土工布在堤防工程上的應(yīng)用

對堤防工程施工的分析，總結(jié)出了土工布技術(shù)在堤圍工程施工中的應(yīng)用效果，將其推廣到堤圍的新建與維護(hù)、及航道的整治工程之中，將會(huì)取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(yīng)用于巖土工程，將其置于土體的表現(xiàn)、土體內(nèi)部或各層土體間可以起到保護(hù)和加強(qiáng)土體的功能。堤防近年開展的水利工程項(xiàng)目中就應(yīng)使用了大量土工布材料，尤其應(yīng)用于水庫的圍壩護(hù)坡項(xiàng)目上，經(jīng)過持續(xù)研究與試驗(yàn)，逐漸探索出了一整套具有土體特征的護(hù)坡土工布的反濾施工方案，并獲取得較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)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(yīng)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(diǎn)包括質(zhì)量輕、柔性好、強(qiáng)度高、具有較強(qiáng)的整體性、不易腐爛，有耐久性及良好的力學(xué)性能，在經(jīng)濟(jì)上具有低成本，方便生產(chǎn)、運(yùn)輸與施工等特點(diǎn)。

2.土工布砂墊層結(jié)合反濾結(jié)構(gòu)及人工降雨沖刷試驗(yàn)
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(jié)合的反濾結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)理是：在施工過程中，壩體遭到暴雨的沖刷，或壩體在運(yùn)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(jìn)行流動(dòng)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(hù)作用。
在水庫圍壩護(hù)砌的施工現(xiàn)場做了人工降雨的試驗(yàn)，以對其合理性做進(jìn)一步的論證，尋找出最佳的墊砂厚度。試驗(yàn)共分為兩個(gè)段。第一段不設(shè)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(shè)厚度為10厘米的砂墊層，鋪平再灑水拍實(shí)，然后在其上鋪設(shè)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(yàn)是將兩臺(tái)QY-15型潛水泵進(jìn)行并聯(lián)，然后把水打進(jìn)Φ100毫米主輸水管中，再流進(jìn)主管兩側(cè)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(nèi)噴入空中，再灑落于干砌石壩坡面。
先對第二段鋪設(shè)砂墊層的壩體做人工降雨沖刷試驗(yàn)。兩小時(shí)的“降雨”強(qiáng)度為120毫米/小時(shí)，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(yàn)結(jié)束流水一直呈清水狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)束后，在壩坡的上、中、下三段進(jìn)行片石拆除以檢查砂墊層厚度，檢查結(jié)果三段分別為9.5厘米，9厘米和9.5厘米，與施工標(biāo)準(zhǔn)要求的厚度10厘米±2厘米相符，試驗(yàn)證明砂墊層未受到?jīng)_刷，同時(shí)，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(yàn)結(jié)束后將片石和土工布進(jìn)行拆除，發(fā)現(xiàn)壩坡受到嚴(yán)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(dá)40厘米，深度為25厘米。本次人工降雨試驗(yàn)得出結(jié)論：在土工布砂墊層結(jié)合反濾結(jié)構(gòu)的水庫圍壩遇到50年一遇的暴雨時(shí)，其壩體能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，反濾結(jié)構(gòu)的“保土”和“透水”功能保持良好狀態(tài)；若反濾結(jié)構(gòu)為土工布而不進(jìn)行砂墊層鋪設(shè)，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(gè)壩體被破壞，試驗(yàn)證明“土工布砂墊層結(jié)合反濾結(jié)構(gòu)”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(yīng)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(yīng)用于壩體的反濾結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于預(yù)防被保護(hù)的土體被沖刷的透水和保砂功效。在施工中應(yīng)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(zhì)量的土工布的鋪設(shè)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(shè)質(zhì)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(zhì)量無法得到保證，特別是在泥沙含量較多的情況下，當(dāng)泥沙在海潮沖刷下流走時(shí)，常常出現(xiàn)下陷與裂縫的現(xiàn)象；泥沙一旦擠進(jìn)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(shí)為保證反濾層的填筑寬度，要在石堤背后的lm處增設(shè)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(jìn)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(shí)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(jià)得到降低。①1道打樁扎圍的工序被省略，可節(jié)約費(fèi)用5萬元/km；②2種反濾層所用材料的差價(jià)可節(jié)約費(fèi)用50%，達(dá)6萬元/km；③更換填筑材料可節(jié)省35萬元/km，這三項(xiàng)共計(jì)節(jié)約成本46萬元/km。

3.2 土工布應(yīng)用于水閘和船閘上下游的護(hù)坦防沖護(hù)底
在堤防施工中，普遍應(yīng)用了鋼筋混凝土箱底板和梁板式岸墻預(yù)制水閘，它的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低、結(jié)構(gòu)合理，以及方便施工。但同時(shí)也存在某些問題，如閘室的上下游已依照設(shè)計(jì)做了長10m，厚0.9m的拋石護(hù)坦，可是在堤壩運(yùn)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(luò)形的骨架，采用土土布縫紉將土工布進(jìn)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(jìn)行加固，以增強(qiáng)施土?xí)r產(chǎn)生的抗張力。在制作完畢之后，將其運(yùn)到浮運(yùn)閘的預(yù)制現(xiàn)場，一端采用膨脹螺絲固定于空箱底板的側(cè)墻之上，然后卷成筒狀進(jìn)行縛緊，再與浮運(yùn)閘一道浮運(yùn)至閘址處，在施土?xí)r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(jìn)行固定并拉緊。然后，載滿塊石的開始船舶駛進(jìn)布面，在間距成排就位后，同時(shí)對著布面均勻地進(jìn)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(dá)到基本平整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)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(jìn)行補(bǔ)拋塊石，水閘得以正常運(yùn)行。采用土工布進(jìn)行水閘護(hù)坦防沖護(hù)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(yīng)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(jié)速度加快，同時(shí)也防止了淤泥自石縫被擠出而造成流失。

綜上所述，實(shí)踐證明了引堤基礎(chǔ)進(jìn)行土工布的鋪設(shè)，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(chǔ)被沖刷有效保護(hù)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(jié)，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(yīng)力趨向于均勻，防止局部下陷有發(fā)生，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)消費(fèi)合作社，土工布加砂墊層復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)比過去采用的砂礫料反濾結(jié)構(gòu)所用工程成本下降大約40%。