土工織物在史灌河治理工程中的應(yīng)用

胡家武

土工織物是我國近些年發(fā)展起來的一種新型科技產(chǎn)品，用于河道除險(xiǎn)、堤防加固工程的防滲處理，是傳統(tǒng)礫料墊層、反濾層和防滲材料的新型替代品。通過史灌河治理工程應(yīng)用，進(jìn)一步證明其具有較高的抗拉強(qiáng)度、延伸性和穩(wěn)定性，可以解決堤防管涌、滲漏、險(xiǎn)工護(hù)岸等一系列難題，是近一個(gè)時(shí)期河道治理工程的良好施工材料。史灌河除險(xiǎn)加固工程應(yīng)用土工織物代替?zhèn)鹘y(tǒng)礫料反濾層和粘土防滲材料，節(jié)省投資10%～30%，并達(dá)到了除險(xiǎn)加固的目的，具有很高的實(shí)用性和推廣應(yīng)用價(jià)值。

一、土工織物工程應(yīng)用概況

史灌河是淮河右岸較大支流之一。干流全長(zhǎng)211km，流域面積68.89萬km2，河道兩岸堤防均用當(dāng)?shù)睾傲枯^大的砂壤土隨河道走向隨彎就彎修筑，河岸多為淤泥質(zhì)土和淤沙土，質(zhì)地松散，易被水流沖蝕，防滲抗沖能力普遍較差，河勢(shì)經(jīng)常變化，穩(wěn)定性較差，易形成險(xiǎn)工，歷史上多次潰堤，泛濫成災(zāi)。歷經(jīng)多次洪水后史灌河背水坡腳附近出現(xiàn)20多處管涌，經(jīng)分析，管涌成因是砂質(zhì)河床游動(dòng)性大，抗沖能力低，過去的防沖根腳設(shè)置太淺，滿足不了局部沖刷深度要求，基礎(chǔ)常被淘空，上部砌體隨之塌落，從而導(dǎo)致整體性破壞。

通過對(duì)老險(xiǎn)工破壞原因的分析，設(shè)計(jì)按河勢(shì)、有灘、無灘、填方、挖方和枯水位深淺，分別選用不同的方案。對(duì)于主流頂沖塌岸嚴(yán)重，堤前無灘且前有深潭的新險(xiǎn)工，采用短丁壩群方案；對(duì)岸腳沖蝕輕的，采用護(hù)坡方案；對(duì)于灘地較寬僅河岸崩塌、岸邊枯水時(shí)水淺的新險(xiǎn)，采取護(hù)岸方案。其下部均采用300g/m2純滌綸土工織物做墊層反滲。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，也做了如下創(chuàng)新：①裝拋砂袋：對(duì)坡腳沖淘嚴(yán)重，需恢復(fù)其堤腳及塌坡水下填方的地段，設(shè)計(jì)用防老化PP土工織物編織袋裝砂筑圍堰，圍堰內(nèi)倒沙至設(shè)計(jì)枯水位，用水沖壓實(shí)。裝砂飽滿度達(dá)到70%～80%，扎緊袋口立放，頂寬50cm，內(nèi)、外坡1∶1，②堆成椎體：土工織物用于河床岸坡砂土和鉛絲籠直接接觸部位。規(guī)格采用防老化聚丙稀PP編織布，起反濾和抗沖刷作用。③鉛絲籠拋石：將其用于各種險(xiǎn)工的根部，是保證險(xiǎn)工穩(wěn)定與安全的關(guān)鍵。拋置方量每延米最少為8m3，拋置深度枯水位以下不小于2m。當(dāng)河中無水時(shí)，挖深2m，埋入河床，拋置頂高高于枯水位以上1m，其下部鋪墊一層土工織物防淘，外坡1∶1.5，內(nèi)外1∶1，鉛絲籠編格對(duì)角線為8cm，每個(gè)鉛絲籠尺寸：長(zhǎng)×寬×高為3m×1.5m×0.5m。④漿砌石基墩：漿砌石基墩是護(hù)岸、護(hù)坡的基礎(chǔ)，緊靠鉛絲籠頂內(nèi)側(cè)，下用土工織物做墊層反濾。⑤干砌勾縫護(hù)面：護(hù)坡干砌厚度為30～50cm，石塊最小尺寸不小于25cm，下部鋪一層PP土工織布與5cm厚粗砂做反濾。⑥護(hù)砌高度：護(hù)岸與岸頂一齊，護(hù)坡護(hù)至10年一遇洪水位。坡度根據(jù)坡面情況采用1∶2～1∶2.5，個(gè)別的為1∶3，干砌石待深陷穩(wěn)定后用1∶3水泥沙漿勾縫。⑦種植荻草：工程完成后，在回填土方上種植荻草。⑧史灌河李莊戶、廟門口、陳臺(tái)子三處管滲處理，采用外截內(nèi)壓，在臨河面挖截滲溝低于枯水位1.5～2.0m，鋪不透水土織布防滲，回填土方夯實(shí)，背水坡做壤土壓滲平臺(tái)，底部采用300g/m2無紡?fù)练娇椢镒龇礊V。

二、土工織物需滿足的基本要求

1.在注重發(fā)揮反濾作用的同時(shí)，注意發(fā)揮其隔離加固作用

土工織物的反濾用途和常規(guī)濾料反濾一樣，可防止土工建筑物滲流出口的滲透破壞。因此，土工織物反濾設(shè)計(jì)的基本要求和濾料反濾層相同，要達(dá)到保土和排水目的，同時(shí)還要設(shè)法發(fā)揮其在防滲、反濾部位的隔離和加固作用。

2.確定土工織物的工作狀況

根據(jù)土工織物本身的性質(zhì)、所接觸土體的性質(zhì)、滲透水流的作用條件，選擇適當(dāng)?shù)耐凉た椢铮悦庠跐B流作用下產(chǎn)生淤堵而導(dǎo)致滲流量過分降低和滲透壓力升高，避免因土顆粒連續(xù)不斷地穿過土工織物而導(dǎo)致管涌破壞。

3.反濾層所用土工織物的材料要求

史灌河除險(xiǎn)工程使用的土工織物主要按以下三方面進(jìn)行考慮；①反濾功能要求（水力學(xué)要求）：土工織物作為反濾使用時(shí)，必須滿足保土透水能力，不致因土工織物的鋪設(shè)或孔眼被細(xì)土顆粒淤堵造成滲透水流受阻而引起水壓力增加。②強(qiáng)度要求（力學(xué)性能要求）：必須要有一定的力學(xué)強(qiáng)度，以保證在施工和運(yùn)行過程中不被破壞，甚至發(fā)生基土的管涌或流土，導(dǎo)致工程破壞。③耐久性要求：土工織物原料絕大多數(shù)是高分子聚合物，作物反濾材料用在工程中，隨著時(shí)間推移，在自然氣候的長(zhǎng)期作用下，特別是由于陽光的照射和某些化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，以及溫度劇烈變化，各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)會(huì)降低。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)織物所有的原材料及其性能以及使用條件等，都要考慮進(jìn)去，并對(duì)合成纖維織物的老化試驗(yàn)資料進(jìn)行分析，選用耐久性可靠的土工織物。

三、施工方法和要求

施工過程中，相關(guān)參建單位精心組織人員，根據(jù)土工織物的性能和特點(diǎn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行研究討論和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，找出土工織物施工的最佳方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行施工。為了使土工織物在運(yùn)用中發(fā)揮正常作用，在施工過程中提出以下幾點(diǎn)要求：①做好土工織物施工前和施工中的保護(hù)工作，防止火燒，避免在日常下曝曬。②嚴(yán)格保護(hù)不受施工機(jī)械、硬物及人為破壞。史灌河孟小橋、黑河梢、柴營等16處險(xiǎn)工施工，用了常州產(chǎn)PP型土工布，全部用于險(xiǎn)工護(hù)岸鉛絲籠拋石基礎(chǔ)墊層，起到保土反濾固基作用。③在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行操作。從土工織物的選購到土工織物鋪設(shè)一系列的工序處理都要嚴(yán)格把關(guān)，如土工織物接觸面的處理、接縫的縫制、土工織物鋪設(shè)松緊度的控制、防止土工織物滑動(dòng)、與岸邊基礎(chǔ)的連接等，都進(jìn)行了周密的考慮，保證了土工織物的完整性和反濾的可靠性。④土工織物材料參數(shù)不可變更。⑤土工織物排體制作規(guī)范：土工織物排體是由聚丙烯織布和聚乙烯繩兩種材料組成，編織布是反濾工程的主要材料，由編織布拼接而成的排體是反濾、防滲的主體。排體的長(zhǎng)度視工程的長(zhǎng)度而定，寬度要滿足護(hù)坡長(zhǎng)度和封頂及根部水下最大沖刷深度要求。制作排體時(shí)，先按上述要求把編織布拼接成一個(gè)整體，再在布上用φ2.5mm聚乙烯繩布網(wǎng)，網(wǎng)孔為50cm×50cm，用2×2股聚乙烯線把繩與布固定為一體，即成排體。然后按工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行其他工序施工。

四、成效分析

土工織物在史灌河治理工程中的應(yīng)用，充分發(fā)揮了其性能特點(diǎn)，施工便捷，加快了工程進(jìn)度，縮短了工期，達(dá)到了防滲、反濾預(yù)期效果。2017年3月，對(duì)運(yùn)行25年的史灌河孟小橋、柴營、任臺(tái)等處險(xiǎn)工治理進(jìn)行了檢查和試驗(yàn)，土工織物表面無變化，抗拉強(qiáng)度正常，沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，說明其耐久可靠；經(jīng)過25年的工程運(yùn)行，16處險(xiǎn)工治理沒有出現(xiàn)一處流土、塌坡、管涌現(xiàn)象。

土工織物應(yīng)用于反濾、防滲、截流工程，經(jīng)濟(jì)方便，且施工簡(jiǎn)單。已完成的16處險(xiǎn)工治理共采用土工織物98572m2，僅此一項(xiàng)節(jié)約投資近40萬元。同時(shí)還可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕運(yùn)輸量，提高施工效率，工程壽命也比傳統(tǒng)濾料長(zhǎng)得多