土工格栅在狮子坪水电站拦河大坝中的应用

徐 双 喜， 胡 庆

(1.中国人民武装警察部队水电第九支队，四川成都 611130;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

土工格栅是一种新型的岩土工程材料，它是将聚乙(丙)烯或聚酯等高分子化合物挤压成薄片，形成有规则图案的网眼，在加热控制下拉伸成薄片，使杂乱长链分子变成有序从而提高聚合物的抗拉强度和刚度，根据需要可形成单向格栅、双向格栅及多功能格栅等形式。将土工格栅置于土体表层或各层土体之间，可以起到保护或加强土体的作用。具有防渗、过滤、排水、防护、隔离、加筋和加固等多种功能，同时具有重量轻、易搬运、强度高、抗腐蚀、运输方便和价格低廉等优点。近年来被广泛应用于各类岩土工程，特别是在水利工程中应用广泛。

1 工程概述

狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内的岷江右岸一级支流杂谷脑河上，为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电站，装机3台，单机容量65 MW，总装机容量195 MW。主要建筑物有:拦河大坝、泄洪洞、导流(放空)洞、引水隧洞、调压井、压力管道和地下厂房等。

拦河大坝为碎石土心墙堆石坝，坝顶高程2 544 m，坝顶宽12 m，坝顶长 310.14 m，最大高度136 m。考虑到大坝填筑料源情况以及坝体上部抗震构造要求，在大坝上、下游坝壳上部布置土工格栅，即自2 510 m高程开始，每填筑2 m堆石(包括过渡层)/铺设一层土工格栅。

2 土工格栅的特点

土工格栅网格均匀，具有完美的对称结构，可以保证荷载均匀传递;抗拉强度高、延伸率小，从而大大提高了加筋固土效应和承载力，其良好的抗蠕变性、高摩擦系数及强耐腐蚀性，保证了其使用的长期性和高性能。

(1)较高的抗拉强度和张拉模量能使荷载均匀扩散在大面积的范围内，从而减少载荷应力。

(2)格栅的网眼作用，使土质夹挤在网格内形成机械啮合作用，从而在土体与网格栅之间产生有效的应力传递，从而降低了不均匀沉降。

(3)网面的摩阻力产生了对填筑层的拉力，增强了机构的抗剪切能力，从而有效减少了坝体的侧向位移。

(4)格栅具有摩擦系数高、抗拉强度高的特性，可在短时间内承受较大荷载的作用，增快填筑速度并缩短工期。

狮子坪水电站拦河大坝坝体填筑中采用了聚丙烯双向拉伸塑料土工格栅，其技术指标见表1。

表1 聚丙烯双向拉伸塑料土工格栅技术指标表

3 土工格栅的施工要求

(1)材料铺设。土工格栅的铺设是在填筑层碾压施工结束后进行，铺设面应压实平整，要求平整度不大于15 mm，表面严禁有碎石、块石等坚硬突起物。土工格栅应平铺、拉直，不能有褶皱，尽量张紧，然后用插钉及土石压重固定，不得重叠、卷曲、扭结。土工格栅的铺设应将主受力方向(纵向)与坝轴线正交，横向平行于坝轴线。

土工格栅幅与幅之间的连接若采用绑扎，搭接宽度应不小于15 cm，一般每隔10～15 cm应有一个绑扎点，受力方向至少有两个绑扎点。格栅铺设定位后应及时填料覆盖，裸露时间一般不得超过48 h，亦可采取边铺设、边回填流水作业法。

(2)坝壳料的摊铺、压实。坝体填料最大粒径以不超过分层厚度的三分之二为宜。当格栅铺好后，先在两端摊铺填料，将格栅固定，再向中部推进。碾压时第一遍先轻压，从格栅中部逐步压向尾部，再碾压靠近坝坡部位，碾压时压轮不能直接与格栅接触，轻压后再全面碾压。

(3)铺设搭接后的质量检测。土工格栅铺设完成后首先进行自检，其质量要求见表2。

表2 土工格栅铺设质量要求表

4 施工工艺

土工格栅的施工工艺流程为:①检测、清理铺设层→②人工铺设土工格栅→③搭接、绑扎、固定→④摊铺上层填筑料→⑤碾压→⑥检测。

(1)首先按照设计图纸要求，精确测放出土工格栅铺设范围边界线。为保证铺设宽度，上下游两侧各加宽50 cm，将铺设层整平后用18 t震动碾进行碾压，不平整的地方人工配合整平。

(2)铺设土工格栅时底面应平整、密实，一般应平铺、拉直，不得重叠、卷曲、扭结，相邻的两幅土工格栅需搭接20 cm;沿坝轴线方向(横向)对土工格栅搭接部分每隔1 m用8号铁丝进行穿插连接，并在铺设的格栅上每隔1.5～2.0 m用U型钉固定于铺设面上。

(3)土工格栅铺好后开始摊铺填筑料，其方法为:自卸汽车将坝壳料运至填筑区域一侧(如右岸)，然后由推土机向另一方向(如左岸)推平。为保证土工格栅平整，不起鼓，不起皱，禁止各种机械、车辆在未填筑的土工格栅上通行作业。推土机将填筑料推平后，即可进行平整度测量，以检测填筑厚度是否均匀。

(4)正式碾压前，先进行试碾压，根据碾压机械、填筑料及摊铺厚度等初步确定碾压遍数、碾压速度和碾压方法，压后进行干密度检测，取得有关施工参数或经验，用以指导大面积施工。一般先用18 t震动碾静压两遍，然后按照坝体填筑技术要求进行震动碾压。

(5)质量检验内容包括土工格栅铺设的长度、宽度、均匀程度、平展度、连接方式、外观质量等，每一压实层至少有三个干密度检测点，检测点应相互错开，随机选定，检测结果应满足坝体填筑指标。

5 施工中的注意事项

(1)土工格栅的保管。土工格栅是一种土工合成材料，遇紫外线易老化，因此，土工格栅应堆放在通风遮光的室内，累计堆放时间不超过3个月，否则必须重新检测;铺设时应注意缩短太阳光直接照射的时间，施工时暴露的总时间以一个台班为宜，同时做好防火工作。不同型号的塑料土工格栅应分开堆放，并在土工格栅上标上各自不同的明显标记，以防止混用。

(2)土工格栅的质量管理。在选择原材料时，必须严格按照设计要求采用;对进入现场的材料必须进行现场检测，待其各项性能指标均合格后方可施工。一般应选择有正规资质的大型生产厂家，同时要求厂家提供土工格栅长期蠕变断裂强度指标、抗老化性能指标、最小炭黑含量(不小于2%)以及一级权威机构的合格鉴定。

(3)土工格栅的施工。为避免格栅在施工中受到损伤，推土机履带与土工格栅之间应保持有足够厚度的填筑层;在邻近结构面的2 m范围内，建议用总质量不超过20 t的震动碾进行碾压作业。填筑过程中，应防止土工格栅移动，必要时采用张拉梁通过格栅网孔对土工格栅施以5 kN的预应力，以抵消填筑层压缩位移的影响。

6 结语

近年来，土工格栅在水利水电工程中的应用越来越广泛，其在不同的应用场合发挥着不同的功能，如隔离、防渗、加筋补强、过滤排水和防护等。可以相信，在未来的水利水电工程建设中，土工格栅的应用前景将更加广泛。