土工布是堤防工程中常用的一種材料，主要作用是起到隔離的作用。它可以防止洪水等自然災(zāi)害對堤防的破壞，同時還可以減緩水流的沖擊，增加堤防的穩(wěn)定性。此外，土工布還可以吸收水分，降低堤防表面的溫度，減少因水熱作用而引起的變形。今天我們將探討土工布在堤防工程中的作用，讓我們一同來了解。

通過分析堤防工程施工，總結(jié)出土工布技術(shù)在堤圍工程施工中的應(yīng)用效果，并將其推廣到新建和維護(hù)堤圍以及整治航道工程中，可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

一種新型建筑材料被稱為土工合成材料，它是由合成纖維、合成橡膠和塑料等聚合物制成的。在巖土工程中，該材料可用于保護(hù)和加強(qiáng)土體，不論是土體的表面，還是其內(nèi)部或各層間。水利工程項(xiàng)目中廣泛使用土工布材料，特別是在水庫的圍壩護(hù)坡項(xiàng)目中。通過持續(xù)研究和試驗(yàn)，已經(jīng)探索出一整套具有土體特征的護(hù)坡土工布的反滲透施工方案，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

一、土工布的特點(diǎn)

所謂土工合成材料是指在巖土工程中使用的人工合成高分子聚合物化工原料，如聚乙烯、聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚氯乙烯和聚烯烴等，它們具有質(zhì)量輕、柔性好、強(qiáng)度高、整體性強(qiáng)、不易腐爛、耐久性強(qiáng)、力學(xué)性能良好等特點(diǎn)，并且在經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工方面成本低、便利。

二、土工布砂墊層結(jié)合反濾結(jié)構(gòu)及人工降雨沖刷試驗(yàn)

由于堤防圍壩線長且容易被雨水沖刷，部分堤壩工程曾遭受雨水沖刷而受損。為此，在水庫建設(shè)中采用了土工布和10厘米中砂墊層結(jié)合的反濾結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的原理是，當(dāng)壩體在施工過程中遭受暴雨沖刷，或在運(yùn)行期間水位驟降時，土工布和壩面之間形成在砂層中進(jìn)行流動的“徑流”，以防止徑流直接沖擊壩面，從而保護(hù)壩體。

為了進(jìn)一步證明水庫圍壩護(hù)砌的施工合理性，以確定最佳的墊砂厚度，現(xiàn)場進(jìn)行了人工降雨試驗(yàn)。試驗(yàn)分為兩個階段。第一階段沒有砂墊層，直接在已施工完畢的壩體上鋪設(shè)350克/平方米的土工布，然后干砌厚度為30厘米的片石。第二階段先在施工完成的壩坡上鋪設(shè)10厘米厚的砂墊層，然后平整并噴水壓實(shí)，再鋪設(shè)相同規(guī)格的土工布，最后干砌厚度為30厘米的片石。降雨試驗(yàn)采用兩臺QY-15型潛水泵并聯(lián)，將水打入Φ100毫米主輸水管，流入兩側(cè)Φ20毫米口徑的配水支管。28根配水支管每根長度為9米，管間距為1.9米，在每根支管上開設(shè)3排孔洞，間距為15厘米，孔徑為2毫米。水從孔洞內(nèi)噴出，灑落在干砌石壩坡面上。

經(jīng)過人工降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第二段鋪設(shè)砂墊層的壩體未受到?jīng)_刷，壩坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，砂墊層厚度符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。然而，拆除片石和土工布后發(fā)現(xiàn)壩坡出現(xiàn)了43條大小不等的沖溝，其中最大的兩條寬度達(dá)40厘米，深度為25厘米。試驗(yàn)結(jié)果表明，土工布砂墊層結(jié)合反濾結(jié)構(gòu)是保證水庫圍壩在50年一遇的暴雨下保持穩(wěn)定狀態(tài)的必要措施，否則會導(dǎo)致壩體被破壞。反濾結(jié)構(gòu)的“保土”和“透水”功能也能夠得到有效保持。

三、土工布在堤防工程上的應(yīng)用

1、采用土工布作壩體反濾

通常堤壩決口和潰堤的主要原因是反濾層受損。為了防止土體被沖刷，土工布被應(yīng)用于壩體的反濾結(jié)構(gòu)，并采取“先豎干砌石，后掛土工布，緊跟填土”工序方法。這樣能保證土工布更有效地發(fā)揮其透水和保砂功效，并保證施工質(zhì)量。此方法能有效控制每層施工，同時保證土工布鋪設(shè)的質(zhì)量。

（1）土工要與山皮石相比有更佳的工程效果。傳統(tǒng)以山皮石作反濾層，突出問題是施工質(zhì)量無法得到保證，特別是在泥沙含量較多的情況下，當(dāng)泥沙在海潮沖刷下流走時，常常出現(xiàn)下陷與裂縫的現(xiàn)象；泥沙一旦擠進(jìn)石塊的縫隙，將排水通道堵塞，將產(chǎn)生孔隙水壓力，對石堤極其不利，增加了石堤的傾覆力矩。采用土土布作反濾層利用其濾砂排水的功能，使山皮石存在的難題得到徹底解決，堤壩安全也得到保證。

（2）使用土工布可以大大簡化施土程序，傳統(tǒng)使用山皮石需要增設(shè)1道打樁的扎圍以保證反濾層填筑寬度，這會耗費(fèi)大量人力物力，然而土工布不需要這一步驟，可以極大地節(jié)省人力物力，并加快施土進(jìn)度。

（3）填筑材料的選擇受到了限制，但這一局面得以緩解。在使用土工布作為反濾層之前，土堤填筑通常采用堤圍區(qū)附近的粘性土材料。然而，一旦堤圍施土提速，粘性土的量就無法滿足工程的需求。采用土工布作為反濾層后，填筑材料的選擇性得到了增加，填筑時可利用堤圍附近產(chǎn)生的粉砂和中砂。

（4）使工程造價得到降低。

①1道打樁扎圍的工序被省略，可節(jié)約費(fèi)用5萬元/km；

②2種反濾層所用材料的差價可節(jié)約費(fèi)用50%，達(dá)6萬元/km；

③更換填筑材料可節(jié)省35萬元/km，這三項(xiàng)共計節(jié)約成本46萬元/km。

2、土工布應(yīng)用于水閘和船閘上下游的護(hù)坦防沖護(hù)底

在堤防施工中，普遍應(yīng)用了鋼筋混凝土箱底板和梁板式岸墻預(yù)制水閘，它的優(yōu)點(diǎn)是造價較低、結(jié)構(gòu)合理，以及方便施工。但同時也存在某些問題，如閘室的上下游已依照設(shè)計做了長10m，厚0.9m的拋石護(hù)坦，可是在堤壩運(yùn)行中，仍遭遇到淘刷，出現(xiàn)年年拋石年年受沖刷的現(xiàn)象，每年都要投入大批人力物力做堤壩維修。采用土工布的具體方法是：將用防老化膠絲縫紉的土工布拼成面積為386m2大塊，采用直徑為4mm的膠絲制成網(wǎng)絡(luò)形的骨架，采用土土布縫紉將土工布進(jìn)行固定或者上下夾住，起到加筋的作用，四周的邊框采用小于8mm的粗膠絲繩進(jìn)行加固，以增強(qiáng)施土?xí)r產(chǎn)生的抗張力。在制作完畢之后，將其運(yùn)到浮運(yùn)閘的預(yù)制現(xiàn)場，一端采用膨脹螺絲固定于空箱底板的側(cè)墻之上，然后卷成筒狀進(jìn)行縛緊，再與浮運(yùn)閘一道浮運(yùn)至閘址處，在施土?xí)r由潛水員來解開。利用潮水牌在低谷或停流前后流向的變化，分別將土工布順著兩次流向攤開并展開在水面上。施工人員張拉四角的膠絲繩，用鋼管樁固定并拉緊。然后，載滿塊石的船舶進(jìn)入布面，就位排列間距，同時均勻地投擲塊石。投擲過程中，探測水深度，通過控制厚度，確保拋石體平整，直至達(dá)到設(shè)計高度。

經(jīng)過數(shù)年定期檢測，未發(fā)現(xiàn)沖刷現(xiàn)象并無需進(jìn)行石塊補(bǔ)充，水閘能夠正常運(yùn)行。應(yīng)用土工布保護(hù)水閘，可防止沖刷和保護(hù)底部，其作用如下：。

①由于土工布具備的防滲作用，防止了滲透性破壞如沖刷和管涌，從而保障了閘基和坦基的安全和穩(wěn)定。

②通過加筋作用，土工布提高了地基的承載能力，從而使得地基的應(yīng)力和沉陷更加均勻。此外，土工布還能夠消除因塊石對軟基施加的力集中而導(dǎo)致的擠壓剪切破壞。

③土工布的隔離作用不僅確保了軟基的豎向排水，加快了固結(jié)速度，還能防止淤泥從石縫中擠出流失。

總的來說，通過實(shí)踐證明，在引堤基礎(chǔ)施工中鋪設(shè)土工布可以有效減少塊石的沉沒和土方淘刷造成的損失，同時降低施工量、提高施工速度，避免基礎(chǔ)被沖刷，保障水閘的安全。此外，土工布的隔離功能可以確保軟基的豎向排水固結(jié)，提高地基的承載力；而其“加筋”功能則有助于均勻分布應(yīng)力，避免局部下陷。初步統(tǒng)計顯示，使用土工布加砂墊層復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的工程成本比過去采用的砂礫料反濾結(jié)構(gòu)下降了約40%。

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