土工合成材料在水利施工中的应用实例介绍

(江西省水利水电建设有限公司， 江西 南昌 330000)

施工技术

土工合成材料在水利施工中的应用实例介绍

周林政

(江西省水利水电建设有限公司， 江西 南昌 330000)

本文以江西省水利工程建设为例，对土工合成材料应用到工程中的案例分别进行了介绍，对材料应用范围、应用效果、应用经验进行总结，对土工合成材料的反滤、排水、加筋、隔离、防护等功能在围堰工程、软基水闸引堤工程、生态岸墙工程中应用情况进行了分析，力求促进土工合成材料在水利工程建设中广泛应用。

土工合成材料；水利工程；应用

1 概 述

土工合成材料分为多种类型，主要有土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料等，这些聚合物材料应用于土木工程施工中主要与土、岩石、其他材料接触，因具有反滤、排水、防渗、隔离、防护等良好的性能，多用于水利、道路、民建等土木建设领域中[1]。

自2000年以来，随着土工合成材料技术逐渐发展，其优越性能逐渐被水利施工建设者发现，在水利工程中，主要应用于软土堤基、河堤防护、险工险段护坡防护等[4-6]。本文以江西省水利工程建设为例，将笔者所参与及调研的工程中应用到的土工合成材料情况进行介绍，并对材料应用范围、应用效果、应用经验等进行总结。重点介绍土工织物的反滤、排水、加筋、隔离、防护等功能在围堰工程、软基水闸引堤工程、生态岸墙工程中的应用，并后期进行回访跟踪，分析其实际应用效果，为其它水利工程提供真实的施工经验。

2 土工织物应用

土工织物俗称土工布，在水利施工建设中主要利用其实现反滤、排水、加筋、隔离、防护等。在实际应用中，常常是多种功能同时使用。

2.1 土工布反滤作用

挡土墙排水效果严重影响着坝体的安全性。墙身设置排水孔既要快速排水，还有防止墙后填土随水流失，因此，在墙后排水口处设置反滤，一般选用工序简单的土工布。要充分考虑挡墙类型决定土工布如何使用，在混凝土挡墙墙内设PVC排水管的情况，在排水管后包裹2～3层土工布即可；在浆砌石挡墙墙内设PVC排水管，同样排水管后包裹2～3层土工布，同时，令排水管外伸一段距离避免砂浆浸泡；在格宾石笼岸墙，将土工布铺设墙后即可起到隔离反滤效果。江西省某河道段是格宾石笼护脚(见图1)，墙后采用土工布铺设隔离反滤，自2010年竣工投入使用至今未出现墙后填土流失情况。

图1 格宾墙后用土工布反滤设计

土工布反滤多用于海漫设计中，多铺设在碎石垫层下面，以隔离碎石垫层与下垫砂层、基土，具体位置见图2。

图2 土工布在水闸海漫中应用时结构示意

2.2 土工布加筋

利用土工合成材料对路堤加筋可以有效提升路堤滑动安全性能，同时，可以降低边坡占地面积[3]。仅借助铺设土工合成材料加筋处理软基可提升其承载性能，但无法减少沉降量与缩短沉降时长。

为解决此类弊端，针对江西省某软土层较厚的外江堤防，选用加筋土工布对堤身填土加筋。堤基土层按照上下顺次分别是：26m淤泥、6m淤泥质砂土、9m粉质黏土、4.8m密实砾砂与强风化花岗岩，堤防设计断面见图3。自施工开始持续监测堤防沉降情况至2016年8月18日共监测900天。沉降量与时间关系曲线见图4。

图3 江西省某堤防设计横断面

图4 江西省某堤岸沉降量与时间关系曲线

分析图4不难看出，早期沉降量较大，后期沉降不明显，基本处于平衡状态。在85天前沉降量达到1240mm，在86～110天间沉降量仅24mm，沉降趋于稳定。当增加0.95m填土后，沉降速率上升；在2015年5月14日再次加高，此时沉降量不大，直到2016年8月18日最后一次监测，沉降量新增加115mm。

2.3 土工布隔离防护

水闸下游的消能防冲设计可有效降低水流速度，减少水土流失。为了进一步保证水土流失现象不发生，需设置海漫护底。为了节约资金投入，设置一段海漫护底后接入一道防冲槽。防冲槽与河床基土间若不设置过渡层，会造成堆石直接落在河床基土上，极易造成砂石流失，增加后期防护资本，同时增加海漫的危险性。为解决此问题，在防冲槽堆石结构和河床基土间布设土工布，降低水流对基土冲刷作用(具体布设位置见图2)。在海漫与防冲槽底部先布设一层无纺土工布，在上铺设碎石后再放置石笼，这样降低了水闸出口段的冲刷形变。考虑到护底的河段与水流冲刷较大的堤前护角的防护工作，可在防护结构和基土间铺设土工布以防护好基土。

3 土工合成材料工程应用

土工织物充填袋俗称土工袋，采用土工袋修筑的堤坝整体性优良，因具有良好的柔性特性，可以适应多种地形及复杂沉降，并且工作量小，减少工期，缩减施工成本。土工织物充填袋多用在围堤、防波堤、护岸与航道整治中，在江西省境内多用于围堰工程中。

3.1 土工填充袋在围堰中的应用

江西省典型应用土工充填袋的工程是赣州市宁都县某水库的围堰工程。该工程地处宁都县西南部，连接当地两条河流，临时建筑物是4级。围堰长118m，高7.2m。其地质结构从上到下依次是淤泥、淤泥质中砂、粉质黏土等，围堰河道淤泥厚度范围在5.1～8.6m，其黏聚力是3.20kPa，内摩擦角度是3°，最大承载力是38kPa，压缩系数远高于0.55/MPa。因该工程距离出海口较近，对围堰的抗风浪冲刷性能提出了很高要求。

在围堰设计时，共提出三种方案，分别是土围堰、砂包围堰、土工袋围堰。对三种方案综合考虑施工成本、环境影响、施工难度、运行风险等四个方面，最终确定选用土工袋围堰。对比分析比较情况见下表。

三种方案对比分析表

由于该项工程堰基淤泥较多，地质较软，承载能力低，对围堰的防渗、抗冲击性能要求较高，并且必须保证在后期运行中稳定性高。具体设计横截面见图5，底端铺设距水平面3m的砂垫层，两侧设置10m宽的反压平台。在砂垫层铺设2m厚度的土工膜，在土工膜上面铺筑三色布起到防渗功能。在距离水平面2.5m处位置设置砂包护脚加固坝体。在该工程中采用180kg/m2的抗老化编织土工布。土工袋大小需要考虑现场实际施工情况及施工成本自行设计，顺河道方向可设计成单幅，在垂直河道方向，因受到的水流冲击较大，为保证坝体整体稳定性，设计成多幅搭接，搭接长度以0.8m左右为宜，也可以根据所处位置水流冲击力灵活调整，上下层土工袋搭接位置不可在一条垂直线上。

图5 江西省某土工袋围堰设计横截面

该围堰工程自2013年6月竣工后投入使用运营至今，未发生任何渗漏等任何隐患，并且在施工期间围堰安全。该围堰工程使用土工袋填充砂土施工效果良好，为江西省其他水利工程建设提供了良好范例，土工袋填充砂在江西省水利工程建设中广泛应用。

3.2 土工材料在软基水闸引堤中的应用

水闸软基处理不仅要考虑闸基问题，还要考虑闸室和两侧引堤的整体性与沉降变形处理难题[2,7]。为解决此类难题，引入泡沫聚苯乙烯板块，充分利用其密度小、易安装的优势，有效减载。该种材料密度一般在18～42kg/m3，仅是压实填土密度的0.01～0.02，但其在土中埋设12年其压缩强度完全满足施工要求。

2008年，江西省南昌市对一批挡潮闸进行重建，水闸地基土层为25m左右的淤泥与淤泥质黏土，该层压缩性强，承载能力小。由于闸室两侧引堤是在原来河床上重新填筑，使得水闸沉降量远远小于引堤沉降量，因此必须采取相应措施降低引堤沉降量。主要在引堤混凝土路面下部埋设约3m厚的泡沫聚苯乙烯板块填料进行减载。在2009年该挡潮闸重建工程竣工后运行至今，定期监测，运行良好，引堤未出现任何裂缝、渗水现象。表明泡沫聚苯乙烯板块可以有效应用于水闸软基处理工程，取得良好施工效果。值得关注的是，泡沫聚苯乙烯板块白蚁危害、长时间暴晒均影响其性能，并且可以溶解于汽油、煤油中，因此在使用该材料时应做好覆盖保护工作，同时应考虑其密度低易漂浮特性，尽量埋设在堤防上部。

3.3 土工加筋在生态岸墙中的应用

随着国家对环境污染的逐渐重视，水利工程中生态护岸日渐兴起。生态岸墙多为加筋挡土墙，墙面材料分为生态砌块与生态袋。

3.3.1 生态砌块加筋挡墙在护岸工程中的应用

江西省最典型的生态砌块加筋挡墙技术应用实例，是赣州市的2008年修筑的某水渠。受施工用地限制，考虑当地人民的拆迁难度，水渠采用墙式护岸，墙高4m左右，墙长约2.5km，设计挡墙仰角10°。

图6 挡墙实景

该挡墙创新点在于砌块在形成墙体时通过离缝砌筑留置生态孔。这样利于攀爬自救(见图6)，同时施工简单，但相比美国Keystone景观石挡土砖生态岸墙(见图7)景观性差。该生态墙适用于流速小的平原河道，对于流速较大、冲击性大的山区、丘陵河道事宜采用格宾石笼。

图7 美国Keystone景观石挡土砖生态岸墙实体

3.3.2 生态袋在河道护岸工程中的应用

生态袋是借助由聚丙乙烯、高分子材料复合制成的材料编织成的高分子生态袋，其材料具有耐腐蚀、耐微生物分解、耐暴晒，可为植物提供养分，使用寿命长等优点。生态袋材料空隙适当，只许水渗出不许土壤渗出，利于水土保持，除此之外袋体柔软，整体性良好。

在江西省上饶市信江桥涵和堤岸坡面过渡衔接处理中，借助了生态袋护坡技术。自2010年8月完工投入使用以来，定期监测未发现生态袋老化现象，并且河岸生态环境良好，景观性很强(见图8)。

图8 生态袋护岸实景

生态袋的选用要因地制宜，对于较缓边坡，仅需要对边坡复绿，生态袋质量要求低，不用考虑生态袋防护。对于河道护岸或较陡边坡，不仅要考虑边坡植被生长情况，还要考虑生态袋后期防护，生态袋必须具有很好的耐久性及韧性。

4 结 语

本文介绍了江西省土工合成材料在水利施工建设工程中的应用情况。土工合成材料作为新型环保材料，如何在水利施工建设中高效应用，不仅影响着水利工程质量，而且关系着水利工程施工成本和环保问题，因此推广应用土工合成材料，对于水利工程建设具有很大的现实意义。

[1] 裴建中, 窦明健, 胡长顺, 等. 土工合成材料在多年冻土地区路基病害处治中的应用技术研究[J]. 冰川冻土, 2002(6): 785-789.

[2] 朱晓娟. 土工合成材料在地基处理中的应用[D]. 合肥工业大学, 2011.

[3] 李广信. 关于土工合成材料加筋设计的若干问题[J]. 岩土工程学报, 2013(4): 605-610.

[4] 包承纲, 童军, 丁金华. 土工合成材料流变参数合理选择的研究[J]. 岩土工程学报, 2015(3): 410-418.

[5] 黄岳文. 土工合成材料在广州水利工程中的应用介绍[J]. 长江科学院院报, 2017(2): 120-125.

[6] 吴澎, 姜俊杰, 曹凤帅. 土工合成材料在水运工程中的应用技术进展[J]. 水运工程, 2017(6): 16-22.

[7] 蒋平. 土工合成材料地基的施工要点分析[C]//《建筑科技与管理》组委会.2017年3月建筑科技与管理学术交流会论文集.《建筑科技与管理》组委会, 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