1、1土工布在西江大堤工程上的应用摘 要：通过西江大堤的工程实践，总结了土工布在堤围工程中的应用技术，并可用于新建、维护堤围及航道整治工程中，能够取得良好的社会经济效益。 关键词：土工布；西江大堤；土工合成材料 中图分类号： TV866 文献标识码：A 文章编号： 土工合成材料是以合成纤维、塑料、合成橡胶等聚合物为原料制成的用于岩土工程的新型材料，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体作用。近年来，鹤山西江大堤的水利工程中使用了大量的土工布，特别是在水库围坝护坡工程上，通过不断的研究、试验，摸索出了一套土体特性的护坡土工布反滤方案，取得了良好的社会经济效益。 1 概况 在鹤山市有一个
2、被称为“威尼斯”的地方，这就是“古劳水乡” 。古劳是鹤山市的一个镇，位于鹤山市的西北部。古劳地处西江河畔，滔滔的西江从上游流到这里，河面变得宽阔，大量的泥沙沉积下来，成为沙洲，形成一个个的冲积滩。从明代开始，人们先后在西江边上大规模修筑堤围，防范洪水，先后筑有大郡围、长乐围、前江围、独江围等。习惯上，西江边上的大堤称作“围” ，堤围内鱼塘之间的小土墩称作“围墩”2。古劳大堤，是古劳水乡众多堤围之中最长的一道，也是珠江三角洲修筑得最为坚固的堤围之一，它可以抵御 50 年甚至 100 年一遇的西江洪水，保卫堤内几十万人口、十几万亩良田，它还是一条高 10 米、宽 8 米的堤路，可通行汽车，成为鹤山
3、市一道亮丽的风景。在历年洪水为虐期，险近许多堤围崩缺殆尽的情况下，此土堤独巍然不动，曾被时人赋予“铁围”的称号。 2 土工布的特性及技术指标 土工合成材料是岩土工程应用的合成材料总称，由人工合成的高分子聚合物如：聚乙烯、聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚氯乙烯、聚烯烃等化工原料制成。由于土工合成材料具有质量轻、有柔性、强度高、整体性强、不易腐烂等良好的耐久性和良好力学性能，并且成本低，制造、运输、施工方便等优点，自七十年代末开始在岩土工程领域得到很快的发展。由于土工合成材料能方便置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护等功能，弥补了天然岩土许多物理力学性质的不足。由于它在
4、土工工程的各个方面的广泛应用，故被人们认为是继木材、钢筋、水泥之后的第四种主要建筑材料，土工合成材料应用是岩土工程的一场革命。 3 土工布砂垫层结合反滤结构及人工降雨冲刷试验 根据西江大堤围坝线长，易受雨水冲刷的特点，结合部分堤坝工程遭冲刷破坏的事实，在水库施工时我们采取了土工布与 10 厘米中砂垫层相结合的反滤结构。其机理是坝体在施工期遭受暴雨冲刷或运行期水位骤降时，使土工布与坝面之间形成的“径流”在砂层中流动，避免了径3流直接冲刷坝面，起到了“保土”作用。同时，土工布不与土体直接接触，防止了土粒淤堵，保证了反滤结构的透水性。 为了进一步论证其合理性，找出其最佳垫砂厚度，我们在水库围坝护砌施
5、工现场进行了人工降雨试验。共分两个试验段。其中甲段不设砂垫层，土工布(规格为 350 克每平方米)直接铺在修好的坝体上，其上干砌厚 30 厘米的片石；乙段则在修好的坝坡上首先铺设 10 厘米厚的砂垫层，使之铺平洒水拍实，再在上面铺设一层土工布(规格相同)，最后干砌 30 厘米的片石。人工降雨的产生是用两台并联的 QY-15 型潜水泵将水打入 100 毫米的输水主管，然后再流入主管两侧 20 毫米的配水支管内。配水支管共 28 根，每根长 9 米，间距为 1. 9 米。每根支管上各开3 排小孔，孔距 15 厘米，孔径 2 毫米。支管内的水由小孔喷入空中，洒落在干砌石坝坡面上。可以通过调节主管上的
6、调节阀使支管内的水以不同的速度从小孔内喷射出来，从而产生强度不同的人工降雨，达到检验坝坡承受雨水冲刷能力的目的。 首先对乙段铺设砂垫层的坝段进行了人工降雨试验。历时两个小时，“降雨”强度达到 120 毫米每小时， “降雨”过程中，从坝坡脚流出的水开始稍微浑浊，10 分钟后直到试验结束则一直为清水。试验完毕在坝坡上、中、下三处拆除片石检查砂垫层的厚度为 9.5 厘米，9 厘米，9.5 厘米，与铺设厚度 10 厘米2 厘米的施工标准相符，说明砂垫层没有被冲刷。同时，坝坡没有出现塌陷、鼓包等异常现象。坝坡是稳定的。而后，对甲段不铺砂垫层的护坡进行人工降雨试验。同样历时为两个小时， “降雨”强度达到
7、120 毫米每小时，从坝坡流出的水一直处于浑浊状态。试4验完毕将片石及土工布拆除后，发现坝坡冲刷严重。大小冲沟达 43 条，最大的两条冲刷宽度为 40 厘米，冲刷深度达 25 厘米。通过人工降雨试验，可以得出如下结论：土工布砂垫层结合反滤结构的水库围坝遭受到50 年一遇的暴雨冲刷时，坝体是稳定的，反滤结构“保土” 、 “透水”性能良好；反滤结构仅为土工布不铺砂垫层，则土工布易于淤堵，丧失反滤作用，冲剧坝体，以致使整个坝体遭到破坏，从而证实了“土工布砂垫层结合反滤结构”对于保证水库坝体安全是完全必要的。 4 土工布在西江大堤工程上的应用 4.1 利用土工布作坝体反滤 反滤层的损坏是导致堤坝决口、
8、溃堤的主要原因之一，土工布作为一种新型滤料用于坝体反滤结构时，关键在其透水、保砂(即防止被保护土体的冲刷)作用。为使土工布更有效地发挥作用，特别是保证施工质量，以及有利于土工布的铺设，在施工方法上采用“干砌石先竖，后挂土工布，填土紧跟上”的施工工序。这样，既可使各层的施工得到有效的控制，又保证了土工布铺设的质量。作业方法是：按堤坝设计断面，在基础整平抛石体上，当干砌块石上升 1m 后，立即一边挂设土工布，一边填筑土方；然后，石堤每上升 1m 就铺设一次，直至堤顶设计高程。挂铺土工布时要求以平整为宜，横向上端用 14 号铁线穿扎固定于石块上，固定点的间距要求 2-3m，横向下端和竖向自然搭接，搭
9、接长度均为 300-400mm。 (1) 比山皮石具有更好的工程效果。过去采用山皮石作反滤层，最为突出的问题是质量无法拧制和保证，尤其是泥沙含量较多时，当泥沙5被海潮淘走后，就出现下陷和裂缝；当泥沙挤入石块缝隙，堵塞了排水通道时一，对石堤将产生不利的孔隙水压力，增加了倾覆力矩。利用土土布作反滤层，由于其滤砂排水的作用，直接地解决山皮石存在的问题，从而保证堤坝的安全。 (2)大大简化施土程序。过去为了保证反滤层(山皮石)的填筑宽度，在石堤背后 lm 处，要增设 1 道打桩扎围，须投入相当多的人力和物力。采用土土布不需这道土序，节约了大量的人力物力，加快了施土进度。 (3)缓解填筑材料的有限局面。
10、在应用土土布作反滤层以前，土堤的填筑材料，主要采用堤围区附近的粘性土，随着堤围施土速度的加快，对粘性土的需求远远不能满足。用土土布作反滤层，可采用堤围附近的粉砂和中砂为主要材料填筑，填筑材料来源更广。 (4)降低土程造价。减少了 1 道打桩扎围的施土土序，可节约 5万元 km； 2 种反滤层材料差价可节约 50%即 6 万元/km；填筑材料的更换可节约 35 万元/km，3 项共减少投入 46 万元/km。 4.2 土土布用于水闸船闸上下游护坦防冲护底 西江大堤普遍采用钢筋混凝土箱底板，梁板式岸墙预制水闸，它具有施土方便、造价低、结构合理等优点。但存在一些问题，例如，闸室上下游都已按设计做了抛
11、石护坦，长各 10m，厚 0.9m，但在运行过程中，仍遭受严重的淘刷，因而出现年年抛石，年年受冲的现象，故每年要投入大量的人力和物力进行维修。更为严重的是，它时刻对闸体的安全运行构成威胁。其具体做法：把土工布(用防老化胶丝缝纫)拼幅成大块，其面积为 386m2，用直径 4mm 的胶丝做成网络形骨架，用土土布缝纫固定6或上下夹住土土布，起加筋”作用，四周边框用粗胶丝绳(小 8mm)加固，增强施土时的抗张力，具体制作方法和尺寸见图 1。制作完毕后运至浮运闸预制现场，将其一端用膨胀螺妊固定在空箱底板侧墙上，并卷成筒状缚紧，与浮运闸一起浮运到闸址处，施土时由潜水员解开，同时利用潮水低谷(停流)前后的两
12、次不同流向，分别顺潮水的流向将土土布展开摊铺于水面，然后由工人张拉四 I 周的胶丝绳，用钢管桩固定拉紧。旋即，载满块石的船舶驶入布面，等间距成排就位，同时向布面均匀抛投块石。当抛投到一定程度后，一边抛石一边探测水深以控制厚度，使抛石体基木平整，直到设计高程。 图 1 前后护坦土工布制作示意图 根据几年的定期探测，均未发现冲刷现象，亦未曾因此而补抛块石，保证水闸得到了正常运行。土土布用于水闸护坦防冲护底，有如下作用：由于土工布的反滤作用，使闸基和坦基不致发生冲刷、管涌等渗透破坏现象，保证了闸基和坦基的稳定和安全；由于土工布的“加筋”作用，提高了地基承载力，使地基应力和沉陷趋十均匀，消除了块石对软
13、基因应力集中而被挤压剪切的破坏现象；由于土工布的隔离作用，既保证了软基的竖向排水，加快固结速度，又避免淤泥由石缝挤出而流失。总之，实践表明引堤基础铺设土工布，可减少块石沉没和土方淘刷的损失；减少了工程量和加快了施工速度；避免基础冲刷保护水闸安全；由于土工布的隔离作用，保证了软基的竖向排水固结，提高地基承载能7力；土工布“加筋”作用，使地基应力趋于均匀，避免产生局部下陷，根据初步统计，采用土工布加砂垫层复合反滤结构比传统的砂砾料反滤结构工程费用低 40%左右。 参考文献： 1 崔雅军，杨钦. 土工布材料摩擦性能与冻融性能试验研究J. 吉林水利，2002(02). 2 陈丽萍，谢光银. 土工布的功能及发展状况J. 山东纺织科技，2009(04) . 3 胡利文. 深圳河反滤土工布试验研究J. 岩土工程学报，2002(03) .
