探析土工合成材料在水運(yùn)工程中的應(yīng)用技術(shù)

詹娜丹

（福建省交通建設(shè)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

我國(guó)水系發(fā)達(dá)，水運(yùn)工程項(xiàng)目非常多，但是由于我國(guó)水運(yùn)工程經(jīng)常會(huì)受到洪澇災(zāi)害等方面影響，導(dǎo)致水運(yùn)工程的運(yùn)行效率不高，而通過(guò)土工合成材料的應(yīng)用，能夠有效的增強(qiáng)水運(yùn)工程抗沖刷的能力，也可以幫助水運(yùn)工程防洪堤壩的建設(shè)。通過(guò)土工合成材料在水運(yùn)工程中進(jìn)行應(yīng)用，能夠更好的促進(jìn)水運(yùn)工程的穩(wěn)定性，減少洪澇災(zāi)害對(duì)于水運(yùn)工程產(chǎn)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(jì)50年代歐美國(guó)家開(kāi)始使用土工合成材料，發(fā)展至今，土工合成材料已在大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的水運(yùn)工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)水運(yùn)工程土工合成材料的生產(chǎn)、應(yīng)用過(guò)程從1974年開(kāi)始，至今已將近40年，廣泛應(yīng)用于碼頭、航道、內(nèi)河、軟基加固及圍捻等工程中，發(fā)揮著重要作用。從目前來(lái)看，土工合成材料的主要材料分類包括很多，最常見(jiàn)的就是土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料以及特種土工合成材料，土工織物就是利用機(jī)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?yàn)r青制成的相對(duì)不透水土工合成材料，土工復(fù)合材料則是包括兩種或兩種以上的土工合成材料復(fù)合而成的。

1.2 主要功能及應(yīng)用

土工織物能夠與壓載塊體共同組成護(hù)底軟體排，并且具有非常良好的保砂透水功能，所以對(duì)河床可以進(jìn)行自適應(yīng)避免河床沖刷減弱的問(wèn)題。最初在上世紀(jì)60年代，荷蘭首先采用土工合成材料，在湖底工程中進(jìn)行應(yīng)用，而我國(guó)則在上世紀(jì)70年代，通過(guò)利用磚塊壓在土工織物作為護(hù)底軟體排并且隨后又通過(guò)不同的壓載結(jié)構(gòu)構(gòu)成軟體排，隨著土工合成材料制造技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)紡布機(jī)織布的負(fù)荷可以有效提高保砂透水的效果。而在2011年，在長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道整治工程建設(shè)過(guò)程中，由于針對(duì)過(guò)往的工程損壞情況進(jìn)行調(diào)查，并且通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)考慮水深、水流結(jié)構(gòu)等因素，通過(guò)利用軟體排壓載穩(wěn)定重力的計(jì)算方法也能夠有效提高水運(yùn)工程的運(yùn)行效率。所以土工管及其土工合成材料的應(yīng)用，需要注重對(duì)排水需求與工程過(guò)濾需求的重點(diǎn)考慮。而現(xiàn)階段施工過(guò)程中涉及到利用土工合成材料進(jìn)排水、過(guò)濾設(shè)施制作的工程種類具體包括：（1）擋墻后排水系統(tǒng)、（2）隧道、隧洞襯砌后排水系統(tǒng)、（3）排氣系統(tǒng)、防滲鋪蓋下排水、（4）塑料排水帶預(yù)壓工程、（5）排水設(shè)施、公鐵路過(guò)濾、（6）岸墻后排水系統(tǒng)、（7）土石壩過(guò)渡層、（8）農(nóng)田水利工程。

2 應(yīng)用研究及進(jìn)展

2.1 在防沖刷領(lǐng)域的應(yīng)用

首先由于波浪的高度和周期，對(duì)于壓載塊的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生重要影響，通過(guò)波浪的作用下導(dǎo)致壓載塊失穩(wěn)，臨界速度小于水下流水速度，隨著坡度的升高，臨界失穩(wěn)流速的降幅也不斷增加，而通過(guò)軟體排壓載體力學(xué)平衡的原理能夠建立灘面坡度壓載體的位置。首先由于對(duì)水運(yùn)工程的沖刷因素非常多，無(wú)法通過(guò)各種經(jīng)驗(yàn)和公式，針對(duì)沖刷內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確分析，這樣也會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)抗沖和典型土質(zhì)抗沖性實(shí)驗(yàn)受到影響。由于傳統(tǒng)的聯(lián)鎖快體排土工布由機(jī)織布無(wú)紡布和加筋帶共同構(gòu)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(guò)新型軟體排土工布，能夠避免傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)多重材料鋪設(shè)的問(wèn)題，只需要鋪設(shè)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(shí)就能夠形成有機(jī)整體，所以不需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次加工就可以直接利用，極大的縮短了工程工期。進(jìn)入新時(shí)代，我國(guó)工程技術(shù)人員針對(duì)空間構(gòu)建改善水運(yùn)工程的特征進(jìn)行分析，通過(guò)構(gòu)建拋投空間的相關(guān)穩(wěn)定性來(lái)提高土工合成材料的防沖促淤性能。

2.2 在生態(tài)護(hù)灘、護(hù)岸方面的應(yīng)用

通常來(lái)說(shuō)，水運(yùn)工程周圍都有大量的水生植物生長(zhǎng)，所以土工合成材料必須要具備保護(hù)植物生長(zhǎng)的功能，從目前來(lái)看，灘體或者岸邊，由于自身就屬于高灘植物生長(zhǎng)區(qū)，而另一種則是高灘區(qū)或者岸邊，由于長(zhǎng)期沖刷造成的灘體或者岸邊本身泥石流高程降低，而導(dǎo)致植物死亡的生態(tài)修復(fù)區(qū)，如果采用傳統(tǒng)的覆蓋方式不僅會(huì)導(dǎo)致原有的生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，而且起不到良好的守護(hù)效果，隨著人們對(duì)于生態(tài)環(huán)境的越發(fā)重視，為此，越來(lái)越多的工程建筑人員開(kāi)始尋求新技術(shù)來(lái)針對(duì)生態(tài)護(hù)灘護(hù)岸進(jìn)行。管理還是以長(zhǎng)江南京以下12.5米深水航道一期工程作為案例進(jìn)行研究，通過(guò)，對(duì)于土工合成材料能夠形成兩種不同的生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)，首先針對(duì)生態(tài)保護(hù)區(qū)，利用大網(wǎng)格土工格柵軟體排保護(hù)臺(tái)面占用14塊，針對(duì)格柵軟體進(jìn)行管理，通過(guò)這樣的方式能夠有效修復(fù)生態(tài)修復(fù)區(qū)加強(qiáng)了對(duì)于植物根系的保護(hù)的生態(tài)排布特點(diǎn)。

2.3 在袋裝砂堤心斜坡堤方面的應(yīng)用

首先通過(guò)袋裝砂來(lái)代替拋石，能夠有效提高斜坡的防護(hù)效果由于沙袋的填料比較細(xì)，而且整個(gè)帶體的延伸率非常高，所以經(jīng)常會(huì)在河水沖刷作用下，導(dǎo)致編織袋的孔徑發(fā)生變化，編織袋內(nèi)的沙粒會(huì)不斷析出，另外分層沙袋抗浪的穩(wěn)定性能比較差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)被打落的情況。運(yùn)用袋裝砂堤心，斜坡堤結(jié)構(gòu)能夠有效抵御臺(tái)風(fēng)大浪的侵蝕，并且沒(méi)有出現(xiàn)袋體破損漏沙的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)袋裝砂堤結(jié)構(gòu)能夠減少工程造價(jià)，提高專用船的作業(yè)效率。

在實(shí)際工程建設(shè)中，基于相關(guān)地基處理方案的運(yùn)用，其預(yù)壓工作的開(kāi)展可以結(jié)合實(shí)際情況利用土地自重進(jìn)行預(yù)壓，再加上對(duì)塑料板所具備的垂直透水的功能增強(qiáng)與積土的水量，促進(jìn)地基的快速凝固，保證物理學(xué)性能，同時(shí)也可以有效提高地基的承載力與抗剪能力，加強(qiáng)對(duì)于土工布和砂墊層的相互作用，保證土地的快速固結(jié)，另外塑料排水帶還能夠有足夠的濕潤(rùn)抗拉強(qiáng)度和抗彎能力，針對(duì)回填土導(dǎo)致的土體側(cè)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(shè)置的土布工墊層也能夠起到保水土防裂不破的功能，穩(wěn)定坡面的整體結(jié)構(gòu)。

在蘇南運(yùn)河總體設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃，能夠通行千噸級(jí)船舶，而在整個(gè)護(hù)坡工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)沿線集鎮(zhèn)段整治，利用半直立式駁岸結(jié)構(gòu)，沿線坡面針對(duì)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的的采用，主要以紡?fù)凉げ忌细铂F(xiàn)澆混凝土的形式為主。而要想實(shí)現(xiàn)對(duì)水土流失現(xiàn)象的減少，以及經(jīng)受船行波的減少，其斜坡式護(hù)坡可以選擇其農(nóng)村段航道，而采用無(wú)紡?fù)凉げ?，利用混凝土進(jìn)行覆蓋，可以提高整個(gè)護(hù)坡的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)人員的反應(yīng)，該航道因其較為寬闊因素的影響，而在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中采取常規(guī)性護(hù)坡建設(shè)方案，那么需在開(kāi)展護(hù)坡建設(shè)之前進(jìn)行圍堰的修筑。但如若航道修建圍堰，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致船舶在航行過(guò)程中存在較大安全隱患，所以在無(wú)錫西段堤頂?shù)母叱淘?.2-5.7米左右，而開(kāi)展挖掘作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格控制水下與水下的比例分別為1:1與1:2。針對(duì)混凝土澆筑作業(yè)的開(kāi)展，包括水下澆筑作業(yè)，在實(shí)際過(guò)程中其柔性模板的應(yīng)用，需選擇高強(qiáng)化纖長(zhǎng)絲機(jī)織土工模袋，因?yàn)樵擃愋湍４m用于多種施工地勢(shì)、地形，并且混凝土澆筑作業(yè)過(guò)程中應(yīng)用該模袋可以確保填充盛開(kāi)，避免對(duì)圍墻的修建，進(jìn)一步提升混凝土水上、水下澆筑作用施工質(zhì)量與效果。

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

3 結(jié)論

通過(guò)本文針對(duì)土工合成材料在水運(yùn)工程中的應(yīng)用進(jìn)行，能夠進(jìn)一步明確土工合成材料的優(yōu)勢(shì)，并且重點(diǎn)分析了水運(yùn)工程經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)這些內(nèi)容的研究，能夠進(jìn)一步提高土工合成材料的應(yīng)用效果和應(yīng)用質(zhì)量，保證土工合成材料在水運(yùn)工程中的應(yīng)用水平不斷提高。