土工材料在河道生态治理中的应用技术研究

孟 博 朱永涛 张志华 霍志久 赵伟鑫

(1.沧州市供水排水集团有限公司，河北沧州 061000;2.河北省水利科学研究院，河北石家庄 050051)

1 滦河现状及存在的主要问题

1.1 滦河迁安市段现状

滦河古称渜水，是渤海独流入海河流。其流经河北、内蒙古两省区的16个县市，全长888km，流域面积44 750km2，流域自西北至东南长435km，平均宽度103km。滦河为河北省迁安市最大河流之一，总长度52.59km，流域面积458.5km2，占迁安市总面积的 37.96%。

1.2 存在的主要问题

1)河道淤积、水土流失严重。

滦河迁安市段上游水土流失较为严重，汛期洪水含沙量较大，造成河床逐年抬高。由于潘家口、大黑汀两座大型水库的修建，每年的3月～6月，河道基本年年断流，造成大范围的土地沙化，同时由于失去了水流的冲刷，泥沙迅速淤积，加上人为倾倒，河道已淤积不堪。

2)行洪能力薄弱。

自1962年特大洪水以后，市区沿河两岸修建了大批防汛渡汛工程，从而使洪水对沿河两岸的威胁大大的减少，但由于河道工程中出现严重的老化现象，大多数防洪工程已基本失去防洪能力。如果不提高现在的河道防洪标准或者重新修建防洪工程，老化工程若遭遇到特大洪水，将会给河道两岸的居民生活造成不可预估的损失。

2 工程概况与治理措施

2.1 工程概况

河北省迁安市段滦河河道生态防洪工程是集防洪、蓄水、造地、交通、美化为一体的综合性工程。工程等级为Ⅲ等，堤防为2级堤防，橡胶坝工程3级，50年一遇的设计洪水标准，100年一遇的洪水校核标准。该防洪工程主要包含51.2km防洪大堤、4 000亩人工湖、6km防洪撤退路、5道橡胶坝、黄台湖岛工程等。

2.2 主要治理措施

1)修建生态防洪大堤。

为保障滦河两岸防洪、供水、城建等安全，在滦河左右两岸修筑一条长50余千米的绿色防洪大堤。其中城区段左岸防洪大堤长5.2km，平均高5 m，顶宽50 m;其余各段防洪大堤平均高5.5 m，顶宽30 m。防洪大堤堤身采用河床砂砾料填筑。河道两岸堤身的迎水坡分别采用浆砌石、干砌石以及土工格室、复合土工膜、塑网石笼等。其背水坡覆粘性清表土栽植紫穗槐等植物，内外边坡河滩地栽种垂柳、杨树等其他植物，使左右岸大堤成为带状的绿化、美化长廊。滦河防洪堤断面形式见图1。

图1 滦河迁安市段生态防洪工程典型断面图

2)橡胶坝工程。

河道设计在滦河河道和左支修建六座橡胶坝，实现分级蓄水，从而使迁安市段滦河生态环境得到了恢复。作为拦河坝，其可在枯水期充水成坝蓄水，满足用水及美化环境的需求，汛期排空坝内水，坍坝过洪，不影响河道行洪。

3)黄台湖生态工程。

黄台湖生态防洪工程是滦河生态防洪工程的重要组成部分，其工程中的主要技术措施与河道中的生态防洪建设结合在一起。湖底采用水平防渗，湖东西两侧分别采用混凝土挡水墙及浆砌石护岸。湖区所用土工合成材料有复合土工膜、工程塑网、土工格室等，化学性质十分稳定，不会对水体造成污染。

3 土工合成材料在滦河生态防洪工程中的应用

河北省迁安市段滦河生态防洪工程大部分主要采用土工格室、复合土工膜、土工加筋带、工程塑网等。

3.1 利用复合土工膜防渗和防护

滦河迁安市段生态防洪工程采用复合土工膜主要进行防洪大堤坡面防渗和人工湖湖底防渗。

为实现就地取材和疏通河道的双重目的，滦河迁安市段大堤主体选用天然级配砂砾料为填筑料，但出现了以天然级配砂砾料为填筑材料的大堤在河道高水位下严重透水，从而导致堤坝坍塌或出现流沙管涌等问题。为解决上述难题，工程中在堤坝的迎水面坡及坡脚处均采用铺设复合土工膜，利用复合土工膜的弱透水性及反滤性能，防止岸坡液体渗漏、气体挥发，保护岸坡免受水流冲刷、波浪冲击。复合土工膜为两布一膜，上下两层无纺布单位面积质量均为150 g，PE膜厚0.3mm，单位面积总重量为525 g。滦河迁安市段生态防洪工程中共应用复合土工膜200余万平方米。主要施工工艺:1)对基础表面进行清理，达到平整度要求后，对坡面砂垫层进行碾压密实，当验收合格后，方可铺膜;2)斜坡土工膜从上到下铺设，水平铺盖自坡脚向外铺设，铺设应平顺，松紧适度，以适应少量沉陷，并对相邻两张土工膜进行焊接;3)在坡脚处的土工膜用塑网石笼装块石压住，以防止高速水流冲击，将膜掀起;4)在复合土工膜上回填一定厚度土样，防止土工膜遭受破坏。人工湖湖面面积2 000余亩，在湖底采用土工膜进行水平防渗。主要施工工艺:1)在湖底铺设50mm厚中砂以达到整平的效果，然后铺膜，焊接;2)在膜上铺设一定厚度土样，防止土工膜遭受破坏，然后用塑网石笼压实。

3.2 工程塑网在工程中的应用

在滦河河道两岸填筑堤坝过程中，为确保大堤安全可靠，在防洪堤迎水坡坡脚开挖处，在人工筑岛的边坡防护上，采用工程塑网装块石护底护坡，利用块石自身的重量及塑网较高的延伸率抵抗水流冲刷保护堤身坡脚和人工岛边坡。湖底也采用塑网石笼进行压膜护底。网眼规格为74mm×74mm，幅宽2.0 m。滦河迁安市段生态防洪工程中共应用塑网石笼44.1万m3。主要施工工艺:

1)将工程塑网展开铺好，在塑网中部用块石砌成一定规格;2)进行塑网搭接，搭接处宽度不低于两排网眼宽度，接缝采用尼龙绳缝制双道;3)将塑网石笼分层平铺，并在相邻塑网之间回填一定厚度砂砾料，在塑网上铺设厚卵石。复合土工膜、土工格室、工程塑网在滦河生态防洪工程中的应用形式见图2。

图2 典型堤段断面图

3.3 土工格室在工程中的应用

土工格室自身伸缩性好且化学性质稳定，它与填土一起能够构成一种柔性结构层，从而大大提高土体强度和刚度，减少堤身沉降，消除水流冲蚀，改善水流流动能力。

为增强滦河左右两岸防洪大堤岸坡稳定性，多采用土工格室护坡，能够有效防止风浪对岸坡的冲刷，减少水土流失，保护坡面植被，为两岸的绿化打下基础。土工格室规格为格室高度200mm，焊接间距400mm，片材厚度1.3mm。滦河迁安市段生态防洪工程中共应用土工格室108余万平方米。主要施工工艺为:1)整平施工坡面，铺设垫层并压实;2)在迎水坡坡面展开、拉紧，并用防滑钉将四周固定，防滑钉布置横纵间距均为1.5 m，且施工完成后不允许拔掉;3)待固定完成后，及时将填料填充到格室内并压实，同时观察格室变形以及检查密实度;4)修正河道的边坡。

3.4 土工加筋带在工程中的应用

在滦河迁安市段生态防洪工程左岸大堤三里庄段存在大堤断面狭窄，工程场地不够用，无法满足河道行洪和堤防建设要求的情况，为解决这一难题，业主单位、设计单位经商讨，计划在三里庄段工程中使用加筋挡土墙技术。这一施工技术的含义为土工加筋带协同面板、基础和填料构成的土工结构，利用加筋材料与周围土产生的较大摩擦力，限制土体的侧向变形，从而使复合土体的承受能力得到显著提高的施工技术。加筋带采用高强度塑料复合加筋工程带，规格(宽×厚)45mm×3mm，面板采用C25 F150混凝土预制板。滦河迁安市段生态防洪工程中共应用加筋挡土墙988 m，使用加筋土11万m3。主要施工工艺:1)在要施工面清除一切杂物，平整施工场地;2)铺设土工加筋带，筋材主强度方向应垂直于轴线，同时插防滑钉;3)对墙体进行土料填充，回填土要层层密实，压实度不低于设计要求。

加筋土挡土墙在滦河生态防洪工程中的应用形式见图3。

图3 加筋挡墙应用典型堤段断面图

4 结语

土工合成材料在迁安市段滦河生态防洪工程应用过程中，采用新材料、新技术、新成果，从而大大的节省了生态防洪工程中的直接投资。工程中采用土工合成材料不仅保证了施工质量和施工工期，而且还改善了迁安市当地的生态环境。土工合成材料的应用在工程中产生的社会、生态及经济效益显著。同时，为以后类似生态防洪工程的施工提供了理论和技术支撑。

［1］河北省水利水电第二勘测设计研究院.基于和谐理念的北方河流综合治理研究——滦河迁安段防洪生态治理研究报告［R］.2005.

［2］宫爱华，于方明，张广贞，等.土工合成材料的工程特性及其在水利工程中的应用［J］.山东水利，2000(12):79-80.

［3］郑连合，苏子英.生态防洪技术在滦河河道治理工程中的应用［J］.水科学与工程技术，2006(2):105-106.

［4］严竞煌.城市沥青路面加铺中土工合成材料应用浅析［J］.山西建筑，2010，36(13):262-263.