論水利工程中土工合成材料的應用及施工

【摘要】土工合成材料作為一種新型的水利工程建設材料，土工合成材料有著防滲性、抗腐蝕性、防護性等優(yōu)點，是較為理想的防滲材料，在水利工程中有著廣泛的應用。為了有效普及應用土工合成材料，還必須對其進行深入研究。

【關鍵詞】土工合成材料；水利工程；應用

1、前言

土工合成材料是指工程建設中應用的與土、巖石或其他材料接觸的聚合物材料（含天然的）的總稱，包括土工織物、土工膜、土工復合材料、土工特種材料。土工合成材料具有反濾、排水、防滲、加筋、隔離和防護等作用，廣泛應用于水利、鐵路、公路、水運、市政、建筑、環(huán)保工程等領域。

2、土工織物的應用

土工織物又叫土工布，在水利水電工程上得到廣泛應用，多用于反濾、排水、隔離、加筋和防護等。在實際工程應用中，往往并非單一作用，而是幾種作用的綜合。

2.1土工布反濾

擋土墻排水暢通對于保證其安全很重要，因此墻身要設置一定數(shù)量的排水孔以盡快排出墻后回填土的地下水，但同時要避免墻后填土隨水流失，故應在墻后排水口處設置反濾。一般設置碎石反濾，該施工工藝比較瑣碎，容易被忽視，因此有時設計時直接利用土工布替代碎石反濾。如混凝土擋墻，一般在墻內(nèi)設PVC排水管，排水管后包扎2層無紡土工布用于反濾，施工方便，但在混凝土澆筑時水泥漿浸泡土工布易導致排水失效。對于漿砌石擋墻，墻內(nèi)設PVC排水管，排水管后包扎2層無紡土工布用于反濾，一般讓排水管稍微外伸可保證土工布不受砂漿浸泡，施工方便，很少出現(xiàn)排水管堵塞現(xiàn)象。對于格賓石籠岸墻，可直接在墻后鋪設土工布隔離反濾。

2.2土工布加筋

采用土工合成材料對路堤加筋主要目的是提高路堤的整體滑動安全系數(shù)，或在保證安全的前提下采用較陡邊坡以減少占地。單純采用平鋪土工合成材料加筋處理軟基能提高承載力，但對改善沉降的作用不大，沉降量一般還是比較大，沉降歷時也比較長。因此，對于軟土層較厚的情況，只靠平鋪土工合成材料加筋效果并不太好。

平鋪土工布加筋主要應用于局部淤泥層不是很厚的地基加固處理，一般結合中粗砂墊層使用。如堤線穿過魚塘或古河道，對淤泥堤基進行處理，由于處理范圍小，采用其它堤基處理方法不經(jīng)濟，此時可考慮采用加筋土工布。土工布在砂墊層的加筋作用一方面使得路堤荷載向兩側(cè)擴散，減小路基中心應力；另一方面有效約束側(cè)向位移和側(cè)向擠出量，從而減小豎向壓縮變形，即土工布可減小沉降的主要原理為一方面是由于路堤中心的有效荷載降低，另一方面是由于側(cè)向位移和側(cè)向擠出量減少。此外，土工布及其底部的砂層，作為水平排水通道，加速了軟土的排水固結。流溪河堤防部分穿過魚塘的堤段采用土工布加筋處理軟基，盡管沉降量較大，沉降歷時較長，但大部分沉降在施工期完成，設計時適當預留堤高或在沉降基本穩(wěn)定后再培高可保證堤頂設計高程。

3、土工充填袋的應用

土工充填袋技術的關鍵就是既要求有保土性，也要求有一定的透水性，這一對矛盾的統(tǒng)一體如何統(tǒng)一，主要取決于充填土的粒徑和土工織物的等效孔徑。可借鑒反濾準則對袋體材料提出設計要求。在土工袋充填過程中，如果透水性差，會影響施工進度，同時由于袋體內(nèi)水排出慢，容易導致袋體破裂。因此，規(guī)范建議采用砂性土為充填料。

水利工程中將土工充填袋應用于堤防主體工程建設較少見，多用于固灘護腳以及搶險和圍堰工程。堤防工程是擋水工程，一般未采用土工充填袋筑堤的原因主要體現(xiàn)在以下方面：①為了保證施工質(zhì)量，多采用砂性土為充填料，但砂性土的滲透穩(wěn)定性較差，習慣上多用黏性土筑堤；②對土工袋質(zhì)量和耐久性的擔心，一旦土工袋破損，袋內(nèi)充填粉細砂，在高水位情況下容易出現(xiàn)滲透破壞；③土工袋之間容易形成滲水通道。理論上可在袋之間鋪填薄層黏性土后，再覆蓋上一層土工袋，但這樣增加了施工難度。

4、EPS應用于軟基水閘引堤處理

EPS是由聚苯乙烯加入發(fā)泡劑膨脹經(jīng)模塑或擠壓制成的輕型板塊，具有密度小、易于安裝的特點，其密度一般為20～40kg/m3，是一般壓實填土密度的1/100～1/50。挪威國家公路研究所的研究表明：埋在土中使用12a的EPS，其壓縮強度幾乎等于施工時的強度；在地下水位以下埋設9a后EPS最大吸水量僅為9%。可見EPS是一種優(yōu)良的輕質(zhì)填料，常用于橋頭或軟基路段以及需要減載的場合。因此，在軟基水閘引堤處理時可考慮應用EPS填料。

有研究顯示，在特殊的條件下白蟻可能對EPS造成破壞；長時間受紫外線照射，EPS的表面會由白色變?yōu)辄S色，而且材料在某種程度上呈現(xiàn)脆性；在大多數(shù)溶劑中EPS性質(zhì)穩(wěn)定，但在汽油或煤油中可溶解。

鑒于上述原因，EPS在用作輕質(zhì)路堤填料時要注意對表面進行覆蓋保護。由于EPS自身重度很小，高水位時可能會由于水浮力而導致浮起破壞或降低堤防穩(wěn)定性，因此，設計時一定要進行抗浮計算，而且一般情況下EPS不宜埋設在堤防底部，宜埋設在堤防上部并做好抗沖防護。對于海堤埋設EPS時，應復核在風暴潮沖擊情況下的堤防穩(wěn)定。

5、結束語

土工合成材料作為新材料在水利工程上得到廣泛應用，能少花錢而修建高標準、高質(zhì)量的水利工程。加強對土工合成材料應用的研究，總結以往應用案例的經(jīng)驗教訓，對進一步推廣土工合成材料在水利工程中的應用具有重大意義。

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