土工合成材料在內(nèi)河航道整治工程中的應(yīng)用

張毅

摘? 要：土工合成材料是一種新型土工建筑材料，其具有抗拉強(qiáng)度高、重量小、抗變形能力強(qiáng)、經(jīng)久耐用、施工簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于各類(lèi)工程建設(shè)當(dāng)中。土工合成材料的應(yīng)用，不僅保證了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，還節(jié)約了工程造價(jià)。近年來(lái)，土工合成材料被廣泛應(yīng)用于內(nèi)河航道整治的工程建設(shè)中。文章針對(duì)土工合成材料的類(lèi)型和作用，結(jié)合其在內(nèi)河航道整治工程的應(yīng)用開(kāi)展分析。

關(guān)鍵詞：土工合成材料;內(nèi)河航道整治;疏浚;護(hù)岸;服務(wù)區(qū)錨地

Abstract： Geosynthetics is a new type of geosynthetics， which has many advantages， such as high tensile strength， low weight， strong resistance to deformation， durability， simple construction and so on. The application of geosynthetics not only ensures the project quality and construction progress， but also saves the project cost. In recent years， geosynthetics have been widely used in the construction of inland waterway regulation. In this paper， combined with its application in inland waterway regulation engineering， the type and function of geosynthetics are analyzed.

1 概述

土工合成材料是根據(jù)石化工程和紡織工程演變而來(lái)的交叉學(xué)科產(chǎn)品，它以天然或人工合成聚合物（塑料、化纖、合成橡膠等）為原料，制成各種類(lèi)型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加固或保護(hù)土體等作用。最早應(yīng)用于美國(guó)，是通過(guò)在棉布上灑上瀝青，然后與土工膜材料合制而成的一種復(fù)合材料，將其首次應(yīng)用在土建工程中。隨后，出現(xiàn)了將塑料薄膜作為一種防滲材料應(yīng)用到土石壩和河渠等建設(shè)工程中。20世紀(jì)60年代，開(kāi)始采用有紡?fù)凉た椢镒鳛榉罎B材料，但是，由于有紡?fù)凉た椢锏膹?qiáng)度具有較強(qiáng)的方向性，同時(shí)造價(jià)成本過(guò)高，沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。到了60年代末，非織造型無(wú)紡織物（無(wú)紡布）在歐洲出現(xiàn)并大大促進(jìn)了土工合成材料的應(yīng)用和發(fā)展，它一出世便得到世界各國(guó)的歡迎，發(fā)展速度令人驚訝。由于新型材料的不斷發(fā)展和改進(jìn)，同時(shí)也為了滿足工程建設(shè)的需要，相繼又出現(xiàn)了土工格柵和土工模袋等材料，他們的出現(xiàn)促進(jìn)了土工合成材料進(jìn)一步發(fā)展。目前，土工合成材料以其特有的施工和性能等方面的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。

2 土工合成材料的類(lèi)型

目前，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-《水運(yùn)工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JBJ239-2005）將土工合成材料分為四大類(lèi)：土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和特種土工合成材料四種類(lèi)型。土工織物的制造過(guò)程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結(jié)構(gòu)的土工織物。土工織物按制造方法可分為有紡（織造）土工織物和無(wú)紡（非織造）土工織物。土工膜一般可分為瀝青和聚合物（合成高聚物）兩大類(lèi)。含瀝青的土工膜目前主要為復(fù)合型的（含編織型或無(wú)紡型的土工織物），瀝青作為浸潤(rùn)粘結(jié)劑。聚合物土工膜又根據(jù)不同的主材料分為塑性土工膜、彈性土工膜和組合型土工膜。土工復(fù)合材料是由兩種或兩種以上土工合成材料復(fù)合而成的土工材料。特種土工合成材料是經(jīng)過(guò)特殊工藝制成的具有特殊用途的土工合成材料，包括土工模袋、土工格柵、土工帶和土工網(wǎng)等材料。

3 土工合成材料的作用

不同的土工合成材料，其作用各不相同，即使在同一建設(shè)工程當(dāng)中，土工合成材料也能夠發(fā)揮多種作用，綜合起來(lái)，土工合成材料的主要作用體現(xiàn)在反濾、加筋、排水、防護(hù)、隔離、防滲等方面。

4 土工合成材料在內(nèi)河航道整治工程中的應(yīng)用

4.1 土工合成材料在內(nèi)河航道整治疏浚工程中的應(yīng)用

隨著船舶大型化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，內(nèi)河一些低等級(jí)航道已經(jīng)無(wú)法滿足沿線經(jīng)濟(jì)和大型船舶通航的需求，需要通過(guò)航道升級(jí)來(lái)增加航道尺度，包括航道水深、寬度和彎曲半徑。由于航道升級(jí)疏浚土方量較大，內(nèi)河河面較窄且出于環(huán)保和行洪要求，不適宜采取水下拋泥，其所挖掘出來(lái)的疏浚土需吹填至岸上，當(dāng)疏浚航道附近沒(méi)有可以利用的取土坑或者水塘?xí)r，需要建造陸上拋泥區(qū)用于容納疏浚土。陸上拋泥區(qū)主要由圍堰、排水口、格梗等組成。由于疏浚土含水率較高、強(qiáng)度低、固結(jié)慢、粘性大，因此在拋泥區(qū)圍堰施工中應(yīng)用防滲土工膜鋪設(shè)于圍堰內(nèi)坡且在坡頂坡底各延伸一段距離，將疏浚泥漿和堰身隔離，對(duì)堰身起到防護(hù)的作用。疏浚泥漿在圍堰內(nèi)需沉淀一段時(shí)間，待泥漿中的土顆粒沉淀后，泥漿中的水再通過(guò)排水口排出，應(yīng)用土工膜可以防止疏浚泥漿中的水滲透圍堰導(dǎo)致圍堰土體失穩(wěn)潰塌，且通過(guò)內(nèi)側(cè)全范圍鋪設(shè)搭接土工膜加強(qiáng)了圍堰的整體性和施工期的安全環(huán)保，同時(shí)還可以防止水土流失。有的工程項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)始在拋泥區(qū)圍堰中應(yīng)用可降解的土工膜，這樣待拋泥區(qū)固結(jié)、復(fù)墾完成后，鋪設(shè)的土工膜會(huì)自己分解，避免了對(duì)土體的污染，有利于后期拋泥區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)楦乩茫鷳B(tài)環(huán)保的同時(shí)還能增加地方農(nóng)用地面積。

有的工程項(xiàng)目探索在拋泥區(qū)應(yīng)用真空固結(jié)法來(lái)加速拋泥區(qū)內(nèi)疏浚土的固結(jié)，真空固結(jié)法需應(yīng)用土工合成材料鋪設(shè)于疏浚土表面以保證其真空度。通過(guò)這種方法可以縮短工期，減少拋泥區(qū)臨時(shí)征地的租用時(shí)間，節(jié)約工程成本，可以盡快消除拋泥區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患，還可以提前實(shí)施復(fù)墾移交供當(dāng)?shù)厥褂谩?/p>

4.2 土工合成材料在內(nèi)河航道整治護(hù)岸工程中的應(yīng)用

內(nèi)河航道岸坡在沿線凸岸段，水流對(duì)其有沖蝕作用，在凹岸段，由于迎流頂沖、深泓貼岸的原因，岸坡崩塌，在順直的岸線段，岸坡的穩(wěn)定性與距離河流主流線遠(yuǎn)近有關(guān)，主流線貼近岸坡崩塌強(qiáng)烈，遠(yuǎn)之則弱，且岸坡穩(wěn)定性受船行波及人為因素影響。為防止水流對(duì)河岸的沖刷及水土的流失，維護(hù)航道岸坡穩(wěn)定，需要采取有效的措施加固防護(hù)河岸。

一般傳統(tǒng)處理方法是使用拋石、干漿砌塊石或是現(xiàn)澆混凝土完成護(hù)岸的加固，拋石護(hù)岸是散體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性一般、維護(hù)量較大，干、漿砌塊石護(hù)岸易沉陷坍塌且要求附近石料供應(yīng)充足，對(duì)施工質(zhì)量要求較高，現(xiàn)澆混凝土護(hù)岸對(duì)地基要求高，易沉陷坍塌且不易修復(fù)，同時(shí)采用上述施工方法生態(tài)性較差。在航道整治護(hù)岸工程中使用土工合成材料將能夠起到良好的加固效果，且具有防止土顆粒流失但仍保持水流動(dòng)暢通的反濾和排水功能。實(shí)際施工中各種類(lèi)型的護(hù)岸也都應(yīng)用了土工合成材料。如生態(tài)型聯(lián)鎖塊護(hù)岸、鉸鏈排護(hù)岸、鋼絲網(wǎng)石籠護(hù)岸、模袋混凝土護(hù)岸等。

生態(tài)型聯(lián)鎖塊護(hù)岸，主要布置在水流頂沖段、河槽貼岸段常水位以上岸坡、堤坡的護(hù)砌。聯(lián)鎖塊為格型塊體結(jié)構(gòu)，四周設(shè)齒槽便于拼裝，中間留孔以填土植草。聯(lián)鎖塊下設(shè)排水墊和砂墊層，設(shè)置壓頂、護(hù)腳和格梗。施工時(shí)上下游起訖點(diǎn)處應(yīng)與原岸坡平順銜接。其中排水墊采用三維聚丙烯排水墊，是通過(guò)特殊擠壓形成“W”形縱向全斷面排水通道的三維聚丙烯網(wǎng)墊與兩層聚丙烯長(zhǎng)絲熱粘無(wú)紡?fù)凉げ纪ㄟ^(guò)熱粘合作用形成的三維土工復(fù)合排水材料。在一些航道整治、船閘引航道、港口的生態(tài)型聯(lián)鎖塊護(hù)岸工程中應(yīng)用土工合成材料做反濾防護(hù)材料，竣工一段時(shí)期后可以看出植被發(fā)育良好，說(shuō)明其具有良好的可植根性。鉸鏈排護(hù)岸主要布置在灘地高程相對(duì)較低的航道切灘、削坡段河岸。采用鋼絞線將預(yù)制混凝土塊進(jìn)行穿束成片形成片排，排體長(zhǎng)度寬度根據(jù)岸坡護(hù)砌范圍調(diào)整，預(yù)制混凝土塊體為實(shí)心塊體，兩側(cè)設(shè)齒槽互相嵌固，鉸鏈排底部設(shè)400g/m2土工布，用鋼絲等綁扎固定在排體底部。鋼絲網(wǎng)石籠護(hù)岸主要布置于橋區(qū)段水下護(hù)岸，鋼絲網(wǎng)石籠下鋪設(shè)土工布，鋼絲需進(jìn)行防腐處理，填充料采用卵石或塊石。一般采用400g/m2無(wú)紡布，土工布縱橫向抗拉強(qiáng)度不得小于12.5kN/m。土工合成材料墊層鋪設(shè)時(shí)搭接寬度不得小于設(shè)計(jì)值，其拼幅接縫接頭的抗拉強(qiáng)度、允許偏差和檢驗(yàn)數(shù)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，不得發(fā)生折疊和破損。土工合成材料鋪設(shè)應(yīng)按先坡腳、后坡面的順序、且垂直于坡腳軸線由上平臺(tái)溝槽向下攤鋪至下枯水臺(tái)溝槽內(nèi)，不得橫向攤鋪。鋪設(shè)時(shí)應(yīng)考慮適宜的縮水率，要求松緊適宜、平順無(wú)褶皺，確保土工合成材料與基層緊密貼合。為防止土工合成材料鋪設(shè)的移動(dòng)或搭接錯(cuò)位，除坡頂需錨固外，每幅的中間部位可用U型釘適當(dāng)定位。在鋪設(shè)時(shí)需要注意保護(hù)好土工合成材料墊層，避免出現(xiàn)刺破、切口等影響土工合成材料的防護(hù)效果。

4.3 土工合成材料在航道整治服務(wù)區(qū)錨地工程中的應(yīng)用

在航道整治工程項(xiàng)目中，建有配套的服務(wù)區(qū)錨地，可以為船舶提供停泊、垃圾回收、供電、加油、加水等功能。一些服務(wù)區(qū)錨地需要建設(shè)擋土墻，墻后回填土料，當(dāng)回填土的粘性較差時(shí)，擋土墻將承受到較大的主動(dòng)土壓力，尤其是當(dāng)水位與擋土墻的高度相齊平時(shí)擋土墻所承受的壓力是最大的。為減少擋土墻所承受的壓力，保障服務(wù)區(qū)錨地施工的安全進(jìn)行，需要采取措施控制擋土墻所承受的壓力。一般來(lái)說(shuō)可以采用降低水位或是對(duì)擋土墻加筋兩種方式，其中降低水位是減少擋土墻所承受的外力，而對(duì)土體加筋則是增強(qiáng)土體自身的強(qiáng)度。土工格柵是一種良好的土體加筋材料，其所具有的良好的抗拉特性使得其應(yīng)用于服務(wù)區(qū)錨地中的擋土墻土體加筋作業(yè)時(shí)能夠取得良好的加固效果，擋土墻所承受的總壓力得到了明顯的降低，使得擋土墻能夠更好的發(fā)揮其應(yīng)有的效果。用于加筋擋土墻的土工格柵可以采用聚丙烯雙拉塑料格柵，其縱橫向拉伸強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。土工格柵分層布設(shè)的間距、數(shù)量和長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，拉筋帶應(yīng)理順、拉直，拉筋帶與面板塊體、拉筋帶間應(yīng)牢固連接，在土體回填和壓實(shí)過(guò)程中應(yīng)避免土工格柵的破壞。

5 結(jié)束語(yǔ)

土工合成材料在內(nèi)河航道整治工程領(lǐng)域中有著良好的應(yīng)用，但實(shí)踐證明其應(yīng)用應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工以及驗(yàn)收等各個(gè)階段加強(qiáng)溝通與協(xié)作，設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)單位應(yīng)多踏勘現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合實(shí)際選擇合適的土工合成材料和施工工藝，施工前設(shè)計(jì)單位應(yīng)做好設(shè)計(jì)交底，著重交底所運(yùn)用的土工合成材料的技術(shù)性能指標(biāo)和施工工藝及注意事項(xiàng)，施工中監(jiān)理、施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和工序施工，加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè)和驗(yàn)收，保證其各項(xiàng)指標(biāo)滿足工程的需求，提高工程質(zhì)量，延長(zhǎng)工程使用壽命，達(dá)到為工程項(xiàng)目增值的目標(biāo)。

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