土工織物在堤壩防滲工程中的應用

陳志國

（遼寧省葫蘆島水文局，遼寧葫蘆島125000）

土工織物在堤壩防滲工程中的應用

陳志國

（遼寧省葫蘆島水文局，遼寧葫蘆島125000）

土工織物作為新型土工合成材料的一種，在土木工程基礎建設特別是水利工程防滲建設中發揮著越來越重要的作用。研究土工織物材料特性，特別是其在堤壩防滲工程中的應用，為土工織物在水利工程中應用提供理論基礎和研究依據。通過理論分析、現場試驗研究以及工程實踐，深入分析土工織物防滲性能，提出了防滲過程中的關鍵問題。結合云南省高梁地水庫現場工程情況，對土工織物的防滲作用進行設計，提出了土工織物防滲材料的施工工序，并對土工織物的防滲效果進行了分析，指導類似的實際工程安全施工。

土工合成材料；土工織物；土工膜；堤壩防滲；防滲墻

引言

隨著我國基礎工程建設的迅速發展，特別是東部沿海、內陸湖泊等水利工程在基礎工程建設中占據越來越重要的地位［1］。高水準高要求的水利工程建設對防滲要求越來越高，對防滲材料的性能要求越來越嚴格，傳統的防滲材料已不能滿足現代水利工程建設對防滲的要求，因此，亟需研究新型材料解決水利工程的防滲問題［2］。土工合成材料作為一種新型的土木工程材料，以其自身重量輕、材料強度高、耐腐蝕、運輸方便和價格便宜等優點逐漸在土木工程建設中發揮重要作用。土工織物作為土工合成材料的一種，在水利工程抗滲等施工中使用較多［3］。其中，針刺無紡土工織物的特點孔隙率高，滲透性好，排水性能優越，防滲性能和排水性能良好，可以作為排水反濾設施被廣泛應用在水利工程壩體防滲中［4］。因此，針對我國水利工程防滲要求，研究土工合成材料防滲特性及其工程應用具體問題，結合云南省高梁地水庫現場施工技術，分析了土工織物在水利工程防滲中的主要作用，深入探究了其應用設計理念及施工技術，對加快新型土工材料的推廣應用，提高水利工程建設過程中的經濟和社會效益，具有重要的指導意義。

1土工織物防滲作用

1.1防滲材料

土工織物作為防滲材料，其優點為防滲效果很好、質輕價低、施工簡單。在水利工程防滲施工中，完全可以替代傳統的防滲材料進行施工［5-6］。

1.2防滲材料的工程應用

防滲材料在水利建設中常見的工程應用如下：①堤壩的防滲斜墻或心墻，②透水地基上堤壩的水平防滲鋪蓋和垂直防滲墻，③圬工壩、混凝土壩、碾壓混凝土壩的防滲體，④渠道的襯砌防滲，⑤涵閘、海漫與護坦的防滲，⑥隧道和堤壩內埋管的防滲，⑦施工圍堰的防滲［7］。

圖1堤壩工程中的防滲作用

為了加快推廣土工織物在水利防滲工程中的進一步應用，亟待解決的關鍵問題為：

（1）土工織物材質。土工織物的原材料有多種，應該根據當地的氣候條件等進行適當選擇。排水、排氣問題，土工織物下有可能積氣、積水，如不將它們排走，可能因受頂托而破壞。

（2）表面防護。聚合物制成的土工織物容易因日光紫外線照射而降解或破壞，故在儲存、運輸和施工等各個環節，都必須時時注意封蓋遮陽，特別是在施工過程中，應盡量縮短其外露時間，原則上應隨鋪隨用土覆蓋［8］。

電液轉向助力系統的特性曲線表達式為一個包含速度、方向盤轉角(扭矩)、前輪氣壓和軸重等諸多因素的復雜非線性多元函數式.為了簡化求解過程,在不影響分析結果的基礎上,本文忽略次要的影響因素,只考慮2個主要變量:方向盤輸入扭矩Td和速度v.全車速下助力特性曲線的函數表達式為

2土工織物工程應用

2.1工程概況

以某水庫抗滲施工為例。在某水庫大壩上游壩體發生滑動后，施工人員及時清理了滑坡體，并通過砌筑擋土墻對上游壩腳進行處理。但是，由于連續強降雨，水庫壩體在原滑弧面產生二次滑動。根據現場的勘察和專家論證，一致認為產生滑坡的主要原因：筑壩材料的滲透性較差，多為褐紅色粘性土夾碎石，在壩體施工過程中，忽略了排水管道和排水措施。第一次的滑動處理沒有將基礎修筑在地基巖（土）體上，直接導致了二次滑動時擋墻作用失效［9］。在現場采集原狀土樣進行室內試驗，測得滑坡體土料的主要物理力學性質指標列于表1中。

表1滑坡體土樣性能指標

2.2工程設計

2.2.1土工織物的選擇

根據該滑坡體的特征，所選擇的土工織物除滿足強度高、密度大以外，還必須滿足擋土準則、滲透性準則和淤堵準則。通過比較，選用湖南無紡布廠生產的針刺聚脂長絲無紡布，其物理性能指標見表2。

表2土工織物性能指標

2.2.2土工織物加筋層布置

（1）總加筋力確定。確定原滑動面所需的總加筋力Ts，按下式計算：式中：Ts—單位坡長所需加筋力的總和，作用點位于H/3，kN/m；Fsr—滑動處理后的安全系數，一般情況下取1.3；Fsv—滑動處理后的安全系數，一般情況下取0.91；Md—滑動圓心的滑動力矩之和，kN/m；D—Ts作用力臂，一般取D=R，m。

（2）加筋力分配。為保證土工織物在水利防滲工程中受力均勻，沿高度方向將總加筋力Ts進行3區劃分，其中，底區Tz1=Ts/2；中區Tz2=Ts/3；頂區Tz3=Ts/6。代入有關數據得：Tz1=64.8kN/m；Tz2=43.2kN/m；Tz3=21.6kN/m。

（3）土工織物間距和層數確定。根據該工程特點，取底區、中區、頂區的高度分別為2、4、4.2m，根據承受拉力的不同確定不同區域的加筋層數和間距：

式中：Tr—該區每層土工織物承受的拉力，kN/m；Tz—傳遞到每區的總拉力，kN/m；N—施加的土工織物的層數。

代入數據得，地區層數為3.43層，取4層；同理可知：中區層數取4層（計算結果為3.3層）；頂區層數為2層（計算結果為1.15層）。底區、中區、頂區的間距分別為0.5、1.0、2.0m，如圖2所示。

圖2土工織物加筋斷面圖（　單位：cm）

（4）土工織物長度確定。要求的土工織物的下料長度按下式計算：

式中：L—土工織物下料總長度，m；La—滑坡面以內的長度，m；Le—錨固長度，m；Lu—錨固長度及轉折長度之和，其中轉折長度取1.5m，m；Ta—土工織物的容許拉力，一般情況下將抗拉強度的0.4倍作為其容許拉力；Fs—抗拔安全系數，取1.3；F—抗拔摩擦系數，取0.6tgφ；α—錨固范圍內的非線性衰減系數，取0.6；σγ—土工織物加筋料上的垂直有效應力，kPa。

一般情況下，通過式（3）計算得到的Le往往偏小，取4m作為其設計長度［11-12］。作為加筋材料，各層土工織物的長度統計見表3。

表3各層土工織物加筋料長度m

2.2.3穩定性校核

穩定性校核主要考慮2個位置：其一為原滑弧面，由于每層土工織物提供的拉應力增加了滑體的抗滑力矩，采用瑞典條分法計算，其安全系數為2.06，大于1.3；其二為錨樁及抗滑樁底構成的圓弧面，是應力相對集中的位置，也是壩體中最危險的滑動面，通過穩定性計算，安全系數1.47，大于1.3，滿足設計要求。

2.3施工工序

根據現場勘察及其施工情況，確定其施工工序如圖3所示。

圖3土工織物施工工序流程

2.4處理效果

為了從宏觀角度對坡面位移進行觀測，特制作200mm×200mm×10mm堅毅沉降板，其中心位置沿豎直方向焊接鋼筋，其尺度為40cm，Φ20mm，并逐層布置。待施工一段時間后，將與前后的位移情況進行對比。經過一年半的水平位移觀測，根據實測數據發現最大沉降量達到28mm，水平位移最大值為13mm，水庫壩體的運行情況正常。因此，采用土工織物作為防滲材料應用于水利工程中具有較強的可行性，此外，施工成本節省30%，產生了良好的經濟效益。

3結論

（1）土工織物材質和表面防護是堤壩防滲工程需要解決的關鍵性問題。避免因頂托作用致使土工織物在堤壩防滲過程中遭受破壞，在儲存、運輸和施工等各個環節，時時注意封蓋遮陽，特別是在施工過程中，應盡量縮短其外露時間，做到隨鋪隨用土覆蓋。

（2）土工織物的選擇除應根據該滑坡體的特征、高強度、大密度以外，還必須滿足擋土準則、滲透性準則和淤堵準則；土工織物的防滲設計主要包括確定總加筋力、加筋力分配、確定土工織物間距和層數以及確定土工織物長度等方面。

（3）土工織物的堤壩防滲施工工序主要包括：清基及打抗滑樁、鋪設織物、鋪土及夯實、翻卷及錨固織物，通過對堤壩防滲進行土工織物的設計、施工和運行管理，取得了較好的堤壩防滲效果，對類似的水利工程防滲施工具有指導和借鑒意義。土工織物等新型土工合成材料的工程應用目前處于探索階段，仍需要更進一步深入的研究。

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1008-1305（2016）03-0097-03

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2016-04-02

陳志國（1963年—），男，工程師。