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土工织物材料在水运工程中的实践应用

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  摘 要:土工织物材料具有成本低、强度高、整体性及耐久性好、可规模化生产、施工便捷等特点,使其在各类建设工程中得到广泛运用,文章结合横沙东滩促淤圈围五期工程施工实践,浅析土工织物材料在水运工程中的应用。
  关键词:土工织物;水运工程;应用
  土工织物在工程中有隔离、反滤、排水、加筋、防护等作用,其在港工、水利、公路、建筑等工程领域均有大量的应用,随着针对各项性能指标而综合评定土工织物性能的研究越来越深入,使该类型材料在不同工程环境下有更好的适应性,其综合性能及使用寿命得到不断提升。
  在水运工程中,特别是目前大范围的围海造地及岸滩整治工程,因工程多处在河流、近海的沿岸滩涂,大部分是软土地基,工程所用建材主要是砂或砂土。所以,土工织物材料以其良好的透水性、地基适应性及对细粒料的隔离性能,成为水工工程结构的主要载体,如筑堤围堰、岸滩防护、坝体护底等都有大量使用土工织物材料。
  1 土工织物的类型
  土工织物主要技术指标包括:单位质量、抗拉强度、延伸率、梯形撕裂强度、顶破强度、刺破强度、垂直渗透系数等,可根据不同使用要求选择相应技术指标的材料。按不同制作的方法,土工织物可分为机织型、编织型、无纺型、复合型等,工程中可根据实际需求单独使用或加工成复合材料使用。
  2 土工织物的工程应用
  横沙东滩促淤圈围五期工程,位于上海市横沙岛(横沙县)东侧,北侧为横沙浅滩,南侧为长江口深水航道,工程全长19km。筑堤堤体采用内外二级袋装砂棱体+堤心砂结构,是典型的大量采用土工织物材料来进行施工建设的水运工程。
  2.1 护底软体排。在水运工程中的筑堤围堰、丁坝、防波堤等的护底结构,常采用在滩面上铺设土工织物材料的方法,来作为结构的基础垫层,可以起到隔离、防冲刷、减少沉降等效果,常用材料有机织土工布,编织复合土工布,机织复合土工布。
  本工程北侧为浅滩,受风浪、潮汐影响小,直接采用250g/m2聚丙烯(丙纶)长丝机织布作为护底,机织布上面采用袋装碎石及块石压载。
  南侧因面向外海,受风浪、潮汐、水流冲刷影响大,根据工况差异及压载要求,排体结构主要有2种型式:(1)砂肋软体排:排体底布采用380g/m2加筋编织复合土工布(230g/m2聚丙烯裂膜丝(丙纶扁丝)编织布+150g/m2聚酯(涤纶)短纤针刺无纺布),加筋带选用3~5cm丙纶加筋带,纵向间距为1.0m。其排体压载使用充灌砂肋条,砂肋直径为300mm,间距0.5m~2.0m,材料选用150g/m2编织布+150g/m2无纺布,砂肋采用缝在排体上的砂肋套固定,直径较砂肋略小。软件排上部的整体压载采用袋装碎石与块石。(2)砼连锁块软体排:排体底布采用380g/m2加筋机织复合土工布(230g/m2聚丙烯(丙纶)长丝机织布+150g/m2聚酯(涤纶)短纤针刺无纺布),加筋带选用5cm丙纶加筋带,纵向间距为1.0m。其压载采用混凝土联锁块,该类型排体主要在潮流较急、风浪较大的堤头平台位置使用。
  2.2 大型充填编织袋。本工程采用大型编织袋装砂作为其护底基础及堤身主要结构,利用土工织物加工成大型编织袋体,采用人工铺设,然后利用泵机设备充填砂土,通过排水固结稳定后,达到形成砂袋棱体结构的目的,该施工工艺具有施工速度快、成本低、可就地取材等特点。(1)护底通长砂袋:通长砂袋(50m*25m)采用200g/m2防老化聚丙烯编织布。加工袋体时,接缝应采用包缝法拼接,缝制后强度不低于原织物设计强度的70%。袋体结构具有较高抗拉强度,有良好缓冲性能,方便充灌成型,在凹凸不平的淤泥滩面上有很好的适应性。(2)堤身结构的袋装砂棱体:袋装砂棱体的充填袋在平台以上采用130g/m2防老化聚丙烯编织布,平台以下采用175g/m2防老化聚丙烯编织布。袋体规格可根据工程使用要求加工,一般宽度3~15m,长度20~30m。
  2.3 护坡无纺土工布。砂袋筑堤的堤身结构施工完成后,将进行坡面的护坡结构施工,在浆彻块石护面施工前,要对细粒材料(沙或沙土)形成的堤身进行反滤处理,在坡面铺设无纺土工布可以起到很好的反滤、隔离作用。护坡材料采用450g/m2涤纶短纤无纺布。
  3 施工实践及注意问题
  土工织物材料在运输、加工、施工及使用后期都应注意保护,防止出现破损或老化,如有出现必须进行修补或更换。加强在加工拼接过程中的质量控制,使用的缝线应符合要求,有效的过程控制将有利于提高土工织物在工程结构中的耐久性。
  3.1 护底软体排及护底通长砂袋铺设。施工前,应进行水下清障,清除水下杂物特别是尖硬物体,避免铺设后损坏土工材料。完成清理后,按设计进行测量放样,把排体或砂袋的轴线及边线放出来并作好标记。本工程采用人工或机械铺设施工,施工顺序为先铺设北侧机织布与南侧软件排,再铺设通长砂袋。低潮位露滩并可满足施工要求时,机织布、通长袋及大部分软件排采用人工铺设,铺设时要通过放样把每张软体排或砂袋的桩位与边线位置明确,以保证施工质量。在南侧水深较深的条件下采用大型铺排船铺设砼连锁排及部分砂肋软件排,软件排桩位可通过船载软件及GPS进行定位控制。
  为保证护底有良好整体性,软体排之间在围堤轴线方向上采用搭接铺设,砂肋软体排之间搭接不小于2m,砼连锁软体排之间搭接不小于3m,通长砂袋之间要紧靠、挤密。通长砂袋对机织布压载宽度不小于2m,对软件排压载宽度不小于3m。软件排与机织布铺设时,力求平整,并在横向应有所松弛,张力不可过紧,铺设后,及时进行压载,防止被水流、风浪袭击而导致移位。
  3.2 大型编织袋装砂棱体施工。施工期间,为保证砂袋棱体整体稳定性,减少风浪冲刷,棱体应在护底软件排以及通长砂袋完成300m的超前护底后再进行。施工时,采用人工铺袋,用专用泵机抽沙充灌,充灌过程人工配合调整,保证袋体不滑移,填充均匀。袋体应逐层加高,每层厚度控制在0.5~0.7m左右,不可一次性加高两层或以上,上下层交叉排列,袋体之间应紧靠、挤密、均匀,不得出现通缝、通孔。应严格控制施工速率,两层袋体的充填时间间隔应大于24小时。
  棱体施工后,应及时进行外侧反滤层及抛石的施工,防止袋体遭受水流淘刷或波浪袭击。已充填好的袋体应及时保护,在平均水位以上袋装砂棱体完成后防止长时间在阳光直射下暴露。同时,应避免人为和施工机械的破坏,若出现了破损或孔洞,应及时修补,防止袋体内细颗粒被冲刷。袋体的修补原则上采用相同材料,并且缝接宽度不应小于1.5m。
  3.3 坡面无纺布反滤层施工。为使反滤层整体性更好,提高反滤、防护效果,无纺布在围堤横断面方向宜整块制作,沿围堤轴线方向相邻两块无纺布可采用缝接或搭接形式连接,缝接时采用二道锦纶线,针脚间距≤10mm,缝接宽度0.5m,采用搭接时,水下搭接宽度1.5m,陆上搭接宽度1.0m。
  无纺布采用人工铺设,布铺设时应紧贴堤身棱体,并略有松弛,表面平整度的允许偏差30mm,铺完后及时用袋装碎石压载以免被水流和波浪冲开。
  4 结语
  本文以工程实践为基础,探讨土工织物材料在水运工程中特殊工程地质环境下的运用,阐述土工织物材料的应用需求,材料的技术特性及施工中材料的实际应用经验,对后续施工有借鉴作用。
  参考文献
  [1] 水运工程土工合成材料应用技术规范[S].JTJ239-2005.
  [2] 包承纲.堤防工程土工合成材料应用技术[M].北京:中国水利水电出版社,1999.
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