土工布在堤防工程上的應用

對堤防工程施工的分析，總結出了土工布技術在堤圍工程施工中的應用效果，將其推廣到堤圍的新建與維護、及航道的整治工程之中，將會取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

土工合成材料指的是用合成纖維、合成橡膠和塑料等聚合物作原料制作而成的一種新型建筑材料，它主要應用于巖土工程，將其置于土體的表現(xiàn)、土體內部或各層土體間可以起到保護和加強土體的功能。堤防近年開展的水利工程項目中就應使用了大量土工布材料，尤其應用于水庫的圍壩護坡項目上，經(jīng)過持續(xù)研究與試驗，逐漸探索出了一整套具有土體特征的護坡土工布的反濾施工方案，并獲取得較好的經(jīng)濟效益與社會效益。

1.土工布的特性
所謂土工合成材料指的是在巖土工程中所應用的合成材料的總稱，這些材料都是由人工合成的聚乙烯、聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚氯乙烯和聚烯烴等高分子聚合物等化工原料制作而成。土工合成材料的特點包括質量輕、柔性好、強度高、具有較強的整體性、不易腐爛，有耐久性及良好的力學性能，在經(jīng)濟上具有低成本，方便生產(chǎn)、運輸與施工等特點。

2.土工布砂墊層結合反濾結構及人工降雨沖刷試驗
堤防具有圍壩線長和易受雨水沖刷的特性，部分堤壩的工程曾遭受雨水沖刷的破壞，因此在水庫的施工中，采用了土工布同10厘米中砂墊層結合的反濾結構。這個結構的機理是：在施工過程中，壩體遭到暴雨的沖刷，或壩體在運行期的水位出現(xiàn)驟降，使得土工布與壩面間形成在砂層中進行流動的“徑流”，防止徑流對壩面產(chǎn)生直接的沖擊，對壩體起到了保護作用。
在水庫圍壩護砌的施工現(xiàn)場做了人工降雨的試驗，以對其合理性做進一步的論證，尋找出最佳的墊砂厚度。試驗共分為兩個段。第一段不設砂墊層，規(guī)格為350克/平方米的土工布直接鋪在已施工完畢的壩體之上，在其上面干砌厚度為30厘米的片石；第二段是在施工完畢的壩坡上先鋪設厚度為10厘米的砂墊層，鋪平再灑水拍實，然后在其上鋪設一層相同規(guī)格的土工布，最后干砌厚度為30厘米的片石。降雨試驗是將兩臺QY-15型潛水泵進行并聯(lián)，然后把水打進Φ100毫米主輸水管中，再流進主管兩側的Φ20毫米口徑的配水支管中。28根配水支管每根長度為9米，管間距為1. 9米。在每根支管分別開3排小孔，孔的間距為15厘米，孔徑為2毫米。水流從支管內噴入空中，再灑落于干砌石壩坡面。
先對第二段鋪設砂墊層的壩體做人工降雨沖刷試驗。兩小時的“降雨”強度為120毫米/小時，在降雨過程的前10分鐘，壩坡腳流淌的水逐漸出現(xiàn)微渾濁狀態(tài)，此后直至試驗結束流水一直呈清水狀態(tài)。試驗結束后，在壩坡的上、中、下三段進行片石拆除以檢查砂墊層厚度，檢查結果三段分別為9.5厘米，9厘米和9.5厘米，與施工標準要求的厚度10厘米±2厘米相符，試驗證明砂墊層未受到?jīng)_刷，同時，壩坡也未出現(xiàn)塌陷和鼓包等現(xiàn)象，證明壩坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。試驗結束后將片石和土工布進行拆除，發(fā)現(xiàn)壩坡受到嚴重的沖刷，出現(xiàn)43條大小不等的沖溝，兩條最大沖溝的寬度達40厘米，深度為25厘米。本次人工降雨試驗得出結論：在土工布砂墊層結合反濾結構的水庫圍壩遇到50年一遇的暴雨時，其壩體能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，反濾結構的“保土”和“透水”功能保持良好狀態(tài)；若反濾結構為土工布而不進行砂墊層鋪設，則土工布容易出現(xiàn)淤堵，反濾作用受到影響，將沖擊到壩體，造成整個壩體被破壞，試驗證明“土工布砂墊層結合反濾結構”是水庫的壩體安全之必要保證。

3.土工布在堤防工程上的應用
3. 1采用土工布作壩體反濾
堤壩的決口與潰堤主要原因通常是反濾層被損壞，作為一種新型濾料，土工布應用于壩體的反濾結構，其關鍵點在于預防被保護的土體被沖刷的透水和保砂功效。在施工中應采取“先豎干砌石，后掛土工布，緊跟填土”工序方法，以使土工布能更有效發(fā)揮其作用，并保證施工的質量的土工布的鋪設的效果。這種方法能使各層施工受到有效控制，又能保證土工布的鋪設質量。

（1）土工要與山皮石相比有更佳的工程效果。傳統(tǒng)以山皮石作反濾層，突出問題是施工質量無法得到保證，特別是在泥沙含量較多的情況下，當泥沙在海潮沖刷下流走時，常常出現(xiàn)下陷與裂縫的現(xiàn)象；泥沙一旦擠進石塊的縫隙，將排水通道堵塞，將產(chǎn)生孔隙水壓力，對石堤極其不利，增加了石堤的傾覆力矩。采用土土布作反濾層利用其濾砂排水的功能，使山皮石存在的難題得到徹底解決，堤壩安全也得到保證。

（2）施土程序得到極大簡化。傳統(tǒng)使用山皮石時為保證反濾層的填筑寬度，要在石堤背后的lm處增設1道打樁的扎圍，這要投入很大的人力物力。而土工布則無需此道工序，使人力和物力得到極大節(jié)約，施土進度得以加快。

（3）填筑材料選擇受限局面得緩解。采用土工布作反濾層之前，土堤填筑所用材料通常采用堤圍區(qū)附近具有的粘性土，在堤圍施土提速后，粘性土量滿足不了工程的需要。而采用土工布作反濾層，填筑時可利用堤圍附近所產(chǎn)的粉砂與中砂，這樣填筑材料有了更多的選擇性。

（4）使工程造價得到降低。①1道打樁扎圍的工序被省略，可節(jié)約費用5萬元/km；②2種反濾層所用材料的差價可節(jié)約費用50%，達6萬元/km；③更換填筑材料可節(jié)省35萬元/km，這三項共計節(jié)約成本46萬元/km。

3.2 土工布應用于水閘和船閘上下游的護坦防沖護底
在堤防施工中，普遍應用了鋼筋混凝土箱底板和梁板式岸墻預制水閘，它的優(yōu)點是造價較低、結構合理，以及方便施工。但同時也存在某些問題，如閘室的上下游已依照設計做了長10m，厚0.9m的拋石護坦，可是在堤壩運行中，仍遭遇到淘刷，出現(xiàn)年年拋石年年受沖刷的現(xiàn)象，每年都要投入大批人力物力做堤壩維修。采用土工布的具體方法是：將用防老化膠絲縫紉的土工布拼成面積為386m2大塊，采用直徑為4mm的膠絲制成網(wǎng)絡形的骨架，采用土土布縫紉將土工布進行固定或者上下夾住，起到加筋的作用，四周的邊框采用小于8mm的粗膠絲繩進行加固，以增強施土時產(chǎn)生的抗張力。在制作完畢之后，將其運到浮運閘的預制現(xiàn)場，一端采用膨脹螺絲固定于空箱底板的側墻之上，然后卷成筒狀進行縛緊，再與浮運閘一道浮運至閘址處，在施土時由潛水員來解開。利用潮水牌低谷（或停流）前后的兩次不同的流向，順兩次流向分別將土工布展開并攤鋪在水面上，由施工人員張拉四角的膠絲繩，再用鋼管樁進行固定并拉緊。然后，載滿塊石的開始船舶駛進布面，在間距成排就位后，同時對著布面均勻地進行塊石拋投。在拋投至一定程度之后，邊拋石邊探測水的深度，通過這種方法控制厚度，保證拋石體達到基本平整，直至達到設計高度。

經(jīng)過幾年定期探測，未發(fā)現(xiàn)有沖刷現(xiàn)象發(fā)生，也沒有因此進行補拋塊石，水閘得以正常運行。采用土工布進行水閘護坦防沖護底有下列作用：①土工布具有的反濾作用使得閘基與坦基避免出現(xiàn)沖刷和管涌等滲透性破壞，確保了閘基與坦基的安全穩(wěn)定；②土工布的“加筋”功能提升了地基的承載力，使得地基的應力和沉陷趨向于均勻，塊石對軟基因用力集中而受擠壓剪切出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象被消除；③土工布具有的隔離作用確保了軟基的豎向排水，使固結速度加快，同時也防止了淤泥自石縫被擠出而造成流失。

綜上所述，實踐證明了引堤基礎進行土工布的鋪設，可減少塊石的沉沒與土方的淘刷帶來的損失；有效減少了施工量并使施工速度加快；防止了基礎被沖刷有效保護了水閘的安全；土工布的隔離功能確保了軟基的豎向排水固結，使地基的承載力得以提升；土工布具有的“加筋”功能使地基的應力趨向于均勻，防止局部下陷有發(fā)生，據(jù)初步統(tǒng)計消費合作社，土工布加砂墊層復合反濾結構比過去采用的砂礫料反濾結構所用工程成本下降大約40%。