土工織物在堤防及渠道工程中的應(yīng)用

周福華，姚輝勇

（1.濟(jì)寧市水利工程施工公司，山東　濟(jì)寧　272100；2.南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東　濟(jì)寧　250001）

土工織物在堤防及渠道工程中的應(yīng)用

周福華1，姚輝勇2

（1.濟(jì)寧市水利工程施工公司，山東濟(jì)寧272100；2.南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)寧250001）

結(jié)合南水北調(diào)柳長(zhǎng)河渠道防滲、西葦水庫(kù)主壩加固等工程，對(duì)土工織物的防滲、加固作用進(jìn)行分析，提出了土工織物材料的施工工序，并對(duì)土工織物的防滲加固效果進(jìn)行了分析，為類(lèi)似的工程施工提供借鑒。

南水北調(diào)；土工織物；渠道防滲；主壩加筋土

土工合成材料功能較多，可用于過(guò)濾、排水、隔離、加強(qiáng)、抗拉、防護(hù)、防滲等。在水利工程中也有較多的應(yīng)用，針對(duì)水利工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)防滲的要求，研究土工合成材料防滲特性及其工程中應(yīng)用具體問(wèn)題，結(jié)合南水北調(diào)柳長(zhǎng)河施工現(xiàn)場(chǎng)以及西葦水庫(kù)主壩加筋土施工技術(shù)，分析了土工織物在水利工程防滲、加固中的主要作用，闡明了其應(yīng)用設(shè)計(jì)理念及施工技術(shù)，對(duì)加快新型土工材料的推廣應(yīng)用，對(duì)提高水利工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有重要的指導(dǎo)意義。

1　土工織物防滲作用

土工織物作為防滲材料，具有防滲效果良好，自重輕，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，方便運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。在水利工程中主要應(yīng)用于堤壩的防滲斜墻或心墻，透水地基上堤壩的水平防滲鋪蓋和垂直防滲墻，各種壩體的防滲體、渠道的襯砌防滲、隧道和堤壩內(nèi)埋管的防滲和施工圍堰的防滲。土工織物容易因日光紫外線(xiàn)照射而降解或破壞，故在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和施工等各個(gè)環(huán)節(jié)，必須時(shí)時(shí)注意封蓋遮陽(yáng)，特別是在施工過(guò)程中，應(yīng)盡量縮短其外露時(shí)間，原則上應(yīng)隨鋪隨用土覆蓋。

2　土工織物工程應(yīng)用實(shí)例

2.1工程概況

1）南水北調(diào)柳長(zhǎng)河工程概況。柳長(zhǎng)河位于東平湖新湖區(qū)的西部，是東平湖新湖區(qū)排水、灌溉的一條重要河道。柳長(zhǎng)河輸水結(jié)合航運(yùn)工程開(kāi)挖整平后首先鋪設(shè)聚苯乙烯保溫板，再鋪設(shè)復(fù)合土工膜，最后澆注混凝土板。聚苯乙烯保溫板鋪設(shè)厚度為3 cm；復(fù)合土工膜采用一布一膜，布采用300 g/m2；防滲膜采用聚乙烯（PE）膜，厚度0.3 mm；現(xiàn)澆混凝土板平面尺寸為300 cm×300 cm，板厚15 cm，采用C25混凝土，抗?jié)B等級(jí)采用W6，抗凍等級(jí)采用F150。該項(xiàng)目土工織物涉及到土工膜渠道防滲。

2）西葦水庫(kù)主壩加固工程概況。西葦水庫(kù)位于淮河流域南四湖水系白馬河支流大沙河上，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電及漁副業(yè)生產(chǎn)的大（2）型水庫(kù)。工程主要由大壩、溢洪道、放水洞、水庫(kù)管理設(shè)施等組成。大壩全長(zhǎng)6 010 m，壩頂寬度6.0 m，壩頂高程111.82 m。在主壩加固壩頂碾壓中采用土工格柵加筋壩肩。

2.2土工織物的選擇

土工織物除滿(mǎn)足強(qiáng)度高、密度大外，還要滿(mǎn)足：

1）擋土準(zhǔn)則。為了避免顆粒從土工織物的孔隙中流失，發(fā)生流土和管涌現(xiàn)象，要求土工織物的等效孔徑小于土料的特征粒徑。

2）滲透性準(zhǔn)則。為了使?jié)B透水流更加流暢，需要保證土工織物的滲透系數(shù)不小于被保護(hù)土料的25倍。

3）強(qiáng)度準(zhǔn)則。土工織物必須具備一定的抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、延伸率和CBR頂破強(qiáng)度。通常用單位重量、厚度、均勻性等物理性能，來(lái)反映土工織物的綜合指標(biāo)。

2.3土工織物加筋層布置

1）總加筋力確定。確定原滑動(dòng)面所需的總加筋力Ts，按下式計(jì)算：

式中：Ts為單位坡長(zhǎng)需要的總加筋力，kN/m，作用于H/3處；Fsr為工程處理后所要求的安全系數(shù)，取1.3；Fsu為工程處理前壩坡的安全系數(shù)，取0.91；Md為滑動(dòng)圓心的滑動(dòng)力矩之和，kN/m；D為加筋力Ts的力臂，m，此處D=R。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得Ts=129.6 kN/m。

2）加筋力分配。為了使施工后的土工織物均勻受力，沿高度將總加筋力Ts劃分為底區(qū)、中區(qū)、頂區(qū)3區(qū)，底區(qū)Tz1=Ts/2；中區(qū)Tz2=Ts/3；頂區(qū)Tz3=Ts/ 6。代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：Tz1=64.8 kN/m；Tz2=43.2 kN/m；Tz3=21.6 kN/m。

3）土工織物間距和層數(shù)確定。要確定各區(qū)所要加筋的層數(shù)和間距，需要以各區(qū)土工織物所要承受的拉力為依據(jù)。經(jīng)計(jì)算，底區(qū)層數(shù)為3.43層，取4層；中區(qū)層數(shù)為2.3層，取4層；頂區(qū)層數(shù)為1.15層，取2層。由此得到底區(qū)間距為0.5 m，中區(qū)間距為1.0 m，頂區(qū)間距為2.0 m，土工織物加筋層共10層。

4）其他措施。為了達(dá)到抗拔需求，在土工織物的錨固段需要設(shè)置直角錨，一般斷面尺寸設(shè)置為0.4 m×0.4 m。

鋪設(shè)后的土工織物，每一層土工織物的圓弧形表面是新老邊坡土之間的接觸面。因?yàn)樾吕线吰峦林g的變形差異，會(huì)使接觸面上的c、φ值顯著降低，甚至接近于零，形成新的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。為了避免壩體表面的滑動(dòng)，在每一層土工織物的錨坑中設(shè)置由新鮮松木制成的錨樁，直徑15～20 cm，長(zhǎng)2.5～3 m，間距2 m，上面預(yù)留0.5～1.0 mm新填土塊，以便能量轉(zhuǎn)移到壩體深層。

為了提高滑坡體內(nèi)的總體水平抗滑性能，在擋墻內(nèi)、外分別設(shè)置直徑20 cm，長(zhǎng)5.5～6.5 m的二排抗滑樁，打入所有地基巖（土）體中。

2.4施工工序

1）施工工序流程。清理基建面→人工鋪設(shè)土工織物→搭接、綁扎、固定→攤鋪上層壩基土→碾壓→檢測(cè)。

2）基底處理。精確放出壩基邊坡線(xiàn)，為了保證壩基寬度，每側(cè)各加寬0.5 m，清除基底以及打抗滑樁分區(qū)開(kāi)挖到滑體底部邊界后，在鋪設(shè)墊層之前將其基底整平并清除雜物，把晾曬好的基底土進(jìn)行整平后用振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2遍，再用震壓4遍，不平整的地方人工配合整平。

3）鋪設(shè)土工織物。鋪設(shè)土工織物底面應(yīng)平整、密實(shí)，一般應(yīng)平鋪，拉直，不得重疊，不得卷曲，扭結(jié)，相鄰兩幅搭接約20～30 cm，并沿壩基橫向?qū)ν凉た椢锎罱硬糠置扛? m用8號(hào)鐵絲進(jìn)行穿插連接，每隔1.5～2 m用U型釘固定于底面。

4）鋪土以及夯實(shí)。鋪設(shè)好土工織物后，開(kāi)始鋪設(shè)30 cm左右砂礫料，把砂礫料運(yùn)至壩基一側(cè)，由推土機(jī)或裝載機(jī)向前趕推，禁止兩側(cè)向中間填筑和推進(jìn)，禁止機(jī)械碾壓未填筑砂礫料的土工織物，保證土工織物平整。

5）錨固及翻卷織物。整平坡面，首先使填土達(dá)到設(shè)計(jì)要求鋪土厚度，在進(jìn)行鋪土?xí)r將預(yù)留在坡面外的土工織物錨固于其中，沿坡面向上拉平。在坡面織物上鋪設(shè)保護(hù)層，進(jìn)行邊坡防護(hù)，每次測(cè)量出鋪設(shè)的邊線(xiàn)，每側(cè)保證邊坡修整后土工織物埋入邊坡內(nèi)，避免破壞土工織物。

3　結(jié)語(yǔ)

在土工織物解決堤壩防滲工程中，土工織物材質(zhì)和表面防護(hù)是需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。土工織物的堤壩加固施工工序主要包括：清基及打抗滑樁、鋪設(shè)織物、鋪土及夯實(shí)、翻卷及錨固織物，通過(guò)對(duì)堤壩加固進(jìn)行土工織物的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理，取得了較好的堤壩加固效果，對(duì)類(lèi)似的水利工程防滲加固施工具有指導(dǎo)和借鑒意義。土工織物等新型土工合成材料的工程應(yīng)用目前處于探索階段，仍需要更進(jìn)一步深入的研究。

［1］蘇少麗.土工合成材料加筋土擋墻在河涌整治中的應(yīng)用［J］.廣東水利水電，2013，（07）：81-84.

［2］蔣學(xué)行，李翠玲，李曉紅，呂軍.南水北調(diào)中線(xiàn)干渠復(fù)合土工膜防滲施工接縫問(wèn)題［J］.南水北調(diào)與水利科技，2011，09 （06）∶16-18.

（責(zé)任編輯遲明春）

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1009-6159（2016）-08-0029-02

2015-12-31

周福華（1976—），女，工程師