(江西省水利水電建設(shè)有限公司， 江西 南昌 330000)

施工技術(shù)

土工合成材料在水利施工中的應(yīng)用實(shí)例介紹

周林政

(江西省水利水電建設(shè)有限公司， 江西 南昌 330000)

本文以江西省水利工程建設(shè)為例，對土工合成材料應(yīng)用到工程中的案例分別進(jìn)行了介紹，對材料應(yīng)用范圍、應(yīng)用效果、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，對土工合成材料的反濾、排水、加筋、隔離、防護(hù)等功能在圍堰工程、軟基水閘引堤工程、生態(tài)岸墻工程中應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，力求促進(jìn)土工合成材料在水利工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

土工合成材料；水利工程；應(yīng)用

1 概 述

土工合成材料分為多種類型，主要有土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料、土工特種材料等，這些聚合物材料應(yīng)用于土木工程施工中主要與土、巖石、其他材料接觸，因具有反濾、排水、防滲、隔離、防護(hù)等良好的性能，多用于水利、道路、民建等土木建設(shè)領(lǐng)域中[1]。

自2000年以來，隨著土工合成材料技術(shù)逐漸發(fā)展，其優(yōu)越性能逐漸被水利施工建設(shè)者發(fā)現(xiàn)，在水利工程中，主要應(yīng)用于軟土堤基、河堤防護(hù)、險(xiǎn)工險(xiǎn)段護(hù)坡防護(hù)等[4-6]。本文以江西省水利工程建設(shè)為例，將筆者所參與及調(diào)研的工程中應(yīng)用到的土工合成材料情況進(jìn)行介紹，并對材料應(yīng)用范圍、應(yīng)用效果、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行總結(jié)。重點(diǎn)介紹土工織物的反濾、排水、加筋、隔離、防護(hù)等功能在圍堰工程、軟基水閘引堤工程、生態(tài)岸墻工程中的應(yīng)用，并后期進(jìn)行回訪跟蹤，分析其實(shí)際應(yīng)用效果，為其它水利工程提供真實(shí)的施工經(jīng)驗(yàn)。

2 土工織物應(yīng)用

土工織物俗稱土工布，在水利施工建設(shè)中主要利用其實(shí)現(xiàn)反濾、排水、加筋、隔離、防護(hù)等。在實(shí)際應(yīng)用中，常常是多種功能同時(shí)使用。

2.1 土工布反濾作用

擋土墻排水效果嚴(yán)重影響著壩體的安全性。墻身設(shè)置排水孔既要快速排水，還有防止墻后填土隨水流失，因此，在墻后排水口處設(shè)置反濾，一般選用工序簡單的土工布。要充分考慮擋墻類型決定土工布如何使用，在混凝土擋墻墻內(nèi)設(shè)PVC排水管的情況，在排水管后包裹2～3層土工布即可；在漿砌石擋墻墻內(nèi)設(shè)PVC排水管，同樣排水管后包裹2～3層土工布，同時(shí)，令排水管外伸一段距離避免砂漿浸泡；在格賓石籠岸墻，將土工布鋪設(shè)墻后即可起到隔離反濾效果。江西省某河道段是格賓石籠護(hù)腳(見圖1)，墻后采用土工布鋪設(shè)隔離反濾，自2010年竣工投入使用至今未出現(xiàn)墻后填土流失情況。

圖1 格賓墻后用土工布反濾設(shè)計(jì)

土工布反濾多用于海漫設(shè)計(jì)中，多鋪設(shè)在碎石墊層下面，以隔離碎石墊層與下墊砂層、基土，具體位置見圖2。

圖2 土工布在水閘海漫中應(yīng)用時(shí)結(jié)構(gòu)示意

2.2 土工布加筋

利用土工合成材料對路堤加筋可以有效提升路堤滑動安全性能，同時(shí)，可以降低邊坡占地面積[3]。僅借助鋪設(shè)土工合成材料加筋處理軟基可提升其承載性能，但無法減少沉降量與縮短沉降時(shí)長。

為解決此類弊端，針對江西省某軟土層較厚的外江堤防，選用加筋土工布對堤身填土加筋。堤基土層按照上下順次分別是：26m淤泥、6m淤泥質(zhì)砂土、9m粉質(zhì)黏土、4.8m密實(shí)礫砂與強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，堤防設(shè)計(jì)斷面見圖3。自施工開始持續(xù)監(jiān)測堤防沉降情況至2016年8月18日共監(jiān)測900天。沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線見圖4。

圖3 江西省某堤防設(shè)計(jì)橫斷面

圖4 江西省某堤岸沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線

分析圖4不難看出，早期沉降量較大，后期沉降不明顯，基本處于平衡狀態(tài)。在85天前沉降量達(dá)到1240mm，在86～110天間沉降量僅24mm，沉降趨于穩(wěn)定。當(dāng)增加0.95m填土后，沉降速率上升；在2015年5月14日再次加高，此時(shí)沉降量不大，直到2016年8月18日最后一次監(jiān)測，沉降量新增加115mm。

2.3 土工布隔離防護(hù)

水閘下游的消能防沖設(shè)計(jì)可有效降低水流速度，減少水土流失。為了進(jìn)一步保證水土流失現(xiàn)象不發(fā)生，需設(shè)置海漫護(hù)底。為了節(jié)約資金投入，設(shè)置一段海漫護(hù)底后接入一道防沖槽。防沖槽與河床基土間若不設(shè)置過渡層，會造成堆石直接落在河床基土上，極易造成砂石流失，增加后期防護(hù)資本，同時(shí)增加海漫的危險(xiǎn)性。為解決此問題，在防沖槽堆石結(jié)構(gòu)和河床基土間布設(shè)土工布，降低水流對基土沖刷作用(具體布設(shè)位置見圖2)。在海漫與防沖槽底部先布設(shè)一層無紡?fù)凉げ?，在上鋪設(shè)碎石后再放置石籠，這樣降低了水閘出口段的沖刷形變。考慮到護(hù)底的河段與水流沖刷較大的堤前護(hù)角的防護(hù)工作，可在防護(hù)結(jié)構(gòu)和基土間鋪設(shè)土工布以防護(hù)好基土。

3 土工合成材料工程應(yīng)用

土工織物充填袋俗稱土工袋，采用土工袋修筑的堤壩整體性優(yōu)良，因具有良好的柔性特性，可以適應(yīng)多種地形及復(fù)雜沉降，并且工作量小，減少工期，縮減施工成本。土工織物充填袋多用在圍堤、防波堤、護(hù)岸與航道整治中，在江西省境內(nèi)多用于圍堰工程中。

3.1 土工填充袋在圍堰中的應(yīng)用

江西省典型應(yīng)用土工充填袋的工程是贛州市寧都縣某水庫的圍堰工程。該工程地處寧都縣西南部，連接當(dāng)?shù)貎蓷l河流，臨時(shí)建筑物是4級。圍堰長118m，高7.2m。其地質(zhì)結(jié)構(gòu)從上到下依次是淤泥、淤泥質(zhì)中砂、粉質(zhì)黏土等，圍堰河道淤泥厚度范圍在5.1～8.6m，其黏聚力是3.20kPa，內(nèi)摩擦角度是3°，最大承載力是38kPa，壓縮系數(shù)遠(yuǎn)高于0.55/MPa。因該工程距離出?？谳^近，對圍堰的抗風(fēng)浪沖刷性能提出了很高要求。

在圍堰設(shè)計(jì)時(shí)，共提出三種方案，分別是土圍堰、砂包圍堰、土工袋圍堰。對三種方案綜合考慮施工成本、環(huán)境影響、施工難度、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等四個(gè)方面，最終確定選用土工袋圍堰。對比分析比較情況見下表。

三種方案對比分析表

由于該項(xiàng)工程堰基淤泥較多，地質(zhì)較軟，承載能力低，對圍堰的防滲、抗沖擊性能要求較高，并且必須保證在后期運(yùn)行中穩(wěn)定性高。具體設(shè)計(jì)橫截面見圖5，底端鋪設(shè)距水平面3m的砂墊層，兩側(cè)設(shè)置10m寬的反壓平臺。在砂墊層鋪設(shè)2m厚度的土工膜，在土工膜上面鋪筑三色布起到防滲功能。在距離水平面2.5m處位置設(shè)置砂包護(hù)腳加固壩體。在該工程中采用180kg/m2的抗老化編織土工布。土工袋大小需要考慮現(xiàn)場實(shí)際施工情況及施工成本自行設(shè)計(jì)，順河道方向可設(shè)計(jì)成單幅，在垂直河道方向，因受到的水流沖擊較大，為保證壩體整體穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)成多幅搭接，搭接長度以0.8m左右為宜，也可以根據(jù)所處位置水流沖擊力靈活調(diào)整，上下層土工袋搭接位置不可在一條垂直線上。

圖5 江西省某土工袋圍堰設(shè)計(jì)橫截面

該圍堰工程自2013年6月竣工后投入使用運(yùn)營至今，未發(fā)生任何滲漏等任何隱患，并且在施工期間圍堰安全。該圍堰工程使用土工袋填充砂土施工效果良好，為江西省其他水利工程建設(shè)提供了良好范例，土工袋填充砂在江西省水利工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

3.2 土工材料在軟基水閘引堤中的應(yīng)用

水閘軟基處理不僅要考慮閘基問題，還要考慮閘室和兩側(cè)引堤的整體性與沉降變形處理難題[2,7]。為解決此類難題，引入泡沫聚苯乙烯板塊，充分利用其密度小、易安裝的優(yōu)勢，有效減載。該種材料密度一般在18～42kg/m3，僅是壓實(shí)填土密度的0.01～0.02，但其在土中埋設(shè)12年其壓縮強(qiáng)度完全滿足施工要求。

2008年，江西省南昌市對一批擋潮閘進(jìn)行重建，水閘地基土層為25m左右的淤泥與淤泥質(zhì)黏土，該層壓縮性強(qiáng)，承載能力小。由于閘室兩側(cè)引堤是在原來河床上重新填筑，使得水閘沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于引堤沉降量，因此必須采取相應(yīng)措施降低引堤沉降量。主要在引堤混凝土路面下部埋設(shè)約3m厚的泡沫聚苯乙烯板塊填料進(jìn)行減載。在2009年該擋潮閘重建工程竣工后運(yùn)行至今，定期監(jiān)測，運(yùn)行良好，引堤未出現(xiàn)任何裂縫、滲水現(xiàn)象。表明泡沫聚苯乙烯板塊可以有效應(yīng)用于水閘軟基處理工程，取得良好施工效果。值得關(guān)注的是，泡沫聚苯乙烯板塊白蟻危害、長時(shí)間暴曬均影響其性能，并且可以溶解于汽油、煤油中，因此在使用該材料時(shí)應(yīng)做好覆蓋保護(hù)工作，同時(shí)應(yīng)考慮其密度低易漂浮特性，盡量埋設(shè)在堤防上部。

3.3 土工加筋在生態(tài)岸墻中的應(yīng)用

隨著國家對環(huán)境污染的逐漸重視，水利工程中生態(tài)護(hù)岸日漸興起。生態(tài)岸墻多為加筋擋土墻，墻面材料分為生態(tài)砌塊與生態(tài)袋。

3.3.1 生態(tài)砌塊加筋擋墻在護(hù)岸工程中的應(yīng)用

江西省最典型的生態(tài)砌塊加筋擋墻技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，是贛州市的2008年修筑的某水渠。受施工用地限制，考慮當(dāng)?shù)厝嗣竦牟疬w難度，水渠采用墻式護(hù)岸，墻高4m左右，墻長約2.5km，設(shè)計(jì)擋墻仰角10°。

圖6 擋墻實(shí)景

該擋墻創(chuàng)新點(diǎn)在于砌塊在形成墻體時(shí)通過離縫砌筑留置生態(tài)孔。這樣利于攀爬自救(見圖6)，同時(shí)施工簡單，但相比美國Keystone景觀石擋土磚生態(tài)岸墻(見圖7)景觀性差。該生態(tài)墻適用于流速小的平原河道，對于流速較大、沖擊性大的山區(qū)、丘陵河道事宜采用格賓石籠。

圖7 美國Keystone景觀石擋土磚生態(tài)岸墻實(shí)體

3.3.2 生態(tài)袋在河道護(hù)岸工程中的應(yīng)用

生態(tài)袋是借助由聚丙乙烯、高分子材料復(fù)合制成的材料編織成的高分子生態(tài)袋，其材料具有耐腐蝕、耐微生物分解、耐暴曬，可為植物提供養(yǎng)分，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。生態(tài)袋材料空隙適當(dāng)，只許水滲出不許土壤滲出，利于水土保持，除此之外袋體柔軟，整體性良好。

在江西省上饒市信江橋涵和堤岸坡面過渡銜接處理中，借助了生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)。自2010年8月完工投入使用以來，定期監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)生態(tài)袋老化現(xiàn)象，并且河岸生態(tài)環(huán)境良好，景觀性很強(qiáng)(見圖8)。

圖8 生態(tài)袋護(hù)岸實(shí)景

生態(tài)袋的選用要因地制宜，對于較緩邊坡，僅需要對邊坡復(fù)綠，生態(tài)袋質(zhì)量要求低，不用考慮生態(tài)袋防護(hù)。對于河道護(hù)岸或較陡邊坡，不僅要考慮邊坡植被生長情況，還要考慮生態(tài)袋后期防護(hù)，生態(tài)袋必須具有很好的耐久性及韌性。

4 結(jié) 語

本文介紹了江西省土工合成材料在水利施工建設(shè)工程中的應(yīng)用情況。土工合成材料作為新型環(huán)保材料，如何在水利施工建設(shè)中高效應(yīng)用，不僅影響著水利工程質(zhì)量，而且關(guān)系著水利工程施工成本和環(huán)保問題，因此推廣應(yīng)用土工合成材料，對于水利工程建設(shè)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 裴建中, 竇明健, 胡長順, 等. 土工合成材料在多年凍土地區(qū)路基病害處治中的應(yīng)用技術(shù)研究[J]. 冰川凍土, 2002(6): 785-789.

[2] 朱曉娟. 土工合成材料在地基處理中的應(yīng)用[D]. 合肥工業(yè)大學(xué), 2011.

[3] 李廣信. 關(guān)于土工合成材料加筋設(shè)計(jì)的若干問題[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2013(4): 605-610.

[4] 包承綱, 童軍, 丁金華. 土工合成材料流變參數(shù)合理選擇的研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2015(3): 410-418.

[5] 黃岳文. 土工合成材料在廣州水利工程中的應(yīng)用介紹[J]. 長江科學(xué)院院報(bào), 2017(2): 120-125.

[6] 吳澎, 姜俊杰, 曹鳳帥. 土工合成材料在水運(yùn)工程中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展[J]. 水運(yùn)工程, 2017(6): 16-22.

[7] 蔣平. 土工合成材料地基的施工要點(diǎn)分析[C]//《建筑科技與管理》組委會.2017年3月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集.《建筑科技與管理》組委會, 2017: 3.

ApplicationExampleIntroductionofGeosyntheticsinWaterConservancyConstruction

ZHOU Linzheng

(JiangxiWaterandHydropowerConstructionCo.,Ltd.,Nanchang330000,China)

In the paper, water conservancy engineering construction in Jiangxi Province is adopted as an example for introducing examples of applying geosynthetics in engineering respectively. The material application scope, application effect and application experience are summarized. The application of geosynthetics filtering, drainage, reinforcement, isolation, protection, and other functions in cofferdam works, soft ground sluice dam works and ecological quay wall works is analyzed, thereby promoting wide application of geosynthetic in water conservancy engineering construction.

geosynthetics; water conservancy project; application

TV442

A

1673-8241(2017)09-0003-05

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.002