土工合成材料在路基路面工程中的应用

摘要：土工合成材料在路基路面工程中的应用有利于提升路基路面质量，解决路基软基等诸多问题，继而有利于提升公路工程总体质量。本文针对土工合成材料在路基路面工程中应用进行分析研究，文章研究中分析土工合成材料的性质特点，并结合工程案例探讨土工合成材料在路基路面工程中的具体应用，旨在总结土工合成材料在路基路面工程中应用路径。

关键词：土工合成；路基路面；工程

土工合成材料是由石油、煤以及天然气提炼生产的一种高分子复合材料，再经过纤维和片材加工后使其能够具备工程特性。现代公路路基工程施工中开始应用土工合成材料，其中包括聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯等诸多新材料，土工合成材料凭借其轻质高强、耐腐蚀、易施工等特性，已成为提升路基路面工程性能的关键材料。实践证明，土工合成材料在路基路面工程中应用具有多种优势，可有效提高道路路基路面工程施工质量。新时期，我国交通体系建设对公路路基路面施工提出更高要求，所以土工合成材料的应用也将愈发广泛。所以本文开展关于土工合成材料在路基路面工程施工的应用研究，目的为了促进公路工程高质量建设。

一、土工合成材料及特性分析

土工合成材料是当前土木工程领域中应用的合成材料的总称。该材料在生产中一般以人工合成聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为主要原料，经过关键工艺处理后形成类型产品，将土工合成材料应用到土体内部、使土体表面或各种土体之间形成固定优势，从而加强材料对土体的保护作用。目前工程领域中应用的土体材料主要包括土工织物（又称土工布）、土工膜、土工格栅、土工特种材料和土工复合材料等。工程实践中，土工合成材料的特性使其工程质量得以提升，工程建设后更满足质量标准。

研究发现土工合成材料具有质地柔软，重量轻，连续性，施工简单便利等优势（图1）。而从材料成本角度而言，鉴于其生产原料和工艺都比较简单，所以材料的整体性能更加优良；材料本身具有抗拉强度高，方向性不显著，所以其强度在各个方位都比较显著，能够达到基本一致。另外，实践测试中发现，土工合成材料在弹性、耐磨、耐腐蚀性、耐久性和抗微生物侵蚀性等性能方面也展现出良好优势，不易霉烂和虫蛀。提供合成材料在应用中展现毛细作用，内部含有尺寸形状不规则的网眼，使材料本身也具有较为良好的渗透性（水平向1×10-3～1×10-2cm/s）和良好的疏导作用，水可竖向、横向排出。土工聚合物存在抗紫外线（老化）能力较低的问题，如埋在土中，不受阳光紫外线照射，则不受影响，可使用40年以上。

土工合成材料的特性优势明显，适合在工程领域中全面应用。通过对该材料的实践应用研究可知，在水利、水运、公路、铁路、机场、市政、建筑、环境、矿山和农业等国民经济建设领域得到了广泛应用。例如，在市政道路工程中，采用土工格栅对路基进行加筋处理，能够有效提升路基的承载能力和稳定性；采用土工织物进行路面排水，可以有效地排除路面积水，提高路面的使用寿命。

二、土工合成材料在路基路面工程中具体应用研究

（一）土工合成材料在路基加筋施工中应用

路基路面施工中应用土工合成材料实施加筋施工有利于提升路基路面的稳定性和安全性。通过对公路工程施工进行研究发现，部分公路工程路基总体承载力不能够满足施工要求，所以为提升承载力，工程专家在研究之后提出在路基结构中增加土工合成材料，形成公路路基加筋层，利用加筋层本身的承载力使路基路面总体稳定性得到提升。加筋施工中利用土工合成材料的抗撕裂能力，抗拉强度是路基加固施工达到目标。

案例一：在市政道路跨线桥桥台施工过程中，针对地勘揭示的特殊地质条件（素填土地基，容重18kN/m³，填土层厚4m），设计采用土工合成材料加筋技术优化台背路基填筑工艺。台背填料选用以碎石土，具有良好的水稳定性与压实性能，土工合成材料与填料之间有足够的摩擦力。通过有限元软件计算分析，相较于不加筋路基，加筋后桥台路基沉降量由15cm降至8cm，降幅达46.7%，显著缓解了桥头跳车现象。加筋垫层的能够有效地减少总沉降量并且可以均化不均匀沉降，通过对路基土进行加筋处理，能够提高路基整体稳定性，协调桥梁与路基段的不均匀沉降，提高了道路运营过程中的行车舒适性，减少了道路寿命全过程的后续维护费用。

（二）土工合成材料在路基路面防护施工中应用

土工合成材料在路基防护施工中应用也比较常见，有利于提升路基防护施工的工程质量，降低坡面受损概率。路基施工的过程中利用土工合成材料可提升坡面防护以及冲刷防护施工技术，多元化的施工技术应用使路基防护施工高效开展，切实保证每项防护施工有序进行。在面对此种情况下，应开展关于路基防护施工的总体引导，切实保证每项防护施工有序进行。

第一，土工合成材料可以在坡面防护中应用。坡面防护的主要目的是防止公路路面投入应用后造成自然因素的破坏，在进行防护施工的过程中可以利用土工网材料设置坡面草皮、固定草种布，最后设置网格固定撒布草种，以此种方式之下，路面防护能力将得到全面增强。

第二，土工合成材料可以在冲刷防护中应用。针对路基在长期服役过程中面临的冲刷及淘刷作用，道路建设通过系统应用土工布、土工格栅等新型土工材料，构建起多维度的防护体系，复合防护模式可使路基抗冲刷性能显著提升，降低水土流失量，路基的总体抗冲刷能力得以增强，提升整体施工质量，降低后期路基维护成本。

案例二：

某市政道路工程在设计过程中，为了提升路基建设工程质量，设计采用三维植被网植草边坡防护工艺。

三维植被网（又称三维土工网垫）是由高分子聚酯（如聚乙烯、聚丙烯）等聚合物制成，通过热熔交织形成多层三维立体网状结构。

施工中先利用U型锚钉将高强度三维植被网锚固于边坡表层，随后实施客土喷播作业，将改良种植土与草种混合物均匀覆盖于网面。经养护后，边坡岩土基面、三维网体与喷播基质三者形成复合防护体系，其多孔隙结构可有效消减雨水径流冲击力，阻隔地表径流对坡面的侵蚀，从而实现固土护坡的核心功能。相较于传统的喷播植草或者铺草皮等边坡防护方案，该技术方案具有双重优势：一方面通过网垫的三维立体支撑，为植物根系提供稳固生长空间，促进植被快速成坪，形成持续稳定的生态防护层；另一方面，网垫与土体的机械咬合及植被根系的生物锚固作用协同作用，构建了兼具抗冲刷能力与生态恢复功能的长效防护系统，显著提升了路基边坡的综合防护效能。[2]

（三）土工合成材料在路面防渗施工中应用

水是危害道路路面工程质量的主要因素，也是路面结构层早期损坏的主要原因之一。在水的作用下，路面易形成翻浆、网裂、形变、坑洞、推挤、松散和严重辙槽等各种形式的破坏。水破坏发生在沥青混凝土面层上，也存在雨水从中央分隔带、路缘石接缝、人行道等处渗入路基，使路基承载能力大幅度下降，导致路面结构性破坏的现象。

当前背景下，土工合成材料在路面防渗施工中应用极为关键，将有利于提升防渗施工总体质量。路面总体防渗施工是路面施工的重要环节，提升路面防渗能力也有利于提升路面的耐久性。通过研究发现，目前工程应用比较常见的土工复合材料包括加筋复合土工膜、土工膜等

通过路面防渗施工技术研究发现，聚合物土工膜的整体防渗透性更加优良，抗老化能力更强，在路面长期被雨水冲刷的情况，其耐久性也要明显优于传统材料，使路面坑洼和变形的概率得以缩小。因此，在面对此种情况之时，应注重对路面防渗施工进行高效开展，解决路面防渗施工效率，提升总体防渗质量[3]。

案例三：

在城市道路设计中，道路沥青路面外侧一般为绿化带或者人行道等附属设施，雨水从中央分隔带、路缘石接缝、人行道等处渗入路面水稳基层，易形成周期性干湿循环，导致基层材料膨胀不均匀，易在约束部位（如路基边缘）产生纵向裂缝，基层裂缝可能反射至沥青面层，形成大面积网状裂缝。浸水严重的地方甚至会导致混合料松散，在车辆荷载下易形成车辙或波浪状不平整。[3]

针对这种情况，在城市道路设计中采用防渗土工布对路面基层两侧进行包封处理，防渗土工布一般为两布一膜的形式，选用“SN2/PE-20-400-0.5”型号，垂直渗透系数2.0×10-11 cm/s，该材料通过阻断水分渗透路径，有效抑制基层材料的水损害进程，显著提升道路结构耐久性及行车舒适度。该方案尤其在设置透水人行道路面的城市道路作用明显。[4]

结束语

土工合成材料凭借其轻质高强、耐腐蚀、易施工等特性，在公路路基路面工程中展现出显著的应用价值。本文通过案例分析表明：在路基加筋施工中，采用玻纤土工格栅可有效协调桥台与路基的不均匀沉降，降低桥头“跳车”风险；在边坡防护中，三维网植草技术通过机械咬合与生物锚固协同作用，构建了抗冲刷与生态恢复并重的长效防护体系；在路面防渗施工中，防渗土工布通过阻断水分渗透路径，显著抑制了基层材料的水损害进程，提升了道路耐久性。

然而，当前研究对土工合成材料的长期性能（如埋设环境下的老化规律）及复杂工况下的适应性仍需进一步验证。未来可结合智能化监测技术，开展材料全寿命周期性能评估，同时探索环保型、高性能复合材料的研发，以应对更高标准的工程需求。本文的研究成果可为公路工程中土工合成材料的选型、设计与施工提供参考，助力我国交通基础设施的高质量建设。

参考文献：

[1]郝建伟，王瑞.土工合成材料在公路软基处理中的应用与设计[J].工程建设与设计， 2023（1）：124-126.

[2] [1]崔光成，李锁平.采用三维土工网垫防护路基边坡[J].铁道建筑，2002，42（05）：23-25.

[3]潘文锋.土工合成材料在常发性浸水公路路堤养护中的应用[J].交通世界， 2024（4）：64-66.

[4]谢仁红.一种土工合成材料垂直渗透系数测定仪的研制及应用[J].中国水运（下半月）， 2023（11）：47-48+157.