土工布在黄河工程水中进占筑坝施工中的应用

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一、土工布的特点

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、聚乙烯、聚酰胺、高密度聚乙烯和聚氯乙烯等，分土工布、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布，它又包括有纺土工织布、无纺土工布两种。

土工布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。并且土工布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。

土工布在使用时应出具产品质量合格证，同时需测试：物理性指标：单位面积质量、厚度、等效孔径等。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。水力学指标：垂直渗透系数、平面渗透系数、梯度比等。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。

二、工程施工
    1、工程概况

东坝头控导工程位于黄河右岸，相应黄河大堤公里桩号：131+720～164+045，是黄河下游河道整治的一处控导工程。现有丁坝14道，其中：4～6坝为拐头丁坝；新1～3坝、7～13坝为园头型丁坝，为土石结构。

始建于1964年，在夹河滩护滩工程下首约300m修建丁坝6道，4～6坝为拐头坝，1～3坝为园头型丁坝；1970年7月为了减轻和改变控导工程1坝，全坝着溜现象，使出流稳定，又在1坝上游修建新1坝；1990年由于大河主溜下挫，在6坝以下座湾坍塌，当年水中进占修筑修建了7～8坝；1991年水中进占修筑9～10坝；2003年水中进占抢修了东坝头控导11～13坝，13坝是土工布护底水中进占修筑。
    2、施工过程

多年来水中进占坝都是采用柳石搂厢的传统方法修筑，2003年东坝头控导下延11～13坝，11～12坝也是采用传统柳石搂厢进占的方法施工。

在工期紧任务重的情况下，施工指挥部成员召开会议，会议主题是：土工布护底水中进占方法。内容：采用柳石搂厢进占施工时，占体前流速加大，挟沙力提高，占体前河底冲刷严重，增加了施工难度，增加了工程用料，将占体部位铺上土工布来解决占体河底淘刷，占体抓底后，起到了阻水作用，用土工布护住进占部位河底，使水流在土工布上流过，河底不在因受水流冲刷变形，这样即可节省料物也可提前进占时间，决定东坝头控导下延13坝水中进占施工中采用土工布护底。

护底土工布制作：先将成捆土工布进行裁剪，长度为26m，土工布幅宽3.8m，裁7幅，采用缝合法进行缝合，幅与幅缝合宽度为15cm，用尼龙线缝合3道，15cm处1道、10cm处1道、5cm处1道，缝合好后的整块土工布宽度为24.8m。在缝合好的整块土工布的一头折回50cm，折回的两头，各留1m不缝合栓大绳用，1m以外缝合成布袋状，用皮尺和粉笔画线，50cm间隔进行，人工将50cm的格缝合留口，以备装碎石。制作完折叠后运往施工现场。

抛笼定点：需用20t的铁船叁只，船上各备捆好装石料铅丝笼两个，将铅丝笼上绑两根抢险用的链子绳，用船将叁个钢丝笼抛至占体上游15m处，平行占体成排抛投，间隔25m，以便船只定位和固定土工布用。另外在土工布的下游角各抛一个钢丝笼，以便土工布下水后进行定位。

土工布上船摆放：将缝合好的土工布在坝岸的空地上铺开，将绳栓好，土工布的上游有布袋的一条边栓链子绳三根，两个角各栓一根，中间栓一根，下游的两个角各栓一根，一定要栓牢固。绳栓好后，从无布袋的一边开始卷，卷成长条状，一定要将缝好的布袋卷在外面，以备装石作碎石枕用。将卷好的土工布摆放在船上，用准备好的碎石装进缝合好的土工布袋内，用人工将布袋缝合严密。

船只定位：用所抛的铅丝笼将各船只定位，把抛投船固定在全适位置，将铅丝笼上的绳从船底下与土工布上的绳相接，做好一切准备工作。

抛投土工布：上游水深3m，占体前水深6m，流速1.5m/s，夹河滩流量570m3/s。指挥员一声令下，船上人员各抱一碎石枕同时向河中抛投，土工布上游边有碎石枕坠着，先沉入河底，成卷的土工布利用河流的冲力迅速展开，因受动水压力的作用土工布慢慢地贴到河底，保住进占体下面的河底不被冲刷。

整个过程：船只到位—展土工布拴绳—土工布成卷上船装碎石—抛投船只定位—开始抛投—碎石枕入水—土工布全部入水，时间用57分钟。进行占体部位的河底受到保护，水流只能从土工布上面流过，而河底就不会受冲刷。

三、应用成效分析
    1、洪水情况
    2003年9月10～19日花园口站和夹河滩站流量基本上维持在2500m3/s左右。黄河防总办公室通知，小浪底水库自9月18日18时30分起结束防汛预泄调度，由于蔡集滩区生产堤近水，为配合地方政府堵复口门，按控制花园口流量800 m3/s左右下泄。9月20日以后，小浪底水库下泄流量控制在164～1020m3/s；花园口站和夹河滩站流量保持在1200m3/s左右。
    9月24日-27日，小浪底水库下泄流量控制在1830～2350m3/s之间；花园口站流量近几日在持续上涨，至27日该站流量在已上涨至2660m3/s，夹河滩站流量于27日4时已上涨至2440m3/s。
    10月1日至11日，三门峡水库下泄流量在1960～4500m3/s，小浪底水库10月1日-6日8时，下泄流量控制在502～2260m3/s之间；伊洛河黑石关流量再次涨水，最大流量为1420m3/s，沁河小董站最大流量为374m3/s。花园口站最大流量2760m3/s，夹河滩站流量为2300～2600m3/s。

尽管洪水流量没有达到东坝控导工程的防御标准（4000 m3／s以上），但严重影响河道的行洪能力，同时，也给工程造成一定的危害。
    2、出险情况

经过“03.8”洪水的考验，在兰考黄河河务局所辖工程范围内，出现了多处险情。其中东坝头控导11～12坝，为水中进占修建新坝，虽坝体设计采取了反滤、排水等措施，但修坝水中进占时占体下面没有铺设土工布，没经受住洪水的考验，匀出现了不同程度的坝顶（坝坡）裂缝、猛墩猛蛰、根坦石下蛰等较大险情。而新修13坝仅出现根石走失一般险情。
    3、险情分析

洪水过后，经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。而东坝头控导13坝经这次洪水的考验，未出现坝顶（坝坡）裂缝、猛墩猛蛰、根坦石下蛰等险情。分析其原因，主要是水中进占修筑时在占体下部平铺了一层土工布，而土工布的作用恰恰是保土、反滤、排水。当洪水通过坦石缝隙和土工布浸入坝体后，在洪水涨落过程中，浸入坝体内的水依据土工布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，而这正是土工布保土、反滤、排水特性的具体表现。

四、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。