土工織物壩的設(shè)計與施工應(yīng)用

趙建宇，李 陽

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 161342)

0 前言

引進(jìn)和研制新型攔河壩，是以降低工程造價，方便施工管理為目的，技術(shù)上滿足建筑物的基本要求，材料選擇新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的材料，結(jié)合造型上力求新穎、施工管理上方便、快捷。近年我省出現(xiàn)的新型攔河壩有:橡膠壩、裝配式拉錨壩、臺階式面板溢流壩、楔形塊護(hù)面壩、土工織物壩等。這些新型攔河壩以其獨特的優(yōu)越性在黑龍江省得到了應(yīng)用與發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對水利工程的需求，完善已有壩型，引進(jìn)、研制新壩型是今后大力發(fā)展水澆地的重要工程任務(wù)。

土工織物壩整體結(jié)構(gòu)型式為薄壁堰型，是由固定的鋼筋混凝土樁柱與活動可裝卸的土工織物壩構(gòu)成，屬柔性結(jié)構(gòu)，為半永久性工程。壩上下游河床采用土工織物軟體排護(hù)砌，兩岸采用土工織物反濾干砌石護(hù)岸。采用土工織物既便于施工機(jī)械化，提高施工進(jìn)度，又能降低造價，保護(hù)環(huán)境，是取代傳統(tǒng)拋石壩工的理想施工方法。灌溉時把土工織物壩面掛在樁柱上攔河引水、汛期將活動壩面拆掉，滿足泄水及排沙需要。土工織物老化或破損時，可隨時更換，運行靈活，建造及維修費用低。

1 設(shè)計

1.1 樁柱設(shè)計

樁柱是土工織物攔河壩的支承體，用以固定土工織物壩面，承擔(dān)水平荷載，設(shè)計時需要考慮樁柱強(qiáng)度和抗凍拔穩(wěn)定這兩方面因素。季節(jié)凍土區(qū)凍脹地基上樁柱的斷面和埋深應(yīng)首先滿足凍拔要求，按《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》計算最小樁長，壩高由灌溉引水搞成確定，再由壩高、樁間距，地基情況等因素計算已知樁長的內(nèi)力和配筋量。

1.2 擋水壩面設(shè)計

柔性的土工織物材料被采用在擋水壩面的設(shè)計中，允許適量的變形，在壩高、樁距、水壓力及泥沙壓力等條件適當(dāng)?shù)那闆r下，將壩所受的拉力及相應(yīng)變形計算出來，以決定土工布的層數(shù)并確定在下游防沖軟排兩岸之間的連接形式。土工布的應(yīng)變不能太大，應(yīng)＜20%。如果變形＞20%，而拉力不增加，變形加大，則趨于破壞。因此，經(jīng)、緯變形的設(shè)計允許范圍在15%左右。

1.3 上下游鋪蓋與護(hù)底護(hù)岸形式設(shè)計

上下游鋪蓋與護(hù)底、護(hù)岸型式設(shè)計原則是經(jīng)濟(jì)實用，因地制宜，就地取材，護(hù)底結(jié)構(gòu)型式選擇要滿足防沖和滲透穩(wěn)定要求。土工織物軟底排有良好的防沖性能，在設(shè)計中可優(yōu)先采用。將土工織物鋪在拋石后面，可防止填筑壩受波浪和水位升降的沖刷;鋪在較低拋石區(qū)的土工織物，可防止施工期和水庫蓄水期的沖刷，同事也可以防止庫水位局部降落或放空水庫時發(fā)生管涌。土工布透水與保沙要求，根據(jù)稀漢頓準(zhǔn)則選擇。土工布單位≥120 g/m2，并要求抗老化。上游防護(hù)長度一般為5倍壩高，下游鋪蓋長度為過堰水舌下緣長度、水躍長度、海漫長度和沖刷長度之和。

根據(jù)南京水科院試驗結(jié)果，上下游防護(hù)軟體排的載重量，壓載100 kg/m2時，可抵抗2.04 m/s流速。設(shè)計時采用石籠框格，格間散拋物塊石或混凝土塊壓載。

護(hù)岸型式采用非織造布反濾，干砌石護(hù)岸或軟體排護(hù)岸。要滿足反濾要求，根據(jù)漢希頓準(zhǔn)則選擇。單位重不低于400 g/m2，護(hù)岸厚度及石塊重根據(jù)計算確定。

2 施工

土工織物袋鋪砌的施工方法，主要是根據(jù)工程設(shè)計要求的規(guī)格尺寸編織砂袋。土工織物攔河壩的施工程序是:樁柱—上游護(hù)底護(hù)岸—壩面—下游護(hù)底護(hù)岸。壩面施工完成后，即可蓄水，同時進(jìn)行下游工程施工。

2.1 樁柱施工

樁柱一般由工廠根據(jù)設(shè)計要求預(yù)制。樁柱施工視地質(zhì)情況和施工力量選擇施工方法。例如在軟基上課采用水利沉樁技術(shù)，利用高壓水槍噴出高壓水流的卷吸效應(yīng)和紊動擴(kuò)散作用攪動泥沙破碎，樁柱靠自重沉入預(yù)訂位置和高程。此種施工方法比其他常規(guī)方法勞動強(qiáng)度低，施工進(jìn)度快，節(jié)省投資。

2.2 上下游護(hù)底護(hù)岸施工

首先清理河床底質(zhì)，為保證土工織物在水下的完整性，在鋪設(shè)護(hù)底材料和沉放土工織物前，使用加密測量相結(jié)合的方式，測量河床底質(zhì)平整度，采用挖溝壓重，覆蓋或用塊石護(hù)砌，現(xiàn)場澆注混凝土等方法。按設(shè)計要求鋪設(shè)竹排或土工格柵，鋪設(shè)護(hù)底時，在岸上打樁，用尼龍繩將竹排或土工柵連接，對其加以固定，并再岸邊處護(hù)底材料上采用砂袋或塊石預(yù)壓，防止移位。上游護(hù)底護(hù)岸施工，從上游向壩軸線方向進(jìn)行，距樁柱2m時停止，待壩面施工完成后，與上游護(hù)底連接成一整體后再進(jìn)行下游施工。

2.3 壩面施工

首先，將根據(jù)設(shè)計要求選購的土工織物按春裁剪(盡量減少縫合，保持壩面完整性)，處理好裁剪過的邊緣，避免抽絲損壞，然后打掛布風(fēng)眼，在風(fēng)眼周圍，層與層之間用膠粘合，防治損茬破壞。為了防止土工布因老化而降低強(qiáng)度，在其上涂防腐瀝青，即可防止紫外線直接輻射，又可添充孔隙，增加強(qiáng)度，延長使用壽命。安裝時把處理好的土工布壩面在樁柱預(yù)埋件上。壩面深入河床底部分，與上游飯呂布縫合為一整體。

3 修改部分

通過幾年來的運行觀測，土工織物攔河壩的確定是:對洪水情況若掌握不準(zhǔn)，就不能及時把土工織物壩面拆下，在汛期阻水不能使河道順利泄洪，長期不拆是必造成壩前淤積。根據(jù)上述情況，我所及項目組同志們研究在原型基礎(chǔ)上亞牛改造，在土工織物攔河壩的中間或兩側(cè)修建自動翻版排沙閘(簡易翻板閘)，即解決了壩前淤積又解決了預(yù)報不及時壩面拆不下來汛期阻水問題。當(dāng)水位超過設(shè)計水位時閘門自動反翻轉(zhuǎn)泄洪，水位下降到一定高度，閘門自動回關(guān)，自動翻版排沙閘的修建比元土工織物壩增加投資1—3萬元。雖然工程造價提高，但方便實用。

4 推廣應(yīng)用

該項成果已在我省3條中小河床上應(yīng)用，梅河口市高韓電灌站土工織物攔河壩于1992年5月建成至今運行情況良好。經(jīng)汛期觀測，流態(tài)穩(wěn)定，泄流正常，壩體無損壞，滿足設(shè)計要求。經(jīng)過幾年的運行，樁柱沒有產(chǎn)生凍拔，傾斜變形。上下游護(hù)底護(hù)岸均未異常，石籠護(hù)底，砌石護(hù)岸的措施是安全可靠的。

抽樣觀測壩面，土工布強(qiáng)度降低率≤4%，壩面土工布強(qiáng)度損失≤8%，實踐證明壩面土工布滿足設(shè)計要求的使用年限為10 a。

5 經(jīng)濟(jì)效益

在壩高相同的條件下，土工織物攔河壩投資低、工期短、見效快等優(yōu)點，研究改造后的土工織物壩，雖投資大些，但使用方便，避免拆卸壩面不及時造成損失及沖毀的危險，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能更好的發(fā)揮作用。該壩型是目前改造渠首工程一種比較理想的壩型，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

總之，土工織物壩型新穎，結(jié)構(gòu)簡單，柔性大，對不均勻沉陷及凍脹的適應(yīng)性強(qiáng)，適于修建在中小河流上攔河取水灌溉(壩高＜1.5 m)。經(jīng)過一個洪水期沖刷檢驗及觀測，該壩整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全可靠，功效理想，工程造價低。可減輕國家、地方和農(nóng)民負(fù)擔(dān)。由于使用維修、裝卸、更換不影響行洪，泄水和排沙，因此，與傳統(tǒng)壩型相比更加具有優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性。

[1] 李士賢，楊琴.土工織物壩的設(shè)計與施工應(yīng)用[J].東北水利水電，1995(05):30-33.

[2] 朱菲，楊琴.土工織物壩的設(shè)計與施工應(yīng)用[J].山區(qū)航道土工織物壩施工工藝，2008(06):51-52.