土工合成材料在水利工程中的应用探讨

赵 彤

水利工程建设在我国国民经济发展中发挥着重要作用。随着科学技术的发展，技术人员不断改进施工技术，新材料也越来越多地应用在水利工程施工中。土工合成材料作为目前最为常见的基础材料，在科技的推动下，被广泛用于水利工程的防渗施工中，同时在岩土工程中也有着很大的应用空间。

一、土工合成材料

1.土工合成材料概念

土工合成材料是一种复合型材料，以纤维、橡胶或塑料等聚合物以及玻璃纤维为基础原料，通过一定工艺加工而合成。随着科学技术的发展，土工合成材料逐渐出现了新品种、新规格和新型号，在水利工程施工中应用广泛。

2.土工合成材料特性

土工合成材料的特性是质量较小，强度大，耐磨性、抗腐蚀性更强，成本更低，便于施工和运输。土工合成材料在水利工程施工中，能起到防渗、过滤、加固、排水、隔离等作用，对提高水利工程的施工质量能起到极大的作用，是一种值得大力推广应用的经济型材料。

3.土工合成材料的分类

土工合成材料分为四大类：土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。近几年在水利工程应用较多是土工织物、土工膜以及土工复合材料。①土工织物具有防渗、加固以及排水等方面的作用。土工织物还分为有纺土工织物和无纺土工织物两种类型。在水库大坝中使用最多的是无纺土工织物，该材料孔隙率高、渗透性大及排水性能好，是大坝主要的配水反滤设施。②土工膜在水利工程应用广泛，因为其具有良好的防渗性能，而且价格便宜，但不适用于防渗要求较高的工程部位，因为其CBR的顶破强度较弱。③土工复合材料在水库大坝工程中应用相对较多，它是将两种或两种以上的土工材料合成到一起而形成的一种新的产品。因为是两种或两种以上的组合，不同的组合形成不同的品种，因此品种繁多。另外，不同的组合各有各的优势，因此组合后的新产品，功能也会各不相同。这种复合形式不但具有排水作用，更重要的是防渗效果非常好，因此适用于水利工程。

二、土工合成材料在水利工程中的应用

水利工程对农业生产与发展具有重要的影响，如果水利工程的抗渗性、整体性不合理，会直接影响水利工程的施工质量，影响水利工程发挥积极的作用，影响水资源调配，有些还会造成水资源的浪费。然而土工合成材料在水利工程中的应用对水利工程的防渗、防护、加固等方面发挥着积极的作用。

1.土工合成材料在护坡方面的应用

在水利工程的建设当中，堤坡或者岸坡被破坏的情况时有发生，既有大自然的不可抗拒因素，也有人为因素导致的，但都对水利设施的安全带来了巨大的隐患。水利工程建设过程中，滤层如果采用砂砾料，变形、滑脱的现象就会经常出现。另外当冬季寒冷时节到来时，受水库面冰压力的掘推、土体冻胀的破坏及风浪淘刷影响，许多堤坝护坡也会不同程度遭受破坏。

为了加强堤坡和岸坡的保护，一般通过岸坡防护来缓解水流的冲刷和破坏，采用过柴排、石笼、或打桩护坡等方法进行保坡，这些方法的使用效果并不是太理想，防护措施持久性差，需要经常维护和更新。因此，需要采取持久性好、无需经常维护更新的防护措施，而土工合成材料恰恰具有这样的优势：简单可行，成本相对比较低，且无需维护维修，还可以减少成本的投入。采用土工合成材料护坡只需要在被保护的土面上进行土工织物覆盖，再用重物压住，防止护坡移动。由于土工织物有良好反滤性能，能有效防止水流冲刷对堤坡和岸坡的破坏。

另外，土工合成材料中的土工织物袋也是常用护坡物料，主要铺设在河道、渠道、水库岸坡的表面保护层。土工织物袋是成型的模具土工编织模袋灌注砂浆或混凝土形成的，具有强度大、对不规则的地面适应性好、施工效率高、布膜质量轻、水下敷设不需排水等优点，还能代替砂砾料反滤层护坡，增强护坡抗冰推浪打能力，是很好的护坡形式。

2.土工合成材料在防渗方面的应用

在水利工程中需要进行大量蓄水以及引水等水利工程建设，其中最为重要也是最关键的就是要进行防渗处理。土工合成材料具有良好的防渗效果，可以用来进行水利工程建筑的防渗处理。土工合成材料大多是由弱透水材料组成，主要有土工膜和复合土工膜，它们的物理特性可防止建筑物渗水和气体挥发，可以起到防渗作用。在水库大坝进行防渗施工时，为了形成完整的防渗体，就要使堤身防渗复合土工膜与垂直铺塑土工复合膜很好地结合，起到防止管涌、流土的作用。

土工合成材料在土石坝的防渗处理时，一般是在上游坝面进行防渗。施工流程是先将水库里的水排干净，然后在混凝土坝的上游粘贴土工膜，最后进行加固处理。目前一般使用土工网格来粘贴加固土工膜，水渗过土工膜会被土工网格吸收，增强了土工合成材料的防渗效果。除此之外，浆砌石坝、碾压混凝土坝的上游坝面也可以应用这种方式来进行防渗处理。

3.土工合成材料在排水方面的应用

土工合成材料具有抗腐蚀性，不但能够防渗，而且能起到隔离及防护的作用。另外，土工合成材料还有利于水利建筑物排水，可应用于土坝内部垂直或水平方向的排水，还可应用于防渗水工膜后面及土坝混凝土护面下部的排水。其原理是土工合成材料可建立起一条专门的通道，将土体中的水流排出建筑物。

4.土工合成材料在防汛方面的应用

在防汛抢险中，过去常见的防汛物料是土料、砂料、草袋等，存在着重量大、施工速度慢、工程质量得不到保证的缺陷。土工合成材料具有排水反滤、防渗功能，可起到良好的排水、防水和防渗作用。土工合成材料具有整体性好、适应强、抢险速度快、经久耐用、可重复使用、储运方便及造价低等优点，越来越多地应用于防汛工作中。目前应用较普遍的土工合成材料有编织袋、编织布、无纺布、土工膜等。

5.土工合成材料在水土保持中的应用

由于土体中的水会从细粒土流向粗粒土，如果没有反滤层的保护，在水流的作用下土粒就会被带出土体，造成管涌和流土破坏，影响水利工程的稳定与安全。有些地区的堤防工程，缺少块石，工程不够坚固，常被洪水冲毁。而采用土工合成材料可以解决这些问题。土工织物有较好的水土保持功能，不但可有效地防止土颗粒过量流失造成的破坏，同时还能起到顺利排泄水流的作用，避免由于孔隙水压升高而造成的土体失稳。缺少块石的地区可采用尼龙编织袋修建谷坊治理冲沟，具有防冲能力强、坝体牢固、造价低及施工简单等优点，治理水土流失效果明显。

三、结语

随着经济社会的发展，科学技术水平的提高，各种新技术、新产品不断涌现。土工合成材料是近年来水利工程施工建设中采用最为广泛的一种新材料，将水工合成材料应用于水利工程中，能极大地提高水利工程的防渗性和稳定性。今后在水利工程建设管理实践中，应不断摸索和研究土工合成材料的特性和使用方法，以充分发挥土工合成材料的作用，保证水利工程的安全和效益的发挥■