土工织物坝的设计与施工应用

赵建宇，李 阳

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江 大庆 161342)

0 前言

引进和研制新型拦河坝，是以降低工程造价，方便施工管理为目的，技术上满足建筑物的基本要求，材料选择新材料代替传统的材料，结合造型上力求新颖、施工管理上方便、快捷。近年我省出现的新型拦河坝有:橡胶坝、装配式拉锚坝、台阶式面板溢流坝、楔形块护面坝、土工织物坝等。这些新型拦河坝以其独特的优越性在黑龙江省得到了应用与发展，在农业生产中发挥了重要作用，随着国民经济发展和对水利工程的需求，完善已有坝型，引进、研制新坝型是今后大力发展水浇地的重要工程任务。

土工织物坝整体结构型式为薄壁堰型，是由固定的钢筋混凝土桩柱与活动可装卸的土工织物坝构成，属柔性结构，为半永久性工程。坝上下游河床采用土工织物软体排护砌，两岸采用土工织物反滤干砌石护岸。采用土工织物既便于施工机械化，提高施工进度，又能降低造价，保护环境，是取代传统抛石坝工的理想施工方法。灌溉时把土工织物坝面挂在桩柱上拦河引水、汛期将活动坝面拆掉，满足泄水及排沙需要。土工织物老化或破损时，可随时更换，运行灵活，建造及维修费用低。

1 设计

1.1 桩柱设计

桩柱是土工织物拦河坝的支承体，用以固定土工织物坝面，承担水平荷载，设计时需要考虑桩柱强度和抗冻拔稳定这两方面因素。季节冻土区冻胀地基上桩柱的断面和埋深应首先满足冻拔要求，按《渠系工程抗冻胀设计规范》计算最小桩长，坝高由灌溉引水搞成确定，再由坝高、桩间距，地基情况等因素计算已知桩长的内力和配筋量。

1.2 挡水坝面设计

柔性的土工织物材料被采用在挡水坝面的设计中，允许适量的变形，在坝高、桩距、水压力及泥沙压力等条件适当的情况下，将坝所受的拉力及相应变形计算出来，以决定土工布的层数并确定在下游防冲软排两岸之间的连接形式。土工布的应变不能太大，应＜20%。如果变形＞20%，而拉力不增加，变形加大，则趋于破坏。因此，经、纬变形的设计允许范围在15%左右。

1.3 上下游铺盖与护底护岸形式设计

上下游铺盖与护底、护岸型式设计原则是经济实用，因地制宜，就地取材，护底结构型式选择要满足防冲和渗透稳定要求。土工织物软底排有良好的防冲性能，在设计中可优先采用。将土工织物铺在抛石后面，可防止填筑坝受波浪和水位升降的冲刷;铺在较低抛石区的土工织物，可防止施工期和水库蓄水期的冲刷，同事也可以防止库水位局部降落或放空水库时发生管涌。土工布透水与保沙要求，根据稀汉顿准则选择。土工布单位≥120 g/m2，并要求抗老化。上游防护长度一般为5倍坝高，下游铺盖长度为过堰水舌下缘长度、水跃长度、海漫长度和冲刷长度之和。

根据南京水科院试验结果，上下游防护软体排的载重量，压载100 kg/m2时，可抵抗2.04 m/s流速。设计时采用石笼框格，格间散抛物块石或混凝土块压载。

护岸型式采用非织造布反滤，干砌石护岸或软体排护岸。要满足反滤要求，根据汉希顿准则选择。单位重不低于400 g/m2，护岸厚度及石块重根据计算确定。

2 施工

土工织物袋铺砌的施工方法，主要是根据工程设计要求的规格尺寸编织砂袋。土工织物拦河坝的施工程序是:桩柱—上游护底护岸—坝面—下游护底护岸。坝面施工完成后，即可蓄水，同时进行下游工程施工。

2.1 桩柱施工

桩柱一般由工厂根据设计要求预制。桩柱施工视地质情况和施工力量选择施工方法。例如在软基上课采用水利沉桩技术，利用高压水枪喷出高压水流的卷吸效应和紊动扩散作用搅动泥沙破碎，桩柱靠自重沉入预订位置和高程。此种施工方法比其他常规方法劳动强度低，施工进度快，节省投资。

2.2 上下游护底护岸施工

首先清理河床底质，为保证土工织物在水下的完整性，在铺设护底材料和沉放土工织物前，使用加密测量相结合的方式，测量河床底质平整度，采用挖沟压重，覆盖或用块石护砌，现场浇注混凝土等方法。按设计要求铺设竹排或土工格栅，铺设护底时，在岸上打桩，用尼龙绳将竹排或土工栅连接，对其加以固定，并再岸边处护底材料上采用砂袋或块石预压，防止移位。上游护底护岸施工，从上游向坝轴线方向进行，距桩柱2m时停止，待坝面施工完成后，与上游护底连接成一整体后再进行下游施工。

2.3 坝面施工

首先，将根据设计要求选购的土工织物按春裁剪(尽量减少缝合，保持坝面完整性)，处理好裁剪过的边缘，避免抽丝损坏，然后打挂布风眼，在风眼周围，层与层之间用胶粘合，防治损茬破坏。为了防止土工布因老化而降低强度，在其上涂防腐沥青，即可防止紫外线直接辐射，又可添充孔隙，增加强度，延长使用寿命。安装时把处理好的土工布坝面在桩柱预埋件上。坝面深入河床底部分，与上游饭吕布缝合为一整体。

3 修改部分

通过几年来的运行观测，土工织物拦河坝的确定是:对洪水情况若掌握不准，就不能及时把土工织物坝面拆下，在汛期阻水不能使河道顺利泄洪，长期不拆是必造成坝前淤积。根据上述情况，我所及项目组同志们研究在原型基础上亚牛改造，在土工织物拦河坝的中间或两侧修建自动翻版排沙闸(简易翻板闸)，即解决了坝前淤积又解决了预报不及时坝面拆不下来汛期阻水问题。当水位超过设计水位时闸门自动反翻转泄洪，水位下降到一定高度，闸门自动回关，自动翻版排沙闸的修建比元土工织物坝增加投资1—3万元。虽然工程造价提高，但方便实用。

4 推广应用

该项成果已在我省3条中小河床上应用，梅河口市高韩电灌站土工织物拦河坝于1992年5月建成至今运行情况良好。经汛期观测，流态稳定，泄流正常，坝体无损坏，满足设计要求。经过几年的运行，桩柱没有产生冻拔，倾斜变形。上下游护底护岸均未异常，石笼护底，砌石护岸的措施是安全可靠的。

抽样观测坝面，土工布强度降低率≤4%，坝面土工布强度损失≤8%，实践证明坝面土工布满足设计要求的使用年限为10 a。

5 经济效益

在坝高相同的条件下，土工织物拦河坝投资低、工期短、见效快等优点，研究改造后的土工织物坝，虽投资大些，但使用方便，避免拆卸坝面不及时造成损失及冲毁的危险，在农业生产中能更好的发挥作用。该坝型是目前改造渠首工程一种比较理想的坝型，经济效益十分显著。

总之，土工织物坝型新颖，结构简单，柔性大，对不均匀沉陷及冻胀的适应性强，适于修建在中小河流上拦河取水灌溉(坝高＜1.5 m)。经过一个洪水期冲刷检验及观测，该坝整体结构稳定，安全可靠，功效理想，工程造价低。可减轻国家、地方和农民负担。由于使用维修、装卸、更换不影响行洪，泄水和排沙，因此，与传统坝型相比更加具有优越性和经济性。

[1] 李士贤，杨琴.土工织物坝的设计与施工应用[J].东北水利水电，1995(05):30-33.

[2] 朱菲，杨琴.土工织物坝的设计与施工应用[J].山区航道土工织物坝施工工艺，2008(06):51-52.