土工合成材料在内河航道整治工程中的应用

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　　摘  要：土工合成材料是一种新型土工建筑材料，其具有抗拉强度高、重量小、抗变形能力强、经久耐用、施工简单等诸多优点，被应用于各类工程建设当中。土工合成材料的应用，不仅保证了工程质量和施工进度，还节约了工程造价。近年来，土工合成材料被广泛应用于内河航道整治的工程建设中。文章针对土工合成材料的类型和作用，结合其在内河航道整治工程的应用开展分析。
　　关键词：土工合成材料;内河航道整治;疏浚;护岸;服务区锚地
　　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
　　土工合成材料是根据石化工程和纺织工程演变而来的交叉学科产品，它以天然或人工合成聚合物（塑料、化纤、合成橡胶等）为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加固或保护土体等作用。最早应用于美国，是通过在棉布上洒上沥青，然后与土工膜材料合制而成的一种复合材料，将其首次应用在土建工程中。随后，出现了将塑料薄膜作为一种防渗材料应用到土石坝和河渠等建设工程中。20世纪60年代，开始采用有纺土工织物作为防渗材料，但是，由于有纺土工织物的强度具有较强的方向性，同时造价成本过高，没有得到广泛应用。到了60年代末，非织造型无纺织物（无纺布）在欧洲出现并大大促进了土工合成材料的应用和发展，它一出世便得到世界各國的欢迎，发展速度令人惊讶。由于新型材料的不断发展和改进，同时也为了满足工程建设的需要，相继又出现了土工格栅和土工模袋等材料，他们的出现促进了土工合成材料进一步发展。目前，土工合成材料以其特有的施工和性能等方面的优势，在我国已经得到了日益广泛的应用。
　　2 土工合成材料的类型
　　目前，我国行业标准-《水运工程土工合成材料应用技术规范》（JBJ239-2005）将土工合成材料分为四大类：土工织物、土工膜、土工复合材料和特种土工合成材料四种类型。土工织物的制造过程是首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。土工织物按制造方法可分为有纺（织造）土工织物和无纺（非织造）土工织物。土工膜一般可分为沥青和聚合物（合成高聚物）两大类。含沥青的土工膜目前主要为复合型的（含编织型或无纺型的土工织物），沥青作为浸润粘结剂。聚合物土工膜又根据不同的主材料分为塑性土工膜、弹性土工膜和组合型土工膜。土工复合材料是由两种或两种以上土工合成材料复合而成的土工材料。特种土工合成材料是经过特殊工艺制成的具有特殊用途的土工合成材料，包括土工模袋、土工格栅、土工带和土工网等材料。
　　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，即使在同一建设工程当中，土工合成材料也能够发挥多种作用，综合起来，土工合成材料的主要作用体现在反滤、加筋、排水、防护、隔离、防渗等方面。
　　4 土工合成材料在内河航道整治工程中的应用
　　4.1 土工合成材料在内河航道整治疏浚工程中的应用
　　随着船舶大型化和经济的快速发展，内河一些低等级航道已经无法满足沿线经济和大型船舶通航的需求，需要通过航道升级来增加航道尺度，包括航道水深、宽度和弯曲半径。由于航道升级疏浚土方量较大，内河河面较窄且出于环保和行洪要求，不适宜采取水下抛泥，其所挖掘出来的疏浚土需吹填至岸上，当疏浚航道附近没有可以利用的取土坑或者水塘时，需要建造陆上抛泥区用于容纳疏浚土。陆上抛泥区主要由围堰、排水口、格梗等组成。由于疏浚土含水率较高、强度低、固结慢、粘性大，因此在抛泥区围堰施工中应用防渗土工膜铺设于围堰内坡且在坡顶坡底各延伸一段距离，将疏浚泥浆和堰身隔离，对堰身起到防护的作用。疏浚泥浆在围堰内需沉淀一段时间，待泥浆中的土颗粒沉淀后，泥浆中的水再通过排水口排出，应用土工膜可以防止疏浚泥浆中的水渗透围堰导致围堰土体失稳溃塌，且通过内侧全范围铺设搭接土工膜加强了围堰的整体性和施工期的安全环保，同时还可以防止水土流失。有的工程项目已经开始在抛泥区围堰中应用可降解的土工膜，这样待抛泥区固结、复垦完成后，铺设的土工膜会自己分解，避免了对土体的污染，有利于后期抛泥区转变为耕地利用，生态环保的同时还能增加地方农用地面积。
　　有的工程项目探索在抛泥区应用真空固结法来加速抛泥区内疏浚土的固结，真空固结法需应用土工合成材料铺设于疏浚土表面以保证其真空度。通过这种方法可以缩短工期，减少抛泥区临时征地的租用时间，节约工程成本，可以尽快消除抛泥区现场的安全隐患，还可以提前实施复垦移交供当地使用。
　　4.2 土工合成材料在内河航道整治护岸工程中的应用 　　内河航道岸坡在沿线凸岸段，水流对其有冲蚀作用，在凹岸段，由于迎流顶冲、深泓贴岸的原因，岸坡崩塌，在顺直的岸线段，岸坡的稳定性与距离河流主流线远近有关，主流线贴近岸坡崩塌强烈，远之则弱，且岸坡稳定性受船行波及人为因素影响。为防止水流对河岸的冲刷及水土的流失，维护航道岸坡稳定，需要采取有效的措施加固防护河岸。
　　一般传统处理方法是使用抛石、干浆砌块石或是现浇混凝土完成护岸的加固，抛石护岸是散体结构，稳定性一般、维护量较大，干、浆砌块石护岸易沉陷坍塌且要求附近石料供应充足，对施工质量要求较高，现浇混凝土护岸对地基要求高，易沉陷坍塌且不易修复，同时采用上述施工方法生态性较差。在航道整治护岸工程中使用土工合成材料将能够起到良好的加固效果，且具有防止土颗粒流失但仍保持水流动畅通的反滤和排水功能。实际施工中各种类型的护岸也都应用了土工合成材料。如生态型联锁块护岸、铰链排护岸、钢丝网石笼护岸、模袋混凝土护岸等。
　　生态型联锁块护岸，主要布置在水流顶冲段、河槽贴岸段常水位以上岸坡、堤坡的护砌。联锁块为格型块体结构，四周设齿槽便于拼装，中间留孔以填土植草。联锁块下设排水垫和砂垫层，设置压顶、护脚和格梗。施工时上下游起讫点处应与原岸坡平顺衔接。其中排水垫采用三维聚丙烯排水垫，是通过特殊挤压形成“W”形纵向全断面排水通道的三维聚丙烯网垫与两层聚丙烯长丝热粘无纺土工布通过热粘合作用形成的三维土工复合排水材料。在一些航道整治、船闸引航道、港口的生态型联锁块护岸工程中应用土工合成材料做反滤防护材料，竣工一段时期后可以看出植被发育良好，说明其具有良好的可植根性。铰链排护岸主要布置在滩地高程相对较低的航道切滩、削坡段河岸。采用钢绞线将预制混凝土块进行穿束成片形成片排，排体长度宽度根据岸坡护砌范围调整，预制混凝土块体为实心块体，两侧设齿槽互相嵌固，铰链排底部设400g/m2土工布，用钢丝等绑扎固定在排体底部。钢丝网石笼护岸主要布置于桥区段水下护岸，钢丝网石笼下铺设土工布，钢丝需进行防腐处理，填充料采用卵石或块石。一般采用400g/m2无纺布，土工布纵横向抗拉强度不得小于12.5kN/m。土工合成材料垫层铺设时搭接宽度不得小于设计值，其拼幅接缝接头的抗拉强度、允许偏差和检验数量应满足设计要求，不得发生折叠和破损。土工合成材料铺设应按先坡脚、后坡面的顺序、且垂直于坡脚轴线由上平台沟槽向下摊铺至下枯水台沟槽内，不得横向摊铺。铺设时应考虑适宜的缩水率，要求松紧适宜、平顺无褶皱，确保土工合成材料与基层紧密贴合。为防止土工合成材料铺设的移动或搭接错位，除坡顶需锚固外，每幅的中间部位可用U型钉适当定位。在铺设时需要注意保护好土工合成材料垫层，避免出现刺破、切口等影响土工合成材料的防护效果。
　　4.3 土工合成材料在航道整治服务区锚地工程中的应用
　　在航道整治工程项目中，建有配套的服务区锚地，可以为船舶提供停泊、垃圾回收、供电、加油、加水等功能。一些服务区锚地需要建设挡土墙，墙后回填土料，当回填土的粘性较差时，挡土墙将承受到较大的主动土压力，尤其是当水位与挡土墙的高度相齐平时挡土墙所承受的压力是最大的。为减少挡土墙所承受的压力，保障服务区锚地施工的安全进行，需要采取措施控制挡土墙所承受的压力。一般来说可以采用降低水位或是对挡土墙加筋两种方式，其中降低水位是减少挡土墙所承受的外力，而对土体加筋则是增强土体自身的强度。土工格栅是一种良好的土体加筋材料，其所具有的良好的抗拉特性使得其应用于服务区锚地中的挡土墙土体加筋作业时能够取得良好的加固效果，挡土墙所承受的总压力得到了明显的降低，使得挡土墙能够更好的发挥其应有的效果。用于加筋挡土墙的土工格栅可以采用聚丙烯双拉塑料格栅，其纵横向拉伸强度应符合设计要求。土工格栅分层布设的间距、数量和长度应满足设计要求，拉筋带应理顺、拉直，拉筋带与面板块体、拉筋带间应牢固连接，在土体回填和压实过程中应避免土工格栅的破坏。
　　5 结束语
　　土工合成材料在内河航道整治工程领域中有着良好的应用，但实践证明其应用应从设计、施工以及验收等各个阶段加强沟通與协作，设计阶段设计单位应多踏勘现场，结合实际选择合适的土工合成材料和施工工艺，施工前设计单位应做好设计交底，着重交底所运用的土工合成材料的技术性能指标和施工工艺及注意事项，施工中监理、施工单位应严格按照设计要求和工序施工，加强试验检测和验收，保证其各项指标满足工程的需求，提高工程质量，延长工程使用寿命，达到为工程项目增值的目标。
　　参考文献：
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