土工合成材料在水利工程中的應用探討

趙 彤

水利工程建設在我國國民經濟發展中發揮著重要作用。隨著科學技術的發展，技術人員不斷改進施工技術，新材料也越來越多地應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材料，在科技的推動下，被廣泛用于水利工程的防滲施工中，同時在巖土工程中也有著很大的應用空間。

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原料，通過一定工藝加工而合成。隨著科學技術的發展，土工合成材料逐漸出現了新品種、新規格和新型號，在水利工程施工中應用廣泛。

2.土工合成材料特性

土工合成材料的特性是質量較小，強度大，耐磨性、抗腐蝕性更強，成本更低，便于施工和運輸。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量能起到極大的作用，是一種值得大力推廣應用的經濟型材料。

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、土工復合材料和土工特種材料。近幾年在水利工程應用較多是土工織物、土工膜以及土工復合材料。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土工織物和無紡土工織物兩種類型。在水庫大壩中使用最多的是無紡土工織物，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施。②土工膜在水利工程應用廣泛，因為其具有良好的防滲性能，而且價格便宜，但不適用于防滲要求較高的工程部位，因為其CBR的頂破強度較弱。③土工復合材料在水庫大壩工程中應用相對較多，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品。因為是兩種或兩種以上的組合，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勢，因此組合后的新產品，功能也會各不相同。這種復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用

水利工程對農業生產與發展具有重要的影響，如果水利工程的抗滲性、整體性不合理，會直接影響水利工程的施工質量，影響水利工程發揮積極的作用，影響水資源調配，有些還會造成水資源的浪費。然而土工合成材料在水利工程中的應用對水利工程的防滲、防護、加固等方面發揮著積極的作用。

1.土工合成材料在護坡方面的應用

在水利工程的建設當中，堤坡或者岸坡被破壞的情況時有發生，既有大自然的不可抗拒因素，也有人為因素導致的，但都對水利設施的安全帶來了巨大的隱患。水利工程建設過程中，濾層如果采用砂礫料，變形、滑脫的現象就會經常出現。另外當冬季寒冷時節到來時，受水庫面冰壓力的掘推、土體凍脹的破壞及風浪淘刷影響，許多堤壩護坡也會不同程度遭受破壞。

為了加強堤坡和岸坡的保護，一般通過岸坡防護來緩解水流的沖刷和破壞，采用過柴排、石籠、或打樁護坡等方法進行保坡，這些方法的使用效果并不是太理想，防護措施持久性差，需要經常維護和更新。因此，需要采取持久性好、無需經常維護更新的防護措施，而土工合成材料恰恰具有這樣的優勢：簡單可行，成本相對比較低，且無需維護維修，還可以減少成本的投入。采用土工合成材料護坡只需要在被保護的土面上進行土工織物覆蓋，再用重物壓住，防止護坡移動。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坡物料，主要鋪設在河道、渠道、水庫岸坡的表面保護層。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，具有強度大、對不規則的地面適應性好、施工效率高、布膜質量輕、水下敷設不需排水等優點，還能代替砂礫料反濾層護坡，增強護坡抗冰推浪打能力，是很好的護坡形式。

2.土工合成材料在防滲方面的應用

在水利工程中需要進行大量蓄水以及引水等水利工程建設，其中最為重要也是最關鍵的就是要進行防滲處理。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，主要有土工膜和復合土工膜，它們的物理特性可防止建筑物滲水和氣體揮發，可以起到防滲作用。在水庫大壩進行防滲施工時，為了形成完整的防滲體，就要使堤身防滲復合土工膜與垂直鋪塑土工復合膜很好地結合，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，一般是在上游壩面進行防滲。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，最后進行加固處理。目前一般使用土工網格來粘貼加固土工膜，水滲過土工膜會被土工網格吸收，增強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用這種方式來進行防滲處理。

3.土工合成材料在排水方面的應用

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的作用。另外，土工合成材料還有利于水利建筑物排水，可應用于土壩內部垂直或水平方向的排水，還可應用于防滲水工膜后面及土壩混凝土護面下部的排水。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用

在防汛搶險中，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、適應強、搶險速度快、經久耐用、可重復使用、儲運方便及造價低等優點，越來越多地應用于防汛工作中。目前應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用

由于土體中的水會從細粒土流向粗粒土，如果沒有反濾層的保護，在水流的作用下土粒就會被帶出土體，造成管涌和流土破壞，影響水利工程的穩定與安全。有些地區的堤防工程，缺少塊石，工程不夠堅固，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。缺少塊石的地區可采用尼龍編織袋修建谷坊治理沖溝，具有防沖能力強、壩體牢固、造價低及施工簡單等優點，治理水土流失效果明顯。

三、結語

隨著經濟社會的發展，科學技術水平的提高，各種新技術、新產品不斷涌現。土工合成材料是近年來水利工程施工建設中采用最為廣泛的一種新材料，將水工合成材料應用于水利工程中，能極大地提高水利工程的防滲性和穩定性。今后在水利工程建設管理實踐中，應不斷摸索和研究土工合成材料的特性和使用方法，以充分發揮土工合成材料的作用，保證水利工程的安全和效益的發揮■