析土工织物在河南孟津白鹤控导整修工程中的应用

1、土工织物的特点
随着国家对黄河投资治理力度的加大，土工合成材料作为一种新材料，以其特有的特点被广泛运用在工程建设中。组成土工合成材料的主要原材料包括聚丙烯 （PP）、聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚氯乙烯（PVC）等，分土工织物、土工膜、土工特种材料和土工复合材料等四大 类，而黄河上应用较多的为土工织物，它又包括有纺土工织物、无纺土工织物两种。
土工织物主要是代替传统粒料建造反滤层和排水体，与传统反滤层和排水体相比，它具有质轻、整体连续性好、施工方便；抗拉强度高、抗腐蚀、抗微生物侵蚀性 好；质地柔软，能与土料很好地结合；水下或土中耐久性和耐气候性能较高、使用效果显著等特点。并且土工织物也满足了一般反滤材料所具备的条件：①保土性： 防止被保护土料流失，引起渗透变形；②透水性：保证渗透水通畅排除；③防堵性：保证不被细土粒淤堵失效。
土工织物在使用时应出具产品质量合格证，同时需测试：①物理性指标：单位面积质量、厚度、等效孔径（EOS）等。②力学性指标：拉伸强度、撕裂强度、握持 强度、顶破强度、胀破强度、材料与土相互作用的摩擦强度等。③水力学指标：垂直渗透系数（或透水率）、平面渗透系数（或导水率）、梯度比（GR）等。④耐 久性：抗老化性、抗化学腐蚀性。测试需要有资质的技术质量检测部门进行检测，检测时根据工程需要和具体施工要求，可相应增加或删除相关检测项目，并出具详 细的检测报告。
2、工程施工
2.1 概况
河南孟津白鹤控导工程位于黄河南岸小浪底坝址以下18km处，是黄河下游河道整治的第一处控导工程，始建于1946年，为民建民管工程，孟津黄河段成立后 接管。工程最初仅有河涧坝、渡口坝及2座垛，1997年修建8坝、9坝，1998年下半年在河涧坝、渡口坝之间修建填湾1~4坝。至此，白鹤控导工程共有 8道坝、2座垛计10个单位工程。
孟津白鹤控导工程0坝（河涧坝）、5坝（渡口坝）、6垛及7垛由于修建年代早，面貌破旧，影响工程防洪能力。经上级批准，1999年上半年对0坝、5坝、 6垛及7垛进行加固整修，根据设计要求，为实现土工织物反滤和排水的目的，采用130g／m2的有纺土工织物在上层，300 g／m2的无纺土工织物在下层的施工顺序。
2.2 施工过程
在白鹤控导整修工程施工中，首先按设计要求进行边坡压实、削坡等工序，且坡面上达到无损伤土工织物的带尖棱硬物、无坑洼等；再把经过检查无损伤的合格的有 纺、无纺土工织物平铺在修整过的坡面上，土工织物块之间的拼接可采用塔接或缝接，本工程采用塔接，搭接宽度40cm；为防止土工织物下滑，影响反滤、排水 效果，土工织物自坝顶向下压深1.0m，宽4.40m，中间设一锚固沟，坡脚采取多压的方法固定；因土工织物是聚合材料，铺设后受太阳光中紫外线的照射会 引起降解等破坏作用，所以施工时顺坡面自下而上一段一段地铺设，并及时在上面平铺一层石料加以保护，石料间隙应尽量填充，然后进行外层石料的加固。
3、应用成效分析
3.1 洪水情况
1999年7月16日20时，三门峡流量为2380m3／s，但含沙量竟高达790kg／m3，为之罕见；小浪底最大含沙量在7月17日12时达到最大， 为702kg m3。该次洪水三门峡于7月16日22时达到最大流量3400 m3／s，小浪底于7月17日14时达到最大流量2150 m3／s，尽管洪水流量没有达到白鹤控导工程的防御标准（4000 m3／s以上），但其含沙量远远超出正常值，严重影响河道的行洪能力，同时，也给工程造成一定的危害。
3.2 出险情况
经过这次高含沙洪水的考验，在豫西局所辖工程范围内，出现了多处险情。其中白鹤1~4坝为1998年修建的新坝，坝体设计未采取有效的反滤、排水等措施 （没有铺设土工织物），也未经过洪水的考验，故各坝均出现了不同程度的坝顶裂缝、坦石下整等险情。而刚整修过的0坝、5坝、6垛及7垛未出现任何险情。
3.3 险情分析
洪水过后，经有关专家和技术人员分析险情发生原因，一致认为坝垛出险主要是因为洪水通过坦石缝隙，淘刷主坝体，随着洪水的涨落，坝体土料被水流挟带流失， 引起坝顶（坝坡）裂缝、坦石下蛰等险情。而刚刚整修过的白鹤0坝、5坝、6垛及7垛，尤其是6垛和7垛在施工前毁坏严重，整修后的外坡全部为新填土，经这 次高含沙洪水的考验，2坝2垛均未出现坝顶（坝坡）裂缝、坦石下蛰等险情。分析其原因，主要是整修时在裹护体下部平铺了一层土工织物，而土工织物的作用恰 恰是保土、反滤、排水。当洪水通过坦石缝隙和土工织物浸入坝体后，在洪水涨落过程中，浸入坝体内的水依据土工织物的排水性只能把水排走，而不能把坝体土料 挟带走，故没有引起坝体土料的流失，坝出险的可能性降到了最低点，而这正是土工织物保土、反滤、排水特性的具体表现。
4、施工中出现的问题
土工织物作为一种新材料，在豫西局的应用相对较少（仅在1998年汛后到1999年汛前防洪基建工程和2001年防洪基建工程中运用了两次），施工中难免出现技术措施应用不当等问题。
在坝坡修整并铺过土工织物后，表层的保护应引起足够的重视。本工程施工中采取在表面平铺一层石料做为保护层的方法，在一定程度上起到了保护土工织物免受损 伤及防止太阳光中紫外线的直接照射而引起土工织物降解等破坏作用；但也存在不足之处，在坝顶向下抛石时，易通过平铺的石料保护层损伤下层的土工织物，造成 土工织物作用的降低甚至失效。建议今后施工中从坝顶向下抛石时，尽可能采用抛石板或抛石架，或者对土工织物表面采取有效的防护措施（如放置混凝土预制板 等），以减少抛石对土工织物的损伤。
5、小结
各种新材料、新技术在黄河防洪基建工程中的推广应用，提高了防洪工程抵御洪水的能力，取得了良好的使用效果。但有些新材料运用的时间较短，缺乏具体完善的 施工方法、技术措施及质量控制措施等，很容易出现新问题，这些问题都需要我们在今后的施工中逐步探索、总结，使各种新材料、新技术都有各自的用武之地，充 分发挥它们的优势，为黄河防洪工程服务，确保黄河安澜。