土工織物在史灌河治理工程中的應用

胡家武

土工織物是我國近些年發展起來的一種新型科技產品，用于河道除險、堤防加固工程的防滲處理，是傳統礫料墊層、反濾層和防滲材料的新型替代品。通過史灌河治理工程應用，進一步證明其具有較高的抗拉強度、延伸性和穩定性，可以解決堤防管涌、滲漏、險工護岸等一系列難題，是近一個時期河道治理工程的良好施工材料。史灌河除險加固工程應用土工織物代替傳統礫料反濾層和粘土防滲材料，節省投資10%～30%，并達到了除險加固的目的，具有很高的實用性和推廣應用價值。

一、土工織物工程應用概況

史灌河是淮河右岸較大支流之一。干流全長211km，流域面積68.89萬km2，河道兩岸堤防均用當地含砂量較大的砂壤土隨河道走向隨彎就彎修筑，河岸多為淤泥質土和淤沙土，質地松散，易被水流沖蝕，防滲抗沖能力普遍較差，河勢經常變化，穩定性較差，易形成險工，歷史上多次潰堤，泛濫成災。歷經多次洪水后史灌河背水坡腳附近出現20多處管涌，經分析，管涌成因是砂質河床游動性大，抗沖能力低，過去的防沖根腳設置太淺，滿足不了局部沖刷深度要求，基礎常被淘空，上部砌體隨之塌落，從而導致整體性破壞。

通過對老險工破壞原因的分析，設計按河勢、有灘、無灘、填方、挖方和枯水位深淺，分別選用不同的方案。對于主流頂沖塌岸嚴重，堤前無灘且前有深潭的新險工，采用短丁壩群方案；對岸腳沖蝕輕的，采用護坡方案；對于灘地較寬僅河岸崩塌、岸邊枯水時水淺的新險，采取護岸方案。其下部均采用300g/m2純滌綸土工織物做墊層反滲。

在結構設計上，也做了如下創新：①裝拋砂袋：對坡腳沖淘嚴重，需恢復其堤腳及塌坡水下填方的地段，設計用防老化PP土工織物編織袋裝砂筑圍堰，圍堰內倒沙至設計枯水位，用水沖壓實。裝砂飽滿度達到70%～80%，扎緊袋口立放，頂寬50cm，內、外坡1∶1，②堆成椎體：土工織物用于河床岸坡砂土和鉛絲籠直接接觸部位。規格采用防老化聚丙稀PP編織布，起反濾和抗沖刷作用。③鉛絲籠拋石：將其用于各種險工的根部，是保證險工穩定與安全的關鍵。拋置方量每延米最少為8m3，拋置深度枯水位以下不小于2m。當河中無水時，挖深2m，埋入河床，拋置頂高高于枯水位以上1m，其下部鋪墊一層土工織物防淘，外坡1∶1.5，內外1∶1，鉛絲籠編格對角線為8cm，每個鉛絲籠尺寸：長×寬×高為3m×1.5m×0.5m。④漿砌石基墩：漿砌石基墩是護岸、護坡的基礎，緊靠鉛絲籠頂內側，下用土工織物做墊層反濾。⑤干砌勾縫護面：護坡干砌厚度為30～50cm，石塊最小尺寸不小于25cm，下部鋪一層PP土工織布與5cm厚粗砂做反濾。⑥護砌高度：護岸與岸頂一齊，護坡護至10年一遇洪水位。坡度根據坡面情況采用1∶2～1∶2.5，個別的為1∶3，干砌石待深陷穩定后用1∶3水泥沙漿勾縫。⑦種植荻草：工程完成后，在回填土方上種植荻草。⑧史灌河李莊戶、廟門口、陳臺子三處管滲處理，采用外截內壓，在臨河面挖截滲溝低于枯水位1.5～2.0m，鋪不透水土織布防滲，回填土方夯實，背水坡做壤土壓滲平臺，底部采用300g/m2無紡土方織物做反濾。

二、土工織物需滿足的基本要求

1.在注重發揮反濾作用的同時，注意發揮其隔離加固作用

土工織物的反濾用途和常規濾料反濾一樣，可防止土工建筑物滲流出口的滲透破壞。因此，土工織物反濾設計的基本要求和濾料反濾層相同，要達到保土和排水目的，同時還要設法發揮其在防滲、反濾部位的隔離和加固作用。

2.確定土工織物的工作狀況

根據土工織物本身的性質、所接觸土體的性質、滲透水流的作用條件，選擇適當的土工織物，以免在滲流作用下產生淤堵而導致滲流量過分降低和滲透壓力升高，避免因土顆粒連續不斷地穿過土工織物而導致管涌破壞。

3.反濾層所用土工織物的材料要求

史灌河除險工程使用的土工織物主要按以下三方面進行考慮；①反濾功能要求（水力學要求）：土工織物作為反濾使用時，必須滿足保土透水能力，不致因土工織物的鋪設或孔眼被細土顆粒淤堵造成滲透水流受阻而引起水壓力增加。②強度要求（力學性能要求）：必須要有一定的力學強度，以保證在施工和運行過程中不被破壞，甚至發生基土的管涌或流土，導致工程破壞。③耐久性要求：土工織物原料絕大多數是高分子聚合物，作物反濾材料用在工程中，隨著時間推移，在自然氣候的長期作用下，特別是由于陽光的照射和某些化學物質的侵蝕，以及溫度劇烈變化，各項強度指標會降低。因此，在設計時根據織物所有的原材料及其性能以及使用條件等，都要考慮進去，并對合成纖維織物的老化試驗資料進行分析，選用耐久性可靠的土工織物。

三、施工方法和要求

施工過程中，相關參建單位精心組織人員，根據土工織物的性能和特點及設計標準要求進行研究討論和現場試驗，找出土工織物施工的最佳方法，在此基礎上進行施工。為了使土工織物在運用中發揮正常作用，在施工過程中提出以下幾點要求：①做好土工織物施工前和施工中的保護工作，防止火燒，避免在日常下曝曬。②嚴格保護不受施工機械、硬物及人為破壞。史灌河孟小橋、黑河梢、柴營等16處險工施工，用了常州產PP型土工布，全部用于險工護岸鉛絲籠拋石基礎墊層，起到保土反濾固基作用。③在施工過程中，嚴格按照設計進行操作。從土工織物的選購到土工織物鋪設一系列的工序處理都要嚴格把關，如土工織物接觸面的處理、接縫的縫制、土工織物鋪設松緊度的控制、防止土工織物滑動、與岸邊基礎的連接等，都進行了周密的考慮，保證了土工織物的完整性和反濾的可靠性。④土工織物材料參數不可變更。⑤土工織物排體制作規范：土工織物排體是由聚丙烯織布和聚乙烯繩兩種材料組成，編織布是反濾工程的主要材料，由編織布拼接而成的排體是反濾、防滲的主體。排體的長度視工程的長度而定，寬度要滿足護坡長度和封頂及根部水下最大沖刷深度要求。制作排體時，先按上述要求把編織布拼接成一個整體，再在布上用φ2.5mm聚乙烯繩布網，網孔為50cm×50cm，用2×2股聚乙烯線把繩與布固定為一體，即成排體。然后按工程設計要求進行其他工序施工。

四、成效分析

土工織物在史灌河治理工程中的應用，充分發揮了其性能特點，施工便捷，加快了工程進度，縮短了工期，達到了防滲、反濾預期效果。2017年3月，對運行25年的史灌河孟小橋、柴營、任臺等處險工治理進行了檢查和試驗，土工織物表面無變化，抗拉強度正常，沒有出現腐蝕現象，說明其耐久可靠；經過25年的工程運行，16處險工治理沒有出現一處流土、塌坡、管涌現象。

土工織物應用于反濾、防滲、截流工程，經濟方便，且施工簡單。已完成的16處險工治理共采用土工織物98572m2，僅此一項節約投資近40萬元。同時還可以降低勞動強度，減輕運輸量，提高施工效率，工程壽命也比傳統濾料長得多