土工織物壩的設計與施工應用

趙建宇，李 陽

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 161342)

0 前言

引進和研制新型攔河壩，是以降低工程造價，方便施工管理為目的，技術上滿足建筑物的基本要求，材料選擇新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的材料，結合造型上力求新穎、施工管理上方便、快捷。近年我省出現(xiàn)的新型攔河壩有:橡膠壩、裝配式拉錨壩、臺階式面板溢流壩、楔形塊護面壩、土工織物壩等。這些新型攔河壩以其獨特的優(yōu)越性在黑龍江省得到了應用與發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和對水利工程的需求，完善已有壩型，引進、研制新壩型是今后大力發(fā)展水澆地的重要工程任務。

土工織物壩整體結構型式為薄壁堰型，是由固定的鋼筋混凝土樁柱與活動可裝卸的土工織物壩構成，屬柔性結構，為半永久性工程。壩上下游河床采用土工織物軟體排護砌，兩岸采用土工織物反濾干砌石護岸。采用土工織物既便于施工機械化，提高施工進度，又能降低造價，保護環(huán)境，是取代傳統(tǒng)拋石壩工的理想施工方法。灌溉時把土工織物壩面掛在樁柱上攔河引水、汛期將活動壩面拆掉，滿足泄水及排沙需要。土工織物老化或破損時，可隨時更換，運行靈活，建造及維修費用低。

1 設計

1.1 樁柱設計

樁柱是土工織物攔河壩的支承體，用以固定土工織物壩面，承擔水平荷載，設計時需要考慮樁柱強度和抗凍拔穩(wěn)定這兩方面因素。季節(jié)凍土區(qū)凍脹地基上樁柱的斷面和埋深應首先滿足凍拔要求，按《渠系工程抗凍脹設計規(guī)范》計算最小樁長，壩高由灌溉引水搞成確定，再由壩高、樁間距，地基情況等因素計算已知樁長的內力和配筋量。

1.2 擋水壩面設計

柔性的土工織物材料被采用在擋水壩面的設計中，允許適量的變形，在壩高、樁距、水壓力及泥沙壓力等條件適當?shù)那闆r下，將壩所受的拉力及相應變形計算出來，以決定土工布的層數(shù)并確定在下游防沖軟排兩岸之間的連接形式。土工布的應變不能太大，應＜20%。如果變形＞20%，而拉力不增加，變形加大，則趨于破壞。因此，經(jīng)、緯變形的設計允許范圍在15%左右。

1.3 上下游鋪蓋與護底護岸形式設計

上下游鋪蓋與護底、護岸型式設計原則是經(jīng)濟實用，因地制宜，就地取材，護底結構型式選擇要滿足防沖和滲透穩(wěn)定要求。土工織物軟底排有良好的防沖性能，在設計中可優(yōu)先采用。將土工織物鋪在拋石后面，可防止填筑壩受波浪和水位升降的沖刷;鋪在較低拋石區(qū)的土工織物，可防止施工期和水庫蓄水期的沖刷，同事也可以防止庫水位局部降落或放空水庫時發(fā)生管涌。土工布透水與保沙要求，根據(jù)稀漢頓準則選擇。土工布單位≥120 g/m2，并要求抗老化。上游防護長度一般為5倍壩高，下游鋪蓋長度為過堰水舌下緣長度、水躍長度、海漫長度和沖刷長度之和。

根據(jù)南京水科院試驗結果，上下游防護軟體排的載重量，壓載100 kg/m2時，可抵抗2.04 m/s流速。設計時采用石籠框格，格間散拋物塊石或混凝土塊壓載。

護岸型式采用非織造布反濾，干砌石護岸或軟體排護岸。要滿足反濾要求，根據(jù)漢希頓準則選擇。單位重不低于400 g/m2，護岸厚度及石塊重根據(jù)計算確定。

2 施工

土工織物袋鋪砌的施工方法，主要是根據(jù)工程設計要求的規(guī)格尺寸編織砂袋。土工織物攔河壩的施工程序是:樁柱—上游護底護岸—壩面—下游護底護岸。壩面施工完成后，即可蓄水，同時進行下游工程施工。

2.1 樁柱施工

樁柱一般由工廠根據(jù)設計要求預制。樁柱施工視地質情況和施工力量選擇施工方法。例如在軟基上課采用水利沉樁技術，利用高壓水槍噴出高壓水流的卷吸效應和紊動擴散作用攪動泥沙破碎，樁柱靠自重沉入預訂位置和高程。此種施工方法比其他常規(guī)方法勞動強度低，施工進度快，節(jié)省投資。

2.2 上下游護底護岸施工

首先清理河床底質，為保證土工織物在水下的完整性，在鋪設護底材料和沉放土工織物前，使用加密測量相結合的方式，測量河床底質平整度，采用挖溝壓重，覆蓋或用塊石護砌，現(xiàn)場澆注混凝土等方法。按設計要求鋪設竹排或土工格柵，鋪設護底時，在岸上打樁，用尼龍繩將竹排或土工柵連接，對其加以固定，并再岸邊處護底材料上采用砂袋或塊石預壓，防止移位。上游護底護岸施工，從上游向壩軸線方向進行，距樁柱2m時停止，待壩面施工完成后，與上游護底連接成一整體后再進行下游施工。

2.3 壩面施工

首先，將根據(jù)設計要求選購的土工織物按春裁剪(盡量減少縫合，保持壩面完整性)，處理好裁剪過的邊緣，避免抽絲損壞，然后打掛布風眼，在風眼周圍，層與層之間用膠粘合，防治損茬破壞。為了防止土工布因老化而降低強度，在其上涂防腐瀝青，即可防止紫外線直接輻射，又可添充孔隙，增加強度，延長使用壽命。安裝時把處理好的土工布壩面在樁柱預埋件上。壩面深入河床底部分，與上游飯呂布縫合為一整體。

3 修改部分

通過幾年來的運行觀測，土工織物攔河壩的確定是:對洪水情況若掌握不準，就不能及時把土工織物壩面拆下，在汛期阻水不能使河道順利泄洪，長期不拆是必造成壩前淤積。根據(jù)上述情況，我所及項目組同志們研究在原型基礎上亞牛改造，在土工織物攔河壩的中間或兩側修建自動翻版排沙閘(簡易翻板閘)，即解決了壩前淤積又解決了預報不及時壩面拆不下來汛期阻水問題。當水位超過設計水位時閘門自動反翻轉泄洪，水位下降到一定高度，閘門自動回關，自動翻版排沙閘的修建比元土工織物壩增加投資1—3萬元。雖然工程造價提高，但方便實用。

4 推廣應用

該項成果已在我省3條中小河床上應用，梅河口市高韓電灌站土工織物攔河壩于1992年5月建成至今運行情況良好。經(jīng)汛期觀測，流態(tài)穩(wěn)定，泄流正常，壩體無損壞，滿足設計要求。經(jīng)過幾年的運行，樁柱沒有產(chǎn)生凍拔，傾斜變形。上下游護底護岸均未異常，石籠護底，砌石護岸的措施是安全可靠的。

抽樣觀測壩面，土工布強度降低率≤4%，壩面土工布強度損失≤8%，實踐證明壩面土工布滿足設計要求的使用年限為10 a。

5 經(jīng)濟效益

在壩高相同的條件下，土工織物攔河壩投資低、工期短、見效快等優(yōu)點，研究改造后的土工織物壩，雖投資大些，但使用方便，避免拆卸壩面不及時造成損失及沖毀的危險，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能更好的發(fā)揮作用。該壩型是目前改造渠首工程一種比較理想的壩型，經(jīng)濟效益十分顯著。

總之，土工織物壩型新穎，結構簡單，柔性大，對不均勻沉陷及凍脹的適應性強，適于修建在中小河流上攔河取水灌溉(壩高＜1.5 m)。經(jīng)過一個洪水期沖刷檢驗及觀測，該壩整體結構穩(wěn)定，安全可靠，功效理想，工程造價低?？蓽p輕國家、地方和農(nóng)民負擔。由于使用維修、裝卸、更換不影響行洪，泄水和排沙，因此，與傳統(tǒng)壩型相比更加具有優(yōu)越性和經(jīng)濟性。

[1] 李士賢，楊琴.土工織物壩的設計與施工應用[J].東北水利水電，1995(05):30-33.

[2] 朱菲，楊琴.土工織物壩的設計與施工應用[J].山區(qū)航道土工織物壩施工工藝，2008(06):51-52.