地工織物是指用合成纖維紡織或經膠結、熱壓針刺等無紡工藝製成的土木工程用卷材。
這些織物使用的纖維有：聚丙烯、烯烴、滌綸、尼龍以及丙烯腈纖維。在這一領域非織造布的套用超過了機織物。最重要或者說套用最廣泛的纖維是聚丙烯纖維。滌綸纖維的性能最好，但人們認為它造價較高而不能大量使用；丙烯腈儘管具有許多優異的性能，但也被認為價格較高而不宜作此用途。
基本介紹
- 中文名：地工織物
- 外文名：geotextiles
- 學科：土木工程
- 提出時間：1977年
- 提出人：J.P.Giroud與J.Perfetti
- 套用：機織布、非織造布
簡介,發展歷史,作用,特性,作用機理,分類,破壞形式,鋪設施工,套用前景,
簡介
地工織物使用最普遍的領域有：地層的穩定，水土流失的防止以及土層的排水。地工織物相當於一個隔離層，在不同的土層之間形成穩定的邊界，以保持每層的完整性、固有特性以及使用性能。在構築堤壩時和給公路或鐵路鋪放道碴時使用地工布便屬於這一類型。這些紡織材料相當於一道屏障，它阻止了土壤顆粒的運動，但允許水的流動，以利於排水。水可以通過地工織物層從一個土層排到另一個土層；或排水過程可在一個平面或一層內進行，此時地工布起到排水的媒介作用（即過濾作用）。通過在大面積範圍內保持均勻的應力，地工材料起到了對結構增強及減少土層流失的作用。
這些織物使用的纖維有：聚丙烯、烯烴、滌綸、尼龍以及丙烯腈纖維。在這一領域非織造布的套用超過了機織物。最重要或者說套用最廣泛的纖維是聚丙烯纖維。滌綸纖維的性能最好，但人們認為它造價較高而不能大量使用；丙烯腈儘管具有許多優異的性能，但也被認為價格較高而不宜作此用途。
紡織品還可用作建造水壩、運河、排水系統、水池或湖泊護圍的支撐材料或加固材料。在建造道路方面，地工織物有著多種用途，它們可以覆蓋在土層或岩石上面，以分離下層土與填充土；也可以直接鋪放在路基上，然後覆蓋瀝青。前者可使應力均衡，也可隔離下層土與填充土；後者可減少路基及瀝青面的斷裂，降低為保證路面穩定所需的瀝青用量，兩者對排水都有改進作用。
發展歷史
“地工織物”一詞最早是由J.P.Giroud與J.Perfetti於1977年首先提出來的，他們把透水的地工合成材料稱為“地工織物”。按其製造方法與物理特性可分為無紡地工織物與有紡地工織物。
地工織物的套用，在我國起步較晚，但發展很快。1976年在江蘇省長江嘶馬護岸工程中，首先使用軟體沉排，防止河岸沖刷，類似的軟體沉排相繼套用在江蘇省江都西閘和湖北省長江堤防工程。進入 80年代，地工織物的套用日益增多，除軟體沉排外，還普遍套用於土、沙、石袋以及軟弱地基加固工程。我省在圍墾工程中使用地工織物進行地基加固處理，始於90年代，現已被廣泛地套用，取得了良好的效果。我市海塗在圍墾九四丘三期工程中，就大量套用泥漿泵在地工編織袋中疏泥築堤就取得了成功，在上虞市海塗九六丘圍墾中利用地工織物進行小斷面封堵龍口也取得了良好效果。
作用
1、濾層作用
地工織物不僅有良好的透水、透氣性能，且孔徑又可根據士的粒徑級配進行選擇，當水流垂直織物平面方向流過時，可使大部分土顆粒不被水流帶走，既起到了濾層作用，又可以避免造成管湧現象。特別套用於水利工程中堤、壩基礎或邊坡反濾層。
2、排水作用
地工織物具有良好的三維透水性，地工織物本身可形成排水通道，土體的水分匯集在織物內，可沿著織物平面緩慢地排出土體。
3、隔離作用
將地工織物放在兩種不同特性的材料之間，使其外部荷載作用時，不相混雜或流失，保持材料的整體結構和功能。
4、加筋作用
地工織物埋在土體中承受的應力，增加土體的模量，限制土體側向位移，增加土體和其它材料之間的摩阻力，提高土體及有關建築物的穩定性。可套用於土坡、地基及擋土牆的加固。
5、防護作用
地工織物能有效地將集中應力擴散、傳遞並分解，防止土體受外力作用而破壞。
6、防滲作用
採用地工膜或複合防水材料，可有效防止其它液體的滲漏，保護環境和建築工程的安全穩定。
特性
1、地工織物的優越性
地工織物突出的優點是：重量輕，整體連續性好；施工方便，抗拉強度高，耐腐蝕和抗侵蝕性好，滲濾性好，質地柔軟，能與土體很好地結合。其主要缺點是抗紫外線能力低。在紫外線（陽光）的直射下容易老化。
2、地工織物的性能指標
地工織物產品的主要性能指標有：
（1）產品形態：材料製造加工方法、寬度、每卷的直徑及重量等；
（2）物理性質：主要有單位面積、質量、等效孔徑、均勻性等；
（3）力學性質：主要包括抗拉強度、撕裂時的延伸率、撕裂強度、沖穿強度、頂破強度、蠕變性、與岩土的磨擦係數等；
（4）水利學性質：垂直向、水平向透水性；
（5）耐久性、抗老化能力。
其中物理性質和力學性質是地工織物的主要性能指標。
作用機理
地工織物在圍墾工程地基加固處理中的作用歸納起來主要有這么三方面：一是隔離地基土體與壩身填築料，減少堤身沉降量；二是加 強地基整體性，提高地基承載能力；三是提高堤身整體穩定性。
1、起隔離作用，減少堤身沉降量。
根據近年來建設的圍墾工程情況分析，其堤壩絕對高度大多數在6M以上，地基最大應力達到100kpa以上，大大超過軟土地基表層土體的承載力，表層地基處於塑性狀態。在沒有地工織物隔離時，表層土體將通過石料空隙向上“冒漿”，使堤身下沉。加之石壩為一透水體，隨著潮漲潮落，部分上冒的軟弱土體將被水流沖刷流失，從而進一步加劇了地基土的“冒漿”與堤身下沉。鋪設地工織物後，地工織物將擋住堤身石料的空隙通道，防止了塑性地基土體的“冒漿”現象，從而減少堤身的沉降量。
2、加強地基的整體性，提高地基承載能力
地工織物在增加地基整體性，提高地基承載能力主要體現在如下二個方面：
（1）增強地基土的側限作用
沿海灘涂地基表面均勻為飽和狀態軟弱淤泥，該層土體力學指標很低，築堤後，將形成地基軟弱夾層，受上部堤身重量，軟土在側向土壓力作用下將產生側向擠壓的趨勢，當P>حa+حb+Pb時根據極限平衡法土體將產生擠出破壞。由於鋪設了地工織物，حa值將增大，在一定程度上限制了石方基礎的側移，加大了對地基表層土的側限作用，從而提高了地基的承載能力。
（2）將荷載擴散至更大範圍，降低地基最大附加應力。
根據海堤基礎界面沉降曲線，如圖所示，堤身部分Ⅰ區的地基附加應力最大，沉降量最大。鋪設地工織物後，由於地工織物的張拉作用，將對該區產生垂直分力T1sina1、T2sina2,地基附加應力將發生變化。
鋪設地工織物後將產生地基附加應力重分布，均化地基應力，將上部堤身荷載擴大至更大範圍，降低了地基最大附加應力，有效提高了地基承載力，降低了堤身橫向不均勻沉降。
3、加強堤身整體抗滑穩定性
堤身的整體抗滑穩定是海堤工程設計的控制性因素，直接關係到海堤斷面尺寸大小與工程投資。鋪設地工織物後，將有效提高抗滑力，提高堤身抗穩定安全係數。利用地工織物進行海堤軟基加固處理是一種行之有效的方法，這主要是通過堤底地工織物與基礎石料組成加筋層，保持基礎完整連續，約束淺層地基土的側向變形，改善軟基淺部的位移和應力場，均化地基應力分布，從而提高承載能力和穩定性，調整不均勻沉降。
分類
1、機織地工布
機織地工布抗拉強度大、延伸率低、過濾性和滲透性差，各向差異大，斜角受力時尺寸穩定性差，孔隙易變形。適用於加固、增強、防沖蝕等高強度用途。
2、非織造地工布
非織造地工布價格便宜、性能優越、生產效率高。主要有以下幾種分類：
a.紡粘法地工布：工藝簡單、成本低、產量高、產品強力高、伸長率好，具有良好的頂破、撕裂強度。適用於加固、分離、過濾、排水等。目前世界上約有75%的非織造地工布是採用紡粘法生產的。
b.短纖維針刺地工布：抗變形能力強、結構蓬鬆、吸水和透氣性能好，特別適合於反濾和排水工程。
c.熔粘合地工布：抗拉強度大，橫向排水性能差，主要用於加固增強用途。
3、地工膜
防滲性極高，一般由地工織物表面塗以乙烯或橡膠等塗層而製得。適用於圍牆、水閘等，還可用來建造簡易水壩、水下柵欄。
4、複合地工布
複合地工布由不同功能的地工布和其它材料複合而成，可開發性能更加完美、用途更為廣泛的地工材料。
破壞形式
軟基上的加筋堤（鋪設地工織物）與無加筋堤不同之處是它的破壞機理和破壞條件不同。一般無加筋堤在較厚的軟土層時，一般為圓弧滑動或沖切或下沉隆起破壞；表面為軟弱土夾層時，則為側向擠出破壞。在軟基上的加筋堤，由於有加筋墊層，其破壞形式明顯與加筋 有關，大致有如下4種破壞形式：
1、滑動斷裂破壞：其特點是，地工織物被拉斷，堤身和地基一起滑動，筋材基本上不改變滑弧位置。破壞的原因是地基軟弱，強度不足，所鋪設的地工織物強度太小，剛度低等加筋作用小引起的。
2、不均勻沉降變形斷裂
由於海堤斷面上部荷載大小差距較大，加劇了堤身橫向的不均勻沉降。堤身中心沉降較大，形成弧形基底沉降剖面，地工織物受拉延伸，當延伸率超過其最大延伸率時被拉斷。
3、滑動拉出破壞
其特點是在滑動體內的地工織物錨固長度不足，即地工織物的上下表面磨擦力小於滑動時的拉撥力，使地工織物撥出而失去作用。
4、頂穿破壞
受接觸面石塊顆粒頂破，由於堤身荷載較大，地基表層上處於塑性狀態，形成地基土對基礎石塊顆粒空隙部位的地工織物地基反力，地工織物受石料顆粒沖頂而造成頂穿破壞。
鋪設施工
對於軟土地基上的加筋海堤，施工方法及施工工序至關重要。填築步驟不當，常會造成地工織物的機械破損，產生不均勻沉降，甚至導致海堤破壞。施工工序及需注意的問題主要有：
1、接觸面清理
為防止基礎面樹幹、樹枝等雜物頂破，在地工織物鋪設前，須對地基上的雜物進行全面清理。
2、地工織物鋪設
（1）儘量用寬幅的地工織物，以減少拼接，並使其強度的方向垂直於海堤軸線方向。
（2）地工織物垂直於海堤軸線方向展開，不允許出現褶皺並儘量拉緊，以充分發揮地工織物的抗拉作用。
（3）採用壓重或插釘固定，儘量避免堤壩填築時移動地工織物。
（4）地工織物鋪設前應檢查有無破損，如破洞、撕裂等。如有發現應立即處理。
（5）鋪設地工織物後，應儘快在其上填築石料，以防止因受陽光直接照射老化而減低強度。
3、基礎填築
（1） 施工時應採用與地基條件相適應的運輸、壓實機械。以防因局部受壓發生不均勻沉降或造成地工織物局部頂破破壞。
（2）從中間向兩側對稱填築石料，保持堤頭成倒“U”字形向前推進。利用填築石料，使地工織物保持受拉，以充分發揮其抗拉性能。
（3）卸料應卸在第一層已填築好的石料上，不得直接卸在地工織物上；卸料高度應控制1.0米以內，以防造成局部承載力不足；卸料後應立即用輕型推土機推平填築或人工散鋪，以防局部下陷。
4、質量措施及注意事項
（1）製作地工格柵和地工布的材料，其各項指標必須符合設計要求，杜絕不合格材料的使用。抽檢的頻率為每供貨批不少於一個或10000m2一個。
（2）地工格柵和地工布加工時嚴格質量。加工後的地工格柵和地工布堆放入庫或用油布包裹，以防暴曬而老化。並在運輸施工過程中避免陽光暴曬，保持完好。地工格柵和地工布在製作、運輸、堆放和鋪設過程中，應注意保護，不得出現破損和老化現象，否則及時採取補救措施。
（3）鋪設前，檢查鋪設位置與地工格柵和地工布所沉放位置是否一致。地工格柵和地工布在斷面橫向內不得接長，縱向應採取綁紮進行連線，鋪設時應進行平整，不得留有皺褶，保證堤身變形過程中充分發揮抗拉強度。
（4）相鄰兩塊地工格柵和地工布搭接寬度為1米，後一塊定位時，其地工格柵和地工布錯開覆蓋在前塊地工格柵和地工布1米以上，確保水下地工格柵和地工布的搭接寬度不小於1米。因此施工中鋪排船移動宜緩不宜急，派專人監控並調整鋪排船的位置。並按照下表的要求進行質量控制。
（5）施工過程中派人探摸，了解搭接情況和鋪設範圍是否滿足設計要求，發現達不到要求的地方，及時分析情況找出原因，並採取相應的措施。
（6）地工格柵和地工布鋪設時，力求平整，不得有摺疊現象，在橫斷面向應有所鬆弛，張力不可過緊，並確保定位精度和搭接長度。地工格柵和地工布展開鋪設就位後，要求採用可靠的固定措施，防止地工格柵和地工布被水流、風浪作用而導致掀開移位，兩側餘量要考慮沉降後2m，滿足設計圖紙要求。
套用前景
地工織物成本低、強度高，可在提高工程質量的同時，降低工程造價。地工織物的成本一般只占總投資的1~2%，而同等設計標準下減少砂石、水泥等材料的用量，可使總造價降低20~40%。由於地工合成材料所具有的功能和特性及其在工程實踐中的卓越成效，引起了全國有關部門的充分重視，至20世紀90年代末期，地工合成材料開始在一些國家大型重點工程中得以套用。如三峽工程、秦山核電工程、長江口整治工程、治黃工程、治淮工程、京杭大運河、大型引黃平原水庫工程和江河防汛搶險等，並獲得了較大的技術經濟效益和社會效益。
目前國內地工布發展的總趨勢是：產品向系列型、合成型、複合型方向發展，套用向大、中型工程發展。相應的理論研究、測試技術、設計標準、施工工藝等方面都在不斷提高和完善。中國是地工布套用與銷售的最大市場，普遍受到國內外廠商的關注。在今後幾年，地工布套用前景廣闊。
