土木合成材料在市政工程中的應用

朱繼斌　宋鴻盛

摘要：土木合成材料功能頗多，因其具有很好的加筋、隔離、防滲透等優點，被廣泛用于眾多工程實際當中，例如河道護坡、公路地基處理、填埋場防滲、生態系統保護等。該文對土木合成材料的特性和其在市政工程中的應用進行探討和分析，最后做出總結，為今后在市政工程應用中提出建設性的參考意見。

關鍵詞：土工合成材料;市政工程;應用

引言

隨著我國經濟的發展和環境保護要求的提升，傳統土木工程材料和技術面臨新挑戰的同時，已經歷了國外引進、國內發展到全面應用推廣的階段。土工合成材料的應用領域十分廣泛，在道路、建筑、水利、海港等領域均有涉足，土工合成材料還將陸續被應用于土木工程中的各個領域。

1土工合成材料的分類

土工合成材料從研發至今經過幾十年發展，種類繁多，但其主要可分為四大類：土工織物、土工膜、特種土工合成材料、土工復合材料。（1）土工織物：土工織物俗稱土工布，是以聚合物纖維為原料構成平面且連續的土工合成材料，具有透水性。根據其加工方式的不同又可分為有紡土工織物和無紡土工織物。前者是由原料按照一定規律排列編制而成，后者由原料按照有序或無規則而制成的墊狀，再經過各種方式粘合而成。土工織物還可衍生制成土工模袋、生態袋和植生袋等其他土工合成材料。（2）土工膜：由一種或幾種高分子聚合物為原料制成的相對柔性且連續膜狀材料，其滲透性極低，一般滲透系數小于10～11cm/s，被廣泛用于防滲工程中。（3）特種土工合成材料：一般是指除土工織物和土工膜以外研發的土工合成材料，如土工格柵、土工格室、土工網等。（4）土工復合材料：將不同類別的土工合成材料相互結合而成的一大類土工合成材料。隨著土工合成材料在眾多工程應用的不斷增多，發現單一類別的土工合成材料不能夠滿足具體的工程需求。繼而土工復合材料就應運而生，如用低滲透性的土工膜和土工織物制成復合土工膜，具有質量相對較輕、施工便利等優點;土工復合排水管，其按照不同比例和形狀將無紡土工織物、土工網和土工膜復合組成的一種排水材料，在眾多工程中排水效果頗佳。

2土木合成材料在道路防護結構中的作用

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層的墊層，達到加固的效果，尤其是在道路的軟土地基部分，加筋墊層使用非常常見。在市政工程施工過程中，對路基的處理是具有一定難度的，增加加筋墊層不僅可以將土層中的力分布均勻，還可以增加地基基地的整體性，同時能在一定程度上對填料層厚度進行減少。這樣，可以對整個路基的側向變形產生約束力，增強土層的剛度和承載能力，提高路基穩定性，并且減小不均勻沉降的現象發生。加筋墊層的使用在增強基底穩定性的同時，還能增強地基像側面滑動或擠出的穩定以及從軟土下層到硬土頂層的滑動穩定性。

2.2路面裂縫防治

在市政工程中經常會選擇土木合成材料對老舊的瀝青材質路面或者老舊水泥路面加鋪底層，在新建道路過程中也對瀝青底部進行加鋪，這樣可以減緩老舊路面對加鋪層的裂縫反射條件。在一定條件下采用如玻纖網或土工織物可以有效增大市政工程對路面改建時的抗拉強度和最大負荷延伸率。其中使用玻纖網材料的尺寸也有一定要求，在鋪設時的最大粒徑采取的數值為瀝青面層材料的0.5～1倍左右[3]。市政工程施工過程中用土木合成材料對路面裂縫防止的過程中，要先通過外觀和彎沉值對路面裂縫進行測定，然后再規劃出使用材料的鋪設方案。在施工過程中，要保證路面清潔平整，因為土木合成材料需要鋪設和固定，所以需要嚴格按照規范和設計要求進行加鋪。這樣不僅可以在養護期保證材料的使用期限，延緩收縮和開裂的時間，還可以阻止裂縫反射到路基表面。

2.3增強環保防滲

由于當前垃圾填埋場的使用不規范等等，往往會有很多氣體和垃圾滲濾液的流動和揮發，影響土壤和地下水。因此，在土木合成材料中的復合土工膜就可以用來應對此類情況的發生，它主要被用來防滲。防滲膜一般的組成是由土工織物和土木膜復合形成的，這種材料不僅可以在垃圾填埋場中提供防滲的效果，同時還抗拉伸和撕裂，物理性能較為優異，在施工中不僅可以用于溫熱地區，高寒地區也可以使用，所以不僅是市政工程中垃圾填埋場的表面可以被使用，還可以應用于污水處理廠、礦場、煤堆場等等。

3土工合成材料的應用

3.1土工合成材料在道路工程中的應用

（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墊層，以達到加固作用，尤其是在公路軟土地基的處中，加筋墊層更是常見。在公路路基中，加筋墊層的存在可以將作用于土層上的力均勻地傳遞給地基，這不僅提高了路基基底的連續性和整體性，同時，還可以相對減少填料層厚度，對路基的側向變形產生約束，并降低其側向變形，從而起到增加土層的剛度、提高路基的承載能力、增加路基的整體穩定性、減小路基的不均勻變形和差異沉降等作用。加筋墊層除可以增加路基的整體穩定性之外，還可以增加沿薄層軟土層下臥硬土層頂面滑動的穩定性及地基側向擠出滑動的穩定性。（2）土工合成材料的隔離作用。當路床為飽和軟土時，為減少或者避免軟土層換填的粗粒材料在自重或外荷載作用下陷入軟土層的情況，可以采用在兩種材料之間鋪設土工合成材料（常用的是土工織物）的方法。這樣做，一方面可以減少或者避免換填的粗粒材料在自重或外荷載的作用下陷入軟土層破壞軟土層結構，降低其強度，甚至導致道路變形;另一方面，可以形成一個透水通道，同時還可以減少換填粗粒材料的損失。在寒冷地區，因為土工合成材料的親水性相對比土小很多，所以土工織物可以作為隔離層減少毛細管的上升高度，表現為阻斷下部土層中水分向冷凍層的補給，從而有助于解決土的凍融現象。

3.2在垃圾填埋場中的應用

垃圾填埋場經長時間的使用后會產生垃圾滲濾液，其成分極其復雜且有害。如果不加以處理就會對土壤和地下水造成污染，所以在垃圾填埋場的設計施工中要嚴格進行防滲系統的設置。由于土工膜和膨潤土防水毯（GCL）具有低滲透性，往往被應用于填埋場的防滲系統中，在實際工程中會用到高密度聚乙烯（HDPE）土工膜+GCL的復合防滲結構。這種復合結構使得防滲效果更為優異。隨著未來對環保要求的不斷提升，GCL在填埋場中的應用需要進一步的深入。現如今就有許多學者研究如何將GCL中的膨潤土經過改性之后，使GCL在垃圾滲濾液中對某些有害離子的吸附能力增強。使其能在保證低滲透的作用下還能吸收垃圾滲濾液中的有害離子。

結束語：土工合成材料因自身獨有的工程特性，具有極為光明的工程應用前景。本文通過介紹一些土工合成材料的一些用途，希望能給其他領域或本行業的其他方面帶來一些啟發，并在此基礎上推動土工合成材料相關理論的深入發展，更希望有更多的新材料能應用于土木工程領域，為該領域的進一步發展帶來生機和活力。

參考文獻：

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