Geotube土工管在沿海路基防護(hù)工程的應(yīng)用及成本效益分析

摘要 該研究對(duì)Geotube土工管在沿海路基/路堤工程中的應(yīng)用案例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，采用定量分析方法，結(jié)合東南亞地區(qū)某項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)Geotube土工管的成本效益進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果顯示：與傳統(tǒng)方法相比，Geotube土工管在沿海防護(hù)工程中具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。該研究的深入分析可以為海外類似項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施提供有益的借鑒和經(jīng)驗(yàn)積累。

關(guān)鍵詞 Geotube土工管；經(jīng)濟(jì)性分析；安裝實(shí)踐；沿海路基；沿海防護(hù)

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）21-0055-03

0 引言

沿海地區(qū)是地球上人口稠密和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁的地區(qū)之一，因此，為了維護(hù)沿海線的安全和穩(wěn)定，各國政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)一直在尋求經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)方案。在此背景下，Geotube土工管作為一種新型的沿海防護(hù)工程材料備受關(guān)注。

該研究首先介紹了Geotube土工管的背景和作用原理，然后重點(diǎn)關(guān)注其在沿海路基/路堤工程中的經(jīng)濟(jì)性分析。該文采用定量分析方法，結(jié)合東南亞地區(qū)的某實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)，對(duì)Geotube土工管的成本效益進(jìn)行評(píng)估。通過比較Geotube土工管與傳統(tǒng)防護(hù)方法的成本差異，旨在為沿海防護(hù)工程的規(guī)劃和實(shí)施提供可行性建議和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)。

該研究的成果不僅可為相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究提供新的視角和數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也將為沿海線工程項(xiàng)目的實(shí)踐提供重要的指導(dǎo)和借鑒，具有重要的學(xué)術(shù)和實(shí)踐價(jià)值。

1 土工管的基本原理及應(yīng)用

土工管或土工織物管是一種簡單、高效且具有成本效益的土工材料，通常用于疏浚過程中沉積物的脫水[1]。在韓國仁川大橋項(xiàng)目中，土工管被用于海堤填筑和堤防工程，以此提供干燥的施工條件。此外，位于巴厘島西北部的Pebuahan海灘沿海設(shè)置了Geotubes土工管防護(hù)，以保護(hù)海灘免受海水的破壞性侵蝕。

近年來，土工管逐漸被發(fā)現(xiàn)可用于海堤建設(shè)和沿海防護(hù)并具有良好的經(jīng)濟(jì)性，其基本原理是利用填充在柔性管體內(nèi)部的土料或其他添加劑來增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。這些柔性管體通常由高強(qiáng)度合成材料制成，具有良好的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性。利用Geotube土工管的高抗紫外線能力及高強(qiáng)度、高抗酸堿腐蝕性的特點(diǎn)，可節(jié)省工程成本，加快工程進(jìn)度[2]。通過快速脫水試驗(yàn)（RDT），研究絮凝劑種類和摻量對(duì)混合料脫水速率和性能的影響[3]。結(jié)果顯示：脫水時(shí)間隨著纖維的添加而顯著縮短，在土工管填充材料中加入尼龍和黃麻纖維后，填充料的脫水時(shí)間分別下降了41%和49%。

土工管的基本作用原理包括以下幾個(gè)方面：

（1）抗沖刷：土工管通過吸收和分散波浪能量，減緩海水沖擊力，從而保護(hù)沿岸土壤和結(jié)構(gòu)不受侵蝕和破壞。

（2）沉積：土工管能夠在海水中減速水流并沉積懸浮顆粒，促進(jìn)海底沉積物的積聚，從而增加沿岸土地的面積和穩(wěn)定性。

（3）排水：通過土工管內(nèi)部的排水系統(tǒng)，可以有效地排除土體內(nèi)部的過量水分，降低土壤的飽和度，提高土體的穩(wěn)定性和排水性能。

（4）增強(qiáng)：土工管作為一種柔性結(jié)構(gòu)，能夠與土體形成有效的交互作用，增強(qiáng)土體的抗拉、抗剪和抗壓能力，提高土體的整體穩(wěn)定性和承載能力。

土工管施工安裝的過程主要包括四個(gè)部分：提取、制備、脫水和固結(jié)[4]。

（1）提?。喊◤捻?xiàng)目現(xiàn)場或其他料場獲取要使用的土壤材料。對(duì)于一些位于沿海地區(qū)的項(xiàng)目，土工管需要使用的土壤材料可直接在海岸線上獲得。由于材料的易得性，使得土工管的建造成本更便宜。

（2）制備：即向上一步中的漿料混合物中添加合適的絮凝劑。研究表明添加絮凝劑可以極大地改善土工管填充材料的性質(zhì)。由于土工管使用的填充土壤材料大多直接來自沿海地區(qū)，其主要是細(xì)顆粒材料如細(xì)砂等，因此，為了提高細(xì)粒土的滲透性、減少脫水時(shí)間，在制備過程中往往會(huì)加入特定的絮凝劑來改善土粒的水力特性。

（3）脫水和固結(jié)：制備完成之后，混合料將通過液壓方式進(jìn)入土工管內(nèi)部，顆?？紫端畡t可以通過土工管的小孔排出從而降低其內(nèi)部的孔隙水壓力。此過程將使土工管內(nèi)填充的混合料的固結(jié)度逐步升高。待固結(jié)基本完成后，土工管即可正常投入使用。

在安裝土工布管之前，擬建場地需要進(jìn)行場地整平和清表。場地完成準(zhǔn)備工作之后，鋪設(shè)基底土工織物并在高潮期設(shè)置防沖刷圍擋。同時(shí)，土工管設(shè)置區(qū)域應(yīng)使用沙袋以對(duì)抗洋流的沖刷并起到固定的作用。填充土工管之前在擬建場地設(shè)置一定數(shù)量的對(duì)齊管，以便在填充土工管的過程中確保正確的位置。

2 土工管經(jīng)濟(jì)性分析

土工管通常由聚丙烯制成，具有高韌性和耐熱性的特點(diǎn)。常見的土工管有兩種類型：編織土工管和無紡?fù)凉す躘5]。

編織土工布是通過在織機(jī)上編織紗線材料來生產(chǎn)的，可以使用切膜、原纖化紗線或單絲制成。無紡?fù)凉す軇t通常是通過針刺制造的黏合纖維。編織土工布以其高承載能力、低伸長率和耐腐蝕而聞名。編織土工布的成本通常為每平方米3.20～7.50美元。但此類土工織物的滲透性較差，因此它們更多地用于高速公路、停車場和其他道路的建設(shè)。

無紡?fù)凉げ季哂腥嵝宰冃文芰?、出色的過濾和分離性能和更低廉的價(jià)格等特點(diǎn)。鑒于其輕質(zhì)、柔軟和彈性的特性，它還具有良好的可加工性。無紡?fù)凉げ嫉牡湫蛢r(jià)格為每平方米1.50～5.40美元。但是無紡?fù)凉げ纪ǔ?qiáng)度不高，因此它們更多地用于防護(hù)、排水、分離和過濾設(shè)計(jì)中。因此與傳統(tǒng)拋石斜坡堤相比，土工管帶在生態(tài)環(huán)保、施工成本、施工工期、工藝與施工協(xié)調(diào)等方面具有明顯的優(yōu)勢[6]。

該文結(jié)合菲律賓沿海道路項(xiàng)目案例對(duì)土工管的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行較為全面的分析，以期對(duì)土工管在不同地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和有效性進(jìn)行歸納總結(jié)。該項(xiàng)目位于菲律賓棉蘭老島的達(dá)沃市，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度40 km/h，雙向雙車道，路線全長約1 243 m，其中橋梁長度478.7 m，該標(biāo)段使用土工管的道路長度約316 m。該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖，如圖1所示。

圖1 達(dá)沃沿海道路項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（mm）

為了對(duì)土工管進(jìn)行成本效益分析，該文將使用道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖來計(jì)算與土工管相關(guān)的工程造價(jià)費(fèi)用。然后，該文將此成本與使用擋土墻的造價(jià)成本進(jìn)行比較。該項(xiàng)目中使用的土工管橫斷面如圖2所示。

由此可知，土工管的橫截面面積為7.360 4 m2，由此可得土工管體積為7.360 4×316=2 325.886 4 m3，斷面同時(shí)設(shè)置三個(gè)土工管，因此土工管總體積為2 325.886 4×3=697 7.66 m3。根據(jù)細(xì)砂的平均單價(jià)每立方米1 700.00比索，計(jì)算土工管填充（細(xì)砂）的成本將為697 7.66×1 700=11 862 020.6比索。因此，土工管的總材料成本為13 652 963.18比索，約合245 744.74美元，見表 1所示。

下面計(jì)算使用擋墻防護(hù)的成本造價(jià)，擋墻材料包括：排水管、排水土工Ul+XBEn5AyAFOqlUx5RByaI00SN436FWi8dDFjkJ0Cs=布、結(jié)構(gòu)混凝土（A級(jí)）、鋼筋、模板腳手架。因此，這些材料（不包括排水土工布）將使用以下懸臂擋墻橫截面進(jìn)行估算，見圖3。

每延米預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)排水管單價(jià)為49.895比索，總價(jià)合計(jì)49.895×316=15 766.82比索。每立方米結(jié)構(gòu)混凝土造價(jià)5 100比索，總價(jià)合計(jì)5 100×10.186 6×316=16 416 724.56比索。假設(shè)每立方米混凝土所需鋼筋用量為120 kg，總價(jià)合計(jì)120×10.186 6×316×46=17 768 690比索。每平方米模板單價(jià)2 000比索，總價(jià)合計(jì)2 000×2 553.54=5 107 070.71比索。因此，得出使用擋土墻的成本為39 320 089.14比索，約合707 736.83美元。見表2。

根據(jù)計(jì)算，使用土工管防護(hù)可以節(jié)省25 667 125.96 比索，約合461 992.10美元。土工管造價(jià)僅為擋土墻防護(hù)結(jié)構(gòu)的35%，進(jìn)一步證明了與其他沿海防護(hù)措施相比使用土工管的成本效益顯著。

3 結(jié)語

該研究對(duì)Geotube土工管在海岸路基/路堤工程中的經(jīng)濟(jì)性分析及施工安裝進(jìn)行深入探討，結(jié)合菲律賓達(dá)沃市一處實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，得出了以下結(jié)論：（1）Geotube土工管在海岸防護(hù)工程中具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，與傳統(tǒng)方法相比能夠顯著降低工程成本，并且能夠提供可靠的防護(hù)效果。工程造價(jià)僅為傳統(tǒng)擋墻防護(hù)的30%～40%。（2）通過實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)介紹了Geotube土工管的安裝過程，為類似項(xiàng)目提供了具體的指導(dǎo)和參考。（3）該研究總結(jié)Geotube土工管在海岸防護(hù)工程中的作用原理，為區(qū)域內(nèi)相似項(xiàng)目提供了一定的理論依據(jù)。

綜上所述，Geotube土工管作為一種新型的海岸防護(hù)工程材料，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有廣闊的發(fā)展前景和重要的實(shí)用價(jià)值。該研究成果以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究和工程實(shí)踐提供有益的參考，促進(jìn)海岸線工程的可持續(xù)發(fā)展。

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