土工布在堤防工程上的应用

对堤防工程施工的分析，总结出了土工布技术在堤围工程施工中的应用效果，将其推广到堤围的新建与维护、及航道的整治工程之中，将会取得显著的经济效益和社会效益。

土工合成材料指的是用合成纤维、合成橡胶和塑料等聚合物作原料制作而成的一种新型建筑材料，它主要应用于岩土工程，将其置于土体的表现、土体内部或各层土体间可以起到保护和加强土体的功能。堤防近年开展的水利工程项目中就应使用了大量土工布材料，尤其应用于水库的围坝护坡项目上，经过持续研究与试验，逐渐探索出了一整套具有土体特征的护坡土工布的反滤施工方案，并获取得较好的经济效益与社会效益。

1.土工布的特性
所谓土工合成材料指的是在岩土工程中所应用的合成材料的总称，这些材料都是由人工合成的聚乙烯、聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚氯乙烯和聚烯烃等高分子聚合物等化工原料制作而成。土工合成材料的特点包括质量轻、柔性好、强度高、具有较强的整体性、不易腐烂，有耐久性及良好的力学性能，在经济上具有低成本，方便生产、运输与施工等特点。

2.土工布砂垫层结合反滤结构及人工降雨冲刷试验
堤防具有围坝线长和易受雨水冲刷的特性，部分堤坝的工程曾遭受雨水冲刷的破坏，因此在水库的施工中，采用了土工布同10厘米中砂垫层结合的反滤结构。这个结构的机理是：在施工过程中，坝体遭到暴雨的冲刷，或坝体在运行期的水位出现骤降，使得土工布与坝面间形成在砂层中进行流动的“径流”，防止径流对坝面产生直接的冲击，对坝体起到了保护作用。
在水库围坝护砌的施工现场做了人工降雨的试验，以对其合理性做进一步的论证，寻找出最佳的垫砂厚度。试验共分为两个段。第一段不设砂垫层，规格为350克/平方米的土工布直接铺在已施工完毕的坝体之上，在其上面干砌厚度为30厘米的片石；第二段是在施工完毕的坝坡上先铺设厚度为10厘米的砂垫层，铺平再洒水拍实，然后在其上铺设一层相同规格的土工布，最后干砌厚度为30厘米的片石。降雨试验是将两台QY-15型潜水泵进行并联，然后把水打进Φ100毫米主输水管中，再流进主管两侧的Φ20毫米口径的配水支管中。28根配水支管每根长度为9米，管间距为1. 9米。在每根支管分别开3排小孔，孔的间距为15厘米，孔径为2毫米。水流从支管内喷入空中，再洒落于干砌石坝坡面。
先对第二段铺设砂垫层的坝体做人工降雨冲刷试验。两小时的“降雨”强度为120毫米/小时，在降雨过程的前10分钟，坝坡脚流淌的水逐渐出现微浑浊状态，此后直至试验结束流水一直呈清水状态。试验结束后，在坝坡的上、中、下三段进行片石拆除以检查砂垫层厚度，检查结果三段分别为9.5厘米，9厘米和9.5厘米，与施工标准要求的厚度10厘米±2厘米相符，试验证明砂垫层未受到冲刷，同时，坝坡也未出现塌陷和鼓包等现象，证明坝坡处于稳定状态。试验结束后将片石和土工布进行拆除，发现坝坡受到严重的冲刷，出现43条大小不等的冲沟，两条最大冲沟的宽度达40厘米，深度为25厘米。本次人工降雨试验得出结论：在土工布砂垫层结合反滤结构的水库围坝遇到50年一遇的暴雨时，其坝体能够保持稳定状态，反滤结构的“保土”和“透水”功能保持良好状态；若反滤结构为土工布而不进行砂垫层铺设，则土工布容易出现淤堵，反滤作用受到影响，将冲击到坝体，造成整个坝体被破坏，试验证明“土工布砂垫层结合反滤结构”是水库的坝体安全之必要保证。

3.土工布在堤防工程上的应用
3. 1采用土工布作坝体反滤
堤坝的决口与溃堤主要原因通常是反滤层被损坏，作为一种新型滤料，土工布应用于坝体的反滤结构，其关键点在于预防被保护的土体被冲刷的透水和保砂功效。在施工中应采取“先竖干砌石，后挂土工布，紧跟填土”工序方法，以使土工布能更有效发挥其作用，并保证施工的质量的土工布的铺设的效果。这种方法能使各层施工受到有效控制，又能保证土工布的铺设质量。

（1）土工要与山皮石相比有更佳的工程效果。传统以山皮石作反滤层，突出问题是施工质量无法得到保证，特别是在泥沙含量较多的情况下，当泥沙在海潮冲刷下流走时，常常出现下陷与裂缝的现象；泥沙一旦挤进石块的缝隙，将排水通道堵塞，将产生孔隙水压力，对石堤极其不利，增加了石堤的倾覆力矩。采用土土布作反滤层利用其滤砂排水的功能，使山皮石存在的难题得到彻底解决，堤坝安全也得到保证。

（2）施土程序得到极大简化。传统使用山皮石时为保证反滤层的填筑宽度，要在石堤背后的lm处增设1道打桩的扎围，这要投入很大的人力物力。而土工布则无需此道工序，使人力和物力得到极大节约，施土进度得以加快。

（3）填筑材料选择受限局面得缓解。采用土工布作反滤层之前，土堤填筑所用材料通常采用堤围区附近具有的粘性土，在堤围施土提速后，粘性土量满足不了工程的需要。而采用土工布作反滤层，填筑时可利用堤围附近所产的粉砂与中砂，这样填筑材料有了更多的选择性。

（4）使工程造价得到降低。①1道打桩扎围的工序被省略，可节约费用5万元/km；②2种反滤层所用材料的差价可节约费用50%，达6万元/km；③更换填筑材料可节省35万元/km，这三项共计节约成本46万元/km。

3.2 土工布应用于水闸和船闸上下游的护坦防冲护底
在堤防施工中，普遍应用了钢筋混凝土箱底板和梁板式岸墙预制水闸，它的优点是造价较低、结构合理，以及方便施工。但同时也存在某些问题，如闸室的上下游已依照设计做了长10m，厚0.9m的抛石护坦，可是在堤坝运行中，仍遭遇到淘刷，出现年年抛石年年受冲刷的现象，每年都要投入大批人力物力做堤坝维修。采用土工布的具体方法是：将用防老化胶丝缝纫的土工布拼成面积为386m2大块，采用直径为4mm的胶丝制成网络形的骨架，采用土土布缝纫将土工布进行固定或者上下夹住，起到加筋的作用，四周的边框采用小于8mm的粗胶丝绳进行加固，以增强施土时产生的抗张力。在制作完毕之后，将其运到浮运闸的预制现场，一端采用膨胀螺丝固定于空箱底板的侧墙之上，然后卷成筒状进行缚紧，再与浮运闸一道浮运至闸址处，在施土时由潜水员来解开。利用潮水牌低谷（或停流）前后的两次不同的流向，顺两次流向分别将土工布展开并摊铺在水面上，由施工人员张拉四角的胶丝绳，再用钢管桩进行固定并拉紧。然后，载满块石的开始船舶驶进布面，在间距成排就位后，同时对着布面均匀地进行块石抛投。在抛投至一定程度之后，边抛石边探测水的深度，通过这种方法控制厚度，保证抛石体达到基本平整，直至达到设计高度。

经过几年定期探测，未发现有冲刷现象发生，也没有因此进行补抛块石，水闸得以正常运行。采用土工布进行水闸护坦防冲护底有下列作用：①土工布具有的反滤作用使得闸基与坦基避免出现冲刷和管涌等渗透性破坏，确保了闸基与坦基的安全稳定；②土工布的“加筋”功能提升了地基的承载力，使得地基的应力和沉陷趋向于均匀，块石对软基因用力集中而受挤压剪切出现的破坏现象被消除；③土工布具有的隔离作用确保了软基的竖向排水，使固结速度加快，同时也防止了淤泥自石缝被挤出而造成流失。

综上所述，实践证明了引堤基础进行土工布的铺设，可减少块石的沉没与土方的淘刷带来的损失；有效减少了施工量并使施工速度加快；防止了基础被冲刷有效保护了水闸的安全；土工布的隔离功能确保了软基的竖向排水固结，使地基的承载力得以提升；土工布具有的“加筋”功能使地基的应力趋向于均匀，防止局部下陷有发生，据初步统计消费合作社，土工布加砂垫层复合反滤结构比过去采用的砂砾料反滤结构所用工程成本下降大约40%。