土工織物在河岸反濾體施工中的應用

王曉光

（盤錦市雙臺子區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心，遼寧 盤錦 124000）

1 工程概況

遼河位于臺安縣紅廟子附近以下的河段即為雙臺子河，該河流西南流經(jīng)臺安、盤山、大洼等縣后注入遼東灣，河段總長度約130 km。雙臺子區(qū)城市段河道疏浚工程則位于雙臺子區(qū)盤錦大橋～雙臺子大橋，樁號0+000～1+100，治理段長1 100 m，主河道深泓線與其右岸嚴重偏離，不斷沖刷左岸堤防后形成陡坎，已經(jīng)對該段堤防工程安全造成嚴重威脅；同時也引發(fā)河道右岸嚴重淤積，使河道泄洪運行能力持續(xù)下降，十分不利于該段河道行洪安全。必須盡快對該河段展開疏浚治理。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中所規(guī)定的混凝土材料受環(huán)境水腐蝕性的評價標準可以得出，該河道治理工程岸坡壩址處地下水對混凝土材料存在弱腐蝕性。區(qū)域壩基地層透水性能主要受地層巖性的影響，并且隨土層深度的增加而呈現(xiàn)增強趨勢，結(jié)合室內(nèi)土工試驗和野外鉆孔注水試驗結(jié)果，綜合得出工程區(qū)各土層滲透系數(shù)，具體見表1。

表1 工程區(qū)各土層巖性滲透性匯總表

2 土工織物在河岸反濾體中的應用

2.1 反濾材料選擇

根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應用技術(shù)規(guī)范》的具體要求，巖土工程中傳統(tǒng)粒料可通過土工合成材料代替后建造反濾層河排水體。大量工程實踐也證明，以無紡土工織物為巖土工程反濾材料，首先必須保證其單位面積質(zhì)量及厚度滿足工程要求，并且在遭遇往復水流的情況下，增大土工織物設計厚度。無紡布土工織物主要以合成纖維為原材料，通過針刺等技術(shù)將任意排列的纖維壓制而成布狀物，使其各向具備相等的抗腐蝕性和抗拉強度。該材料透水性強，且能起到避免受保護土體顆粒流失的作用。土工織物的選擇應根據(jù)工程中受保護土體粒徑及滲透系數(shù)的取值進行，結(jié)合本工程實際，壩體土料內(nèi)粘粒含量高，顆粒粒徑小，必須選用透水性及保土性好的土工織物。初步選用短纖針刺非織造土工布材料，該土工布材料單位質(zhì)量400 g/m2，單位面積質(zhì)量差-7%，厚度≥2.4 mm，幅度偏差-0.5%，斷裂強力≥9.5 kN/m，斷裂伸長率25%～100%，CBR頂破強力1.5 kN，等效孔徑0.07～0.2 mm，垂直滲透系數(shù)1.0～9.9 （10-1～10-3）cm/s，撕破強力≥0.24 kN。

2.1.1 保土性

根據(jù)土工織物有效孔徑與土體特征粒徑之間的關(guān)系進行土工織物保土性能的表征。有效孔徑必須滿足以下條件：

式中O95—土工織物等效孔徑，mm；n—與土工織物反濾層所保護土體類型、級配、織物品種及反濾體運行狀態(tài)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)；d85—工程區(qū)受保護土體特征粒徑，土體內(nèi)比該粒徑土體質(zhì)量小的土體在總質(zhì)量中的占比為85%，mm。結(jié)合相關(guān)規(guī)范及類似工程設計經(jīng)驗，所確定出的土工織物等效孔徑O95取0.12 mm，土體特征粒徑d85取0.95 mm，經(jīng)驗系數(shù) 取值為1，則O95≤n d85，土工織物材料符合工程岸坡保土性要求。

2.1.2 透水性

河道治理工程土工織物透水性必須滿足以下要求：

其中：Kg—土工織物反濾材料垂直滲透系數(shù)，cm/s；A—經(jīng)驗系數(shù)；KS—土體滲透系數(shù)，cm/s。結(jié)合工程實際情況及類似工程經(jīng)驗，本工程所采用的土工織物垂直滲透系數(shù)取2.5 10-2cm/s，土體的滲透系數(shù)取3.0 10-4cm/s，經(jīng)驗系數(shù)則取值10.0。將相關(guān)取值代入式（2）后可得到土工織物反濾材料垂直滲透系數(shù)為2.5 10-2cm/s≥10.0 3.0 10-4cm/s。因此，土工織物透水性符合設計要求，使用后岸坡反濾體功能將得到改善。

2.2 土工織物布置

該河道治理工程河岸土工織物反濾層布置于壩體上排水體上游側(cè)，水平段土工織物反濾體則設置在壩體底部，上游至下游壩面結(jié)構(gòu)層依次為壩體土料、土工織物、厚50 cm 的粗砂濾層、厚150 cm的砂卵石層、厚50 cm的粗砂濾層、壩殼土料及下游壩坡。布置情況具體見圖1。

2.3 土工織物及反濾料填筑施工

此河道治理工程壩體反濾層由排水體上游面所增設的土工布砂石反濾體構(gòu)成，且反濾體向上游傾斜45h。為確保土工織物平鋪平整，符合排水施工坡比等方面的要求，主要采用先土后砂的施工工序，先根據(jù)設計層厚進行反濾體上游側(cè)土料回填，通過推土機整平后再通過人工方式平整坡面及反濾體四周0.5～1.0 m 范圍內(nèi)土體，鋪設并拉緊土工織物后還應借助自卸車運料壓緊，并回填反濾料。反濾層的碾壓施工應與兩側(cè)土體同時進行，考慮到反濾料與兩側(cè)土料具備不同的壓縮性能，為保證碾壓施工質(zhì)量，應使反濾料鋪設層厚度比混合料層厚低6～10 cm，并先填筑兩層壩體混合料，再進行反濾料回填。

應用震輪直徑1 523 mm、震輪寬2 178 mm的18 t振動平碾展開碾壓施工，保證壩體土料、土工織物、首層反濾料交界處同時碾壓，且以不開振動擋的方式將反濾層反復碾壓兩遍以上。此后再以打開振動擋的方式將壩體土料碾壓密實，最后碾壓1～2遍后結(jié)束，檢測密實度。

2.4 施工質(zhì)量控制

在進行該河道治理工程河岸土工織物鋪設前，必須按設計要求平整上游已填筑的壩面，并徹底清理坡面處棱角塊石、樹枝等雜物，避免雜物刮破土工織物。對于土工織物已經(jīng)破損的情形，必須采用面積超出破損處面積4～5倍的土工織物覆蓋修補。土工織物反濾層鋪設必須從壩腳開始依次向壩頂進行，切忌繃拉過緊，避免因壩體結(jié)構(gòu)變形等原因拉斷土工織物。土工織物鋪設時相鄰兩塊土工布搭接長度應控制在30～50 cm，且縫合線距離邊距的長度應至少為5 cm。

土工織物鋪設完成后，必須立即在其上加鋪保護層及厚度至少為50 cm的防曬層，防止因陽光直射而降低土工布的性能和壽命。施工過程中應保證土工織物鋪設速度與兩側(cè)土料填筑速度一致，碾壓過程中應事先卷起土工織物，防止在碾壓輪的作用下底部石渣頂破土工織物。

3 結(jié)論

雙臺子區(qū)城市段河道泄洪運行要求高，河道疏浚工程河岸壩坡質(zhì)量要求嚴格，故壩坡滲透變形是施工控制要點。土工織物作為防滲反濾新材料，因土體性質(zhì)復雜，土工織物與土體相互作用的相關(guān)研究仍處于探索階段。但毫無疑問的是，土工織物長時間受到土壓力的作用后期濾層將表現(xiàn)出壓實變形，孔徑變小，可起到阻止被保護土體顆粒流失的作用；受保護土體也會同時發(fā)生壓實變形，結(jié)構(gòu)緊密程度提升后抗流失能力也隨之提高；在有壓環(huán)境下，壓實變形對于濾層功能的發(fā)揮更為有利。

土工織物反濾層與受保護土體之間存在長期作用，土工織物性能能否順利發(fā)揮主要取決于壩體土料屬性、承壓能力、運行情況等，在該河道疏浚工程河岸壩坡加固施工后的運行過程中，應加強對壩體滲透情況的長期觀測，保證反濾體功能的順利發(fā)揮。工程應用結(jié)果表明，土工織物作為反濾體具備施工快速、造價低廉、有助于壩體滲透愈合等優(yōu)勢，在巖土工程中具有廣闊的應用前景，其作為壩體永久性反濾體設計，耐久性、穩(wěn)定性等工程性能仍有待進一步實踐檢驗。