浅谈土工合成材料在土木工程中的应用

浅谈土工合成材料在土木工程中的应用

魏剑

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摘要：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。基于此，本篇文章对土工合成材料在土木工程中的应用进行研究，以供参考。

关键词：土工合成材料；土木工程；应用分析

引言

土工合成材料是应用于土木工程的高分子合成材料的总称，在国际上被称为继钢材、水泥、木材之后的“第四大建筑材料”，是社会基础设施建设不可或缺的一种新型岩土工程材料。土工合成材料以天然或人工合成的聚合物为原料制成，将其置于土体内部、表面或与其他岩土材料或结构相结合，起到隔离、反滤、排水、防渗、加筋和防护等功能和作用，解决岩土工程结构的稳定、变形和防渗排水等方面的系列工程问题，广泛应用于铁路、公路、水利、电力、建筑、海港、矿山、军工、环保等国民经济建设领域。随着土工合成材料的工程应用的不断拓展，土工合成材料技术本身在生产工艺和产品种类方面也日新月异、突飞猛进。基于此，本文探究土工合成材料在土木工程中的应用分析。

1土工合成材料的定义及特点

土工合成材料是应用于岩土工程和土木工程建设的、以合成材料为原材料制成的各种产品的统称。因为它们主要用于岩土工程，故冠以“土工”两字，称为“土工合成材料”，以区别于天然材料。合成材料的原材料是高分子聚合物。是以人工合成原材为原材料制成各类产品，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚酰胺(PER)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)、聚苯乙烯(EPS)等。土工合成材料的特点：具有适度的抗拉强度、具有抗拉性能、耐腐蚀性能；透水性好，重量较轻、施工简易、运输方便、价格低廉、料源丰富等优点。

2土工合成材料的主要功能和应用

由于土木工程和压载块可以形成光滑的地板保护线，并且具有非常出色的防砂性和渗透性，因此河床适合解决弱化河床侵蚀的问题。最初在1960年代，荷兰首先使用了湖底工程土工合成材料，随着我国土工材料合成建筑材料生产制造加工技术的不断快速发展，在2011年长江南京以下12．5m处为深度的全国航道砖块整治治理工程建设过程中，借助砖块压载技术来多次进行物理重力模拟实验，并充分考虑了由于过去航道工程重力破坏，水深和现在水流流动结构等多种因素，判断其造成工程的重力稳定破坏程度，能够有效地提高航道水运运输工程的日常运行管理效率。因此，土工建筑管道防水及其合成管道合成防水材料的实际应用中还应特别注意对其排水性能要求和建筑工程排水过滤性能要求的重要综合考虑。而当前的建筑施工设计过程当中使用混凝土工作为合成物的材料是用来帮助创建用于排水和使用过滤水的设施。具体建筑类型的建设项目主要包括:①建在挡墙后面的地下排水系统;②隧道和隧道衬砌后的排水系统;③排气系统，防渗透覆盖层下的排水;④塑料排水带预压工程;⑤排水设施，公路和铁路的过滤;⑥路堤后面的排水系统;⑦土石坝迁移层;⑧农田水利项目。

3土工合成材料在土木工程中的应用分析

3.1在加筋挡土墙中的应用

在挡墙土体中布置以土工合成材料为原料的筋体，称为加筋土挡墙。由于土体会与筋体之间发生摩擦作用，增加了整体的柔性，从而限制了结构的变形，使得结构的强度和稳定性得到了一定的提升。加筋土挡墙相较于传统土挡墙有着施工简单、成本低、高质量等优势，使加筋土挡墙在行业内得到了广泛的发展与应用。目前，众多学者对加筋挡土墙在静载作用下变形特性的研究日益增多且趋于成熟。但关于加筋挡土墙在动载作用下承载能力和变形的研究还十分欠缺，特别是对地震荷载中加筋土挡墙的动态行为与抗震机理的认识尚不清楚，还有待进一步研究。

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［6］。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。

3.3土基加筋加固

在土木工程中，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。在土木工程施工过程中，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。

3.4土工合成材料在排水方面的应用

土工合成材料耐腐蚀，可以起到隔离和保护作用以防止渗透。土工工程合成防水材料还原品可适用于建筑土木工程工业建筑物的墙体排水，可适用于建筑土坝的墙体垂直或横向水平进行排水，以及在一层不透水的建筑水力保护膜后面的进行排水或在建筑土坝钢筋混凝土墙体表面的涂层保护下进行排水。原理上就是这种土工可以合成一种材料，它可以通过建立特殊的排水渠道从高层建筑物中快速排出土壤水。

4土木合成材料在生态建设中的作用

4.1吸附降解有机物

一些天然材料和人工合成材料（包括土木合成材料，如塑料盒纤维等）的使用，由于其比表面积大，因此微生物会比较容易在这种材料上聚集和生长从而形成生物膜结构，这种生物膜具有吸附和降解水中有机污染物的作用。在这种材料当中，如仿生的植物型填料主要是根据仿生学机理，模拟比表面积大的人工弹性材料作为水中植物，采用软件模拟河道情况，将人工弹性水生植物放置于河道当中，这样河水中的细菌可以作为微生物的来源，从而在植物表面形成生物膜，氧化并净化河道中的水质。

4.2提供生物连通

保证和提高生态系统的连通性在土木工程建设中也是重中之重，也是当前工程中需要解决的问题之一。因此，一种具有弹性的组合型材料被研究出来，也就是碎石聚氨酯，这种新型材料是将碎石与聚氨酯搅拌均匀，因为聚氨酯是一种具有粘性的材料，可以将碎石黏在一起。因此，碎石聚氨酯粘性大、弹性好，同时碎石之间的空隙还使得材料具有透水和透气的功能，使得材料可以在水路和基础路面上应用，维持生态系统的连通，提高态稳定性。

结束语

总而言之，土工合成材料施工技术是一种非常有效的方法，不仅可以提高工程的整体稳性，还可以有效防止路基滑坡、坍方、冲刷、不均沉陷等现象。在施工中即方便简单，要能经济环保、节省施工工期。因此土工合成材料施工技术已被广泛的运用在土木工程、市政工程、公路桥梁、水利施工中，是一种可替代材料对环境无污染的新材料、新工艺积极加以推广使用。

参考文献

[1]秦咸中,殷立中,袁俊青.土工合成材料在吹填造地工程中的应用[J].水运工程,2019(S2):124-128.DOI:10.16233/j.cnki.issn1002-4972.20191029.016.

[2]詹娜丹.探析土工合成材料在水运工程中的应用技术[J].四川水泥,2019(10):132.

[3]潘锋.土工合成材料在水运工程中的应用技术进展[J].工程技术研究,2019,4(10):116-117.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2019.10.055.

[4]陈园婧.土工合成材料在水运工程中的应用技术进展[J].四川水泥,2019(03):136.

[5]赵彤.土工合成材料在水利工程中的应用探讨[J].治淮,2018(10):37-38.