土工织物在史灌河治理工程中的应用

胡家武

土工织物是我国近些年发展起来的一种新型科技产品，用于河道除险、堤防加固工程的防渗处理，是传统砾料垫层、反滤层和防渗材料的新型替代品。通过史灌河治理工程应用，进一步证明其具有较高的抗拉强度、延伸性和稳定性，可以解决堤防管涌、渗漏、险工护岸等一系列难题，是近一个时期河道治理工程的良好施工材料。史灌河除险加固工程应用土工织物代替传统砾料反滤层和粘土防渗材料，节省投资10%～30%，并达到了除险加固的目的，具有很高的实用性和推广应用价值。

一、土工织物工程应用概况

史灌河是淮河右岸较大支流之一。干流全长211km，流域面积68.89万km2，河道两岸堤防均用当地含砂量较大的砂壤土随河道走向随弯就弯修筑，河岸多为淤泥质土和淤沙土，质地松散，易被水流冲蚀，防渗抗冲能力普遍较差，河势经常变化，稳定性较差，易形成险工，历史上多次溃堤，泛滥成灾。历经多次洪水后史灌河背水坡脚附近出现20多处管涌，经分析，管涌成因是砂质河床游动性大，抗冲能力低，过去的防冲根脚设置太浅，满足不了局部冲刷深度要求，基础常被淘空，上部砌体随之塌落，从而导致整体性破坏。

通过对老险工破坏原因的分析，设计按河势、有滩、无滩、填方、挖方和枯水位深浅，分别选用不同的方案。对于主流顶冲塌岸严重，堤前无滩且前有深潭的新险工，采用短丁坝群方案；对岸脚冲蚀轻的，采用护坡方案；对于滩地较宽仅河岸崩塌、岸边枯水时水浅的新险，采取护岸方案。其下部均采用300g/m2纯涤纶土工织物做垫层反渗。

在结构设计上，也做了如下创新：①装抛砂袋：对坡脚冲淘严重，需恢复其堤脚及塌坡水下填方的地段，设计用防老化PP土工织物编织袋装砂筑围堰，围堰内倒沙至设计枯水位，用水冲压实。装砂饱满度达到70%～80%，扎紧袋口立放，顶宽50cm，内、外坡1∶1，②堆成椎体：土工织物用于河床岸坡砂土和铅丝笼直接接触部位。规格采用防老化聚丙稀PP编织布，起反滤和抗冲刷作用。③铅丝笼抛石：将其用于各种险工的根部，是保证险工稳定与安全的关键。抛置方量每延米最少为8m3，抛置深度枯水位以下不小于2m。当河中无水时，挖深2m，埋入河床，抛置顶高高于枯水位以上1m，其下部铺垫一层土工织物防淘，外坡1∶1.5，内外1∶1，铅丝笼编格对角线为8cm，每个铅丝笼尺寸：长×宽×高为3m×1.5m×0.5m。④浆砌石基墩：浆砌石基墩是护岸、护坡的基础，紧靠铅丝笼顶内侧，下用土工织物做垫层反滤。⑤干砌勾缝护面：护坡干砌厚度为30～50cm，石块最小尺寸不小于25cm，下部铺一层PP土工织布与5cm厚粗砂做反滤。⑥护砌高度：护岸与岸顶一齐，护坡护至10年一遇洪水位。坡度根据坡面情况采用1∶2～1∶2.5，个别的为1∶3，干砌石待深陷稳定后用1∶3水泥沙浆勾缝。⑦种植荻草：工程完成后，在回填土方上种植荻草。⑧史灌河李庄户、庙门口、陈台子三处管渗处理，采用外截内压，在临河面挖截渗沟低于枯水位1.5～2.0m，铺不透水土织布防渗，回填土方夯实，背水坡做壤土压渗平台，底部采用300g/m2无纺土方织物做反滤。

二、土工织物需满足的基本要求

1.在注重发挥反滤作用的同时，注意发挥其隔离加固作用

土工织物的反滤用途和常规滤料反滤一样，可防止土工建筑物渗流出口的渗透破坏。因此，土工织物反滤设计的基本要求和滤料反滤层相同，要达到保土和排水目的，同时还要设法发挥其在防渗、反滤部位的隔离和加固作用。

2.确定土工织物的工作状况

根据土工织物本身的性质、所接触土体的性质、渗透水流的作用条件，选择适当的土工织物，以免在渗流作用下产生淤堵而导致渗流量过分降低和渗透压力升高，避免因土颗粒连续不断地穿过土工织物而导致管涌破坏。

3.反滤层所用土工织物的材料要求

史灌河除险工程使用的土工织物主要按以下三方面进行考虑；①反滤功能要求（水力学要求）：土工织物作为反滤使用时，必须满足保土透水能力，不致因土工织物的铺设或孔眼被细土颗粒淤堵造成渗透水流受阻而引起水压力增加。②强度要求（力学性能要求）：必须要有一定的力学强度，以保证在施工和运行过程中不被破坏，甚至发生基土的管涌或流土，导致工程破坏。③耐久性要求：土工织物原料绝大多数是高分子聚合物，作物反滤材料用在工程中，随着时间推移，在自然气候的长期作用下，特别是由于阳光的照射和某些化学物质的侵蚀，以及温度剧烈变化，各项强度指标会降低。因此，在设计时根据织物所有的原材料及其性能以及使用条件等，都要考虑进去，并对合成纤维织物的老化试验资料进行分析，选用耐久性可靠的土工织物。

三、施工方法和要求

施工过程中，相关参建单位精心组织人员，根据土工织物的性能和特点及设计标准要求进行研究讨论和现场试验，找出土工织物施工的最佳方法，在此基础上进行施工。为了使土工织物在运用中发挥正常作用，在施工过程中提出以下几点要求：①做好土工织物施工前和施工中的保护工作，防止火烧，避免在日常下曝晒。②严格保护不受施工机械、硬物及人为破坏。史灌河孟小桥、黑河梢、柴营等16处险工施工，用了常州产PP型土工布，全部用于险工护岸铅丝笼抛石基础垫层，起到保土反滤固基作用。③在施工过程中，严格按照设计进行操作。从土工织物的选购到土工织物铺设一系列的工序处理都要严格把关，如土工织物接触面的处理、接缝的缝制、土工织物铺设松紧度的控制、防止土工织物滑动、与岸边基础的连接等，都进行了周密的考虑，保证了土工织物的完整性和反滤的可靠性。④土工织物材料参数不可变更。⑤土工织物排体制作规范：土工织物排体是由聚丙烯织布和聚乙烯绳两种材料组成，编织布是反滤工程的主要材料，由编织布拼接而成的排体是反滤、防渗的主体。排体的长度视工程的长度而定，宽度要满足护坡长度和封顶及根部水下最大冲刷深度要求。制作排体时，先按上述要求把编织布拼接成一个整体，再在布上用φ2.5mm聚乙烯绳布网，网孔为50cm×50cm，用2×2股聚乙烯线把绳与布固定为一体，即成排体。然后按工程设计要求进行其他工序施工。

四、成效分析

土工织物在史灌河治理工程中的应用，充分发挥了其性能特点，施工便捷，加快了工程进度，缩短了工期，达到了防渗、反滤预期效果。2017年3月，对运行25年的史灌河孟小桥、柴营、任台等处险工治理进行了检查和试验，土工织物表面无变化，抗拉强度正常，没有出现腐蚀现象，说明其耐久可靠；经过25年的工程运行，16处险工治理没有出现一处流土、塌坡、管涌现象。

土工织物应用于反滤、防渗、截流工程，经济方便，且施工简单。已完成的16处险工治理共采用土工织物98572m2，仅此一项节约投资近40万元。同时还可以降低劳动强度，减轻运输量，提高施工效率，工程寿命也比传统滤料长得多