道路防护结构和生态建设中土木合成材料的运用

　　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 :     土木合成材料;市政工程;管道;应用;生态系统;

　　Abstract：　Civil engineering synthetic material has many functions,and it is widely used in many engineering practices,such as river slope protection,highway foundation treatment,landfill impermeability,ecosystem protection etc.,because of its good reinforcement,isolation,impermeability and other advantages.This paper discusses and analyzes the characteristics of civil engineering synthetic material and its application in municipal engineering,and finally makes a summary to put forward constructive reference for future application in municipal engineering.

　　Keyword：　civil engineering synthetic material; municipal engineering; pipeline; application; ecosystem protection;

　　土木合成材料是一类新型合成材料的总称，主要是将人工合成的聚合物作为原材料的产品。从1960年开始，土木合成材料中的塑料薄膜开始在我国作为防渗材料在灌溉渠道方面应用。在1980年后，土木合成材料的使用范围开始逐渐扩大到几乎所有的建筑工程中。近年来，由于市政工程项目在进行过程中经常会出现路面或护坡塌陷、管口或连接处漏水或脱开、管道淤泥堵塞等众多问题，因此就会造成后期的维修，不仅延长建设工程的时间，还会耗费大量人力和财力。探究其原因：一是由于在以砂石为基础的地基条件下，采用柔性接口就会导致后期沉降不均匀引起管接口漏水的现象，并且降雨时期也会对地基有所扰动；二是由于以普通材料为基础的护坡材料不能有效防止水土流失，且不能生长植物等。因此，在市政工程后期就会出现沉降不均匀或者塌陷等问题，加强对人工合成的土木材料广泛发展和应用可以为市政工程中出现的常见问题提供新的解决途径。

　　1 、土木合成材料分类

　　土木合成材料以天然或人工聚合物为基础，与土体放置在一起对整体结构起到加强和保护的作用。目前。土木合成材料在多个工程领域都应用广泛，大体上可以分为土木复合材料、土木发泡材料、土木织物材料和其他土木合成材料等。表1对当前国内外应用较多的土木合成材料进行介绍，为其在实际市政工程应用上提供参考和建议。

　　表1 土木合成材料分类

　　表1 土木合成材料分类

　　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[1]。

　　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[2]。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[4]。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[5]。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[6]。

　　2.3 、堤岸坡面防护

　　在市政施工过程中，最重要的一方面还包括在生态工程中的保护作用。目前，随着“海绵城市”的理念逐渐发展，在工程建设当中也占有一席之地[7,8]。因此，在海绵城市建设过程中，对城市内涝问题的合理解决是目前的重中之重。在一些具备“海绵城市”建设条件的地域，对护坡的建设和保护不仅可以保护生物多样性，还可以保护生态完整性，同时防止水土流失，保证堤岸坡面的稳定性。

　　格宾护岸是一种目前较为新颖的柔性护坡结构材料，它的组成结构是将核心锌铜丝线变成具有六角形状的网状结构，同时在网状结构中填充石料。这种材料具有很多优点，例如增加的石料可以使材料表面的粗糙程度加大，有效减弱波浪，减缓冲刷，保护堤岸；具有六角形状的网状结构具有大孔隙，透水性能优异，可以进行物质和能量交换；在保护坡面后，覆土层和水面都可以种植植物，起到绿化的作用；宾格护岸中填充的石料还可以选择一些具有净水功能的填料，可以降解水中的污染物质，净化水质；最后，这种土木合成材料不仅环保，而且稳定、防冻、持久性好，可以在南北方堤岸环境下同时使用[9]。

　　2.4、 提高排水功能

　　在市政工程中，不能被忽略的一点就是城市排水系统的建设。土木合成材料对排水系统的作用是因为其中的土木织物可以对水体有一定的收集和输送的作用。土木织物由于具有织物的特点，因此是一种优异的透水性材料，有良好的排水能力，所以在排水系统的施工建设过程中，经常会被与其他类型的元素相结合使用，例如与排水芯或者穿孔管等等。用于排水系统的土木合成材料的用途相当广泛，例如城市排水系统、挡土墙的排水和水利建设中的土石坝排水等。

　　2.5、 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、 土木合成材料在生态建设中的作用

　　3.1 、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（如图1所示）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。

　　图1 生物浮岛

　　Fig.1 Biological floating island

　　3.2 、形成净化体系

　　目前一种新型的结合体技术应用较多，它是将绿化与漂浮联合到一起使用，被称为生物浮岛。如图2所示。这种生物浮岛的浮体通常使用的材料为发泡聚苯乙烯，同时在表面上涂覆聚氨酯涂层，在这种材料上面可以种植植物[10]。在市政建设中还有一类应用广泛的工程就是形成完好的生态系统。例如，利用生态浮岛这种新型土木合成材料，在浮岛表面种植植物，为鸟类等动物提供生活和繁衍后代的场所，在浮岛下部的植物根系组织还可以为水下各种生物、微生物提供合适的生活环境，形成一种稳定的动植物共生体结构，对净化水体有着至关重要的作用[10]。

　　图2 仿生植物填料示意图

　　Fig.2 Schematic diagram of biomimetic plant filler

　　3.3、 提供生物连通

　　保证和提高生态系统的连通性在市政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，提高生态稳定性。

　　4 、结语

　　土木合成材料可以作为防护措施，防止水土流失，保护堤岸和路面。

　　(1）在土基中添加土木合成材料，可以增强土基结构的稳定性和硬度，不仅可以为后续的市政工程施工打下坚实的基础，还可以减缓裂缝的产生，增加了路面的使用时间和安全性。

　　(2）这类材料具有空隙结构，具有优异的透水性，不仅可以保证堤岸内外部的水分和养分的交换，还对植物的生长、水体的净化有良好作用，保证了生态结构的完整性和稳定性。

　　土木合成材料在市政工程中不仅可以单独使用，还可以与其他种类的材料配合使用，可以对路面加筋加固、保护堤岸、减弱路面裂缝等作用，同时还可以作为排水体在明渠、暗渠等情况下使用。土木合成材料在市政工程中的广泛使用，具有节约资金、缩短工程周期和对建筑施工保证安全的重大意义。

　　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I工中软基加固技术的应用研究[J]J建材与装饰2018(33)261-262.

　　[3]江合成材料应用技术规范,国内国家标准国家市场监督管理总局CN-GB.

　　[4]李琛市政道路工程领域中软基加固技术措施得到的应用城市建设理论研究(电子版)000(017)(2017)P.10-10.

　　[5]王旭峰浅谈软基加固技术在市政道路施工中的运用，房地产导刊(20)(2017).

　　[6]刘江峡,刘欢,刘清泉等多层级孔材料及水体微塑料处理的研究进展[J]合成材料老化与应用,2020 ,49(02): 103-108..

　　[0]陈鹏翔基于沉积法的氮掺杂碳磷复合材料制备与性能研究[J]合成材料老化与应用2020,49(03):91-92.

　　[8]叶加嵘城市园林绿化中海绵城市技术的应用，江西建材000(002)(2017)211-212.

　　[9]梅占敏,张淑鹏，尹志洋雷诺护垫在南川河治理工程中的应用及其单价分析水利水电工程造价(2018).

　　[10]邵良成利用生态浮床技术治理污染水体城市建设理论研究:电子版6(007)(2016)1956- 1956.