關于無紡土工織物作為均質土壩反濾排水材料的應用

云南省紅河州水利水電勘察設計研究院 云南省蒙自市 661199

摘要：無紡土工織物是以黃麻和棉為原料經過加工生產出來的一種紡織品，這種紡織品具有很好的通氣性、過濾性和透水性，在均質土壩施工中作為反濾排水材料具有很好的效果。本文以某均質土壩的修建為例，對無紡土工織物作為反濾排水材料的應用進行了探索。

關鍵詞：無紡土工織物；均質土壩；反濾排水材料；應用

隨著經濟的發展，水利工程的修建范圍越來越廣，數量也越來越多，在進行水利工程修建的過程中，大壩的修建的是重點。均質土壩反濾排水材料的選擇一方面會影響大壩的質量，另一方面也會影響大壩的造價。無紡土工織物是由植物纖維制造而成的具有很好的通氣性、過濾性和透水性的一種紡織品，在作為均質土壩反濾排水材料方面具有很好的質量優勢和價格優勢，所以探討無紡土工織物在均質土壩反濾排水材料中的應用具有重要的意義。

一、均質土壩的實際情況

均質土壩工程大壩最大高度是39米，壩頂的長度是375米，壩頂的寬度是8米，填充壩體使用的土料都是從兩個副壩周圍的土料場選取的。這個均質土壩上游壩坡的比值是1：3；1：3.5；1：4，下游壩坡的比值是1：2.5；1：2.75；1：1.5。壩體內部設置上昂式的排水體進行排水，在排水體的上游設置一道500克的無紡土工織物，無紡土工織物的鋪設面積是12080平方米。在進行壩體填筑時使用的是風化土和殘坡積土的混合材料，總填筑量是81.9萬立方米，排水反濾體的填筑量是22010立方米，填筑時使用的反濾料是天然的河砂與砂卵石[1]。

二、均質土壩反濾體的設計

（一）均質土壩反濾體設計的原因

大壩是這個水利工程的擋水建筑物，當水庫中的水位上升的時候，一定會在大壩的壩基、壩體周圍形成滲透性的水流，在很大程度上會引發滲流破壞。所以，均質土壩不僅要滿足穩固性的要求，同時還要采取一定的措施，防止滲透破壞現象的發生，保證土壩的安全性。由土力學的相關知識我們已經知道，造成土體滲透破壞的主要原因是土顆粒的流失，所以防止滲透破壞最主要的措施就是防止土顆粒的流失。防止土顆粒流失最有效的辦法就是在被保護的土顆粒的后面設置一層反濾層。這個反濾層有兩方面的功能，一方面是保護土顆粒不會流失；另一方面是反濾層良好的透水性可以起到排水減壓的作用。為了實現第一種功能，就需要所用的防水材料滿足小孔徑的要求；為了實現第二種功能，就需要所用的防水材料具有很好的透水性[2]。而無紡土工織物正好可以滿足以上兩種特性需求。

（二）均質土壩反濾體的具體設計

以反濾層的設計資料為基礎，將砂礫濾層的保土性設置為：D15/d85小于4—5，將砂礫濾層的透水性設置為：D15/d15大于4—5。然后以大壩使用的混合料的顆粒級配為基礎進行分析，可以得出如下結果：大壩的土料顆粒d85等于0.09毫米，而大部分土料的d15都在0.001毫米以內。此工程使用天然的砂卵石和河砂作反濾材料，經過對它的顆粒進行分析，可以得出如下結果：d15在0.39和0.59之間，D15/d85的數值在4.3和6.5之間。通過和上面的數據進行對比可知，這種材料不能實現保土性的要求。而D15/d15的數值大于5，說明可以實現透水性的要求。

以上面實驗分析之后的數據為準，經過設計單位的研究，以本工程的特點為基礎，為了強化保土性和透水性的功能，保證大壩運行過程的安全性，所以在兩個位置分別設置一道無紡土工織物，使用的無紡土工織物的標準是500克每平方米，這兩個位置分別是：上昂式排水體的上游側、壩體交界面。

三、無紡土工織物的具體應用

（一）無紡土工織物的物理性能

無紡土工織物是一種使用合成纖維通過針刺的方法制成的一種布狀物，具有抗拉強度高、耐腐蝕性好、各向幾乎相等的特點。無紡土工織物作為反濾排水材料最大的優勢表現在以下兩個方面，分別是：一方面，無紡土工織物具有很好的透水性，能夠有效的保護土顆粒不會流失，基本上符合濾水材料的性質。另一方面，無紡土工織物和砂石濾層相比具有工程量小、工期短、施工簡單、費用低的特點。所以，使用無紡土工織物作為反濾排水材料具有很好的科學性，應用前途廣泛[3]。

（二）無紡土工織物的選取

在進行無紡土工織物選取的時候要以被保護的土顆粒的粒徑和滲透系數為依據。經過分析，大壩需要保護的土顆粒含量多，粒徑比較小，可以選用500g/cm2的無紡土工織物，這種無紡土工織物的具體物理性質如下表所示：

以土工織物的濾層要求為依據，在一般的情況下，無紡土工織物的孔徑要在d15和d85之間，無紡土工織物的滲透系數要在10k以上。通過上表可以看出，500g/m2無紡土工織物的有效孔徑是0.092毫米，土料的d85是0.09毫米，土料的d15都在0.01毫米以內，符合孔徑在d15和d85之間的要求，滿足反慮要求。除此之外，以副壩的土料滲透試驗為依據，測得土料滲透的系數在1.32*10-6米每秒和1.12*10-7米每秒之間，而500g/m2無紡土工織物的滲透系數在0.91厘米每秒，

符合無紡土工織物 M≥300g/m2的要求。所以使用500g/m2無紡土工織物作為反濾排水材料是正確的。

（三）無紡土工織物的布置

以設計圖紙為依據，在壩體上昂式排水體的上游側布置反濾層，在反濾體的底部布置水平段的無紡土工織物。從工程的上游到下游的壩面布置的分別是：土料、無紡土工織物、50厘米厚的粗砂濾層、150厘米的砂卵石層、50厘米厚的粗砂濾層、壩殼土料、下游壩坡。具體的布置如下圖所示：

（四）無紡土工織物的施工

第一，在壩體的上昂式排水體的上游面上增設一道由無紡土工織物和砂石共同組成的反濾層，這個反濾層和上游的傾斜角度是45度。

第二，在施工的過程中使用“先土工織物后砂”的施工辦法，也就是先以層厚為基礎將反濾體上游側土料進行回填，然后使用推土機將其攤鋪平整，在攤鋪的過程中坡面的部位或者距離反濾體0.5—1米的部位要按照設計的坡比用人工的方式進行平整，同時將鋪設的無紡土工織物拉緊，用裝載自卸車進行反濾料的運輸和回填。這樣的目的是為了保證無紡土工織物鋪設的平整性，為了滿足施工過程中的坡比要求。

第三，反濾層的碾壓要和兩側的土體共同施工，由于土料的壓縮性能和反濾料的壓縮性能具有差異性，所以為了滿足機械碾壓施工的要求，在進行反濾料的鋪設時，反濾料鋪設的厚度要比混合料的厚度小5—10厘米。在施工的過程中，可以先填筑壩體兩側的混合料，然后再進行反濾料的回填。