土工织物在河岸反滤体施工中的应用

王晓光

（盘锦市双台子区农业发展服务中心，辽宁 盘锦 124000）

1 工程概况

辽河位于台安县红庙子附近以下的河段即为双台子河，该河流西南流经台安、盘山、大洼等县后注入辽东湾，河段总长度约130 km。双台子区城市段河道疏浚工程则位于双台子区盘锦大桥～双台子大桥，桩号0+000～1+100，治理段长1 100 m，主河道深泓线与其右岸严重偏离，不断冲刷左岸堤防后形成陡坎，已经对该段堤防工程安全造成严重威胁；同时也引发河道右岸严重淤积，使河道泄洪运行能力持续下降，十分不利于该段河道行洪安全。必须尽快对该河段展开疏浚治理。

根据《水利水电工程地质勘察规范》中所规定的混凝土材料受环境水腐蚀性的评价标准可以得出，该河道治理工程岸坡坝址处地下水对混凝土材料存在弱腐蚀性。区域坝基地层透水性能主要受地层岩性的影响，并且随土层深度的增加而呈现增强趋势，结合室内土工试验和野外钻孔注水试验结果，综合得出工程区各土层渗透系数，具体见表1。

表1 工程区各土层岩性渗透性汇总表

2 土工织物在河岸反滤体中的应用

2.1 反滤材料选择

根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》的具体要求，岩土工程中传统粒料可通过土工合成材料代替后建造反滤层河排水体。大量工程实践也证明，以无纺土工织物为岩土工程反滤材料，首先必须保证其单位面积质量及厚度满足工程要求，并且在遭遇往复水流的情况下，增大土工织物设计厚度。无纺布土工织物主要以合成纤维为原材料，通过针刺等技术将任意排列的纤维压制而成布状物，使其各向具备相等的抗腐蚀性和抗拉强度。该材料透水性强，且能起到避免受保护土体颗粒流失的作用。土工织物的选择应根据工程中受保护土体粒径及渗透系数的取值进行，结合本工程实际，坝体土料内粘粒含量高，颗粒粒径小，必须选用透水性及保土性好的土工织物。初步选用短纤针刺非织造土工布材料，该土工布材料单位质量400 g/m2，单位面积质量差-7%，厚度≥2.4 mm，幅度偏差-0.5%，断裂强力≥9.5 kN/m，断裂伸长率25%～100%，CBR顶破强力1.5 kN，等效孔径0.07～0.2 mm，垂直渗透系数1.0～9.9 （10-1～10-3）cm/s，撕破强力≥0.24 kN。

2.1.1 保土性

根据土工织物有效孔径与土体特征粒径之间的关系进行土工织物保土性能的表征。有效孔径必须满足以下条件：

式中O95—土工织物等效孔径，mm；n—与土工织物反滤层所保护土体类型、级配、织物品种及反滤体运行状态有关的经验系数；d85—工程区受保护土体特征粒径，土体内比该粒径土体质量小的土体在总质量中的占比为85%，mm。结合相关规范及类似工程设计经验，所确定出的土工织物等效孔径O95取0.12 mm，土体特征粒径d85取0.95 mm，经验系数 取值为1，则O95≤n d85，土工织物材料符合工程岸坡保土性要求。

2.1.2 透水性

河道治理工程土工织物透水性必须满足以下要求：

其中：Kg—土工织物反滤材料垂直渗透系数，cm/s；A—经验系数；KS—土体渗透系数，cm/s。结合工程实际情况及类似工程经验，本工程所采用的土工织物垂直渗透系数取2.5 10-2cm/s，土体的渗透系数取3.0 10-4cm/s，经验系数则取值10.0。将相关取值代入式（2）后可得到土工织物反滤材料垂直渗透系数为2.5 10-2cm/s≥10.0 3.0 10-4cm/s。因此，土工织物透水性符合设计要求，使用后岸坡反滤体功能将得到改善。

2.2 土工织物布置

该河道治理工程河岸土工织物反滤层布置于坝体上排水体上游侧，水平段土工织物反滤体则设置在坝体底部，上游至下游坝面结构层依次为坝体土料、土工织物、厚50 cm 的粗砂滤层、厚150 cm的砂卵石层、厚50 cm的粗砂滤层、坝壳土料及下游坝坡。布置情况具体见图1。

2.3 土工织物及反滤料填筑施工

此河道治理工程坝体反滤层由排水体上游面所增设的土工布砂石反滤体构成，且反滤体向上游倾斜45h。为确保土工织物平铺平整，符合排水施工坡比等方面的要求，主要采用先土后砂的施工工序，先根据设计层厚进行反滤体上游侧土料回填，通过推土机整平后再通过人工方式平整坡面及反滤体四周0.5～1.0 m 范围内土体，铺设并拉紧土工织物后还应借助自卸车运料压紧，并回填反滤料。反滤层的碾压施工应与两侧土体同时进行，考虑到反滤料与两侧土料具备不同的压缩性能，为保证碾压施工质量，应使反滤料铺设层厚度比混合料层厚低6～10 cm，并先填筑两层坝体混合料，再进行反滤料回填。

应用震轮直径1 523 mm、震轮宽2 178 mm的18 t振动平碾展开碾压施工，保证坝体土料、土工织物、首层反滤料交界处同时碾压，且以不开振动挡的方式将反滤层反复碾压两遍以上。此后再以打开振动挡的方式将坝体土料碾压密实，最后碾压1～2遍后结束，检测密实度。

2.4 施工质量控制

在进行该河道治理工程河岸土工织物铺设前，必须按设计要求平整上游已填筑的坝面，并彻底清理坡面处棱角块石、树枝等杂物，避免杂物刮破土工织物。对于土工织物已经破损的情形，必须采用面积超出破损处面积4～5倍的土工织物覆盖修补。土工织物反滤层铺设必须从坝脚开始依次向坝顶进行，切忌绷拉过紧，避免因坝体结构变形等原因拉断土工织物。土工织物铺设时相邻两块土工布搭接长度应控制在30～50 cm，且缝合线距离边距的长度应至少为5 cm。

土工织物铺设完成后，必须立即在其上加铺保护层及厚度至少为50 cm的防晒层，防止因阳光直射而降低土工布的性能和寿命。施工过程中应保证土工织物铺设速度与两侧土料填筑速度一致，碾压过程中应事先卷起土工织物，防止在碾压轮的作用下底部石渣顶破土工织物。

3 结论

双台子区城市段河道泄洪运行要求高，河道疏浚工程河岸坝坡质量要求严格，故坝坡渗透变形是施工控制要点。土工织物作为防渗反滤新材料，因土体性质复杂，土工织物与土体相互作用的相关研究仍处于探索阶段。但毫无疑问的是，土工织物长时间受到土压力的作用后期滤层将表现出压实变形，孔径变小，可起到阻止被保护土体颗粒流失的作用；受保护土体也会同时发生压实变形，结构紧密程度提升后抗流失能力也随之提高；在有压环境下，压实变形对于滤层功能的发挥更为有利。

土工织物反滤层与受保护土体之间存在长期作用，土工织物性能能否顺利发挥主要取决于坝体土料属性、承压能力、运行情况等，在该河道疏浚工程河岸坝坡加固施工后的运行过程中，应加强对坝体渗透情况的长期观测，保证反滤体功能的顺利发挥。工程应用结果表明，土工织物作为反滤体具备施工快速、造价低廉、有助于坝体渗透愈合等优势，在岩土工程中具有广阔的应用前景，其作为坝体永久性反滤体设计，耐久性、稳定性等工程性能仍有待进一步实践检验。