土木合成材料在市政工程中的應(yīng)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(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于眾多工程實(shí)際當(dāng)中，例如河道護(hù)坡、公路地基處理、填埋場(chǎng)防滲、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等。該文對(duì)土木合成材料的特性和其在市政工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討和分析，最后做出總結(jié)，為今后在市政工程應(yīng)用中提出建設(shè)性的參考意見。

關(guān)鍵詞：土工合成材料;市政工程;應(yīng)用

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提升，傳統(tǒng)土木工程材料和技術(shù)面臨新挑戰(zhàn)的同時(shí)，已經(jīng)歷了國(guó)外引進(jìn)、國(guó)內(nèi)發(fā)展到全面應(yīng)用推廣的階段。土工合成材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在道路、建筑、水利、海港等領(lǐng)域均有涉足，土工合成材料還將陸續(xù)被應(yīng)用于土木工程中的各個(gè)領(lǐng)域。

1土工合成材料的分類

土工合成材料從研發(fā)至今經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)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(fù)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(gòu)成平面且連續(xù)的土工合成材料，具有透水性。根據(jù)其加工方式的不同又可分為有紡?fù)凉た椢锖蜔o(wú)紡?fù)凉た椢?。前者是由原料按照一定?guī)律排列編制而成，后者由原料按照有序或無(wú)規(guī)則而制成的墊狀，再經(jīng)過(guò)各種方式粘合而成。土工織物還可衍生制成土工模袋、生態(tài)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(duì)柔性且連續(xù)膜狀材料，其滲透性極低，一般滲透系數(shù)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(fā)的土工合成材料，如土工格柵、土工格室、土工網(wǎng)等。（4）土工復(fù)合材料：將不同類別的土工合成材料相互結(jié)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(yīng)用的不斷增多，發(fā)現(xiàn)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(fù)合材料就應(yīng)運(yùn)而生，如用低滲透性的土工膜和土工織物制成復(fù)合土工膜，具有質(zhì)量相對(duì)較輕、施工便利等優(yōu)點(diǎn);土工復(fù)合排水管，其按照不同比例和形狀將無(wú)紡?fù)凉た椢铩⑼凉ぞW(wǎng)和土工膜復(fù)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(hù)結(jié)構(gòu)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(dá)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(guò)程中，對(duì)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(shí)能在一定程度上對(duì)填料層厚度進(jìn)行減少。這樣，可以對(duì)整個(gè)路基的側(cè)向變形產(chǎn)生約束力，增強(qiáng)土層的剛度和承載能力，提高路基穩(wěn)定性，并且減小不均勻沉降的現(xiàn)象發(fā)生。加筋墊層的使用在增強(qiáng)基底穩(wěn)定性的同時(shí)，還能增強(qiáng)地基像側(cè)面滑動(dòng)或擠出的穩(wěn)定以及從軟土下層到硬土頂層的滑動(dòng)穩(wěn)定性。

2.2路面裂縫防治

在市政工程中經(jīng)常會(huì)選擇土木合成材料對(duì)老舊的瀝青材質(zhì)路面或者老舊水泥路面加鋪底層，在新建道路過(guò)程中也對(duì)瀝青底部進(jìn)行加鋪，這樣可以減緩老舊路面對(duì)加鋪層的裂縫反射條件。在一定條件下采用如玻纖網(wǎng)或土工織物可以有效增大市政工程對(duì)路面改建時(shí)的抗拉強(qiáng)度和最大負(fù)荷延伸率。其中使用玻纖網(wǎng)材料的尺寸也有一定要求，在鋪設(shè)時(shí)的最大粒徑采取的數(shù)值為瀝青面層材料的0.5～1倍左右[3]。市政工程施工過(guò)程中用土木合成材料對(duì)路面裂縫防止的過(guò)程中，要先通過(guò)外觀和彎沉值對(duì)路面裂縫進(jìn)行測(cè)定，然后再規(guī)劃出使用材料的鋪設(shè)方案。在施工過(guò)程中，要保證路面清潔平整，因?yàn)橥聊竞铣刹牧闲枰佋O(shè)和固定，所以需要嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加鋪。這樣不僅可以在養(yǎng)護(hù)期保證材料的使用期限，延緩收縮和開裂的時(shí)間，還可以阻止裂縫反射到路基表面。

2.3增強(qiáng)環(huán)保防滲

由于當(dāng)前垃圾填埋場(chǎng)的使用不規(guī)范等等，往往會(huì)有很多氣體和垃圾滲濾液的流動(dòng)和揮發(fā)，影響土壤和地下水。因此，在土木合成材料中的復(fù)合土工膜就可以用來(lái)應(yīng)對(duì)此類情況的發(fā)生，它主要被用來(lái)防滲。防滲膜一般的組成是由土工織物和土木膜復(fù)合形成的，這種材料不僅可以在垃圾填埋場(chǎng)中提供防滲的效果，同時(shí)還抗拉伸和撕裂，物理性能較為優(yōu)異，在施工中不僅可以用于溫?zé)岬貐^(qū)，高寒地區(qū)也可以使用，所以不僅是市政工程中垃圾填埋場(chǎng)的表面可以被使用，還可以應(yīng)用于污水處理廠、礦場(chǎng)、煤堆場(chǎng)等等。

3土工合成材料的應(yīng)用

3.1土工合成材料在道路工程中的應(yīng)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(dá)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(xù)性和整體性，同時(shí)，還可以相對(duì)減少填料層厚度，對(duì)路基的側(cè)向變形產(chǎn)生約束，并降低其側(cè)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(wěn)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(wěn)定性之外，還可以增加沿薄層軟土層下臥硬土層頂面滑動(dòng)的穩(wěn)定性及地基側(cè)向擠出滑動(dòng)的穩(wěn)定性。（2）土工合成材料的隔離作用。當(dāng)路床為飽和軟土?xí)r，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(shè)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(jié)構(gòu)，降低其強(qiáng)度，甚至導(dǎo)致道路變形;另一方面，可以形成一個(gè)透水通道，同時(shí)還可以減少換填粗粒材料的損失。在寒冷地區(qū)，因?yàn)橥凉ず铣刹牧系挠H水性相對(duì)比土小很多，所以土工織物可以作為隔離層減少毛細(xì)管的上升高度，表現(xiàn)為阻斷下部土層中水分向冷凍層的補(bǔ)給，從而有助于解決土的凍融現(xiàn)象。

3.2在垃圾填埋場(chǎng)中的應(yīng)用

垃圾填埋場(chǎng)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的使用后會(huì)產(chǎn)生垃圾滲濾液，其成分極其復(fù)雜且有害。如果不加以處理就會(huì)對(duì)土壤和地下水造成污染，所以在垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)施工中要嚴(yán)格進(jìn)行防滲系統(tǒng)的設(shè)置。由于土工膜和膨潤(rùn)土防水毯（GCL）具有低滲透性，往往被應(yīng)用于填埋場(chǎng)的防滲系統(tǒng)中，在實(shí)際工程中會(huì)用到高密度聚乙烯（HDPE）土工膜+GCL的復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)使得防滲效果更為優(yōu)異。隨著未來(lái)對(duì)環(huán)保要求的不斷提升，GCL在填埋場(chǎng)中的應(yīng)用需要進(jìn)一步的深入?，F(xiàn)如今就有許多學(xué)者研究如何將GCL中的膨潤(rùn)土經(jīng)過(guò)改性之后，使GCL在垃圾滲濾液中對(duì)某些有害離子的吸附能力增強(qiáng)。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(jié)束語(yǔ)：土工合成材料因自身獨(dú)有的工程特性，具有極為光明的工程應(yīng)用前景。本文通過(guò)介紹一些土工合成材料的一些用途，希望能給其他領(lǐng)域或本行業(yè)的其他方面帶來(lái)一些啟發(fā)，并在此基礎(chǔ)上推動(dòng)土工合成材料相關(guān)理論的深入發(fā)展，更希望有更多的新材料能應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，為該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)生機(jī)和活力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉東.土工合成材料在公路軟基處理中的應(yīng)用分析[J].四川水泥，2018，（06）：324.

[2]謝偉強(qiáng).市政道路施工中軟基加固技術(shù)的應(yīng)用研究[J].建材與裝飾，2020，（33）：261-262.

[3]朱英，鐘香蘭.土工合成材料技術(shù)研究及工程應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)，2020（7）：80-82.

[4]于林平，劉修民.土工合成材料技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，24（S1）：230-231.

[5]江波，許平先.加筋土擋墻在道路工程中的應(yīng)用[J].技術(shù)運(yùn)用，2021，28（5）：135-136.