土工布是一種土工合成材料，用合成纖維織成或經(jīng)膠結(jié)、熱壓針刺等無紡工藝制成的，類似布匹或薄氈，具有反濾、排水、隔離、增強(qiáng)等獨特功能。
將土工布用于工程保障，能夠大大提高工程質(zhì)量，延長工程壽命，降低工程造價⋯。按用途，土工布可分為濾水型、防水型和保溫型3種。其中濾水型土工布更適用于軟土地基處理、路基邊坡加固和防護(hù)、加筋擋土墻和路面基層，因而在鐵路、公路(包括高速公路)、軍用道路、機(jī)場跑道、運動場、海岸工事、堤壩、河道護(hù)坡、農(nóng)業(yè)排灌設(shè)施、高層建筑地基等得到廣泛應(yīng)用。濾水型土工布具有良好的滲水性能，既利于排水，又可以保護(hù)土壤不流失；能防止翻漿冒泥，提高地基穩(wěn)定性，隔離不同粒徑的土(或石)，以免摻和、發(fā)生沉降；能分散負(fù)荷、提高地基承載能力。
土工布最早于1957年由荷蘭人用尼龍絲編織而成，1958年美國首次用其加固海岸護(hù)坡，以后，得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。到上個世紀(jì)80年代，僅西歐一年就要耗用幾億平方米，日本每年也要用數(shù)千萬平方米。中國于20世紀(jì)70年代開始研制和使用土工布，80年代，我軍開始用土工布克服松軟泥濘地段，構(gòu)筑急造軍路和岸灘進(jìn)出路?！?。l 土工布在路基加強(qiáng)中的作用原理土工布在路基加強(qiáng)中可同時起一種或多種作用，而且每種功能之間可以相互作用‘3“1。
1．1 反濾作用
反濾是使流體通過的同時，保持住受液力作用的土壤和其它顆粒。在路基工程中，為了防止水土流失、管涌破壞，常需設(shè)置由砂石料組成的反濾層。
而土工布完全可以取代這種常規(guī)的砂石料反濾層，起到防止土壤顆粒滲透的反濾作用。
1．2排水作用
某些具有一定厚度的土工布有著良好的三維透水特性，水能沿土工布內(nèi)部的排水通道迅速排出，構(gòu)成立體排水層。利用這種特性，可使水經(jīng)過土工布的平面迅速地沿水平方向排泄，且不會堵塞，可加速軟土地基的排水固結(jié)。
1．3 隔離作用
隔離是防止相鄰的異質(zhì)土壤和填充料的相互混合。在軟土地基處理中常將土工布設(shè)置在兩種不同的材料(土)之間，其目的在于防止由于局部承載力喪失而造成的路基填土與軟弱地基相互混雜，補(bǔ)償?shù)鼗锌辜魪?qiáng)度不足，防止由此可能導(dǎo)致的圓弧滑動破壞，既可有效地縮短工期，降低成本，減少路基間不均勻沉降，又利于排水和加速土體固結(jié)。
1．4加固作用
土工布對軟土的加固作用主要體現(xiàn)在水平加筋上。復(fù)合地基中，土工布主要處于受拉狀態(tài)。土工布在產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的同時，對土體產(chǎn)生了一個類似于側(cè)向約束壓力的作用，使得復(fù)合土體具有較高的抗剪強(qiáng)度和變形模量。也就是說由于土工布能緊貼于地基表面，使其上部施加的荷載能均勻分布在地基中。當(dāng)?shù)貙涌赡墚a(chǎn)生剪切破壞時i鋪設(shè)的土工布將阻止破壞面的出現(xiàn)，從而提高地基的承載力。
2 土工布在民用道路工程中的應(yīng)用
土工布以其價廉物美、作用多、效果好在民用道路工程中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用范圍包括了從新建道路施工到原有道路的修補(bǔ)、加固等各個方面。
2．1 土工布在新建道路中的應(yīng)用[5j
土工布用于軟土地基加固，以增加地基抗剪強(qiáng)度、提高地基承載力和促進(jìn)地基均勻沉降均起著良好效果。土工布可用于加固路堤邊坡，達(dá)到節(jié)約占地、防止水流沖刷的目的。土工布可鋪于路面結(jié)構(gòu)層中，作為應(yīng)力吸收膜，可增大路面結(jié)構(gòu)層的厚度和抗拉強(qiáng)度，延長路面維修周期并可減薄路面厚度，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面都有顯著效益。
在道面施工時將土工布覆蓋在混凝土上可有
效解決道面混凝土的“假凝”問題哺1，克服大風(fēng)、強(qiáng)日照對施工質(zhì)量的影響，提高道面性能。
2．2 土工布在原有道路修補(bǔ)中的應(yīng)用：71
在道路路面工程中，土工布主要應(yīng)用于舊路面罩面，防止路面反射裂縫或延緩反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展。在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層，是一種常用的路面修復(fù)技術(shù)。它具有工期短、造價低、對交通影響小、修復(fù)路面性能好等特點。但其主要問題是瀝青加鋪層中容易出現(xiàn)反射裂縫，而設(shè)置土工布是延緩反射裂縫的主要措施之一。
反射裂縫是指道路基層由于某些原因產(chǎn)生了裂縫，而基層裂縫反射傳播到面層。研究認(rèn)為基層裂縫產(chǎn)生有兩方面原因：一是路基的不均勻沉降，基層材料因負(fù)溫或干燥而產(chǎn)生收縮；二是道路荷載使基層承受過大拉應(yīng)力。設(shè)置土工布間層具有下列防裂或緩裂作用：
(1)減少面層與基層間的結(jié)合力。研究表明，有了間層，原來二層界面處的結(jié)合力明顯減少，一般較不設(shè)間層時減少20％。雖然界面強(qiáng)度下降，卻仍足以防止界面上下的相對位移而保持連續(xù)。
(2)吸收部分道面變形能量。間層為具有較大延伸性材料，基層張裂通過問層可使應(yīng)力擴(kuò)展至更寬范圍，從而緩解裂縫處的應(yīng)力集中，也就是說有彈性的間層起到了吸收部分拉伸能量的作用。
(3)土工布用于路面除減裂防裂，還有其他一些積極作用，例如：土工布浸透瀝青可防止地表水滲入基層，使基層材料特性不致進(jìn)一步惡化；土工布有保溫作用，減緩基層降溫；鋪設(shè)土工布先給予預(yù)拉，從而可降低路面在荷載作用下的拉應(yīng)力等。
3土工布在軍用道路保障中的應(yīng)用
現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，隨著軍隊裝備機(jī)械化、摩托化程度的不斷提高，對道路保障的依賴性越來越強(qiáng)邛j。在原有道路不能滿足軍隊行動要求又來不及構(gòu)筑等級軍路時，快速構(gòu)筑急造軍路就是工兵遂行道路工程保障的主要任務(wù)。目前。我軍道路工程保障的途徑主要有兩個，一是采用物理加強(qiáng)的方法，即在松軟泥濘路段上鋪設(shè)強(qiáng)度較高的制式路面器材或就便器材，通過擴(kuò)大荷載與地基的接觸面，擴(kuò)散輪式或履帶式荷載對地基的局部壓力，起到防止地基破壞的作用。這種方法具有構(gòu)筑速度快、保障能力強(qiáng)的特點，但往往會受裝備情況和現(xiàn)地條件等諸多因素限制；二是構(gòu)筑急造軍路，即用道路工程機(jī)械開挖臨時道路。這種方法不受現(xiàn)地條件的限制，只要時間允許，可以實現(xiàn)長距離的道路構(gòu)筑。
利用土工布的過濾、排水和加固作用，可將土工布在軍用道路保障中得到廣泛應(yīng)用。
3．1 土工布在構(gòu)筑急造軍路中的應(yīng)用一1
在構(gòu)筑的急造軍路中，對于松軟泥濘地段，由于地基的承載能力低，通載時很容易造成很深的車轍甚至陷車，且容易使輪胎打滑，從而導(dǎo)致車輛無法通行。因此，如何方便快捷地對松軟泥濘地段采取有效措施，以保障車輛快速通行是急造軍路構(gòu)筑中值得研究的問題。車輛在松軟泥濘地段難以通行的主要原因是由于地基的含水量較高或泥層較深，造成地基承載力不足，所以容易形成車輛沉陷和打滑。而且，由于泥層與車輪的相互作用，會使泥層進(jìn)一步液化，地基承載力更加下降，形成惡性循環(huán)。因此，快速濾出急造軍路地基中的水是提高地基承載力，從而提高道路保障能力的關(guān)鍵。
土工布可以很好地?fù)?dān)當(dāng)這一角色。當(dāng)泥濘深度較淺或為軟土地基時，可對地表進(jìn)行簡單的整平，清除地面雜物或突出物后直接將大小相同的土工布拉緊(必要時可在兩邊用鋼釬固定)鋪設(shè)在地基上，車輛即可通行。這主要利用土工布的隔泥濾水特性，減小車輛沉陷，并在車輛的作用下使土工布下地基中的水濾出，固結(jié)車轍部分受壓地基，這樣可使地基承載力隨通載次數(shù)的增加而提高，進(jìn)而確保車輛通行；當(dāng)泥濘較深時，可在泥濘地表先鋪土工布，然后鋪墊25cm左右的集料(碎石、粗沙等透水材料)，形成一種三層式層狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可使土工布下泥層中的水透過土工布過濾到集料層而加快固結(jié)、提高強(qiáng)度，同時又能防止集料陷入泥層，保證了集料層的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，保障車輛的順利通行。與制式路面或就便器材相比，采用土工布對松軟泥濘地段進(jìn)行物理加強(qiáng)具有成本低、取材方便、作業(yè)速魔陜的優(yōu)點。但目前的問題是，由于土工布是一種消耗性材料，不能像制式路面器材一樣列入我軍工程兵道路分隊裝備，更談不上在部隊開展土工布鋪設(shè)方法訓(xùn)練。
3．2土工布在制式路面保障中的應(yīng)用
地基是一種變化多端的承載物，特別是泥濘地基，隨著通載次數(shù)的增加，如果不把地基中的水排出，將會變得更加泥濘。目前的制式路面裝備，由于單純地依靠物理加強(qiáng)的方法保障裝備通過泥濘地段，即使路面本身的強(qiáng)度或剛度都沒有問題，也會因為泥漿上翻而使車輛打滑，最終無法保障輪式車輛的順利通過。Ⅲj。土工布與現(xiàn)有裝備配合使用，可以大大提高路面的保障能力和通過性能。使用時將土工布鋪設(shè)在制式路面下，利用土工布的透水阻泥特性，使地基中的水在通載過程中析出。隨著通載次數(shù)的增加，地基不僅不會液化，而是會越來越干，承載力越來越高。實物對比試驗表明(圖1)，在相同的泥濘地基上用同一種現(xiàn)役路面裝備，沒有使用土工布時，能保障重型輪式車輛通過的次數(shù)或許不會超過數(shù)十次，但鋪墊土工布后，通行數(shù)百次都沒有問題，只是地基變干了，繼續(xù)通載已經(jīng)失去考核路面的意義。
為解決土工布與路面同步鋪設(shè)問題，在某型機(jī)械化路面研制中曾設(shè)計并定型了一種土工布同步鋪設(shè)裝置(圖2)。在卷筒支架上設(shè)置一個開有缺口的圓筒，將土工布放人圓筒內(nèi)。使用時將土工布從缺口拉出并與路面端部連接，這樣土工布便可以隨路面同步鋪設(shè)在路面板下。
遺憾的是，由于土工布受紫外線照射易老化，使用后又不便清洗和反復(fù)易地使用，所以尚未作為制式裝備列裝使用。
設(shè)想的一種“濾水格柵路面”有望較好地解決這些問題。濾水格柵路面(圖3)主要由上(下)格柵、微孔鋼板和連接繩組成，圖4是其斷面示意圖。
上(下)格柵是主要受力構(gòu)件，用聚氨酯等耐磨材料澆鑄而成。格柵十字交叉處鉆有繩孔，按連接繩的走向設(shè)有繩槽；微孔鋼板采用不銹鋼板，厚度0．3—0．5mm，板上打有密集分布的微孔(孔徑小于O．05mm)，布置在上(下)格柵之間，其作用相當(dāng)于土工布；連接繩將上(下)格柵和微孔鋼板連接起來，形成一個整體。兩側(cè)外露的連接繩可用于兩塊路面板的連接。
通載使用時，在通載車輛的作用下，路面板“壓榨”泥濘地基，將地基中的水從微孔中析出，泥土則因顆粒直徑較大而被隔離。隨著通載次數(shù)的增加，不僅不會有泥漿上翻，地基中的水還會被逐漸“榨干”，地基承載力提高，通行性能得到改善。
4 結(jié)語
土工布具有隔泥濾水的特性，使得其在道路工程保障中得到廣泛應(yīng)用，特別是與現(xiàn)有的路面器材(包括就便器材，如束柴、圓木、木板車轍道等)配合使用，可使路面器材獲得事半功倍的效果，從而提高克服泥濘地段的效率。
通載時能“榨干”地基且能防止泥漿上翻的路面可大大提高路面的保障能力和重型輪式車輛的通過性?；谕凉げ几裟酁V水原理的濾水格柵路
面有望起到這種作用，既能析出泥濘地基中的水，又便于清洗和反復(fù)使用，可在未來的研究中做進(jìn)一步的探討。
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