黃岳文

(廣州市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣州 510640)

土工合成材料在廣州水利工程中的應(yīng)用介紹

黃岳文

(廣州市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣州 510640)

土工合成材料在廣州水利工程中的應(yīng)用越來越廣泛，結(jié)合具體工程案例介紹土工合成材料在廣州水利工程應(yīng)用的一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。土工布在水利工程中廣泛應(yīng)用于反濾設(shè)計(jì)，但應(yīng)注意施工時(shí)被水泥漿浸泡導(dǎo)致排水失效的情況；土工布還可用于局部軟土地基處理，但沉降量較大、沉降歷時(shí)較長(zhǎng)；在防沖槽等防沖設(shè)施與地基土之間設(shè)置土工布可有效保護(hù)基土免于沖刷破壞；土工充填袋已廣泛應(yīng)用于圍堰和搶險(xiǎn)工程，但由于對(duì)土工袋質(zhì)量和耐久性的擔(dān)心，目前還較少應(yīng)用于堤防工程。同時(shí)，介紹了聚苯乙烯板塊(EPS)應(yīng)用于軟基水閘引堤處理的實(shí)例，強(qiáng)調(diào)EPS應(yīng)用于堤防工程要注意對(duì)表面進(jìn)行覆蓋保護(hù)并做好抗浮計(jì)算；介紹利用加筋技術(shù)的生態(tài)擋墻和生態(tài)袋防護(hù)技術(shù)在廣州河道護(hù)岸工程中的應(yīng)用情況，但由于對(duì)袋體質(zhì)量和耐久性的擔(dān)心影響了生態(tài)袋防護(hù)技術(shù)的推廣。

土工合成材料；土工充填袋；聚苯乙烯板塊(EPS)；加筋擋土墻；水利工程;廣州

1 應(yīng)用背景

土工合成材料是指工程建設(shè)中應(yīng)用的與土、巖石或其他材料接觸的聚合物材料(含天然的)的總稱，包括土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料、土工特種材料[1]。土工合成材料具有反濾、排水、防滲、加筋、隔離和防護(hù)等作用，廣泛應(yīng)用于水利、鐵路、公路、水運(yùn)、市政、建筑、環(huán)保工程等領(lǐng)域。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，土工合成材料在廣州水利工程中的應(yīng)用越來越廣泛，如在南沙區(qū)采用塑料排水板對(duì)軟土堤基進(jìn)行處理，在流溪河堤防中采用復(fù)合土工膜防滲，對(duì)險(xiǎn)工險(xiǎn)段采用模袋混凝土護(hù)坡等。特別是隨著對(duì)河道生態(tài)的日益重視，土工合成材料越來越廣泛地應(yīng)用于河道生態(tài)護(hù)岸建設(shè)上。本文主要對(duì)土工織物、土工織物袋和泡沫聚苯乙烯板塊(expanded polystyrene sheet，EPS)以及土工加筋技術(shù)在廣州水利工程的應(yīng)用進(jìn)行介紹，分享應(yīng)用過程中的一些體會(huì)和思考，供類似工程參考。

2 土工織物的應(yīng)用

土工織物又叫土工布，在水利水電工程上得到廣泛應(yīng)用，多用于反濾、排水、隔離、加筋和防護(hù)等。在實(shí)際工程應(yīng)用中，往往并非單一作用，而是幾種作用的綜合。

2.1 土工布反濾

擋土墻排水暢通對(duì)于保證其安全很重要， 因此墻身要設(shè)置一定數(shù)量的排水孔以盡快排出墻后回填土的地下水， 但同時(shí)要避免墻后填土隨水流失， 故應(yīng)在墻后排水口處設(shè)置反濾。 一般設(shè)置碎石反濾， 該施工工藝比較瑣碎， 容易被忽視， 因此有時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)直接利用土工布替代碎石反濾。 如混凝土擋墻， 一般在墻內(nèi)設(shè)PVC排水管， 排水管后包扎2層無紡?fù)凉げ加糜诜礊V， 施工方便， 但在混凝土澆筑時(shí)水泥漿浸泡土工布易導(dǎo)致排水失效。 對(duì)于漿砌石擋墻， 墻內(nèi)設(shè)PVC排水管， 排水管后包扎2層無紡?fù)凉げ加糜诜礊V， 一般讓排水管稍微外伸可保證土工布不受砂漿浸泡， 施工方便， 很少出現(xiàn)排水管堵塞現(xiàn)象。 對(duì)于格賓石籠岸墻， 可直接在墻后鋪設(shè)土工布隔離反濾。 南沙區(qū)三西涌南端接西涌的池塘段(長(zhǎng)370 m)采用格賓石籠護(hù)腳(詳見圖1)， 墻后直接鋪設(shè)土工布隔離反濾， 格賓石籠頂鋪土種水生植物[2]， 從2004年8月完工至今沒有發(fā)現(xiàn)墻后填土流失現(xiàn)象。

圖1 格賓墻后用土工布反濾[2]Fig.1 Geotextile filtration behind the gabion retaining wall[2]

圖2 土工布在水閘海漫和防沖槽中的應(yīng)用Fig.2 Application of geotextile in the riprap and anti-scour trench of sluice

土工布反濾在海漫設(shè)計(jì)中很普遍，一般設(shè)置在碎石墊層下方，將碎石墊層與下墊砂層或基土隔離開，起反濾和隔離作用，見圖2。在最近部分水閘工程設(shè)計(jì)審查中發(fā)現(xiàn)有將土工布設(shè)置在碎石墊層與護(hù)坦和海漫結(jié)構(gòu)之間的情況，這樣的設(shè)計(jì)使土工布起隔離作用，施工時(shí)水泥漿浸泡將導(dǎo)致土工布排水失效，若排水孔不穿過土工布進(jìn)入碎石墊層，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)因揚(yáng)壓力過大而發(fā)生上浮破壞。

2.2 土工布加筋

采用土工合成材料對(duì)路堤加筋主要目的是提高路堤的整體滑動(dòng)安全系數(shù)，或在保證安全的前提下采用較陡邊坡以減少占地。單純采用平鋪土工合成材料加筋處理軟基能提高承載力，但對(duì)改善沉降的作用不大，沉降量一般還是比較大，沉降歷時(shí)也比較長(zhǎng)。因此，對(duì)于軟土層較厚的情況，只靠平鋪土工合成材料加筋效果并不太好。廣州南沙區(qū)蕉西泵站出口新建近200 m的外江堤防，堤基土層從上到下依次為：25 m厚的淤泥、5 m厚的淤泥質(zhì)砂土、8 m厚的粉質(zhì)黏土、4.5 m厚的密實(shí)礫砂和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。原設(shè)計(jì)塑料排水板處理堤基，施工單位因?yàn)榕潘骞こ塘啃《鴱?qiáng)烈要求變更方案，后改為加筋土工布對(duì)堤身填土加筋，堤防設(shè)計(jì)斷面如圖3。施工過程對(duì)堤防沉降進(jìn)行觀測(cè)，從2006年7月2日開始觀測(cè)，沉降曲線見圖4。

圖3 蕉西外江堤防設(shè)計(jì)斷面Fig.3 Design cross section of the Jiaoxi levee

圖4 蕉西外江堤防沉降曲線Fig.4 Settlement-time curve of the Jiaoxi levee

由圖4可知，大部分沉降發(fā)生在早期，到2006年9月23日(歷時(shí)83 d)的沉降量為1 169 mm，其后23 d的沉降量只有25 mm，沉降趨于穩(wěn)定；在增加約1 m厚的填土后，沉降繼續(xù)發(fā)展；到2008年3月中旬又一次加高，此次加高引起的沉降較小，到2008年6月16日最后一次觀測(cè)，新增沉降量120 mm。設(shè)計(jì)不到4 m高的堤防，2 a內(nèi)的沉降量超過2 m。2016年10月11日回訪工地了解到工程移交管理以來沒有再進(jìn)行沉降觀測(cè)，但從堤防與泵站出口樁基礎(chǔ)箱涵的高差可估計(jì)8 a多以來又發(fā)生近500 mm的沉降。

平鋪土工布加筋主要應(yīng)用于局部淤泥層不是很厚的地基加固處理，一般結(jié)合中粗砂墊層使用。如堤線穿過魚塘或古河道，對(duì)淤泥堤基進(jìn)行處理，由于處理范圍小，采用其它堤基處理方法不經(jīng)濟(jì)，此時(shí)可考慮采用加筋土工布。土工布在砂墊層的加筋作用一方面使得路堤荷載向兩側(cè)擴(kuò)散，減小路基中心應(yīng)力；另一方面有效約束側(cè)向位移和側(cè)向擠出量,從而減小豎向壓縮變形[3],即土工布可減小沉降的主要原理為一方面是由于路堤中心的有效荷載降低，另一方面是由于側(cè)向位移和側(cè)向擠出量減少。此外，土工布及其底部的砂層，作為水平排水通道，加速了軟土的排水固結(jié)。流溪河堤防部分穿過魚塘的堤段采用土工布加筋處理軟基，盡管沉降量較大，沉降歷時(shí)較長(zhǎng)，但大部分沉降在施工期完成，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)預(yù)留堤高或在沉降基本穩(wěn)定后再培高可保證堤頂設(shè)計(jì)高程。在土堤竣工2～3 a后堤頂鋪設(shè)混凝土路面，經(jīng)多年運(yùn)行沒有出現(xiàn)裂縫，證明采用土工布加筋處理流溪河堤防魚塘淤泥堤基是成功的。

通常平鋪土工合成材料加筋是結(jié)合其它地基處理設(shè)施如碎石樁、攪拌樁或預(yù)制樁復(fù)合地基一起使用，形成平鋪加筋群樁復(fù)合地基，可使路堤的填土荷載均勻作用于樁頂和樁間土，進(jìn)一步發(fā)揮樁和土的共同作用，提高地基承載力，減少沉降。但對(duì)于平鋪土工合成材料加筋結(jié)合塑料排水板(或砂井)處理軟基的設(shè)計(jì)方案(參見規(guī)范[4]中圖5.1.1 (c))卻值得商榷：在上部荷載作用下，塑料排水板(或砂井)作為豎向排水通道加快軟土地基的排水固結(jié)，從而提高地基承載力，承載力改善情況與上部荷載作用(大小和時(shí)間)密切相關(guān)；土工合成材料加筋是通過約束軟土的側(cè)向變形，改善軟基上部的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，使應(yīng)力分布均勻，從而提高地基承載力和穩(wěn)定性；一旦加筋材料發(fā)生斷裂破壞，軟基受到的上部荷載將突然增大，有可能出現(xiàn)地基破壞的情況。

2.3 土工布隔離保護(hù)

水閘下游的消能防沖設(shè)計(jì)是水閘設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。經(jīng)過消力池后的水流底部流速仍然較大，紊動(dòng)激烈，一般需要設(shè)置海漫護(hù)底，以免引起嚴(yán)重沖刷。如果要求河床完全沒有沖刷，海漫必須做得很長(zhǎng)，既不經(jīng)濟(jì)也沒有必要，為此，常接著海漫設(shè)置一道防沖槽。防沖槽一般為堆石結(jié)構(gòu)，槽頂與海漫頂面齊平，槽底高程取決于沖刷深度、開挖施工和堆石數(shù)量等條件[5]。傳統(tǒng)防沖槽與河床基土之間沒有設(shè)置過渡層，堆石直接落在河床基土上，河床基土容易發(fā)生沖刷破壞，砂走石沉，經(jīng)常需要對(duì)防沖槽補(bǔ)拋石，否則會(huì)影響到海漫的安全。在防沖槽堆石結(jié)構(gòu)與河床基土之間鋪設(shè)土工布(見圖2)，可有效保護(hù)基土免于沖刷破壞。沿流溪河堤防設(shè)置不少水閘以保證高水位時(shí)不倒灌入支流，水閘出口處土質(zhì)多為粉細(xì)砂及粉土，容易發(fā)生沖刷破壞，原設(shè)計(jì)時(shí)消力池下游海漫部分僅有拋石，汛期幾場(chǎng)大雨后，拋石很快就被沖走，河床基土也被沖走，影響水閘安全。后來設(shè)計(jì)在海漫及防沖槽底部均先鋪設(shè)一層無紡?fù)凉げ?，在土工布上鋪碎石后再放石籠。經(jīng)此改建后，水閘出口段再也沒有產(chǎn)生大的沖刷變形[6]。

對(duì)于需要護(hù)底的河段和水流沖刷較嚴(yán)重的堤前護(hù)腳，同樣可在防護(hù)結(jié)構(gòu)與基土之間設(shè)置土工布對(duì)基土進(jìn)行防護(hù)。但對(duì)于常用的拋石施工，應(yīng)研究拋石對(duì)土工布的破壞影響，并在設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。

3 土工充填袋在圍堰工程的應(yīng)用

土工織物充填袋，簡(jiǎn)稱土工袋，針對(duì)土工充填袋筑堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、袋體材料及充填土料、施工工藝等，已有相關(guān)技術(shù)規(guī)范[1，7]，充填袋筑堤整體性好，且為柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)地形及沉降有很強(qiáng)的適應(yīng)性，還具有降低工作量、縮短施工周期、節(jié)省工程費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。水運(yùn)部門對(duì)充填袋筑堤技術(shù)研究和應(yīng)用走在其他行業(yè)前面，將其廣泛應(yīng)用于圍堤、防波堤、護(hù)岸和航道整治等工程。在廣州水利工程中土工充填袋主要應(yīng)用于圍堰工程。

3.1 工程概況

廣州水利工程最早應(yīng)用土工充填袋的是蕉東閘橋外江圍堰工程。蕉東閘橋位于南沙區(qū)蕉門河連接小虎瀝的河口，臨時(shí)建筑物4級(jí)。內(nèi)河圍堰利用舊閘，新建外江圍堰擋潮以保證工程干地施工。圍堰長(zhǎng)約120 m，高7.1 m。地層巖性由上往下主要有淤泥、淤泥質(zhì)中砂、沖積的粉質(zhì)黏土。圍堰河道淤泥層厚度為5.2～8.2 m，黏聚力c=3 kPa，內(nèi)摩擦角為2°，允許承載力40 kPa，壓縮系數(shù)大于0.5/MPa。該工程臨近珠江出?？冢瑖呖癸L(fēng)浪沖刷的要求高。

3.2 圍堰方案比選

對(duì)土圍堰、砂包圍堰、土工袋圍堰3個(gè)方案進(jìn)行比選。從投資上看，土圍堰最高為142萬元，砂包圍堰為122萬元，土工袋圍堰最省為82萬元。從環(huán)保上看，土圍堰對(duì)土料要求高，開挖黏土對(duì)環(huán)境破壞較大；砂包圍堰和土工袋圍堰可就近采用海砂，對(duì)環(huán)境影響較小。從施工上看，3種方案施工都比較簡(jiǎn)單，其中土圍堰和土工袋圍堰施工機(jī)械化程度高，工期較短；砂包圍堰主要依靠人工，工期較長(zhǎng)。從運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)上看，土工袋圍堰整體性好，穩(wěn)定性和抗沖刷能力強(qiáng)，運(yùn)行期風(fēng)險(xiǎn)最低。經(jīng)綜合比選，最后選用土工充填袋圍堰方案。

3.3 土工袋圍堰設(shè)計(jì)施工

堰基淤泥層較厚，基礎(chǔ)承載力低，要求圍堰不僅滿足良好的防滲、抗沖性能，而且具有良好的穩(wěn)定性。土工袋圍堰設(shè)計(jì)橫斷面見圖5，底部通過鋪設(shè)砂墊層整平，砂墊層頂高程為-3.0 m，砂墊層起到圍堰荷載擴(kuò)散和堰基淤泥層固結(jié)排水通道作用，兩側(cè)各延伸10 m作為反壓平臺(tái)。在圍堰外江側(cè)-1.0 m以下鋪設(shè)土工膜、-1.0 m以上鋪設(shè)三色布防滲，在-2.5 m以下鋪砂包護(hù)腳。土工袋選用規(guī)格型號(hào)為200 g/m2的抗老化編織土工布。土工袋按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要設(shè)計(jì)尺寸，袋的厚度設(shè)計(jì)在沖填完成后達(dá)0.5 m，沿河道方向每層設(shè)計(jì)成單幅，而垂直于河道方向每層由多幅土工袋搭接形成，搭接長(zhǎng)度為0.5～1.0 m，上下層土工袋搭接處要錯(cuò)開。施工過程加強(qiáng)觀測(cè)，特別是圍堰坡角的位移觀測(cè)和堰中部的沉降觀測(cè)，根據(jù)沉降情況控制施工進(jìn)度。

圖5 土工袋圍堰橫斷面設(shè)計(jì)Fig.5 Design of the cross section of geotextile bags cofferdam

3.4 效果與討論

該圍堰于2005年7月完工，整個(gè)施工期圍堰安全。土工袋充填砂土在蕉東閘橋圍堰工程的成功應(yīng)用為其他圍堰工程做了很好的示范。此后，廣州地區(qū)軟基上的圍堰工程多采用土工袋充填圍堰，甚至直接利用河涌清淤泥土充填。該技術(shù)取材便捷、工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、安全環(huán)保，成為軟土地區(qū)筑堰技術(shù)的首選。2012年年底在某水庫土壩搶險(xiǎn)中也采用土工袋充填砂壓腳提高土壩整體滑動(dòng)安全系數(shù)。

土工充填袋技術(shù)的關(guān)鍵就是既要求有保土性，也要求有一定的透水性，這一對(duì)矛盾的統(tǒng)一體如何統(tǒng)一，主要取決于充填土的粒徑和土工織物的等效孔徑?？山梃b反濾準(zhǔn)則對(duì)袋體材料提出設(shè)計(jì)要求。在土工袋充填過程中，如果透水性差，會(huì)影響施工進(jìn)度，同時(shí)由于袋體內(nèi)水排出慢，容易導(dǎo)致袋體破裂。因此，規(guī)范[1,7]建議采用砂性土為充填料。

水利工程中將土工充填袋應(yīng)用于堤防主體工程建設(shè)較少見，多用于固灘護(hù)腳以及搶險(xiǎn)和圍堰工程。堤防工程是擋水工程，一般未采用土工充填袋筑堤的原因主要體現(xiàn)在以下方面：①為了保證施工質(zhì)量，多采用砂性土為充填料，但砂性土的滲透穩(wěn)定性較差，習(xí)慣上多用黏性土筑堤；②對(duì)土工袋質(zhì)量和耐久性的擔(dān)心，一旦土工袋破損，袋內(nèi)充填粉細(xì)砂，在高水位情況下容易出現(xiàn)滲透破壞；③土工袋之間容易形成滲水通道。理論上可在袋之間鋪填薄層黏性土后，再覆蓋上一層土工袋，但這樣增加了施工難度。

4 EPS應(yīng)用于軟基水閘引堤處理

4.1 傳統(tǒng)軟基水閘引堤處理存在的問題

對(duì)軟土地基上涵閘基礎(chǔ)的處理一直是涵閘工程的難題。水閘軟基處理不僅是閘基問題，還要考慮閘室與兩側(cè)引堤的整體性及沉降變形的協(xié)調(diào)和過渡問題。在閘兩側(cè)填土荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，對(duì)水閘產(chǎn)生不利影響。通過對(duì)珠三角軟土地區(qū)早期水閘的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在20世紀(jì)80年代前建設(shè)的水閘及穿堤涵洞，地基處理主要是采用浮運(yùn)閘、換砂墊層和木樁等技術(shù)。當(dāng)多孔水閘順?biāo)鞣较蛴蟹挚p時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降、閘室傾斜，影響閘門起吊；當(dāng)沒有分縫時(shí)，在引堤填土荷載作用下水閘底板受力增大，甚至發(fā)生折斷破壞。后來建設(shè)的樁基水閘，在水閘兩側(cè)回填土邊荷載作用下，地基軟土層將發(fā)生較大壓縮沉降，帶動(dòng)臨近底板基土一起下沉，容易引起閘室邊墩基底軟土層沉降與閘底板脫空，在閘底形成集中滲漏通道，給水閘留下安全隱患。

為減小引堤填土荷載產(chǎn)生較大的沉降變形對(duì)水閘的不利影響，常在水閘邊墩兩側(cè)連接堤設(shè)置混凝土減壓空箱，減壓箱在引堤填土荷載作用下將產(chǎn)生不均勻沉降，從而在減壓箱與水閘邊墩之間出現(xiàn)漏水通道。如廣州增城某水閘重建工程，閘室采用換填砂基礎(chǔ)處理，閘室兩岸設(shè)減壓箱。新水閘于 2001 年建成并投入運(yùn)行，但由于水閘減壓箱地基發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致其上部樓梯間結(jié)構(gòu)傾斜拉裂破壞，影響水閘的正常運(yùn)行管理[8]。

4.2 泡沫聚苯乙烯板塊(EPS)簡(jiǎn)介

EPS是由聚苯乙烯加入發(fā)泡劑膨脹經(jīng)模塑或擠壓制成的輕型板塊，具有密度小、易于安裝的特點(diǎn)，其密度一般為20～40 kg/m3，是一般壓實(shí)填土密度的1/100～1/50[4]。挪威國家公路研究所的研究表明[9]：埋在土中使用12 a的EPS，其壓縮強(qiáng)度幾乎等于施工時(shí)的強(qiáng)度；在地下水位以下埋設(shè)9 a后EPS最大吸水量?jī)H為9%?？梢奅PS是一種優(yōu)良的輕質(zhì)填料，常用于橋頭或軟基路段以及需要減載的場(chǎng)合。因此，在軟基水閘引堤處理時(shí)可考慮應(yīng)用EPS填料。

4.3 EPS應(yīng)用于軟基水閘引堤處理

2006年，南沙區(qū)萬頃沙圍重建一批擋潮閘，水閘地基土層為第四系沖淤積層，淤泥及淤泥質(zhì)黏土層厚度普遍在20 m以上，該層壓縮性高，地基承載力低。設(shè)計(jì)采用樁徑550 mm的水泥土攪拌樁對(duì)閘室、上下游翼墻及引堤堤基進(jìn)行處理。閘室兩側(cè)引堤需在原河床上重新填筑，全部填土筑堤，其沉降量將遠(yuǎn)大于水閘，因此應(yīng)采取措施減小引堤的沉降量。設(shè)計(jì)大多在水閘邊墩兩側(cè)連接堤設(shè)置混凝土減壓空箱，但其中十四涌西水閘和十七涌西水閘兩側(cè)引堤采用在引堤混凝土路面下部埋設(shè)EPS填料減載。經(jīng)過抗浮驗(yàn)算和穩(wěn)定計(jì)算，確定EPS填料埋設(shè)深度為3 m(堤頂設(shè)計(jì)高程5.0 m)。

2016年10月11日回訪十七涌西水閘工地，從管理人員了解到，工程完工以來，運(yùn)行良好，引堤沒有發(fā)現(xiàn)裂縫和滲漏水現(xiàn)象，經(jīng)受住0814號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“黑格比”高潮位的考驗(yàn)(0814號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)于2008年9月24日半夜經(jīng)過珠江口時(shí)正逢天文高潮位，珠江口多個(gè)潮位站點(diǎn)出現(xiàn)歷史以來最高潮位，附近的萬頃沙西潮位站錄得200 a一遇潮位2.78 m)。但從現(xiàn)場(chǎng)可看到引堤與水閘存在明顯沉降差，邊墩接觸面處沉降差達(dá)130 mm，比原設(shè)計(jì)估算的沉降差大得多。這可能與閘室地基攪拌樁處理采用雙排格柵布置限制了格柵內(nèi)淤泥土的側(cè)向擠出，有利于減少沉降，而引堤攪拌樁處理則采用等邊三角形散體柱狀布置有關(guān)。顯然，設(shè)計(jì)可以通過增加地基處理的費(fèi)用進(jìn)一步減小引堤沉降量。

4.4 EPS應(yīng)用于堤防工程應(yīng)注意的問題

有研究顯示，在特殊的條件下白蟻可能對(duì)EPS造成破壞；長(zhǎng)時(shí)間受紫外線照射，EPS的表面會(huì)由白色變?yōu)辄S色，而且材料在某種程度上呈現(xiàn)脆性；在大多數(shù)溶劑中EPS性質(zhì)穩(wěn)定，但在汽油或煤油中可溶解[9]。鑒于上述原因，EPS在用作輕質(zhì)路堤填料時(shí)要注意對(duì)表面進(jìn)行覆蓋保護(hù)。

由于EPS自身重度很小，高水位時(shí)可能會(huì)由于水浮力而導(dǎo)致浮起破壞或降低堤防穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)時(shí)一定要進(jìn)行抗浮計(jì)算，而且一般情況下EPS不宜埋設(shè)在堤防底部，宜埋設(shè)在堤防上部并做好抗沖防護(hù)。對(duì)于海堤埋設(shè)EPS時(shí)，應(yīng)復(fù)核在風(fēng)暴潮沖擊情況下的堤防穩(wěn)定。

5 土工加筋技術(shù)在生態(tài)岸墻的應(yīng)用

近年來，隨著對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，河道整治工程中對(duì)生態(tài)性的要求越來越高，逐漸擯棄傳統(tǒng)的圬工護(hù)岸，強(qiáng)調(diào)生態(tài)護(hù)岸，如廣州近幾年開展的生態(tài)水城建設(shè)要求新建堤岸中生態(tài)護(hù)岸不得少于85%。河道生態(tài)斷面常用緩坡斷面和軟性護(hù)坡形式，確保內(nèi)外透水。對(duì)于流經(jīng)城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的河流，因?yàn)橛玫鼐o張等緣故而難以采用緩坡斷面，常采用矩形斷面或下部直墻上部緩坡的復(fù)式斷面，因此不得不采用墻式護(hù)岸。生態(tài)擋墻技術(shù)隨之興起，而生態(tài)岸墻一般多為加筋擋土墻，只是墻面采用各種生態(tài)砌塊或生態(tài)袋，因此可參考有關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.1 生態(tài)砌塊加筋擋墻在護(hù)岸工程的應(yīng)用

廣州最早采用生態(tài)砌塊加筋擋墻技術(shù)的是2007年修建的白云湖引水渠。由于用地緊張，為減少拆遷量，廣州白云湖引水渠穿過居民區(qū)段設(shè)計(jì)采用墻式護(hù)岸，墻高為2.5～4.5 m。經(jīng)過方案比選，最終采用榮勛砌塊生態(tài)擋墻(約2 km長(zhǎng))，主要是考慮到工程穿過居民區(qū)，出現(xiàn)不慎落水者的可能性增大，榮勛擋墻呈10°仰角，其生態(tài)孔方便不慎落水者攀爬自救(見圖6[10])。

圖6 榮勛擋墻方便攀爬[10]Fig.6 Rongxun retaining wall for easy climbing[10]

白云湖引水渠也是廣東省墻式護(hù)岸應(yīng)用榮勛生態(tài)擋墻的首例工程，完工后多次接受參觀。此后，榮勛生態(tài)擋墻護(hù)岸在珠三角地區(qū)陸續(xù)得到推廣。

榮勛擋墻的生態(tài)結(jié)構(gòu)，不是在砌塊上開孔設(shè)洞，而是砌塊在形成墻體時(shí)通過離縫砌筑留置生態(tài)孔。考慮到白云湖引水渠設(shè)計(jì)流速為0.65～ 0.73 m/s，而榮勛砌塊的“脊”對(duì)生態(tài)孔具有擋土作用，因此沒有在墻背生態(tài)孔設(shè)置定位塊和反濾，墻后回填開挖土，對(duì)常水位以上生態(tài)孔種植綠化[10]。工程運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，局部轉(zhuǎn)彎處發(fā)生墻后填土淘刷情況，可見對(duì)于流速較大或受波浪沖擊等情況，應(yīng)在墻背生態(tài)孔中設(shè)置定位塊，并在墻背增設(shè)反濾措施以保證擋墻不漏土，此時(shí)無法利用生態(tài)孔種植綠化。

榮勛擋墻的主要優(yōu)點(diǎn)是方便攀爬自救和施工簡(jiǎn)單快捷，但景觀效果較差。完建于2010年的東濠涌整治工程引進(jìn)景觀效果更好的美國Keystone景觀式擋土磚修建生態(tài)岸墻(見圖7)，造價(jià)比榮勛擋墻高，施工也較為復(fù)雜。目前生態(tài)砌塊加筋岸墻一般應(yīng)用于流速較小的平原河道，流速較大、抗沖要求高的山區(qū)或丘陵河道多采用格賓石籠。

圖7 東濠涌Keystone生態(tài)岸墻效果Fig.7 Picture of Keystone ecological retaining wall at Donghaochong

5.2 生態(tài)袋在河道護(hù)岸工程的應(yīng)用

生態(tài)袋護(hù)坡系統(tǒng)是近年從國外引進(jìn)的一種邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)，其核心技術(shù)是高分子生態(tài)袋,由聚丙烯及其它高分子材料復(fù)合制成的材料編織而成，是一種由進(jìn)口的高科技材料制成的護(hù)坡材料。該材料耐腐蝕性強(qiáng)，耐微生物分解，抗紫外線，易于植物生長(zhǎng)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)70 a。生態(tài)袋的主要特點(diǎn)是：允許水從袋體滲出，從而減小袋體的靜水壓力；不允許袋中土壤瀉出袋外，達(dá)到了水土保持的目的，成為植被賴以生存的介質(zhì)；袋體柔軟，整體性好。

生態(tài)袋護(hù)坡系統(tǒng)將植物生長(zhǎng)基質(zhì)固定在袋體內(nèi)，同時(shí)利用植物根系的“錨固”作用而使護(hù)坡更穩(wěn)定和具有抗沖刷能力，還具有美化環(huán)境的效果。生態(tài)袋技術(shù)使用簡(jiǎn)單方便，施工速度快。由于其內(nèi)鎖的結(jié)構(gòu)和輔助加筋格柵等土工材料，使得邊坡傾角可以在45°～90°之間自由建立，可根據(jù)不同地形靈活施工，對(duì)于從直墻過渡到斜坡的扭面處理更具有優(yōu)勢(shì)。筆者于2009年在金沙洲河涌橋涵與堤岸坡面過渡的銜接處理中采用生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)，2016年1月底回訪工地，效果不錯(cuò)，圖8是回訪時(shí)拍的生態(tài)袋護(hù)岸相片。但在從化區(qū)一些河道護(hù)岸中也采用生態(tài)袋護(hù)坡時(shí)，沒幾年袋就老化破壞了。

圖8 生態(tài)袋護(hù)岸效果Fig.8 Revetmenteffectofeco-bags

不同的護(hù)坡工程對(duì)生態(tài)袋的技術(shù)要求也不一樣。邊坡較緩，只要求邊坡復(fù)綠的，對(duì)袋的要求不高，在邊坡植被恢復(fù)后可不再考慮袋的防護(hù)作用。但對(duì)于河道護(hù)岸和較陡邊坡，單靠坡面植被無法對(duì)邊坡進(jìn)行有效防護(hù)，對(duì)生態(tài)袋無論是其耐久性還是強(qiáng)度及韌性的要求都比較高，這關(guān)系到工程能否得以長(zhǎng)久安全使用。目前市場(chǎng)上的生態(tài)袋良莠不齊，即使是聲稱生態(tài)袋完全進(jìn)口的廠家，往往也難以拿出材料耐久性的有效證明。這種現(xiàn)狀影響到生態(tài)袋技術(shù)在河道護(hù)岸中的應(yīng)用推廣。

6 結(jié) 語

如何合理利用有限的資金，高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)地修建水利工程，是我國水利工程建設(shè)者面臨的重要課題，這要求我們必須解放思想，摒棄舊觀念，大膽創(chuàng)新，及時(shí)采納新思想、新技術(shù)。土工合成材料作為新材料在水利工程上得到廣泛應(yīng)用，能少花錢而修建高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的水利工程。加強(qiáng)對(duì)土工合成材料應(yīng)用的研究，總結(jié)以往應(yīng)用案例的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)進(jìn)一步推廣土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用具有重大意義。

[1]GB/T 50290—2014，土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]. 北京:中國計(jì)劃出版社，2014.

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(編輯：黃 玲)

Introduction to the Application of Geosyntheticsto Hydraulic Projects in Guangzhou

HUANG Yue-wen

(Guangzhou Water Engineering Construction Management Center, Guangzhou 510640, China )

Geosynthetics are widely used in hydraulic projects in Guangzhou city. In this article, experiences and understandings in the application of geosynthetics to hydraulic projects in Guangzhou are discussed. Geotextiles are widely used for anti-filtration design in hydraulic engineering, but attentions should be paid to the invalid drainage when geotextiles are clogged by slurry during construction. Geotextiles can also be applied to localised treatment of soft soil foundation, but the settlement is generally large and occurs over a long period. Moreover, geotextiles can be placed between erosion-resistant facility, such as anti-scour trench, and foundation soil to protect the soil from erosion damage. Soil filling geotextile bags are widely used in cofferdam and emergency projects, but rarely in embankment projects due to worries about their quality and durability. Furthermore, an example of EPS(expanded polystyrene sheet) used in soft soil treatment in a sluice connecting embankment is introduced, and the importance of surface protection and anti-floating calculation is pointed out. The applications of ecological retaining wall and ecological bags to river revetment projects in Guangzhou are also introduced. But worries about the quality and durability of ecological bags affect the popularization of eco-bag technology.

geosynthetics；soil filling geotextile bags；expanded polystyrene sheet；reinforced retaining wall；hydraulic projects；Guangzhou

2016-10-18；

2016-11-03

黃岳文(1973- )，男，廣東潮州人，高級(jí)工程師，碩士，注冊(cè)土木工程師(巖土)，主要從事水務(wù)工程技術(shù)審查工作，(電話)020-38203009(電子信箱)huangyuewen1973@163.com。

10.11988/ckyyb.20161071

TU443

A

1001-5485(2017)02-0120-06

2017,34(2):120-125