和1982年在美国Las Vegas已召开过***届和***届国际土工合成材料学术讨论会，但国际土工合成材料学会（IGS ）却于1983年11月方告成立。此后基本上每隔四年举行一次国际学术讨论会，先后有维也纳（1986年）、海牙（1990年）、新加坡（1994年）、亚特兰大（1998年）、里斯（法国，2002年）和东京（2006年）等，每届会议都出版了正式的会议论文集。此外，IGS 下还有地区性学会，如亚洲、欧洲、北美洲、南美洲等学会。亚洲学会曾在班加洛（印度，1995年）、科伦坡（2000年）、首尔（2004年）、上海（2008年）分别举办过***至第四届亚洲学术讨论会。我国的中国委员会（CCIGS ）是IGS 的国家会员之一。@

七. 中国土工合成材料的发展

20世纪70年代末，山东十一届三中全会确定了划时代的“改革开放”政策，使我国长期与外界隔绝的局面开始改变，为对外科技交流开辟了畅通道路。

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