探析土工合成材料在水運工程中的應用技術

詹娜丹

（福建省交通建設試驗檢測中心有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

我國水系發達，水運工程項目非常多，但是由于我國水運工程經常會受到洪澇災害等方面影響，導致水運工程的運行效率不高，而通過土工合成材料的應用，能夠有效的增強水運工程抗沖刷的能力，也可以幫助水運工程防洪堤壩的建設。通過土工合成材料在水運工程中進行應用，能夠更好的促進水運工程的穩定性，減少洪澇災害對于水運工程產生的影響。

1 土工合成材料的分類及主要功能

1.1 材料的分類

早在20世紀50年代歐美國家開始使用土工合成材料，發展至今，土工合成材料已在大多數發達國家的水運工程領域廣泛應用。國內水運工程土工合成材料的生產、應用過程從1974年開始，至今已將近40年，廣泛應用于碼頭、航道、內河、軟基加固及圍捻等工程中，發揮著重要作用。從目前來看，土工合成材料的主要材料分類包括很多，最常見的就是土工織物、土工膜、土工復合材料以及特種土工合成材料，土工織物就是利用機織、針織、或非織造的聚合物材料制成的有透水性的土工合成材料，土工膜則是利用聚合物或瀝青制成的相對不透水土工合成材料，土工復合材料則是包括兩種或兩種以上的土工合成材料復合而成的。

1.2 主要功能及應用

土工織物能夠與壓載塊體共同組成護底軟體排，并且具有非常良好的保砂透水功能，所以對河床可以進行自適應避免河床沖刷減弱的問題。最初在上世紀60年代，荷蘭首先采用土工合成材料，在湖底工程中進行應用，而我國則在上世紀70年代，通過利用磚塊壓在土工織物作為護底軟體排并且隨后又通過不同的壓載結構構成軟體排，隨著土工合成材料制造技術的快速發展，無紡布機織布的負荷可以有效提高保砂透水的效果。而在2011年，在長江南京以下12.5米深水航道整治工程建設過程中，由于針對過往的工程損壞情況進行調查，并且通過物理模擬實驗來考慮水深、水流結構等因素，通過利用軟體排壓載穩定重力的計算方法也能夠有效提高水運工程的運行效率。所以土工管及其土工合成材料的應用，需要注重對排水需求與工程過濾需求的重點考慮。而現階段施工過程中涉及到利用土工合成材料進排水、過濾設施制作的工程種類具體包括：（1）擋墻后排水系統、（2）隧道、隧洞襯砌后排水系統、（3）排氣系統、防滲鋪蓋下排水、（4）塑料排水帶預壓工程、（5）排水設施、公鐵路過濾、（6）岸墻后排水系統、（7）土石壩過渡層、（8）農田水利工程。

2 應用研究及進展

2.1 在防沖刷領域的應用

首先由于波浪的高度和周期，對于壓載塊的穩定性會產生重要影響，通過波浪的作用下導致壓載塊失穩，臨界速度小于水下流水速度，隨著坡度的升高，臨界失穩流速的降幅也不斷增加，而通過軟體排壓載體力學平衡的原理能夠建立灘面坡度壓載體的位置。首先由于對水運工程的沖刷因素非常多，無法通過各種經驗和公式，針對沖刷內容進行準確分析，這樣也會導致地質抗沖和典型土質抗沖性實驗受到影響。由于傳統的聯鎖快體排土工布由機織布無紡布和加筋帶共同構成，增加了人工成本，所以為此必須要采用新型的土工合成材料通過新型軟體排土工布，能夠避免傳統施工現場多重材料鋪設的問題，只需要鋪設一層就能夠起到排水濾渣的作用，極大的縮短了施工工期，另外由于在出廠時就能夠形成有機整體，所以不需要在施工現場進行二次加工就可以直接利用，極大的縮短了工程工期。進入新時代，我國工程技術人員針對空間構建改善水運工程的特征進行分析，通過構建拋投空間的相關穩定性來提高土工合成材料的防沖促淤性能。

2.2 在生態護灘、護岸方面的應用

通常來說，水運工程周圍都有大量的水生植物生長，所以土工合成材料必須要具備保護植物生長的功能，從目前來看，灘體或者岸邊，由于自身就屬于高灘植物生長區，而另一種則是高灘區或者岸邊，由于長期沖刷造成的灘體或者岸邊本身泥石流高程降低，而導致植物死亡的生態修復區，如果采用傳統的覆蓋方式不僅會導致原有的生態系統受到破壞，而且起不到良好的守護效果，隨著人們對于生態環境的越發重視，為此，越來越多的工程建筑人員開始尋求新技術來針對生態護灘護岸進行。管理還是以長江南京以下12.5米深水航道一期工程作為案例進行研究，通過，對于土工合成材料能夠形成兩種不同的生態護灘結構，首先針對生態保護區，利用大網格土工格柵軟體排保護臺面占用14塊，針對格柵軟體進行管理，通過這樣的方式能夠有效修復生態修復區加強了對于植物根系的保護的生態排布特點。

2.3 在袋裝砂堤心斜坡堤方面的應用

首先通過袋裝砂來代替拋石，能夠有效提高斜坡的防護效果由于沙袋的填料比較細，而且整個帶體的延伸率非常高，所以經常會在河水沖刷作用下，導致編織袋的孔徑發生變化，編織袋內的沙粒會不斷析出，另外分層沙袋抗浪的穩定性能比較差，經常會出現被打落的情況。運用袋裝砂堤心，斜坡堤結構能夠有效抵御臺風大浪的侵蝕，并且沒有出現袋體破損漏沙的問題，通過實驗表明，通過袋裝砂堤結構能夠減少工程造價，提高專用船的作業效率。

在實際工程建設中，基于相關地基處理方案的運用，其預壓工作的開展可以結合實際情況利用土地自重進行預壓，再加上對塑料板所具備的垂直透水的功能增強與積土的水量，促進地基的快速凝固，保證物理學性能，同時也可以有效提高地基的承載力與抗剪能力，加強對于土工布和砂墊層的相互作用，保證土地的快速固結，另外塑料排水帶還能夠有足夠的濕潤抗拉強度和抗彎能力，針對回填土導致的土體側相并偎，控制土地變形等方面具有非常重要的作用，另外在為掩埋坡面設置的土布工墊層也能夠起到保水土防裂不破的功能，穩定坡面的整體結構。

在蘇南運河總體設計時，通過三級標準規劃，能夠通行千噸級船舶，而在整個護坡工程項目建設過程中，通過沿線集鎮段整治，利用半直立式駁岸結構，沿線坡面針對護坡結構的的采用，主要以紡土工布上覆現澆混凝土的形式為主。而要想實現對水土流失現象的減少，以及經受船行波的減少，其斜坡式護坡可以選擇其農村段航道，而采用無紡土工布，利用混凝土進行覆蓋，可以提高整個護坡的結構質量，根據相關設計人員的反應，該航道因其較為寬闊因素的影響，而在實際建設過程中采取常規性護坡建設方案，那么需在開展護坡建設之前進行圍堰的修筑。但如若航道修建圍堰，勢必會導致船舶在航行過程中存在較大安全隱患，所以在無錫西段堤頂的高程在5.2-5.7米左右，而開展挖掘作業時，嚴格控制水下與水下的比例分別為1:1與1:2。針對混凝土澆筑作業的開展，包括水下澆筑作業，在實際過程中其柔性模板的應用，需選擇高強化纖長絲機織土工模袋，因為該類型模袋適用于多種施工地勢、地形，并且混凝土澆筑作業過程中應用該模袋可以確保填充盛開，避免對圍墻的修建，進一步提升混凝土水上、水下澆筑作用施工質量與效果。

采用水下1:2，水上1:1的施工坡比進行開挖。混凝土澆筑（包括水下部分）利用高強化纖長絲機織土工模袋作為柔性模板進行施工，柔性機織模袋能適應工程地形條件，并能保證混凝土由下而上填充盛開，適應水上水下施工，不需修筑圍堰，保證了整個施工工程的質量。

3 結論

通過本文針對土工合成材料在水運工程中的應用進行，能夠進一步明確土工合成材料的優勢，并且重點分析了水運工程經常出現的問題通過這些內容的研究，能夠進一步提高土工合成材料的應用效果和應用質量，保證土工合成材料在水運工程中的應用水平不斷提高。