土工织物在堤防及渠道工程中的应用

周福华，姚辉勇

（1.济宁市水利工程施工公司，山东　济宁　272100；2.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东　济宁　250001）

土工织物在堤防及渠道工程中的应用

周福华1，姚辉勇2

（1.济宁市水利工程施工公司，山东济宁272100；2.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济宁250001）

结合南水北调柳长河渠道防渗、西苇水库主坝加固等工程，对土工织物的防渗、加固作用进行分析，提出了土工织物材料的施工工序，并对土工织物的防渗加固效果进行了分析，为类似的工程施工提供借鉴。

南水北调；土工织物；渠道防渗；主坝加筋土

土工合成材料功能较多，可用于过滤、排水、隔离、加强、抗拉、防护、防渗等。在水利工程中也有较多的应用，针对水利工程建设过程中对防渗的要求，研究土工合成材料防渗特性及其工程中应用具体问题，结合南水北调柳长河施工现场以及西苇水库主坝加筋土施工技术，分析了土工织物在水利工程防渗、加固中的主要作用，阐明了其应用设计理念及施工技术，对加快新型土工材料的推广应用，对提高水利工程建设的经济和社会效益，具有重要的指导意义。

1　土工织物防渗作用

土工织物作为防渗材料，具有防渗效果良好，自重轻，施工简单，造价低，方便运输的优点。在水利工程中主要应用于堤坝的防渗斜墙或心墙，透水地基上堤坝的水平防渗铺盖和垂直防渗墙，各种坝体的防渗体、渠道的衬砌防渗、隧道和堤坝内埋管的防渗和施工围堰的防渗。土工织物容易因日光紫外线照射而降解或破坏，故在储存、运输和施工等各个环节，必须时时注意封盖遮阳，特别是在施工过程中，应尽量缩短其外露时间，原则上应随铺随用土覆盖。

2　土工织物工程应用实例

2.1工程概况

1）南水北调柳长河工程概况。柳长河位于东平湖新湖区的西部，是东平湖新湖区排水、灌溉的一条重要河道。柳长河输水结合航运工程开挖整平后首先铺设聚苯乙烯保温板，再铺设复合土工膜，最后浇注混凝土板。聚苯乙烯保温板铺设厚度为3 cm；复合土工膜采用一布一膜，布采用300 g/m2；防渗膜采用聚乙烯（PE）膜，厚度0.3 mm；现浇混凝土板平面尺寸为300 cm×300 cm，板厚15 cm，采用C25混凝土，抗渗等级采用W6，抗冻等级采用F150。该项目土工织物涉及到土工膜渠道防渗。

2）西苇水库主坝加固工程概况。西苇水库位于淮河流域南四湖水系白马河支流大沙河上，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电及渔副业生产的大（2）型水库。工程主要由大坝、溢洪道、放水洞、水库管理设施等组成。大坝全长6 010 m，坝顶宽度6.0 m，坝顶高程111.82 m。在主坝加固坝顶碾压中采用土工格栅加筋坝肩。

2.2土工织物的选择

土工织物除满足强度高、密度大外，还要满足：

1）挡土准则。为了避免颗粒从土工织物的孔隙中流失，发生流土和管涌现象，要求土工织物的等效孔径小于土料的特征粒径。

2）渗透性准则。为了使渗透水流更加流畅，需要保证土工织物的渗透系数不小于被保护土料的25倍。

3）强度准则。土工织物必须具备一定的抗拉强度、断裂强度、延伸率和CBR顶破强度。通常用单位重量、厚度、均匀性等物理性能，来反映土工织物的综合指标。

2.3土工织物加筋层布置

1）总加筋力确定。确定原滑动面所需的总加筋力Ts，按下式计算：

式中：Ts为单位坡长需要的总加筋力，kN/m，作用于H/3处；Fsr为工程处理后所要求的安全系数，取1.3；Fsu为工程处理前坝坡的安全系数，取0.91；Md为滑动圆心的滑动力矩之和，kN/m；D为加筋力Ts的力臂，m，此处D=R。代入有关数据，计算得Ts=129.6 kN/m。

2）加筋力分配。为了使施工后的土工织物均匀受力，沿高度将总加筋力Ts划分为底区、中区、顶区3区，底区Tz1=Ts/2；中区Tz2=Ts/3；顶区Tz3=Ts/ 6。代入有关数据得：Tz1=64.8 kN/m；Tz2=43.2 kN/m；Tz3=21.6 kN/m。

3）土工织物间距和层数确定。要确定各区所要加筋的层数和间距，需要以各区土工织物所要承受的拉力为依据。经计算，底区层数为3.43层，取4层；中区层数为2.3层，取4层；顶区层数为1.15层，取2层。由此得到底区间距为0.5 m，中区间距为1.0 m，顶区间距为2.0 m，土工织物加筋层共10层。

4）其他措施。为了达到抗拔需求，在土工织物的锚固段需要设置直角锚，一般断面尺寸设置为0.4 m×0.4 m。

铺设后的土工织物，每一层土工织物的圆弧形表面是新老边坡土之间的接触面。因为新老边坡土之间的变形差异，会使接触面上的c、φ值显著降低，甚至接近于零，形成新的最危险滑动面。为了避免坝体表面的滑动，在每一层土工织物的锚坑中设置由新鲜松木制成的锚桩，直径15～20 cm，长2.5～3 m，间距2 m，上面预留0.5～1.0 mm新填土块，以便能量转移到坝体深层。

为了提高滑坡体内的总体水平抗滑性能，在挡墙内、外分别设置直径20 cm，长5.5～6.5 m的二排抗滑桩，打入所有地基岩（土）体中。

2.4施工工序

1）施工工序流程。清理基建面→人工铺设土工织物→搭接、绑扎、固定→摊铺上层坝基土→碾压→检测。

2）基底处理。精确放出坝基边坡线，为了保证坝基宽度，每侧各加宽0.5 m，清除基底以及打抗滑桩分区开挖到滑体底部边界后，在铺设垫层之前将其基底整平并清除杂物，把晾晒好的基底土进行整平后用振动压路机静压2遍，再用震压4遍，不平整的地方人工配合整平。

3）铺设土工织物。铺设土工织物底面应平整、密实，一般应平铺，拉直，不得重叠，不得卷曲，扭结，相邻两幅搭接约20～30 cm，并沿坝基横向对土工织物搭接部分每隔1 m用8号铁丝进行穿插连接，每隔1.5～2 m用U型钉固定于底面。

4）铺土以及夯实。铺设好土工织物后，开始铺设30 cm左右砂砾料，把砂砾料运至坝基一侧，由推土机或装载机向前赶推，禁止两侧向中间填筑和推进，禁止机械碾压未填筑砂砾料的土工织物，保证土工织物平整。

5）锚固及翻卷织物。整平坡面，首先使填土达到设计要求铺土厚度，在进行铺土时将预留在坡面外的土工织物锚固于其中，沿坡面向上拉平。在坡面织物上铺设保护层，进行边坡防护，每次测量出铺设的边线，每侧保证边坡修整后土工织物埋入边坡内，避免破坏土工织物。

3　结语

在土工织物解决堤坝防渗工程中，土工织物材质和表面防护是需要解决的关键性问题。土工织物的堤坝加固施工工序主要包括：清基及打抗滑桩、铺设织物、铺土及夯实、翻卷及锚固织物，通过对堤坝加固进行土工织物的设计、施工和运行管理，取得了较好的堤坝加固效果，对类似的水利工程防渗加固施工具有指导和借鉴意义。土工织物等新型土工合成材料的工程应用目前处于探索阶段，仍需要更进一步深入的研究。

［1］苏少丽.土工合成材料加筋土挡墙在河涌整治中的应用［J］.广东水利水电，2013，（07）：81-84.

［2］蒋学行，李翠玲，李晓红，吕军.南水北调中线干渠复合土工膜防渗施工接缝问题［J］.南水北调与水利科技，2011，09 （06）∶16-18.

（责任编辑迟明春）

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1009-6159（2016）-08-0029-02

2015-12-31

周福华（1976—），女，工程师