第一节 当前使用中的一些问题

　　土工合成材料在我国的发展十分迅速，使用日益广泛，可以说，迄今为止几乎已渗透到水利和土木工程的所有领域。在堤防工程中也不例外，尤其是在'98洪水中，土工合成材料更发挥了巨大的作用，使人们对它有了更深刻的认识，并引起了国家领导人和有关主管方面的高度重视，为今后土工合成材料更好更广地应用，提供了十分良好的环境和条件。

　　但是与此同时也不能不看到，当前在应用土工合成材料的新技术中还存在一些问题。这些问题都是发展过程中常有，解决这些问题将会使土工合成材料的应用进行得更快更好。这些问题可列举如下。

　　(1) 土工合成材料的使用虽然已很广泛，但如何“用对”、“用好”并进而“用精”，却还有许多文章可做。所谓“用对”就是使用的场合和部位要正确，所选的材料要对路。所谓“用好”就是要使所选的材料物尽其用，能发挥其最大的效能。要做到“用好”应抓住三个环节，即①合理的设计；②精心的施工；③经常的维护。至于“用精”则要求在使用中有发展、有心得、有创新。

　　目前我国的使用现状大体上还是仿照外国的经验多，可以说还处于一个比较“初级”的阶段。

　　(2) 土工合成材料的产品产量已经很大，常用的一些品种也已基本齐备，但质量和规格还有待提高和发展，尤其是一些专用的、重要的品种，有的刚刚开始研制，有的还是空白。总的看来，目前的产品现状是一般性的产品供过于求，专用的特殊的产品还不能满足工程要求，同时产品的质量和均匀性等都还有待提高。

　　(3) 土工合成材料在工程中使用已经很多，但对使用经验进行总结，提高到理性的高度，还做得很少，理论大大落后于实践的状况尚未从根本上改变。根据土工合成材料的工作机理、材料特性、工程的边界条件和破坏模式，针对使用土工合成材料的建筑物的设计计算和分析方法还有待进一步研究。

　　(4) 对使用土工合成材料的工程经常性的检查维护做得不够，对其工作状况进行原位观测则更为少见。针对土工合成材料在结构物中的工作性态进行观测的探头元件和设备还刚刚开始研制，可资参考的实例资料风毛麟角，这些都会影响它的使用和技术的发展。

　　(5) 施工工艺和程序还不很规范和严格。以往在某些工程中使用土工合成材料时，曾存在着无章可循、无序可依的现象，这在防汛抢险中表现尤为突出。目前已有了一批技术规程和规范，为规范化的使用提供了指导性的文件，但如何在实践中贯彻好上述的规程规范仍是一个艰巨的任务。

　　(6) 土工合成材料的原材料性能还有待完善，品种还有待开发。现在常用的原材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯等)在性能上还有一定缺陷，应进一步研制具有良好的抗腐蚀、抗老化、低蠕变性的原材料，以适应不同环境的需要。

　　(7) 土工合成材料的价格仍然偏高，有些用量大的工程负担不起。故应进一步降低成本，减少周转环节，使土工合成材料的产品具有竞争力。

第二节 对若干问题的思考

　　1. 使用人员掌握有关使用知识是至关重要的

　　这里所指的“有关使用知识”应包括：土工合成材料的性能和功能的基本知识，主要产品的品种、规格和使用场合知识，必要的工程知识，基本的土力学知识，常用的设计计算方法知识等。为了掌握这些知识，宣传、学习、讲课都很必要，但最重要的还是实践，加强对实践的指导和及时总结实践的经验。这些知识不仅第一线技术人员要掌握，某些情况下(如抢险时)，领导和指挥决策人员也应略知一些。

　　目前，还有一部分技术人员缺乏这方面的知识，他们或者不大习惯于使用土工合成材料，或者误认为它是“万能”的，不分场合和条件到处应用，这都不利于土工合成材料的推广和发展。

　　2. 正确对待使用中出现的问题

　　土工合成材料是一个新东西，在应用初期，用得不成功的情况难免出现，这时就要总结经验，找出原因，提出改进办法，并具体指导有关方面落实，不可因噎废食，要知道一个失败的例子可能比几个成功的例子更加有价值。

　　例如'98洪水中，有些地方使用无纺土工织物抢管涌不成功，整个土工织物连同上面的盖重都被顶了起来，反而更导致管涌发展，因此有的地方，以后就不再使用无纺织物了。其实，这里的问题并不在于无纺织物本身，而是应当注意：①要选用恰当的无纺织物用于管涌抢险。作为堤坝反滤用的无纺织物与用于堤防管涌抢险的土工织物两者应当不同，后者的孔径要大得多，因此恰当的选料是保证成功的前提。②操作的程序要恰当。以抢管涌为例，一般要分三个步骤：第一步先用较小的防汛编织袋消减渗透压力；第二步在其上铺孔径较大的无纺土工织物；第三步加透水性良好的盖重。按此三步操作就增加了成功的可能性。

　　又比如，减压井是一种简单而有效的消减堤后剩余水头的措施，但它易被淤堵而失效，为此，有些地方就放弃了这种渗控措施。其实工程中任何结构措施都需经常维护，都有一定的寿命，没有一劳永逸的办法。只要经过技术经济比较，证明在使用年限内这种办法划得来，就可以采用。当然研究单位也应研究延长减压井使用寿命的措施，一方面对所用的排水管、外裹的滤层材料及其原材料要进行选择，另一方面对减压井的结构形式进行改进，以简化维护工作，延长使用寿命。

　　3. 土工合成材料的生产应与用户密切沟通，加强协调

　　目前看来，有些产品不大适合需要，而有些产品在市场上又找不到，比如防渗需要0.5mm厚的土工膜(我国规范和国外经验都要求如此)，但市场上仅有0.3mm以下的产品。为此，有的工程不得已修改设计，这是“削足适履”的办法，显然不应存在。又如抢险中需要等效孔径较大的无纺织物，但市场上只有小孔径(最大等效孔径0.2mm左右)的产品，因此在抢管涌中使用效果不佳而被迫放弃。这些实例都说明生产企业要多了解工程的需要，按需要设计产品。同时采购、储存和直接使用人员也要对所需产品的性能了如指掌，按要求订货，不可马虎将就，贻误大事。否则，这样不仅达不到目的，浪费钱财，而且也影响土工合成材料的声誉，给以后推广增加阻力。

　　4. 土工合成材料的使用要因地制宜，该用就用，不可绝对化，为用而用

　　目前另一种可能的倾向是认为土工合成材料“万能”，无所不包地到处应用，以致有些不适合使用或者可用其他天然材料的场合也都用土工合成材料，这也是不妥当的，因为任何材料都有它的适用范围，不可能“包打天下”。

　　处理好土工合成材料与天然纤维材料的关系也很有必要。土工合成材料并不排斥天然纤维材料的利用。事实上，当地有些性能良好的天然纤维材料如麦秸、黄麻、揶壳等若不加利用，反而会造成环境问题。同时当地材料的利用还会提供新的就业机会，有助于当地经济的发展，因此土工合成材料应与天然纤维材料相配合，统筹安排，综合考虑，使一切资源都得到最恰当、最充分的利用。

　　东南亚国家用黄麻纤维制成的土工织物作为隔离层来防止砂层陷人到软粘土或淤泥中。据新加坡学者的现场研究，在含水率高达300％(液限的3倍)的淤泥上铺设黄麻土工织物层，然后铺上薄砂层，以加速淤泥的团结，达到了很好的效果。在南亚和东南亚还研究采用椰子壳纤维做成织造的或非织造的土工织物，用于临时性地基或在建筑道路和堤坝时作为加筋、隔离及反滤排水之用。椰子纤维含有比黄麻更高的木质素，因此更能抗腐蚀，比黄麻寿命长。印度的经验表明，椰子纤维织物是保护河岸，稳固堤坝的理想材料。目前生产的椰子纤维织物，其厚度在10mm左方，单位面积质量为1500～200g/m2，抗拉强度为6kN/m(非织造型)～58kN/m(织造型)，破坏时延伸率为10％(非织造型)和42％(织造型)。

　　除此以外，国外还有两层塑料网络中间夹麦秸和稻草的织物制品作护坡之用。这种护坡材料价格便宜，国内也很容易做到。

　　5. 使土工合成材料的使用更加规格化

　　要使土工合成材料的使用由初级阶段逐步走向成熟，规格化的使用是必由之路，这里有两个问题：

　　(1) 目前我国已经制订了一批国家规范和行业规范(见附录)，它是使用规格化的必要前提。但是堤防等岩土工程十分复杂，土工合成材料品种又如此之多，工程中遇到的问题也各式各样，更何况理论研究和经验总结还落后于工程应用的发展。在这种情况下，规范也只能确定一些原则，不可能也不必要订得过细过死。为此，需要工程技术人员领会其精神实质，融会贯通，举一反三地灵活运用，并由此积累经验，为今后进一步修订规范提供资料。

　　(2) 土工合成材料的制成品应进一步规格化。目前，土工合成树料的制成品有两类：一类是把土工合成材料产品再加工制成工程直接可用的成品，如土工模袋等；另一类是还需在现场将土工合成材料产品进一步加工成工程可用的制成品，如软体排，粘土垫层等，防汛编织袋也有在当地现场再制的。对于这些制成品最好也能有个规格，以利于现场使用。就防汛抢险来说，防汛编织袋就很有必要规格化。近年来，不管是抢管涌、筑围堤、修子堰、作压重等大都采用同一种防汛编织袋型(95cm×55cm)、而且不区分制袋的材料是透水性的，还是不透水性的。这就会使使用效果大打折扣。因此有必要根据险情的类型和使用目的，设汁出几种规格的防汛袋，并在工厂加工好，每种防汛袋均有其使用的场合。使用人员对此若都熟悉，紧急情况时，可以即时调用，应付自如。本书第五章中建议的三种规格的防汛袋(1号袋、2号袋和3号袋)就是按此思路而提出的，它们各自有其使用的目的和场合，可以在实践中逐步推广。

第三节 对土工合成材料产品开发的建议

　　土工合成材料的品种虽然已经不少，它们已可满足大部分工程的需要，但就堤防建设和防汛抢险而言，还有一些有希望的产品可以开发，兹列举若干如下；

　　一、防汛袋

　　(1) 前己述及，防汛袋是一种用织造型土工织物做成的袋，内装土或砾石料，在防汛中可作堵口、压重、挡风浪、筑子堤、抢管涌等的基本物品，用途十分广泛，在每年的防汛抢险中部立大功，用量以数亿个计，群众俗称“编织袋”。这种防汛编织袋虽然已十分风行普及，但在使用上仍不十分科学和规范，因此，有时不仅起不了好的作用，甚至有反作用，为此须将防汛袋规格化。

　　(2) 就防汛抢险来说，防汛袋的作用大致可分为：①阻漏、防浪、筑子堤；②压重和加固(支撑)；③消减渗透压力；④导水和排渗等。上述几种作用中的防汛袋，除①应采用不透水的织造型土工织物制作外，其余都应采用较透水的织造土工织物制作。其尺寸和形状也应不同，作用①的防汛袋尺寸应较大(95cm×55cm)，形状略偏长些；而作用③的防汛袋应呈近似立方体形状，且尺寸较小(30～40cm)，因此生产部门应选择适用的土工织物制成—定尺寸形状的防汛袋。

　　二、土工合成材料粘土垫层*

　　(1) 土工合成材料粘土垫层(Geosynthetics Clay Liner)简称GCL，是由两层(或多层)土工合成材料(织物、膜等)中间夹一层钠化膨润土粉组成的复合产品(见图6-1)，用以代替粘土防渗层。GCL有如下优点：

　　1) 因钠化膨润土粉与非织造针刺土工织物纤维充分缠绕，止水性强，耐冲刷，且不会因干湿和冻融反复循环而降低防渗性能，其渗透系数在5×10-1l～5×10-12m/s之间。

　　2) 材料的厚度约6～7mm，幅宽达4.8m，卷长约30m，卷在硬质轴上，整卷重约500kg，易于运输和安装。

　　3) 任何可能的漏水点因膨润土粉的迁移而自愈合，接缝处也只需叠合约0.30m，即可满足防渗性能。由于以上性能，GCL被用于地下水的保护、堤坝止水、水库和蓄水池防渗，以及填筑和掩埋场的密封面层等

图6-1 现有的土工合成材料粘土衬垫断面图
(a)上下土工织物层问粘合粘土；(b)上下土工织物层间缝合粘土；
(c)上下土工织物层间针刺粘土；(d)土工膜上粘合粘土

　　GCL由德国诺伊(NAUE)公司于1987年首创，其后在工程应用中不断改进，目前已在全世界41个国家(包括中国)拥有专利。成功应用的工程有德国慕尼黑第二机场作为净化乙二醇污染水池的防渗层、奥斯伯格莱黑渠道防渗层、苏格兰都弗林掩埋场底部密封，以及意大利莫基奥填筑土的垫层等。有的工程将GCL铺于土工膜下面共同起防渗作用，这种产品在我国也将有广阔的应用前景，它可用于地基的防渗处理，并兼有加固的作用。

　　(2) 粘土衬垫产品举例。为了使读者有个具体的概念，表6-1中特列出国外几种产品的规格性能，以供参考。

　　三、土工包和土工管

　　(1) 土工包是将Geolon高强土工织物铺设在特制的可开底的空驳船内，将疏浚的淤泥或废料充填其上，待装满后，将织物包裹封合，防止泄漏，然后将驳船开到预定地点，打开船底，把土工包沉放到水底，其操作过程如图6-2所示。这种土工合成材料产品由于尺寸很大(长度可达40m，体积可达800～1000m3)，柔性好，整体性强，因此用于大面积崩岸治理、堤防迎水坡堵漏、河岸及河底的淘冲都很有效。图6-3为一开底驳船在装料前的照片，Geolon土工织物已摊铺在船上。图6-4为土工包用于修补和防止崩岸和坡脚掏刷的示意图。图6-5为堤防中采用土工包和土工管填筑的示意图。

图6-2 土工包操作过程 (a)装料；(b)裹封合；(c)在预定地点沉放

图6-3 开底驳船装料前

图6-4 土工包修补和防止崩岸及坡脚掏刷

　　制作土工包的合成材料为织造型土工织物。对三种规格的土工包使用的织物，其单位面积质量分别为3608/m2、510g/m2和9408/m2，厚度分别为1.0mm、1.6mm和3.3mm，在长度方向的抗拉强度分别为80kN/m、120kN/m和200kN/m。

　　(2) 土工管是一种由高强的土工织物制成的大型管袋，其直径可根据需要变化，最大已超过5m，长可达数十米。土工管的典型形状如图6-6所示。它们可组合成土工管梁，用于水力充填填筑工程中，如图6-7所示。土工管的制作过程如图6-8所示。土工管常用于河流、圩田、护岸、水下围堰和防护提，以及滑坡和崩岸的治理等，如图6-9所示。图6-10为一应用土工管控制岸坡冲刷的实例照片。