土工合成材料技術(shù)自20世紀(jì)70年代引入我國以后，在水利、土建、交通和港口等領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。
    土工合成材料在土工技術(shù)中的應(yīng)用
　 1．加筋土坡
　 土坡中加入土工合成材料(土工格柵或土工布)可以將土坡填筑得更陡一些。就加筋功能而言，同針刺土工織物相比，土工格柵和有紡?fù)凉た椢锟梢栽谳^小的應(yīng)變下發(fā)揮作用。針刺土工織物則具有土工格柵和有紡?fù)凉た椢锼痪哂械耐凉ず铣刹牧掀矫鎯?nèi)的透水性。因而，土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的最新進(jìn)展是：

    (1)針刺土工織物與土工格柵疊合鋪設(shè)，具有加筋和排水功能；針刺土工織物與有紡?fù)凉た椢锆B合鋪設(shè)結(jié)合，具有加筋和排水功能；
    (2)土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和土工格柵結(jié)合；土工合成材料作為土坡內(nèi)排水系統(tǒng)(豎向和水平向)和有紡?fù)凉た椢锝Y(jié)合。
    土工合成材料在加筋(低透水性土)土坡中的應(yīng)用前景是將土工合成材料作為含有活性炭纖維的載體，使土工合成材料成為具有導(dǎo)水性的填充聚合物或金屬纖維。從而，通過電泳、離子轉(zhuǎn)移和電滲改善加筋區(qū)內(nèi)細(xì)粒土的性質(zhì)。
    Nettleton等1998年對(duì)以上概念進(jìn)行了描述，目前正處于早期的研究和試驗(yàn)應(yīng)用階段。
　 2．加筋土擋墻
    與加筋土坡類似，加筋土擋墻可以形成直立墻面。加筋可以是土工織物，但更多的是使用土工格柵。近10年的主要進(jìn)展是在墻面系統(tǒng)上的不斷改進(jìn)，包括：
    土工合成材料包繞墻面系統(tǒng)；
    木制墻面系統(tǒng)；
    焊接絲網(wǎng)墻面系統(tǒng)；
    堆疊筐籠墻面系統(tǒng)；
　預(yù)制混凝土板(全高)墻面系統(tǒng)；
    現(xiàn)澆混凝土面板墻面系統(tǒng)；
    預(yù)制混凝土(分單元)墻面系統(tǒng)；
    標(biāo)準(zhǔn)混凝土塊(現(xiàn)稱分塊擋土墻)(SRWS)墻面系統(tǒng)。
    在以上所有的墻面系統(tǒng)中，分塊加筋土擋墻的墻面一般采用干砌方式。經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生新型的面塊、面塊的新型細(xì)部設(shè)計(jì)和新型錨固方式。這種墻型現(xiàn)多用于較高的擋墻(達(dá)15米)，以承受較大的超載(如鐵路)，或者加筋土擋墻面向水流(如小溪、河流等)。這種擋墻在地震區(qū)也表現(xiàn)出良好的性能。
    最有意義的是SRWS的新型面板塊上設(shè)有向上的槽口，填土后，可以種植當(dāng)?shù)氐闹参?。如果氣候適宜，這種活墻可以遮擋干砌面板。
    土工合成材料在加筋土擋墻中的應(yīng)用前景是在錨固區(qū)設(shè)置聚合繩、條帶和錨具(或土釘)，將墻面單元通過加筋體錨固在錨固區(qū)。實(shí)質(zhì)上，這一概念在20世紀(jì)80年代在我國的加筋土擋墻上已經(jīng)采用[2]。如果加筋土擋墻距巖體較近，也可以將錨具(或土釘)錨固在巖石上。
    3．土堤地基加筋
    20世紀(jì)70年代，美國工程師兵團(tuán)采用高強(qiáng)土工織物加固土堤地基。其最終目的是減少軟土地基上土堤的沉降。荷蘭也是將該技術(shù)用于大面積填土的較早采用者之一。
    目前的進(jìn)展是在土堤和地基之間設(shè)置加筋以減少不均勻沉降。如果土堤需要跨過地基中的孔洞，就所涉及的加筋抗拉強(qiáng)度而言，導(dǎo)致不均勻沉降的地基中孔洞的最大尺寸是最為關(guān)鍵的。
    土工合成材料作為土堤地基加筋的應(yīng)用前景是尋找現(xiàn)場安裝預(yù)應(yīng)力加筋的方法。如果取得成功，經(jīng)過應(yīng)力松弛，該預(yù)應(yīng)力可以減少變位的發(fā)生。
    4．混凝土壩防滲
    許多已建成的混凝土壩存在嚴(yán)重的缺陷。除了剝落和裸露鋼筋外，工程上最為關(guān)心的缺陷是結(jié)構(gòu)滲漏的增加。現(xiàn)行的方法是放空水庫后，在混凝土壩的上游面粘貼土工膜。沿垂直方向每隔2米設(shè)一水平不銹鋼槽，以夾緊土工膜。該方法的改善是先在混凝土壩上游面設(shè)置土工網(wǎng)格，然后將土工膜粘貼在土工網(wǎng)格上。設(shè)置土工網(wǎng)格的目的是收集滲過土工膜的水。土工膜用于該目的已有15年。據(jù)報(bào)道，它最早用于意大利，目前在全世界得到普遍的采用。
    這方面的最新進(jìn)展是粘貼區(qū)域的處理。例如，在不放空水庫或部分放空水庫的情況下，由潛水員完成粘貼。在土工膜下面設(shè)置氣泡系統(tǒng)，以防水庫上游面的冰將土工膜刺壞。
    由于紫外線和氧化作用，土工膜的壽命受到限制。如遇高溫，這些作用對(duì)大多數(shù)聚合材料的影響非常大。這方面的發(fā)展前景應(yīng)是開發(fā)改善型的聚合材料，以提供壽命更長的土工膜。
    5．土壩防滲
    土工膜以及土工合成材料和粘性土形成的襯砌(GCL)，已被用在土壩或土壩的上游面作為防滲體。土工膜應(yīng)妥善防護(hù)，防止刺破，并妥善錨固。
    最新的發(fā)展是將該項(xiàng)技術(shù)用于碾壓混凝土壩。在這種情況下，土工膜及鋪于土工膜下面的土工織物在工廠被粘貼在混凝土板上。在現(xiàn)場，隨混凝土壩升高，逐步進(jìn)行安裝。在現(xiàn)場，用土工膜條帶對(duì)這種板進(jìn)行粘貼。該項(xiàng)技術(shù)有效地減少了水平滲漏。
    將來的可能是將土工膜用于已建成的土壩的防滲處理上。利用膨潤土泥漿護(hù)壁，在土壩內(nèi)挖槽(如有必要，該槽應(yīng)深入壩基)。土工膜置于槽的上游面。應(yīng)小心地選擇用于置換膨潤土泥漿的回填土，使回填土本身能形成防滲層。
    6．隧道防滲
    現(xiàn)行的方法是將土工膜用于永久性混凝土里側(cè)的防滲體，與針刺的、較厚的無紡?fù)凉た椢镆黄?，將水?dǎo)人設(shè)在隧道底腳的排水出口，形成封閉的排水系統(tǒng)。
    然而，土工膜及其下面的土工織物的布置是很困難的。土工合成材料會(huì)從臨時(shí)的護(hù)頂下垂，在永久性混凝土襯砌施工時(shí)容易遭到破壞。因此，現(xiàn)在的進(jìn)展集中在施工方法的改進(jìn)上。土工合成材料應(yīng)和永久性混凝土襯砌同時(shí)施工，以避免在永久性混凝土襯砌施工時(shí)損壞土工合成材料。
    將來的發(fā)展是開發(fā)壽命在100年以上的土工合成材料，以抵抗隧道周圍的不利環(huán)境。因而，施工方法的改進(jìn)和材料的壽命是最關(guān)心的問題。
 
    土工合成材料在交通工程中的應(yīng)用
    1.改善道路
    有許多方法將土工合成材料用于道路的斷面上，其目的是使道路具有更好的性能和更長的使用期，或兩者兼有。將土工織物和土工格柵用于道路的不同部位時(shí)，土工合成材料的功能為：
    土工織物用于路堤和路基的隔離和加筋；
    土工格柵用于路堤和路基的加筋；
    土工格柵用于路堤內(nèi)部的側(cè)向加筋。
    該方面的最新進(jìn)展是在路基施工過程中加入連續(xù)纖維。類似的，微網(wǎng)格也可以用于路面的鋪設(shè)中。已有人進(jìn)行過這方面的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)。迄今，最大的成功是將分散的纖維(典型的有聚丙烯)應(yīng)用于碎石路基中。
    將來的發(fā)展是用土工合成材料處理路基中的孔洞。該方法先在孔洞中設(shè)置燈芯排水，在燈芯排水上鋪設(shè)針刺無紡布，然后用纖維加筋土回填。該方法很有前途，有待現(xiàn)場試驗(yàn)。
    2.無溝槽管道維修
    城市的基礎(chǔ)設(shè)施在不斷地老化，建筑材料也有數(shù)百年的歷史。采用無溝槽技術(shù)維修是正在興起的行業(yè)，而且都采用了聚合材料。
　由于現(xiàn)行的方法都減小原有管網(wǎng)的尺寸，現(xiàn)在的進(jìn)展是用高壓的探頭擠壞原有的管道，以擴(kuò)大直徑。然后，迅速插入新管道并襯砌。這樣，原管道的能力不降低。有些情況下，還擴(kuò)大了管道的直徑。
　 現(xiàn)行的無溝槽管道維修面臨的困難是不能形成側(cè)向接觸，形成了側(cè)向自由滲漏點(diǎn)。將來，這一困難可能采用開切系統(tǒng)內(nèi)遙控裝置來解決，它不但能穿過新管道，還能通過跟隨的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)完善的側(cè)向接觸。
    3．水土保持系統(tǒng)
　 水土流失影響土地和農(nóng)田的使用，也是水污染的原因之一。為了控制、減輕和避免土的流失，許多與土工合成材料有關(guān)的水土流失控制方法被采用。
　　 將來可能的發(fā)展是用高強(qiáng)土工合成材料網(wǎng)格(高強(qiáng)土工織物或土工格柵)防止雪崩。問題的關(guān)鍵是估計(jì)網(wǎng)格和錨固材料的受力、位置和布置，以及在非常氣候環(huán)境下的超載感應(yīng)。
   
土工合成材料在水利工程方面的應(yīng)用
　 1．渠道襯砌
　 用土工膜進(jìn)行渠道防滲襯砌。取得了較大的進(jìn)展，幾乎在所有的渠道上都采用土工膜襯砌。許多國家也采用該方法。然而，土工膜總是由土(在人口稀少的地區(qū))或混凝土(在城鎮(zhèn)地區(qū))覆蓋，用溝槽或夾條將土工膜和渠道非淹沒區(qū)連接、錨固。
　 現(xiàn)在的進(jìn)展是在有流體通過的同時(shí)進(jìn)行襯砌，在試驗(yàn)段上迅速鋪設(shè)土工膜、土工織物和早強(qiáng)混凝土。該混凝土能很快獲得初始強(qiáng)度而穩(wěn)定，然后結(jié)硬。該法特別適用于水流無法改道或有害液體流過的渠道。
　將來的發(fā)展是能在無覆蓋的條件下使用較強(qiáng)的土工膜。
　 2．土工織物管用于防止水土流失
　 現(xiàn)在的進(jìn)展是正在尋求一種能暴露20天左右的高強(qiáng)纖維。這可能需要一種組合纖維，它應(yīng)能隨現(xiàn)場的不利環(huán)境，因?yàn)樵诂F(xiàn)場有粗角礫和貝殼類的填料。
　 將來的發(fā)展是開發(fā)一種內(nèi)壁阻力較小的管材，使水砂混合體能被輸送的更遠(yuǎn)。但僅僅降低內(nèi)壁阻力是不夠的，因其可能阻礙纖維的排水，使水砂混合體中的水無法通過土工織物排出。因而，理想的內(nèi)壁是低摩擦、多孔隙。這需要織物工程師和廠家進(jìn)行發(fā)明?？紤]到排水，纖維的孔隙率也是關(guān)鍵的一面，它也是將來發(fā)展的一個(gè)課題。
　 3．棄置土的土工織物容器
　 土工織物容器相當(dāng)于長度有限的土工管(比如，長度小于15米)，用來包裹、運(yùn)輸或存貯河道、港口和三角洲的沉積物。將高強(qiáng)土工織物鋪在底部拋放的駁船上，充填棄置土后，用土工織物將棄置土包裹并縫織土工織物。運(yùn)達(dá)拋放地點(diǎn)后，將駁船底部打開，整個(gè)土工織物容器和充填棄置土一起沉入水底。這種方法很快被河道和港口當(dāng)局接收。
　 可以想象，最新的進(jìn)展是將這些充滿棄置土的土工織物容器堆積起來，在其上游一側(cè)發(fā)展另外的存貯區(qū)域。甚至可以想象把堆積后的容器集中封閉起來，尤其是對(duì)有害的棄置土。封閉物可以采用土工織物排。實(shí)質(zhì)上，在地面正是這樣處理的，在水下也完全可以這樣做。
　 這項(xiàng)技術(shù)的將來發(fā)展是建立一個(gè)水下結(jié)構(gòu)或水下活動(dòng)場所。然而，上部結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步研究。
　 4．水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域襯砌
　 土工膜作為池塘的襯砌，以便養(yǎng)殖貝類及其它水產(chǎn)品，已經(jīng)司空見慣，現(xiàn)在正在不斷地發(fā)展。
　 現(xiàn)在的進(jìn)展是用于這種目的的土工膜有一堅(jiān)固的保護(hù)面，以防止使用和維修過程中的損壞。因而，土工膜應(yīng)選擇較厚的(比如，厚于2．5毫米)編織的土工膜。
　 這項(xiàng)技術(shù)將來的發(fā)展是開發(fā)土工膜新品種，添加劑可以包括營養(yǎng)、防污染和防氧化等目的。
   
土工合成材料在環(huán)境土工中的應(yīng)用
　 1．棄置場的襯砌系統(tǒng)
　 土工膜作為棄置場的襯砌系統(tǒng)得到了普遍的響應(yīng)。自此，開發(fā)了3種方式的襯砌：
　 ＊雙襯砌層，具有滲漏監(jiān)測(cè)功能
　 ＊組合襯砌(土工膜及其下部的粘土層)
　 ＊土工合成材料及粘土襯砌(GCL)
　 這些封閉系統(tǒng)對(duì)保護(hù)地下環(huán)境非常有效。
　 目前，在美國，100％的有害的和24％的城市垃圾棄置場要求雙層襯砌系統(tǒng)；
　 在世界上，58％的有害的和14％的城市垃圾棄置場要求雙層襯砌系統(tǒng)。
　 2．棄置場封蓋系統(tǒng)
　 棄置場封蓋系統(tǒng)通常采用組合防滲體(即土工膜和GCL或壓實(shí)粘土襯砌)，其上是排水系統(tǒng)，其下是氣體收集系統(tǒng)。
　 關(guān)于大型棄置場的最終封蓋系統(tǒng)的用途，有以下方面值得探討：
　 ＊長跑和自行車訓(xùn)練基地＊運(yùn)動(dòng)會(huì)場所
　 ＊高爾夫球場?。獋}庫區(qū)和輕工業(yè)區(qū)
　 ＊藝術(shù)品觀賞區(qū)。
　 3．棄置場的垂直防滲
　 由于棄置場的范圍和性質(zhì)的未知性，環(huán)保的策略往往是用垂直防滲體將棄置物包圍起來。盡管大多數(shù)垂直防滲體是由回填土組成，在其上游一側(cè)增設(shè)土工膜可以作為附加的環(huán)保措施。即在溝槽的上游一側(cè)鋪設(shè)土工膜后，再回填透水性較低的土料(土和膨潤土或土和粉煤灰)以形成組合防滲體。有許多方法鋪設(shè)土工膜，可以板材或卷材的方式進(jìn)行鋪設(shè)。
　 最新的進(jìn)展是在土工膜上開設(shè)出口，收集滲漏體并予以處理。可以預(yù)先確定滲漏體的滯留時(shí)間，以便得到充分地處理。
　 將來的進(jìn)展是設(shè)置雙層垂直防滲墻系統(tǒng)，以便附有滲漏檢測(cè)的功能?？梢詫⑼凉ぞW(wǎng)或、砂用于滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。后一種方法類似于維也納的雙墻系統(tǒng)。
　 4．棄置場的底部襯砌
　　 將來的發(fā)展是在棄置場的側(cè)面開挖一長墻，再將棄置場底部水平挖空，以便水平地鋪設(shè)連續(xù)的土工膜層。這個(gè)建議已提交美國礦務(wù)局。該項(xiàng)技術(shù)是在棄置場的底部水平地鋪設(shè)組合土工膜或GCL襯砌，并允許上部棄置物塌落或用土工織物管支撐。這樣，底部襯砌、垂直墻和頂蓋系統(tǒng)將完全包裹棄置場，是最理想的結(jié)果，也說明土工膜和GCL在特殊的棄置場能起到安全的環(huán)境保護(hù)作用。