土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用探討

趙 彤

水利工程建設(shè)在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員不斷改進(jìn)施工技術(shù)，新材料也越來越多地應(yīng)用在水利工程施工中。土工合成材料作為目前最為常見的基礎(chǔ)材料，在科技的推動(dòng)下，被廣泛用于水利工程的防滲施工中，同時(shí)在巖土工程中也有著很大的應(yīng)用空間。

一、土工合成材料

1.土工合成材料概念

土工合成材料是一種復(fù)合型材料，以纖維、橡膠或塑料等聚合物以及玻璃纖維為基礎(chǔ)原料，通過一定工藝加工而合成。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，土工合成材料逐漸出現(xiàn)了新品種、新規(guī)格和新型號，在水利工程施工中應(yīng)用廣泛。

2.土工合成材料特性

土工合成材料的特性是質(zhì)量較小，強(qiáng)度大，耐磨性、抗腐蝕性更強(qiáng)，成本更低，便于施工和運(yùn)輸。土工合成材料在水利工程施工中，能起到防滲、過濾、加固、排水、隔離等作用，對提高水利工程的施工質(zhì)量能起到極大的作用，是一種值得大力推廣應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型材料。

3.土工合成材料的分類

土工合成材料分為四大類：土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和土工特種材料。近幾年在水利工程應(yīng)用較多是土工織物、土工膜以及土工復(fù)合材料。①土工織物具有防滲、加固以及排水等方面的作用。土工織物還分為有紡?fù)凉た椢锖蜔o紡?fù)凉た椢飪煞N類型。在水庫大壩中使用最多的是無紡?fù)凉た椢?，該材料孔隙率高、滲透性大及排水性能好，是大壩主要的配水反濾設(shè)施。②土工膜在水利工程應(yīng)用廣泛，因?yàn)槠渚哂辛己玫姆罎B性能，而且價(jià)格便宜，但不適用于防滲要求較高的工程部位，因?yàn)槠銫BR的頂破強(qiáng)度較弱。③土工復(fù)合材料在水庫大壩工程中應(yīng)用相對較多，它是將兩種或兩種以上的土工材料合成到一起而形成的一種新的產(chǎn)品。因?yàn)槭莾煞N或兩種以上的組合，不同的組合形成不同的品種，因此品種繁多。另外，不同的組合各有各的優(yōu)勢，因此組合后的新產(chǎn)品，功能也會(huì)各不相同。這種復(fù)合形式不但具有排水作用，更重要的是防滲效果非常好，因此適用于水利工程。

二、土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用

水利工程對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展具有重要的影響，如果水利工程的抗?jié)B性、整體性不合理，會(huì)直接影響水利工程的施工質(zhì)量，影響水利工程發(fā)揮積極的作用，影響水資源調(diào)配，有些還會(huì)造成水資源的浪費(fèi)。然而土工合成材料在水利工程中的應(yīng)用對水利工程的防滲、防護(hù)、加固等方面發(fā)揮著積極的作用。

1.土工合成材料在護(hù)坡方面的應(yīng)用

在水利工程的建設(shè)當(dāng)中，堤坡或者岸坡被破壞的情況時(shí)有發(fā)生，既有大自然的不可抗拒因素，也有人為因素導(dǎo)致的，但都對水利設(shè)施的安全帶來了巨大的隱患。水利工程建設(shè)過程中，濾層如果采用砂礫料，變形、滑脫的現(xiàn)象就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)。另外當(dāng)冬季寒冷時(shí)節(jié)到來時(shí)，受水庫面冰壓力的掘推、土體凍脹的破壞及風(fēng)浪淘刷影響，許多堤壩護(hù)坡也會(huì)不同程度遭受破壞。

為了加強(qiáng)堤坡和岸坡的保護(hù)，一般通過岸坡防護(hù)來緩解水流的沖刷和破壞，采用過柴排、石籠、或打樁護(hù)坡等方法進(jìn)行保坡，這些方法的使用效果并不是太理想，防護(hù)措施持久性差，需要經(jīng)常維護(hù)和更新。因此，需要采取持久性好、無需經(jīng)常維護(hù)更新的防護(hù)措施，而土工合成材料恰恰具有這樣的優(yōu)勢：簡單可行，成本相對比較低，且無需維護(hù)維修，還可以減少成本的投入。采用土工合成材料護(hù)坡只需要在被保護(hù)的土面上進(jìn)行土工織物覆蓋，再用重物壓住，防止護(hù)坡移動(dòng)。由于土工織物有良好反濾性能，能有效防止水流沖刷對堤坡和岸坡的破壞。

另外，土工合成材料中的土工織物袋也是常用護(hù)坡物料，主要鋪設(shè)在河道、渠道、水庫岸坡的表面保護(hù)層。土工織物袋是成型的模具土工編織模袋灌注砂漿或混凝土形成的，具有強(qiáng)度大、對不規(guī)則的地面適應(yīng)性好、施工效率高、布膜質(zhì)量輕、水下敷設(shè)不需排水等優(yōu)點(diǎn)，還能代替砂礫料反濾層護(hù)坡，增強(qiáng)護(hù)坡抗冰推浪打能力，是很好的護(hù)坡形式。

2.土工合成材料在防滲方面的應(yīng)用

在水利工程中需要進(jìn)行大量蓄水以及引水等水利工程建設(shè)，其中最為重要也是最關(guān)鍵的就是要進(jìn)行防滲處理。土工合成材料具有良好的防滲效果，可以用來進(jìn)行水利工程建筑的防滲處理。土工合成材料大多是由弱透水材料組成，主要有土工膜和復(fù)合土工膜，它們的物理特性可防止建筑物滲水和氣體揮發(fā)，可以起到防滲作用。在水庫大壩進(jìn)行防滲施工時(shí)，為了形成完整的防滲體，就要使堤身防滲復(fù)合土工膜與垂直鋪塑土工復(fù)合膜很好地結(jié)合，起到防止管涌、流土的作用。

土工合成材料在土石壩的防滲處理時(shí)，一般是在上游壩面進(jìn)行防滲。施工流程是先將水庫里的水排干凈，然后在混凝土壩的上游粘貼土工膜，最后進(jìn)行加固處理。目前一般使用土工網(wǎng)格來粘貼加固土工膜，水滲過土工膜會(huì)被土工網(wǎng)格吸收，增強(qiáng)了土工合成材料的防滲效果。除此之外，漿砌石壩、碾壓混凝土壩的上游壩面也可以應(yīng)用這種方式來進(jìn)行防滲處理。

3.土工合成材料在排水方面的應(yīng)用

土工合成材料具有抗腐蝕性，不但能夠防滲，而且能起到隔離及防護(hù)的作用。另外，土工合成材料還有利于水利建筑物排水，可應(yīng)用于土壩內(nèi)部垂直或水平方向的排水，還可應(yīng)用于防滲水工膜后面及土壩混凝土護(hù)面下部的排水。其原理是土工合成材料可建立起一條專門的通道，將土體中的水流排出建筑物。

4.土工合成材料在防汛方面的應(yīng)用

在防汛搶險(xiǎn)中，過去常見的防汛物料是土料、砂料、草袋等，存在著重量大、施工速度慢、工程質(zhì)量得不到保證的缺陷。土工合成材料具有排水反濾、防滲功能，可起到良好的排水、防水和防滲作用。土工合成材料具有整體性好、適應(yīng)強(qiáng)、搶險(xiǎn)速度快、經(jīng)久耐用、可重復(fù)使用、儲(chǔ)運(yùn)方便及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于防汛工作中。目前應(yīng)用較普遍的土工合成材料有編織袋、編織布、無紡布、土工膜等。

5.土工合成材料在水土保持中的應(yīng)用

由于土體中的水會(huì)從細(xì)粒土流向粗粒土，如果沒有反濾層的保護(hù)，在水流的作用下土粒就會(huì)被帶出土體，造成管涌和流土破壞，影響水利工程的穩(wěn)定與安全。有些地區(qū)的堤防工程，缺少塊石，工程不夠堅(jiān)固，常被洪水沖毀。而采用土工合成材料可以解決這些問題。土工織物有較好的水土保持功能，不但可有效地防止土顆粒過量流失造成的破壞，同時(shí)還能起到順利排泄水流的作用，避免由于孔隙水壓升高而造成的土體失穩(wěn)。缺少塊石的地區(qū)可采用尼龍編織袋修建谷坊治理沖溝，具有防沖能力強(qiáng)、壩體牢固、造價(jià)低及施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，治理水土流失效果明顯。

三、結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高，各種新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。土工合成材料是近年來水利工程施工建設(shè)中采用最為廣泛的一種新材料，將水工合成材料應(yīng)用于水利工程中，能極大地提高水利工程的防滲性和穩(wěn)定性。今后在水利工程建設(shè)管理實(shí)踐中，應(yīng)不斷摸索和研究土工合成材料的特性和使用方法，以充分發(fā)揮土工合成材料的作用，保證水利工程的安全和效益的發(fā)揮■