土木合成材料在市政工程中的应用

朱继斌　宋鸿盛

摘要：土木合成材料功能颇多，因其具有很好的加筋、隔离、防渗透等优点，被广泛用于众多工程实际当中，例如河道护坡、公路地基处理、填埋场防渗、生态系统保护等。该文对土木合成材料的特性和其在市政工程中的应用进行探讨和分析，最后做出总结，为今后在市政工程应用中提出建设性的参考意见。

关键词：土工合成材料;市政工程;應用

引言

随着我国经济的发展和环境保护要求的提升，传统土木工程材料和技术面临新挑战的同时，已经历了国外引进、国内发展到全面应用推广的阶段。土工合成材料的应用领域十分广泛，在道路、建筑、水利、海港等领域均有涉足，土工合成材料还将陆续被应用于土木工程中的各个领域。

1土工合成材料的分类

土工合成材料从研发至今经过几十年发展，种类繁多，但其主要可分为四大类：土工织物、土工膜、特种土工合成材料、土工复合材料。（1）土工织物：土工织物俗称土工布，是以聚合物纤维为原料构成平面且连续的土工合成材料，具有透水性。根据其加工方式的不同又可分为有纺土工织物和无纺土工织物。前者是由原料按照一定规律排列编制而成，后者由原料按照有序或无规则而制成的垫状，再经过各种方式粘合而成。土工织物还可衍生制成土工模袋、生态袋和植生袋等其他土工合成材料。（2）土工膜：由一种或几种高分子聚合物为原料制成的相对柔性且连续膜状材料，其渗透性极低，一般渗透系数小于10～11cm/s，被广泛用于防渗工程中。（3）特种土工合成材料：一般是指除土工织物和土工膜以外研发的土工合成材料，如土工格栅、土工格室、土工网等。（4）土工复合材料：将不同类别的土工合成材料相互结合而成的一大类土工合成材料。随着土工合成材料在众多工程应用的不断增多，发现单一类别的土工合成材料不能够满足具体的工程需求。继而土工复合材料就应运而生，如用低渗透性的土工膜和土工织物制成复合土工膜，具有质量相对较轻、施工便利等优点;土工复合排水管，其按照不同比例和形状将无纺土工织物、土工网和土工膜复合组成的一种排水材料，在众多工程中排水效果颇佳。

2土木合成材料在道路防护结构中的作用

2.1土基加筋加固

在市政工程中，土木合成材料常常被用在加筋土层的垫层，达到加固的效果，尤其是在道路的软土地基部分，加筋垫层使用非常常见。在市政工程施工过程中，对路基的处理是具有一定难度的，增加加筋垫层不仅可以将土层中的力分布均匀，还可以增加地基基地的整体性，同时能在一定程度上对填料层厚度进行减少。这样，可以对整个路基的侧向变形产生约束力，增强土层的刚度和承载能力，提高路基稳定性，并且减小不均匀沉降的现象发生。加筋垫层的使用在增强基底稳定性的同时，还能增强地基像侧面滑动或挤出的稳定以及从软土下层到硬土顶层的滑动稳定性。

2.2路面裂缝防治

在市政工程中经常会选择土木合成材料对老旧的沥青材质路面或者老旧水泥路面加铺底层，在新建道路过程中也对沥青底部进行加铺，这样可以减缓老旧路面对加铺层的裂缝反射条件。在一定条件下采用如玻纤网或土工织物可以有效增大市政工程对路面改建时的抗拉强度和最大负荷延伸率。其中使用玻纤网材料的尺寸也有一定要求，在铺设时的最大粒径采取的数值为沥青面层材料的0.5～1倍左右[3]。市政工程施工过程中用土木合成材料对路面裂缝防止的过程中，要先通过外观和弯沉值对路面裂缝进行测定，然后再规划出使用材料的铺设方案。在施工过程中，要保证路面清洁平整，因为土木合成材料需要铺设和固定，所以需要严格按照规范和设计要求进行加铺。这样不仅可以在养护期保证材料的使用期限，延缓收缩和开裂的时间，还可以阻止裂缝反射到路基表面。

2.3增强环保防渗

由于当前垃圾填埋场的使用不规范等等，往往会有很多气体和垃圾渗滤液的流动和挥发，影响土壤和地下水。因此，在土木合成材料中的复合土工膜就可以用来应对此类情况的发生，它主要被用来防渗。防渗膜一般的组成是由土工织物和土木膜复合形成的，这种材料不仅可以在垃圾填埋场中提供防渗的效果，同时还抗拉伸和撕裂，物理性能较为优异，在施工中不仅可以用于温热地区，高寒地区也可以使用，所以不仅是市政工程中垃圾填埋场的表面可以被使用，还可以应用于污水处理厂、矿场、煤堆场等等。

3土工合成材料的应用

3.1土工合成材料在道路工程中的应用

（1）土工合成材料的加筋加固作用。在道路工程中，土工合成材料常用于加筋垫层，以达到加固作用，尤其是在公路软土地基的处中，加筋垫层更是常见。在公路路基中，加筋垫层的存在可以将作用于土层上的力均匀地传递给地基，这不仅提高了路基基底的连续性和整体性，同时，还可以相对减少填料层厚度，对路基的侧向变形产生约束，并降低其侧向变形，从而起到增加土层的刚度、提高路基的承载能力、增加路基的整体稳定性、减小路基的不均匀变形和差异沉降等作用。加筋垫层除可以增加路基的整体稳定性之外，还可以增加沿薄层软土层下卧硬土层顶面滑动的稳定性及地基侧向挤出滑动的稳定性。（2）土工合成材料的隔离作用。当路床为饱和软土时，为减少或者避免软土层换填的粗粒材料在自重或外荷载作用下陷入软土层的情况，可以采用在两种材料之间铺设土工合成材料（常用的是土工织物）的方法。这样做，一方面可以减少或者避免换填的粗粒材料在自重或外荷载的作用下陷入软土层破坏软土层结构，降低其强度，甚至导致道路变形;另一方面，可以形成一个透水通道，同时还可以减少换填粗粒材料的损失。在寒冷地区，因为土工合成材料的亲水性相对比土小很多，所以土工织物可以作为隔离层减少毛细管的上升高度，表现为阻断下部土层中水分向冷冻层的补给，从而有助于解决土的冻融现象。

3.2在垃圾填埋场中的应用

垃圾填埋场经长时间的使用后会产生垃圾渗滤液，其成分极其复杂且有害。如果不加以处理就会对土壤和地下水造成污染，所以在垃圾填埋场的设计施工中要严格进行防渗系统的设置。由于土工膜和膨润土防水毯（GCL）具有低渗透性，往往被应用于填埋场的防渗系统中，在实际工程中会用到高密度聚乙烯（HDPE）土工膜+GCL的复合防渗结构。这种复合结构使得防渗效果更为优异。随着未来对环保要求的不断提升，GCL在填埋场中的应用需要进一步的深入。现如今就有许多学者研究如何将GCL中的膨润土经过改性之后，使GCL在垃圾渗滤液中对某些有害离子的吸附能力增强。使其能在保证低渗透的作用下还能吸收垃圾渗滤液中的有害离子。

结束语：土工合成材料因自身独有的工程特性，具有极为光明的工程应用前景。本文通过介绍一些土工合成材料的一些用途，希望能给其他领域或本行业的其他方面带来一些启发，并在此基础上推动土工合成材料相关理论的深入发展，更希望有更多的新材料能应用于土木工程领域，为该领域的进一步发展带来生机和活力。

参考文献：

[1]李晓东.土工合成材料在公路软基处理中的应用分析[J].四川水泥，2018，（06）：324.

[2]谢伟强.市政道路施工中软基加固技术的应用研究[J].建材与装饰，2020，（33）：261-262.

[3]朱英，钟香兰.土工合成材料技术研究及工程应用[J].中国水运，2020（7）：80-82.

[4]于林平，刘修民.土工合成材料技术的发展与应用[J].大连水产学院学报，2021，24（S1）：230-231.

[5]江波，许平先.加筋土挡墙在道路工程中的应用[J].技术运用，2021，28（5）：135-136.