土工織物在河岸反濾體施工中的應(yīng)用

王曉光

（盤(pán)錦市雙臺(tái)子區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 盤(pán)錦 124000）

1 工程概況

遼河位于臺(tái)安縣紅廟子附近以下的河段即為雙臺(tái)子河，該河流西南流經(jīng)臺(tái)安、盤(pán)山、大洼等縣后注入遼東灣，河段總長(zhǎng)度約130 km。雙臺(tái)子區(qū)城市段河道疏浚工程則位于雙臺(tái)子區(qū)盤(pán)錦大橋～雙臺(tái)子大橋，樁號(hào)0+000～1+100，治理段長(zhǎng)1 100 m，主河道深泓線(xiàn)與其右岸嚴(yán)重偏離，不斷沖刷左岸堤防后形成陡坎，已經(jīng)對(duì)該段堤防工程安全造成嚴(yán)重威脅；同時(shí)也引發(fā)河道右岸嚴(yán)重淤積，使河道泄洪運(yùn)行能力持續(xù)下降，十分不利于該段河道行洪安全。必須盡快對(duì)該河段展開(kāi)疏浚治理。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中所規(guī)定的混凝土材料受環(huán)境水腐蝕性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以得出，該河道治理工程岸坡壩址處地下水對(duì)混凝土材料存在弱腐蝕性。區(qū)域壩基地層透水性能主要受地層巖性的影響，并且隨土層深度的增加而呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)和野外鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果，綜合得出工程區(qū)各土層滲透系數(shù)，具體見(jiàn)表1。

表1 工程區(qū)各土層巖性滲透性匯總表

2 土工織物在河岸反濾體中的應(yīng)用

2.1 反濾材料選擇

根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的具體要求，巖土工程中傳統(tǒng)粒料可通過(guò)土工合成材料代替后建造反濾層河排水體。大量工程實(shí)踐也證明，以無(wú)紡?fù)凉た椢餅閹r土工程反濾材料，首先必須保證其單位面積質(zhì)量及厚度滿(mǎn)足工程要求，并且在遭遇往復(fù)水流的情況下，增大土工織物設(shè)計(jì)厚度。無(wú)紡布土工織物主要以合成纖維為原材料，通過(guò)針刺等技術(shù)將任意排列的纖維壓制而成布狀物，使其各向具備相等的抗腐蝕性和抗拉強(qiáng)度。該材料透水性強(qiáng)，且能起到避免受保護(hù)土體顆粒流失的作用。土工織物的選擇應(yīng)根據(jù)工程中受保護(hù)土體粒徑及滲透系數(shù)的取值進(jìn)行，結(jié)合本工程實(shí)際，壩體土料內(nèi)粘粒含量高，顆粒粒徑小，必須選用透水性及保土性好的土工織物。初步選用短纖針刺非織造土工布材料，該土工布材料單位質(zhì)量400 g/m2，單位面積質(zhì)量差-7%，厚度≥2.4 mm，幅度偏差-0.5%，斷裂強(qiáng)力≥9.5 kN/m，斷裂伸長(zhǎng)率25%～100%，CBR頂破強(qiáng)力1.5 kN，等效孔徑0.07～0.2 mm，垂直滲透系數(shù)1.0～9.9 （10-1～10-3）cm/s，撕破強(qiáng)力≥0.24 kN。

2.1.1 保土性

根據(jù)土工織物有效孔徑與土體特征粒徑之間的關(guān)系進(jìn)行土工織物保土性能的表征。有效孔徑必須滿(mǎn)足以下條件：

式中O95—土工織物等效孔徑，mm；n—與土工織物反濾層所保護(hù)土體類(lèi)型、級(jí)配、織物品種及反濾體運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；d85—工程區(qū)受保護(hù)土體特征粒徑，土體內(nèi)比該粒徑土體質(zhì)量小的土體在總質(zhì)量中的占比為85%，mm。結(jié)合相關(guān)規(guī)范及類(lèi)似工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，所確定出的土工織物等效孔徑O95取0.12 mm，土體特征粒徑d85取0.95 mm，經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 取值為1，則O95≤n d85，土工織物材料符合工程岸坡保土性要求。

2.1.2 透水性

河道治理工程土工織物透水性必須滿(mǎn)足以下要求：

其中：Kg—土工織物反濾材料垂直滲透系數(shù)，cm/s；A—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；KS—土體滲透系數(shù)，cm/s。結(jié)合工程實(shí)際情況及類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，本工程所采用的土工織物垂直滲透系數(shù)取2.5 10-2cm/s，土體的滲透系數(shù)取3.0 10-4cm/s，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)則取值10.0。將相關(guān)取值代入式（2）后可得到土工織物反濾材料垂直滲透系數(shù)為2.5 10-2cm/s≥10.0 3.0 10-4cm/s。因此，土工織物透水性符合設(shè)計(jì)要求，使用后岸坡反濾體功能將得到改善。

2.2 土工織物布置

該河道治理工程河岸土工織物反濾層布置于壩體上排水體上游側(cè)，水平段土工織物反濾體則設(shè)置在壩體底部，上游至下游壩面結(jié)構(gòu)層依次為壩體土料、土工織物、厚50 cm 的粗砂濾層、厚150 cm的砂卵石層、厚50 cm的粗砂濾層、壩殼土料及下游壩坡。布置情況具體見(jiàn)圖1。

2.3 土工織物及反濾料填筑施工

此河道治理工程壩體反濾層由排水體上游面所增設(shè)的土工布砂石反濾體構(gòu)成，且反濾體向上游傾斜45h。為確保土工織物平鋪平整，符合排水施工坡比等方面的要求，主要采用先土后砂的施工工序，先根據(jù)設(shè)計(jì)層厚進(jìn)行反濾體上游側(cè)土料回填，通過(guò)推土機(jī)整平后再通過(guò)人工方式平整坡面及反濾體四周0.5～1.0 m 范圍內(nèi)土體，鋪設(shè)并拉緊土工織物后還應(yīng)借助自卸車(chē)運(yùn)料壓緊，并回填反濾料。反濾層的碾壓施工應(yīng)與兩側(cè)土體同時(shí)進(jìn)行，考慮到反濾料與兩側(cè)土料具備不同的壓縮性能，為保證碾壓施工質(zhì)量，應(yīng)使反濾料鋪設(shè)層厚度比混合料層厚低6～10 cm，并先填筑兩層壩體混合料，再進(jìn)行反濾料回填。

應(yīng)用震輪直徑1 523 mm、震輪寬2 178 mm的18 t振動(dòng)平碾展開(kāi)碾壓施工，保證壩體土料、土工織物、首層反濾料交界處同時(shí)碾壓，且以不開(kāi)振動(dòng)擋的方式將反濾層反復(fù)碾壓兩遍以上。此后再以打開(kāi)振動(dòng)擋的方式將壩體土料碾壓密實(shí)，最后碾壓1～2遍后結(jié)束，檢測(cè)密實(shí)度。

2.4 施工質(zhì)量控制

在進(jìn)行該河道治理工程河岸土工織物鋪設(shè)前，必須按設(shè)計(jì)要求平整上游已填筑的壩面，并徹底清理坡面處棱角塊石、樹(shù)枝等雜物，避免雜物刮破土工織物。對(duì)于土工織物已經(jīng)破損的情形，必須采用面積超出破損處面積4～5倍的土工織物覆蓋修補(bǔ)。土工織物反濾層鋪設(shè)必須從壩腳開(kāi)始依次向壩頂進(jìn)行，切忌繃?yán)^(guò)緊，避免因壩體結(jié)構(gòu)變形等原因拉斷土工織物。土工織物鋪設(shè)時(shí)相鄰兩塊土工布搭接長(zhǎng)度應(yīng)控制在30～50 cm，且縫合線(xiàn)距離邊距的長(zhǎng)度應(yīng)至少為5 cm。

土工織物鋪設(shè)完成后，必須立即在其上加鋪保護(hù)層及厚度至少為50 cm的防曬層，防止因陽(yáng)光直射而降低土工布的性能和壽命。施工過(guò)程中應(yīng)保證土工織物鋪設(shè)速度與兩側(cè)土料填筑速度一致，碾壓過(guò)程中應(yīng)事先卷起土工織物，防止在碾壓輪的作用下底部石渣頂破土工織物。

3 結(jié)論

雙臺(tái)子區(qū)城市段河道泄洪運(yùn)行要求高，河道疏浚工程河岸壩坡質(zhì)量要求嚴(yán)格，故壩坡滲透變形是施工控制要點(diǎn)。土工織物作為防滲反濾新材料，因土體性質(zhì)復(fù)雜，土工織物與土體相互作用的相關(guān)研究仍處于探索階段。但毫無(wú)疑問(wèn)的是，土工織物長(zhǎng)時(shí)間受到土壓力的作用后期濾層將表現(xiàn)出壓實(shí)變形，孔徑變小，可起到阻止被保護(hù)土體顆粒流失的作用；受保護(hù)土體也會(huì)同時(shí)發(fā)生壓實(shí)變形，結(jié)構(gòu)緊密程度提升后抗流失能力也隨之提高；在有壓環(huán)境下，壓實(shí)變形對(duì)于濾層功能的發(fā)揮更為有利。

土工織物反濾層與受保護(hù)土體之間存在長(zhǎng)期作用，土工織物性能能否順利發(fā)揮主要取決于壩體土料屬性、承壓能力、運(yùn)行情況等，在該河道疏浚工程河岸壩坡加固施工后的運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)壩體滲透情況的長(zhǎng)期觀測(cè)，保證反濾體功能的順利發(fā)揮。工程應(yīng)用結(jié)果表明，土工織物作為反濾體具備施工快速、造價(jià)低廉、有助于壩體滲透愈合等優(yōu)勢(shì)，在巖土工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，其作為壩體永久性反濾體設(shè)計(jì)，耐久性、穩(wěn)定性等工程性能仍有待進(jìn)一步實(shí)踐檢驗(yàn)。