土工合成材料在水运工程中的应用

土工合成材料在水运工程中的应用

王坤

湖南水务规划设计院有限公司 湖南 长沙 410000

摘要：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与协作，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。

关键词：土工合成材料；水运工程；应用

引言

土工合成材料是一种岩土工程材料。它以人工合成的聚合物,如塑料、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、表层或各层土体之间,发挥加强、保护土体、提高承载能力的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。在工程研究、设计、实践过程中,随着对土工合成材料在岩土工程中的应用研究不断深入分析、总结、提炼和升华,克服现有技术的不足,推陈出新,分别在一般软基、超软地基、加筋挡土墙三个应用领域创新提出工程解决方案、创新发明工程结构类型、创新发明技术方法。

1土工合成材料概述

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国的欢迎，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土工合成材料的分类

1．材料的分类现阶段，国内较为典型的土工合成材料主要有四类：（1）土工织物。此类型材料具备透水性，是基于传统编制技术而形成的产品，例如纺织物、编织物等；（2）土工膜。其具备相对不透水的特性，以聚合物为原材料经特定工艺制得，如聚合物土工膜；（3）土工复合材料。其构成略显复杂，由至少2种材料构成，应用较为广泛的有复合土工膜等；（4）土工特种材料，是当前工程建设中的主要材料形式，如土工格栅、土工带。从渗透性的角度来看，可以将土工合成材料分为两大类别，即渗透与不渗透两种，由至少2种土工合成材料经特定工艺后即可制得土工复合材料。

3土工合成材料在内河航道整治工程中的应用

3.1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。

3.2新型主动式钩连体的应用

我国水利系统的发展是一个技术持续更新的过程，行业发展初期，冲刷岸边区域处理工作中选择的是四面六边透水框架，以混凝土为原材料经浇筑而得。其局限之处在于框架稳定性不足，各类连接杆件在水体冲蚀等影响下出现开裂现象，严重时结构将完全损坏。后续发展中，主动式钩连体取得广泛应用，作为典型的消能护滩结构，可改善结构的工作方式，有机聚合物成为重要的材料。结合研究资料与大量工程实例得知，该构件在如下场景中具有较好的防冲、疏淤效果：1）波高在2m内并且满足流速＜1.7m/s的区域；2）总体地势较为平坦，水深＜10m的区域；3）水上桥墩防冲刷区域。并且，该构件的技术水平在不断提升，因此后续的应用范围将更加广泛。基于构件的优化工作，基本原则在于不增加成本投入，通过提升构件质量的方式达到增强稳定性的效果，将其应用于更大水深的施工环境中。从未来发展方向来看，构件应在经济性与稳定性两个方面得到提升，是重点优化领域。

3.3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。

结束语

基于土工合成材料的特性，将其应用于水运工程中具有抗渗、反滤等多重效果，其在水运工程中的应用较为广泛。在未来发展中，还需加强对该材料的研究，可从成本、稳定性等角度入手，扩展土工合成材料的应用空间，为水运工程事业提供技术支持。

参考文献

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