土工合成材料在河道工程搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

土工合成材料在河道工程搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

0土工合成材料的應(yīng)用傳統(tǒng)救援材料主要包括石材、木材、谷物、麻袋、鉛絲等。在以往的搶險(xiǎn)中,有拋石、拋鉛絲籠、拋柳石枕、拋柳石簍箱等措施,施工簡(jiǎn)便,易操作,有一套成熟、完善的施工技術(shù),具有很強(qiáng)的適用性。但也有其不足和局限性,主要表現(xiàn)在:(1)受施工條件限制,工程基礎(chǔ)不能一次性施工到穩(wěn)定程度,需要經(jīng)多次搶險(xiǎn)加固才能達(dá)到壩根穩(wěn)定。(2)物料易腐朽,容易導(dǎo)致工程內(nèi)部空虛而出險(xiǎn)。(3)工程被動(dòng)搶險(xiǎn)多,需花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。(4)柳秸料是有效的搶險(xiǎn)材料,但需臨時(shí)采集,供給困難,影響工程進(jìn)度。土工合成材料的產(chǎn)生彌補(bǔ)了這些材料的不足,不僅有較好的搶險(xiǎn)效果,而且價(jià)格低廉,耐久性好,運(yùn)輸方便。土工合成材料由高分子聚合物制成,產(chǎn)品包括土工織物(geotextile)、土工膜(geomembraoe)、土工復(fù)合材料(geocomposite)等。土工合成材料應(yīng)用于工程中主要有反濾、排水、防護(hù)、加筋、防滲、隔離等作用。這里重點(diǎn)介紹土工合成材料在黃河上防汛搶險(xiǎn)中的應(yīng)用。1畸形河勢(shì)導(dǎo)致工程險(xiǎn)河道整治工程是控制行洪和防止黃河堤防決口的重要工程和首要防線(xiàn)。目前河道整治工程初具規(guī)模,河道河勢(shì)基本上得到了有效控制。但由于黃河游蕩性河道河段的整治工程與規(guī)劃要求相距甚遠(yuǎn),存在著工程不配套、不完善,河勢(shì)的穩(wěn)定性較差,河道演變規(guī)律受水沙條件的支配作用增大等隱患,“橫河”、“斜河”等畸形河勢(shì)時(shí)常發(fā)生。河勢(shì)的演變不僅給防洪工作增加了難度,也使現(xiàn)有的河道工程險(xiǎn)情不斷。因此,研究采用新技術(shù)、新材料進(jìn)行快速搶險(xiǎn)是必要的。1.1堤身橫向裂縫或不均勻沉陷堤壩裂縫是最常見(jiàn)的一種險(xiǎn)情,有時(shí)也是其他險(xiǎn)情的預(yù)兆,應(yīng)引起高度重視。應(yīng)用土工合成材料搶護(hù)裂縫險(xiǎn)情的方法有:采用土工膜封堵縫口、土工膜中間截堵及加筋復(fù)合布加固等。對(duì)于橫向裂縫,主要是利用土工膜的防滲作用阻斷水流穿過(guò)堤身,避免裂縫沖刷擴(kuò)大。對(duì)屬于滑坡的縱向裂縫或不均勻沉陷引起的橫向裂縫,主要是利用加筋土工布對(duì)滑坡土體的加固及反濾功能,來(lái)增強(qiáng)堤身的穩(wěn)定性。例如:沁河新右堤是1981年修建的,1993年開(kāi)挖檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)堤身有大量裂縫,雖然連年處理,但收效甚微。經(jīng)分析,裂縫產(chǎn)生的原因主要是:土質(zhì)黏粒含量較大,施工時(shí)土壤含水率較高,堤身土體因自然失水后產(chǎn)生干縮裂縫。另外,由于施工工段多、進(jìn)度不平衡、碾壓不均勻等原因,導(dǎo)致堤身土體不均勻沉陷,產(chǎn)生裂縫。經(jīng)分析論證和方案比較,1995年采用復(fù)合土工膜截流加固處理,選用兩布一膜復(fù)合土工膜,規(guī)格為500g/m2。先將原堤坡修整為1∶3,再鋪設(shè)土工膜,最后加蓋垂直厚度為1.0m的沙壤土保護(hù)層,保護(hù)層內(nèi)外坡均為1∶3。另外,為增加堤坡的穩(wěn)定性,增設(shè)兩道防滑槽,防滑槽深度為0.5m。工程竣工后,經(jīng)受歷年洪水考驗(yàn),防滲效果很好。1.2現(xiàn)場(chǎng)充填工藝坍塌是堤防、壩岸臨水面崩落的重要險(xiǎn)情。坍塌險(xiǎn)情如不及時(shí)搶護(hù),將會(huì)造成潰堤災(zāi)害。應(yīng)用化纖籠配合編織土袋塊石搶護(hù)坍塌險(xiǎn)情時(shí),先將編織土工袋裝入網(wǎng)籠直接拋投至出險(xiǎn)部位,然后再拋編織土袋或散石加固。此項(xiàng)技術(shù)在蘭考堤段工程中推廣應(yīng)用,達(dá)200多壩次。實(shí)踐證明,此方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、效率高,適用于坡面較陡處的搶險(xiǎn)。應(yīng)用褥墊式充沙長(zhǎng)管袋搶護(hù)堤防坍塌時(shí),土工反濾布袋墊式長(zhǎng)管袋可在工廠(chǎng)加工?，F(xiàn)場(chǎng)充填工藝是搶險(xiǎn)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。充沙的設(shè)備是泥漿泵,一般控制充灌壓力為0.2～0.3kg/cm2,最大達(dá)0.5kg/cm2,管袋泥沙飽滿(mǎn)度以80%～90%為宜,使其具有足夠的柔性以適應(yīng)變形。1999年3月17日,黃河花園口115#護(hù)岸受到回流淘刷,其下河床被沖刷,岸坡失穩(wěn)下滑出險(xiǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)大河流速在1.5～1.7m/s,水深7.0～8.5m,搶險(xiǎn)采用充沙管袋褥墊進(jìn)行了護(hù)坡、護(hù)根搶險(xiǎn)。搶險(xiǎn)過(guò)程是:探測(cè)壩前水深和流速情況,選擇符合要求的土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊,在土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊上游邊系3～5道Φ10mm的定位錦綸繩,在褥墊管袋上每間隔1.0m拴系Φ10mm的頂端錨固錦綸繩,在褥墊兩角各拴一根Φ10mm的牽拉錦綸繩。以褥墊末端為卷心將選定的土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊卷好,沿?fù)屪o(hù)壩坡放置于臨河壩肩壩面上。在壩頂適當(dāng)位置打入Φ150mm,長(zhǎng)1.5m木樁,木樁頂高出壩面頂0.3～0.4m,用褥墊頂端錨固錦綸繩固定于木樁上。采用泥漿泵抽沙結(jié)合人工裝土汽車(chē)運(yùn)輸方式,最先充填褥墊上游邊兩個(gè)管袋。同時(shí)要求在充填過(guò)程中隨著褥墊的展開(kāi)要及時(shí)進(jìn)行上游邊、末端牽拉的松、緊調(diào)整和錨定,實(shí)現(xiàn)褥墊的壓載充填和準(zhǔn)確就位。施工完成后,險(xiǎn)情很快得以控制。水位下降后,從暴露出的充沙褥墊的位置判斷,其護(hù)坡、護(hù)根的搶險(xiǎn)效果比較理想。1.3化險(xiǎn)機(jī)時(shí)搶護(hù)1998年3月16日,黃河花園口控導(dǎo)工程29#壩,因回流淘刷,根石走失,拐頭迎水面及壩頭部位長(zhǎng)21.0m、平均寬5.0m、深4.0m猛蟄入水,土胎外露。若不及時(shí)搶護(hù),將有潰壩的危險(xiǎn)。若通知群眾送物料,最快也得4小時(shí),貽誤搶險(xiǎn)時(shí)機(jī)。搶護(hù)人員及時(shí)采用化纖網(wǎng)代替柳石埽體,在迎水面推2m寬化纖籠體(內(nèi)裝編織土袋)進(jìn)占閉氣,然后在膛內(nèi)回填黏土,籠外拋散石護(hù)坡,隨之化險(xiǎn)為夷。1998年3月18日,該工程30#壩因受大流頂沖(當(dāng)時(shí)大河流量846m3/s),迎水面22m長(zhǎng)直線(xiàn)段根石大量走失,坦石下蟄,土體外露,如不及時(shí)搶護(hù),將導(dǎo)致更大的險(xiǎn)情。按照常規(guī)搶護(hù)方法只有拋柳石枕護(hù)胎。武陟二局采用拋化纖籠將堤壩搶出水面、拋石固根還坦方法控制險(xiǎn)情。本次搶險(xiǎn)充分表明,化纖籠代替柳石枕,既有利于緩流落淤,又能有效閉氣,保護(hù)壩內(nèi)土體。1.4壩坡充沙拓展施工技術(shù)壩垛坍塌是黃河上常見(jiàn)的險(xiǎn)情。出險(xiǎn)時(shí),壩垛根石走失、下蟄,并伴隨壩坡坦石脫坡下滑,需要護(hù)根、護(hù)坡同時(shí)進(jìn)行。我們根據(jù)用6英寸泥漿泵直接從黃河灘地或河床抽吸泥沙充填土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊進(jìn)行水中進(jìn)占筑壩的經(jīng)驗(yàn),利用充沙土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊成功地進(jìn)行了壩垛坡面和根基出險(xiǎn)的搶護(hù)。1999年9月25日,鄭州棗樹(shù)溝1#壩因附近水流頂沖,造成棗壩根未裹護(hù)段壩坡出險(xiǎn),當(dāng)時(shí)大河流量在1100m3/s左右,河面寬在80m,流速在2.0m/s,水深在10.0m以上,在漩渦、螺旋流作用下,河灣內(nèi)壩坡塌失速度很快,利用石料搶險(xiǎn)僅能護(hù)根,不能護(hù)坡,加上工程地處黃河嫩灘區(qū),物料收集非常困難,搶險(xiǎn)隊(duì)決定利用4塊長(zhǎng)37m、寬25m的土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊對(duì)搶護(hù)部分進(jìn)行充沙搶險(xiǎn),根據(jù)險(xiǎn)情和水情,選擇了褥墊→拴繩滾排成捆→打樁掛排→充填壓載搶險(xiǎn)方法。利用泥漿泵抽吸工程背河灘地及壩襠的泥沙,充填褥墊管袋,并采用汽車(chē)運(yùn)土倒置在褥墊管袋口處的方法,將土同泥漿直接裝填入褥墊管袋內(nèi),同時(shí)還利用人工將裝土的塑料編織袋也拋投入褥墊管袋內(nèi),高強(qiáng)機(jī)織土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊在泥水、土和土袋子的作用下迅速沿壩坡下滾展開(kāi),貼附于壩坡和河床面上。在錦綸繩牽拉作用下,雖然壩前漩渦、螺旋流密布,但褥墊仍按設(shè)計(jì)狀態(tài)平順下沉,最終充沙土工反濾布長(zhǎng)管袋褥墊準(zhǔn)確地鋪設(shè)在設(shè)定的搶險(xiǎn)位置,迅速控制了險(xiǎn)情。2化纖籠的作用和優(yōu)點(diǎn)土工合成材料與傳統(tǒng)材料在防汛搶險(xiǎn)中相比,具有整體性強(qiáng)、搶險(xiǎn)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、儲(chǔ)運(yùn)方便、造價(jià)低等優(yōu)越性。例如,采用化纖網(wǎng)籠替代傳統(tǒng)的鉛絲石籠,化纖籠除具有鉛絲籠的作用外,還有如下作用和優(yōu)點(diǎn):(1)著底穩(wěn)定,隔流性好。從險(xiǎn)情搶護(hù)情況看,運(yùn)用化纖籠填筑的籠堆著底嚴(yán)穩(wěn),控制面積大,抗溜性能好。(2)能起柳石枕的作用。險(xiǎn)情搶護(hù)中拋推化纖籠,同樣可起到柳石枕閉氣、抗沖、護(hù)底、護(hù)坡的作用。(3)制作容易便捷。從實(shí)際運(yùn)用看,制作化纖籠比制作鉛絲籠和柳石枕容易得多。這主要是由于土料可就地取用,土袋容易制作,單個(gè)土袋重量輕,運(yùn)輸方便。編制土袋在堆砌上也較堆石穩(wěn)定,易安放?；w籠在實(shí)際運(yùn)用操作上,比鋪繩、排柳、裹石、捆扎制枕以及鉛絲籠的鎖口等操作過(guò)程都要相應(yīng)簡(jiǎn)便得多。3效率分析3.1點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)用土工反濾布搶險(xiǎn)與傳統(tǒng)搶險(xiǎn)技術(shù)(如柳石簍箱、拋石、柳石枕等)相比,具有整體性強(qiáng),搶險(xiǎn)速度快等優(yōu)點(diǎn),搶險(xiǎn)耗資、用工、運(yùn)輸量也大大降低。從武陟北圍堤搶險(xiǎn)和鄭州棗樹(shù)溝1#壩搶險(xiǎn)所用兩種材料對(duì)比分析,利用鉛絲籠拋投搶險(xiǎn),費(fèi)用在130～145元/m3,柳石枕和柳石簍箱搶險(xiǎn)費(fèi)用分別是90～100元/m3和100～110元/m3,而利用抽沙充填土工反濾布管袋費(fèi)用僅為50元/m3,可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益明顯。3.2社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益(1)抽沙充填土機(jī)工業(yè)防護(hù)時(shí)間用柳石枕?yè)岆U(xiǎn),雖然料源充足,但砍運(yùn)物料要組織大量人力及運(yùn)輸工具,指揮調(diào)度復(fù)雜,不利于搶險(xiǎn)的組織管理,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)交通阻塞。在搶險(xiǎn)實(shí)踐中,因物料運(yùn)送不及時(shí)而貽誤戰(zhàn)機(jī)的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。而采用抽沙充填土工織物模袋、化纖籠搶險(xiǎn),由于是機(jī)械化操作,可以加快搶護(hù)速度。特別是陰雨天,由于道路泥濘,柳枝往往不能及時(shí)送到工地,使用泥漿泵充填土工織物反濾布泥漿袋枕,則可以應(yīng)搶險(xiǎn)急需。(2)生產(chǎn)裝置及密度黃河上每修一道水中進(jìn)占丁壩,一般就