馮治剛吳 杰 楊 中崔 飛 王桂生

（1.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 蚌埠 233000 2.安徽省水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

1 引言

土工織物是一種應(yīng)用較為廣泛的巖土工程材料，它具有穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕、造價(jià)低、便于運(yùn)輸和施工等優(yōu)點(diǎn)，土工織物的價(jià)格比砂石反濾料要低廉得多，可以縮短工期35%～80%，費(fèi)用降低30%～50%，因此發(fā)展?jié)摿Υ?。同時(shí)，從功能上完全可以替代砂石反濾料。某工程為一等大（1）型工程，主壩為1級建筑物，壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，壩體總長8545m，平均壩高12～13m，最大壩高21m。壩體上、下游護(hù)坡均采用無紡?fù)凉た椢餅V層，反濾、排水的可靠性直接影響大壩的安全，為確保工程安全，需對該土壩的無紡?fù)凉た椢锓礊V、排水設(shè)施進(jìn)行專項(xiàng)試驗(yàn)研究，其目的是確定無紡?fù)凉た椢锓礊V、排水的相關(guān)參數(shù)，以合理選用適當(dāng)?shù)臒o紡?fù)凉た椢铩?/p>

2 土工織物反濾、排水試驗(yàn)

2.1 土料試驗(yàn)及土工織物試驗(yàn)

根據(jù)土工試驗(yàn)相關(guān)規(guī)程，對B、C、D、E料場、壩基土、老壩土、減壓井6種土料進(jìn)行相關(guān)土工試驗(yàn)，測定被保護(hù)土的粒徑級配和滲透系數(shù)。設(shè)計(jì)反濾層時(shí)，要對反濾層的透水性和保土性進(jìn)行綜合考慮，才能合理地選擇土工織物濾層。對于不同的保護(hù)對象，土工織物的選擇標(biāo)準(zhǔn)是不相同的，必須從被保護(hù)土的性質(zhì)、粒徑級配、滲透性等基本特性出發(fā)。根據(jù)被保護(hù)土的滲透特性和粒徑分布特征，參照相關(guān)規(guī)范，確定土工織物的物理指標(biāo)和力學(xué)性能指標(biāo)。通過試驗(yàn)，其結(jié)果為：拉伸強(qiáng)度2#>3#>1#，撕裂強(qiáng)度2#>1#>3#，圓球頂破強(qiáng)度2#>1#>3#。經(jīng)綜合比較放棄2#土工織物，選取1#、3#土工織物作進(jìn)一步的淤堵試驗(yàn)。

2.2 水力作用下系統(tǒng)淤堵試驗(yàn)

（1）淤堵試驗(yàn)?zāi)康?/p>

淤堵試驗(yàn)一方面主要是驗(yàn)證在一定滲透力的作用下被保護(hù)土是否會穿過織物大量流失而產(chǎn)生管涌；另一方面是驗(yàn)證所選定的1#、3#兩種無紡織物孔徑是否會被土顆粒堵塞而導(dǎo)致織物的透水性嚴(yán)重衰退而失去排水作用。通過淤堵試驗(yàn)最終驗(yàn)證整個(gè)反濾系統(tǒng)性能的有效性和穩(wěn)定性，確定所選織物與被保護(hù)土料匹配是否合理。

（2）淤堵試驗(yàn)內(nèi)容

淤堵試驗(yàn)在管涌儀中進(jìn)行，試驗(yàn)裝置見圖1。根據(jù)不同的土料，進(jìn)行平行試驗(yàn)，每次試驗(yàn)均采用歷時(shí)為600～800h的滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)中施加較大的水力坡降（J=40～50）作用于“土+布”系統(tǒng)上，定時(shí)測定系統(tǒng)滲透系數(shù)，直到滲透系數(shù)趨于一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值，即可停止試驗(yàn)。系統(tǒng)滲透系數(shù)與時(shí)間關(guān)系為：試驗(yàn)開始階段，滲透系數(shù)變化較大，隨著時(shí)間的推移，滲透系數(shù)逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值。

試驗(yàn)中將土料按圖1所示次序裝入試驗(yàn)儀器中，每類土料及土工織物分別做2～3組平行試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，將系統(tǒng)的土工織物和土料仔細(xì)地分離，再分別測出淤后土和織物的滲透系數(shù)，分別將淤前、淤后織物與土的滲透系數(shù)記為K布前、K土前、K布后、K土后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、表2。通過對淤前、淤后滲透系數(shù)的比較來評價(jià)織物與土的匹配關(guān)系的好壞。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析及織物選型

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對試驗(yàn)結(jié)果從織物的保土性要求、透水性要求、抗淤堵性要求三方面進(jìn)行綜合分析，最終選定無紡?fù)凉た椢镱愋汀?/p>

表1 1#布與土料淤堵試驗(yàn)前后土、布滲透系數(shù)

表2 3#布與土料淤堵試驗(yàn)前后土、布滲透系數(shù)

3.1 保土性要求

根據(jù)被保護(hù)土的滲透性和粒徑分布特征值，參照規(guī)程，對土工織物提出如下控制指標(biāo)：

無紡?fù)凉た椢镉行Э讖絆95值為：

O95≤nd85

式中：O95——土工織物的等效孔徑（mm），即在土工織物孔徑大小分部曲線上小于該孔徑的含量為95%；

D85——被保護(hù)土的特征粒徑，即土中小于該粒徑的土料質(zhì)量占總質(zhì)量的85%（mm）；

N——隨土的粒徑和織物孔徑確定的系數(shù)。

單純從土料的顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果來看，似乎可以認(rèn)為所選擇的1#、3#織物的等效孔徑偏大，不滿足保土性要求，但進(jìn)一步考慮土工織物的有效孔徑是在無壓條件下測定的，而實(shí)際工程中，土工織物上有外壓存在，承受外壓后土工織物厚度變薄，滲透性減小，孔徑亦隨之減??；同時(shí)顆粒分析試驗(yàn)中外加分散劑，破壞了粘土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得所測得d85比團(tuán)體存在的d85?。涣硗?，“土+布”滲透系統(tǒng)在較大水力坡降（>40～50）作用下未見細(xì)顆粒流出，且土工織物在淤前、淤后的滲透系數(shù)之比在0.94～2.70之間，所以，1#、3#織物滿足保土性要求。

3.2 透水性要求

無紡?fù)凉た椢镌跓o壓條件下的滲透系數(shù)值：

K織>（10～100）K土

從表1、表2可知淤堵后K布后/K土后>>1000，滿足無紡?fù)凉た椢镒鳛榉礊V結(jié)構(gòu)的透水性要求。

3.3 抗淤堵性要求

從淤堵試驗(yàn)過程和表1、表2知，織物在淤堵前后的滲透系數(shù)很接近，即 1#、3#織物作 B、C、D、E 料場土、壩基土、老壩土的反濾料都不會發(fā)生淤堵。

4 結(jié)語

（1）該工程于2007年竣工，并經(jīng)過2007年淮河流域特大洪水的考驗(yàn)，主壩防滲排水系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，說明主壩防滲排水系統(tǒng)中無紡?fù)凉た椢锏倪x擇是非常成功的。

（2）無紡?fù)凉た椢锞哂匈|(zhì)輕、堅(jiān)硬、抗拉強(qiáng)度高、防沖等優(yōu)點(diǎn)，與筑壩土料緊密結(jié)合，能充分發(fā)揮其透水反濾整體性強(qiáng)的作用。

（3）無紡?fù)凉た椢锾娲鷤鹘y(tǒng)的砂、碎石材料做反濾層，施工期短、見效快、工程造價(jià)低；選擇無紡?fù)凉た椢镒龇礊V排水，應(yīng)科學(xué)比較、因地制宜，特別注意施工區(qū)土質(zhì)情況，帶有尖角的礫質(zhì)、碎石施工地段一般不宜采用，以防刺破土工織物。

（4）嚴(yán)把無紡?fù)凉た椢锏馁|(zhì)量關(guān)，必須經(jīng)過有資質(zhì)測試機(jī)構(gòu)的測試，試驗(yàn)合格后才投入使用。

（5）隨機(jī)性孔隙隨機(jī)分布于織物內(nèi)部，在某一部位不會全為孔洞或密不透風(fēng)。無紡?fù)凉た椢镌诜礊V中主要起媒介作用，使被保護(hù)土一定范圍內(nèi)形成顆粒由細(xì)到粗的天然反濾結(jié)構(gòu)；同時(shí)，土顆粒進(jìn)入織物具有層次性，隨著與土層距離的增加，織物滯留的土顆粒會依次遞減