土工材料在河道生態治理中的應用技術研究

孟 博 朱永濤 張志華 霍志久 趙偉鑫

(1.滄州市供水排水集團有限公司，河北滄州 061000;2.河北省水利科學研究院，河北石家莊 050051)

1 灤河現狀及存在的主要問題

1.1 灤河遷安市段現狀

灤河古稱渜水，是渤海獨流入海河流。其流經河北、內蒙古兩省區的16個縣市，全長888km，流域面積44 750km2，流域自西北至東南長435km，平均寬度103km。灤河為河北省遷安市最大河流之一，總長度52.59km，流域面積458.5km2，占遷安市總面積的 37.96%。

1.2 存在的主要問題

1)河道淤積、水土流失嚴重。

灤河遷安市段上游水土流失較為嚴重，汛期洪水含沙量較大，造成河床逐年抬高。由于潘家口、大黑汀兩座大型水庫的修建，每年的3月～6月，河道基本年年斷流，造成大范圍的土地沙化，同時由于失去了水流的沖刷，泥沙迅速淤積，加上人為傾倒，河道已淤積不堪。

2)行洪能力薄弱。

自1962年特大洪水以后，市區沿河兩岸修建了大批防汛渡汛工程，從而使洪水對沿河兩岸的威脅大大的減少，但由于河道工程中出現嚴重的老化現象，大多數防洪工程已基本失去防洪能力。如果不提高現在的河道防洪標準或者重新修建防洪工程，老化工程若遭遇到特大洪水，將會給河道兩岸的居民生活造成不可預估的損失。

2 工程概況與治理措施

2.1 工程概況

河北省遷安市段灤河河道生態防洪工程是集防洪、蓄水、造地、交通、美化為一體的綜合性工程。工程等級為Ⅲ等，堤防為2級堤防，橡膠壩工程3級，50年一遇的設計洪水標準，100年一遇的洪水校核標準。該防洪工程主要包含51.2km防洪大堤、4 000畝人工湖、6km防洪撤退路、5道橡膠壩、黃臺湖島工程等。

2.2 主要治理措施

1)修建生態防洪大堤。

為保障灤河兩岸防洪、供水、城建等安全，在灤河左右兩岸修筑一條長50余千米的綠色防洪大堤。其中城區段左岸防洪大堤長5.2km，平均高5 m，頂寬50 m;其余各段防洪大堤平均高5.5 m，頂寬30 m。防洪大堤堤身采用河床砂礫料填筑。河道兩岸堤身的迎水坡分別采用漿砌石、干砌石以及土工格室、復合土工膜、塑網石籠等。其背水坡覆粘性清表土栽植紫穗槐等植物，內外邊坡河灘地栽種垂柳、楊樹等其他植物，使左右岸大堤成為帶狀的綠化、美化長廊。灤河防洪堤斷面形式見圖1。

圖1 灤河遷安市段生態防洪工程典型斷面圖

2)橡膠壩工程。

河道設計在灤河河道和左支修建六座橡膠壩，實現分級蓄水，從而使遷安市段灤河生態環境得到了恢復。作為攔河壩，其可在枯水期充水成壩蓄水，滿足用水及美化環境的需求，汛期排空壩內水，坍壩過洪，不影響河道行洪。

3)黃臺湖生態工程。

黃臺湖生態防洪工程是灤河生態防洪工程的重要組成部分，其工程中的主要技術措施與河道中的生態防洪建設結合在一起。湖底采用水平防滲，湖東西兩側分別采用混凝土擋水墻及漿砌石護岸。湖區所用土工合成材料有復合土工膜、工程塑網、土工格室等，化學性質十分穩定，不會對水體造成污染。

3 土工合成材料在灤河生態防洪工程中的應用

河北省遷安市段灤河生態防洪工程大部分主要采用土工格室、復合土工膜、土工加筋帶、工程塑網等。

3.1 利用復合土工膜防滲和防護

灤河遷安市段生態防洪工程采用復合土工膜主要進行防洪大堤坡面防滲和人工湖湖底防滲。

為實現就地取材和疏通河道的雙重目的，灤河遷安市段大堤主體選用天然級配砂礫料為填筑料，但出現了以天然級配砂礫料為填筑材料的大堤在河道高水位下嚴重透水，從而導致堤壩坍塌或出現流沙管涌等問題。為解決上述難題，工程中在堤壩的迎水面坡及坡腳處均采用鋪設復合土工膜，利用復合土工膜的弱透水性及反濾性能，防止岸坡液體滲漏、氣體揮發，保護岸坡免受水流沖刷、波浪沖擊。復合土工膜為兩布一膜，上下兩層無紡布單位面積質量均為150 g，PE膜厚0.3mm，單位面積總重量為525 g。灤河遷安市段生態防洪工程中共應用復合土工膜200余萬平方米。主要施工工藝:1)對基礎表面進行清理，達到平整度要求后，對坡面砂墊層進行碾壓密實，當驗收合格后，方可鋪膜;2)斜坡土工膜從上到下鋪設，水平鋪蓋自坡腳向外鋪設，鋪設應平順，松緊適度，以適應少量沉陷，并對相鄰兩張土工膜進行焊接;3)在坡腳處的土工膜用塑網石籠裝塊石壓住，以防止高速水流沖擊，將膜掀起;4)在復合土工膜上回填一定厚度土樣，防止土工膜遭受破壞。人工湖湖面面積2 000余畝，在湖底采用土工膜進行水平防滲。主要施工工藝:1)在湖底鋪設50mm厚中砂以達到整平的效果，然后鋪膜，焊接;2)在膜上鋪設一定厚度土樣，防止土工膜遭受破壞，然后用塑網石籠壓實。

3.2 工程塑網在工程中的應用

在灤河河道兩岸填筑堤壩過程中，為確保大堤安全可靠，在防洪堤迎水坡坡腳開挖處，在人工筑島的邊坡防護上，采用工程塑網裝塊石護底護坡，利用塊石自身的重量及塑網較高的延伸率抵抗水流沖刷保護堤身坡腳和人工島邊坡。湖底也采用塑網石籠進行壓膜護底。網眼規格為74mm×74mm，幅寬2.0 m。灤河遷安市段生態防洪工程中共應用塑網石籠44.1萬m3。主要施工工藝:

1)將工程塑網展開鋪好，在塑網中部用塊石砌成一定規格;2)進行塑網搭接，搭接處寬度不低于兩排網眼寬度，接縫采用尼龍繩縫制雙道;3)將塑網石籠分層平鋪，并在相鄰塑網之間回填一定厚度砂礫料，在塑網上鋪設厚卵石。復合土工膜、土工格室、工程塑網在灤河生態防洪工程中的應用形式見圖2。

圖2 典型堤段斷面圖

3.3 土工格室在工程中的應用

土工格室自身伸縮性好且化學性質穩定，它與填土一起能夠構成一種柔性結構層，從而大大提高土體強度和剛度，減少堤身沉降，消除水流沖蝕，改善水流流動能力。

為增強灤河左右兩岸防洪大堤岸坡穩定性，多采用土工格室護坡，能夠有效防止風浪對岸坡的沖刷，減少水土流失，保護坡面植被，為兩岸的綠化打下基礎。土工格室規格為格室高度200mm，焊接間距400mm，片材厚度1.3mm。灤河遷安市段生態防洪工程中共應用土工格室108余萬平方米。主要施工工藝為:1)整平施工坡面，鋪設墊層并壓實;2)在迎水坡坡面展開、拉緊，并用防滑釘將四周固定，防滑釘布置橫縱間距均為1.5 m，且施工完成后不允許拔掉;3)待固定完成后，及時將填料填充到格室內并壓實，同時觀察格室變形以及檢查密實度;4)修正河道的邊坡。

3.4 土工加筋帶在工程中的應用

在灤河遷安市段生態防洪工程左岸大堤三里莊段存在大堤斷面狹窄，工程場地不夠用，無法滿足河道行洪和堤防建設要求的情況，為解決這一難題，業主單位、設計單位經商討，計劃在三里莊段工程中使用加筋擋土墻技術。這一施工技術的含義為土工加筋帶協同面板、基礎和填料構成的土工結構，利用加筋材料與周圍土產生的較大摩擦力，限制土體的側向變形，從而使復合土體的承受能力得到顯著提高的施工技術。加筋帶采用高強度塑料復合加筋工程帶，規格(寬×厚)45mm×3mm，面板采用C25 F150混凝土預制板。灤河遷安市段生態防洪工程中共應用加筋擋土墻988 m，使用加筋土11萬m3。主要施工工藝:1)在要施工面清除一切雜物，平整施工場地;2)鋪設土工加筋帶，筋材主強度方向應垂直于軸線，同時插防滑釘;3)對墻體進行土料填充，回填土要層層密實，壓實度不低于設計要求。

加筋土擋土墻在灤河生態防洪工程中的應用形式見圖3。

圖3 加筋擋墻應用典型堤段斷面圖

4 結語

土工合成材料在遷安市段灤河生態防洪工程應用過程中，采用新材料、新技術、新成果，從而大大的節省了生態防洪工程中的直接投資。工程中采用土工合成材料不僅保證了施工質量和施工工期，而且還改善了遷安市當地的生態環境。土工合成材料的應用在工程中產生的社會、生態及經濟效益顯著。同時，為以后類似生態防洪工程的施工提供了理論和技術支撐。

［1］河北省水利水電第二勘測設計研究院.基于和諧理念的北方河流綜合治理研究——灤河遷安段防洪生態治理研究報告［R］.2005.

［2］宮愛華，于方明，張廣貞，等.土工合成材料的工程特性及其在水利工程中的應用［J］.山東水利，2000(12):79-80.

［3］鄭連合，蘇子英.生態防洪技術在灤河河道治理工程中的應用［J］.水科學與工程技術，2006(2):105-106.

［4］嚴競煌.城市瀝青路面加鋪中土工合成材料應用淺析［J］.山西建筑，2010，36(13):262-263.