隨著
防水毯土工合成材料在鐵道、水利、交通、市政、海岸防護(hù)和隧道等工程領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，江蘇省交通水運(yùn)工程中也較早地應(yīng)用了它，1985年，我院首先在通沙汽渡板樁碼頭工程中應(yīng)用了土工織物，為防止汽渡船的螺旋槳?jiǎng)恿Ξa(chǎn)生的水流往復(fù)沖刷作用所產(chǎn)生板樁前后砂石 填料逐漸被淘空，防止碼頭面層下沉與空洞，在板樁前后鋪設(shè)大面積無(wú)紡?fù)杆凉げ迹鼔K石或在其上拋以塊石，12年來(lái)碼頭使用一直工作正常，取得了滿意的效果(該工程曾先后分別被交通部評(píng)為部三等和江蘇省二等優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng))。在船閘和航道工程中，無(wú)紡?fù)凉げ?和土工網(wǎng)的應(yīng)用就更加廣泛，它主要起反濾、加固地基、排水和護(hù)坡的綜合效應(yīng)。至于土工網(wǎng)， 則主要應(yīng)用于軟土地基加固處理，土工織物與塑料排水板的聯(lián)合應(yīng)用在碼頭工程中也是用作 地基處理和起保護(hù)護(hù)坡的作用。土工合成材料在碼頭、航道、船閘等水運(yùn)工程中的實(shí)際應(yīng)用 ，尤其是近年來(lái)蘇南運(yùn)河整治工程的應(yīng)用，充分體現(xiàn)其良好的經(jīng)濟(jì)效益和使用價(jià)值。
1
防水毯港口工程
1.1 江都港堆場(chǎng)軟土加固工程(土工網(wǎng)的應(yīng)用)
江都港為長(zhǎng)江的綜合性港口，它位于長(zhǎng)江下游揚(yáng)中河段北岸的夾江河灘上，近期建設(shè)包括一個(gè)5000t級(jí)件雜貨泊貨和兩個(gè)500t級(jí)中轉(zhuǎn)內(nèi)河泊位碼頭。
江都港后方堆場(chǎng)是布置在沿江大堤處寬闊的沖積平原上，陸域總面積為4.56萬(wàn)m2，其地表為全新松散的河流沉積物，上層為河漫灘相，下層為河床相，沿江相對(duì)高程在3.0m左右( 黃海高程，以下同)，其中分布有較多的魚塘和水溝。根據(jù)洪水位情況，確定陸域高程為6.0 m。吹填高程為5.5m 。吹填料是采用泥漿泵把沿碼頭位置處江面下的粉細(xì)砂(土層顆粒多為0.08～0.25mm之間，并夾少量淤泥質(zhì)粘土)吹填而成，該土呈灰黃色松散飽和狀態(tài) ，屬于高壓縮性易液化土體。
為了節(jié)省工程的投資，經(jīng)比較論證，選用施工方便和快速的CE131土工網(wǎng)對(duì)粉細(xì)砂軟基進(jìn)行處理，該土工網(wǎng)是以熱塑性樹脂為原料，采用高溫?cái)D出拉伸工藝精制而成。CE131的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。
土工網(wǎng)加固地基的機(jī)理是，通過(guò)在地基表層鋪設(shè)具有一定剛度和抗拉強(qiáng)度，并能適應(yīng)地基變形的土工網(wǎng)，再在土工網(wǎng)上鋪設(shè)一定厚度的山皮石，使土工網(wǎng)與地基結(jié)合在一起，利用其抗 拉性能起到支承荷載和擴(kuò)散的作用，增加了地基的抗剪強(qiáng)度，以此防止了軟弱地基產(chǎn)生過(guò)大。
考慮到投資的可能性，碼頭堆場(chǎng)地基近期要求承載力在120～150kPa左右，所以僅采用一層土工網(wǎng)，直接鋪設(shè)在吹填粉細(xì)砂上(每塊網(wǎng)之間用20cm的搭接長(zhǎng)度)，網(wǎng)上鋪填15～20c m的山皮道渣(含碎石量約為60%，含土量為40%左右)，然后用重型機(jī)械反復(fù)碾壓達(dá)到密實(shí)。 為確保壓實(shí)效果，同時(shí)要對(duì)該土層進(jìn)行排水，降低地下水位，以防止飽和細(xì)砂產(chǎn)生液化現(xiàn)象 ，施工期的壓實(shí)沉降量為10cm左右。
建成的堆場(chǎng)不僅能滿足設(shè)計(jì)荷載要求，而且經(jīng)過(guò)10～15t裝載汽車使用的考驗(yàn)，得到使用單位的好評(píng)。考慮今后堆場(chǎng)上部荷載較大，如集裝箱碼頭以及道路工程需要，可在上述軟基加固的方案上，增設(shè)一層CE131土工網(wǎng)以及厚15cm的山皮石或道渣石，通過(guò)多次重碾壓實(shí)，從 局部試驗(yàn)資料表明，承載力可提高一倍。
1.2 鎮(zhèn)江大港木材碼頭護(hù)岸軟基加固(塑料排水板與土工布的聯(lián)合應(yīng)用)
該工程是一座江蘇省物資公司木材水陸運(yùn)輸中轉(zhuǎn)碼頭，它包括前沿建設(shè)2000t級(jí)船 舶的裝卸碼頭與后方陸庫(kù)堆場(chǎng)，堆場(chǎng)總面積有5000m2，均是利用回填長(zhǎng)江堤外漫灘的 水域場(chǎng)地。因庫(kù)場(chǎng)受下游馬鞍磯回流區(qū)的水流影響，漫灘的最大軟土厚度有10m之深，該土 層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較差，含水量40%～50%，空隙比與液性指數(shù)均>1，屬于偏高壓縮性軟 粘土，土質(zhì)透水性差，承載力較低，為保證陸庫(kù)與長(zhǎng)江江堤邊坡的穩(wěn)定，確保已施工高樁
碼頭樁基與引橋的安全，設(shè)計(jì)中首先 在1期圍堰施工前，先在灘面鋪設(shè)50cm厚的砂墊層，然后各墊上600g/m2維滌綸各50% 的針刺無(wú)紡?fù)凉げ迹詈筇钔林?在I期圍堰合攏后， 在堰內(nèi)抽干積水，沿碼頭深度方向采用長(zhǎng)度10m的塑料帶排水(見圖2)。根據(jù)經(jīng)費(fèi)的可能以 及本著加固大堤的目的，故采用三種間距(30、45、56m)進(jìn)行布置。
這種軟土地基處理方案，主要是通過(guò)土堤的自重進(jìn)行預(yù)壓，利用塑料板良好的垂直透水功能，降低淤積土的空隙水量，加速地基固結(jié)，提高土層的物理力學(xué)性能，防止江堤下部地基上抬的趨勢(shì)，增加了地基的承載力與抗剪能力;堤下土工布與砂墊層的作用是起橫向排水通道的作用，加快了土體的固結(jié);由于塑料排水帶尚具有足夠的濕潤(rùn)抗拉強(qiáng)度和抗彎能力，對(duì)減少因回填土引起整體土基的側(cè)向變位、控制土體變形和對(duì)已施工碼頭樁基的安全是十分有利 的。在圍堰外坡面內(nèi)設(shè)置的土工布?jí)|層(采用400g/m2針刺無(wú)紡布)，其作用起排水保 土反濾固坡和抵御波浪雙向水流對(duì)堤坡的沖刷作用，從而保證了坡面的穩(wěn)定(坡面上部壓坡 采用邊長(zhǎng)50×50cm、厚15cm的20#混凝土預(yù)制板)。
為了保證按平面問(wèn)題手算與平面有限元分析的結(jié)果，沿碼頭順岸布置三個(gè)斷面對(duì)空隙水壓力 、沉降(深層與地表)、水平位移(包括樁的傾斜)以及整體穩(wěn)定性進(jìn)行觀察，從監(jiān)測(cè)的歷時(shí)沉 降、位移曲線表明，總體沉降基本穩(wěn)定在45～60cm;水平位移在±10～20cm范圍，并隨 時(shí)間(兩個(gè)多月)位移逐步穩(wěn)定;基底土工布的最大拉力為7kN/m;這些數(shù)值與理論計(jì)算 值誤差在10%范圍之內(nèi)，較為接近，按條分法計(jì)算土坡穩(wěn)定的系數(shù)為1.06。經(jīng)過(guò)1991年特大 洪峰對(duì)岸坡沖擊的影響，碼頭整體保持穩(wěn)定，坡面保持基本良好，受到用戶高度贊賞。
2
防水毯航道工程
2.1 蘇南運(yùn)河無(wú)錫西段護(hù)坡工程(化纖模袋布的應(yīng)用)
根據(jù)蘇南運(yùn)河總體設(shè)計(jì)的原則，以四級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃，可通航千噸級(jí)船舶;在沿線集鎮(zhèn)段整治采用半直立式駁岸結(jié)構(gòu)形式，而在農(nóng)村段航道為斜坡式護(hù)坡， 為防止水土流失和經(jīng)受船行波的作用，沿線坡面一般采用了無(wú)紡?fù)凉げ忌细不炷?7～9c m厚的現(xiàn)澆或預(yù)制塊混凝土)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)形式。在施工階段，經(jīng)建設(shè)單位向設(shè)計(jì)人員反映，本航段比較寬闊，如采用常規(guī)的混凝土護(hù)坡方案，則要先修筑圍堰后施工，為減少修筑圍堰 對(duì)船舶安全航行的影響，提出不筑圍堰而在坡面上進(jìn)行水下澆筑混凝土的模袋(法布)護(hù)坡 方案，后經(jīng)設(shè)計(jì)調(diào)查研究，根據(jù)該段地形及土質(zhì)情況，同意采用法布水下混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)。
無(wú)錫西段堤頂高程一般在5.2～5.7m，土質(zhì)情況是：除地表0.5m為耕植壤土外，下部至河 床底均為黃灰色或灰黃色粘土或亞粘土，其主要物理力學(xué)指標(biāo)值均為上限。經(jīng)邊坡整體穩(wěn)定 (條分法)計(jì)算，可采用水下1∶2、水上1∶1的施工坡比進(jìn)行開挖。混凝土澆筑(包括水下部 分)利用機(jī)織土工模袋作為柔性模板進(jìn)行施工，該模袋采用高強(qiáng)化纖長(zhǎng)絲機(jī)織而成，柔性機(jī) 織模袋能適應(yīng)工程地形條件，并能保證混凝土由下而上填充成形，適應(yīng)水上水下施工，不需 修筑圍堰。在充填料未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，模袋面層能對(duì)水流與風(fēng)(波)浪變化起到過(guò)渡性的保 護(hù)作用。
防水毯袋的施工注意點(diǎn)：(1)關(guān)于土工模袋的縱向分段接頭以及頂部壓頂與基腳處理的方案。由于運(yùn)河中水的流速較小，該段土質(zhì)較好，且高度不大，分段模袋采用搭接方法，下 壓0.4m寬的土工布;在基腳處進(jìn)行水下清槽、挖溝深埋和固定壓腳;頂部端頭為防止雨淋 水滲或其它可能產(chǎn)生的機(jī)械性位移，必須采取壓頂(≥0.5m)措施。(2)護(hù)坡泄水孔設(shè)置于坡 面3.6m高程處，其施工是與模袋的高壓噴灌混凝土同步進(jìn)行，塑料管內(nèi)填塞化纖透水材料 。模袋內(nèi)采用泵車自下而上從灌口噴送灌15#小石子(瓜子片)混凝土(坍落度15～20cm )。
土工模具有占地少、開挖土方量少的特點(diǎn)，對(duì)于經(jīng)受船舶沖撞而言，它比斜坡式混凝土鋪板(或灌砌)護(hù)坡的抗損能力強(qiáng)，可減少修筑圍堰的費(fèi)用，且有利于施工期通航，以整體造價(jià)來(lái) 說(shuō)，比漿砌塊石墻造價(jià)要省10%～15%。
由于抗滑安全系數(shù)較低，實(shí)施中必須控制施工速度，對(duì)墻身砌筑與回填土進(jìn)行分層逐級(jí)加載(60d完成壓頂混凝土澆注和墻后回填土)，并對(duì)底板進(jìn)行墻身沉降、變形觀測(cè)，以控制施 工速度和檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果。
該方案的特點(diǎn)是通過(guò)逐級(jí)加載壓實(shí)，不斷加速基礎(chǔ)下土體的排水，提高其固結(jié)度，防止施工期基礎(chǔ)的破損，同時(shí)通過(guò)土工聚合材料具有較好的擴(kuò)散(受拉)性能，提高了基礎(chǔ)的承載力。
兩試驗(yàn)段(各30m長(zhǎng))施工后，檢查底板頂面沉降的最大值為45mm(兩層土工網(wǎng))，在墻身竣工后15d沉降基本穩(wěn)定，沉降值為3～5mm，沉降速率接近于零，檢查墻身未見側(cè)向位移，使用一年后也未見墻身發(fā)生變形(墻前的水下方按設(shè)計(jì)要求挖除)，說(shuō)明處理方案是成功的。該方案的造價(jià)比采用碎石樁或粉噴樁加固地基節(jié)省10%以上，而且施工方便。
與傳統(tǒng)的砂石濾層相比，土工織物除了“透水”、“保砂”的作用外，還具有“固坡”的特點(diǎn)，即土工織物將土質(zhì)坡面捆成一個(gè)整體，防止護(hù)坡坍塌，起到比較重要的作用。
3 船閘工程
無(wú)論在船閘的引航道護(hù)坡工程還是在其閘墻后的排水設(shè)施中，土工織物都是主要起反濾和排水作用，土工織物的反濾作用不是直接依靠它自身的多孔結(jié)構(gòu)，實(shí)際上，當(dāng)單向水流流過(guò)時(shí) ，土體內(nèi)部分的極細(xì)土顆粒仍然會(huì)流失，其水質(zhì)渾濁，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，水質(zhì)逐漸變清晰 ，鄰近未流失的較粗土粒自行架空，形成了“天然的級(jí)配濾層”，說(shuō)明此被保護(hù)土體內(nèi)的細(xì) 顆粒不再流失，達(dá)到平衡狀態(tài)，土工織物起到了濾層的作用;對(duì)于波動(dòng)水流(往復(fù)水流)沖擊 護(hù)面的情況，波峰及波谷的壓力絕然相反，不論產(chǎn)生何種壓力，土工織物都得具有一定的厚 度作濾層，才能保護(hù)住土坡或在波動(dòng)壓力下不致發(fā)生土體變形。
土工織物的濾層標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為：
Oed85<1(保砂性要求)
Oed15>1或KgKs>100(透水性要求)
式中：Oe--土工織物的有效孔眼尺寸;
d15、d85--土的粒徑、小于該粒徑的土的質(zhì)量分 別占土總質(zhì)量的15%和85%;
Kg、Ks--分別為土工織物和土的滲透系數(shù)。
土工織物倘若還需承擔(dān)排水作用(除反濾作用外)，則還需檢驗(yàn)織物的透水能力。即先按適當(dāng)方式估算所需的排水量，由此計(jì)算要求土的透水率ψr，將它與土工織物的透水率ψa作比 較，只有當(dāng)ψa>ψr，織物才是適用的。
用作濾層及排水的土工織物，雖不要求承擔(dān)建筑物等外加荷載，但應(yīng)能安全經(jīng)受住施工等應(yīng)力，美國(guó)AASHO-AGC-ARTBA曾提出有關(guān)土工織物強(qiáng)度的要求。
3.1 京杭運(yùn)河邵伯復(fù)線船閘工程(無(wú)紡?fù)凉げ嫉膽?yīng)用)
該閘閘室墻為輕型扶壁式結(jié)構(gòu)。在閘室墻的分段接頭處，墻的總厚度僅為60cm，當(dāng)布置銅片止水裝置后，兩側(cè)的凈厚度均<20cm，由于紫銅片止水槽的活動(dòng)端采用現(xiàn)場(chǎng)澆灌瀝青， 而瀝青又受溫度的影響，往往發(fā)生不密的現(xiàn)象，致使墻后水土由槽內(nèi)流入墻前，按以往的設(shè) 計(jì)只能加大接頭的厚度，這次由于在墻后的迎土面上加鋪了60cm寬(兩側(cè)墻各30cm)的400g/ m2的無(wú)紡?fù)凉げ迹雌鸬搅藶V層作用，也消除了水土流失。
3.2 南通九圩港船閘及劉山復(fù)線船閘工程
南通九圩港船閘閘室墻后的排水暗管是為了降低墻后的地下水位，確保墻體在完建期和檢修期安全的重要措施。為適應(yīng)墻后回填土的變形，船閘閘室墻后的軟體排水結(jié)構(gòu)采用了50的PVC聚氯乙烯雙螺紋透水管外包一層400g/m2規(guī)格的無(wú)妨土工布作為支管集水，而在500×400的排水棱體中應(yīng)用了500g/m2規(guī)格的無(wú)紡?fù)凉げ甲霭w，中間設(shè)3根50透水管作為集水 的主管，螺紋管與排水棱體的連接段使用了一種手工制作的土工布套，為的是防止排水棱體 外的土顆粒穿過(guò)螺紋管與土工布之間的空隙而帶入排水體中，造成排水設(shè)施失效，土工布套與土工布濾層密貼，提高了滲水保砂的效果，土工布搭接的長(zhǎng)度為300mm。
南通九圩港船閘中應(yīng)用土工布的包層達(dá)1380m2。由于排水體能適應(yīng)新填土的變形，使用可靠安全。
劉山復(fù)線船閘閘室墻后設(shè)置的軟式排水管中使用的聚氯乙烯(PVC)，這種第三代軟式加勁透 水管的應(yīng)用，可以達(dá)到強(qiáng)化透水的效果，加強(qiáng)管體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)過(guò)濾功能，使各種細(xì) 石、粘土、細(xì)砂土、有機(jī)物質(zhì)皆能過(guò)濾，讓吸水、透水、排水一氣呵成，達(dá)到排放潔水的目 的，同時(shí)該管施工簡(jiǎn)便，接頭處理安全可靠，受到施工與使用單位的好評(píng)并能適應(yīng)填土的不均勻沉降。
按照水力學(xué)計(jì)算，支管的內(nèi)徑為5cm，橫向間距為10cm，主管為15cm，該管由于采用高強(qiáng)小彈簧硬鋼絲作為主骨架，且鋼絲外包裹PVC(聚氯乙烯)作保護(hù)，不僅能承受高強(qiáng)壓力，埋土可較深，能適應(yīng)回填土產(chǎn)生較大的不均勻沉降，且不受地下水浸蝕與銹蝕的影響， 另外管襯上的各種不同功能的濾布及加強(qiáng)合成纖維，過(guò)濾及透水效果顯著。
3.3 高良澗復(fù)線船閘工程
高良澗復(fù)線船閘的上游面臨洪澤湖，風(fēng)浪大的幾率很高。為此，上游設(shè)置了500m長(zhǎng)的防浪堤，在防浪堤的護(hù)坡下設(shè)有土工織物墊層，其上現(xiàn)澆20#的混凝土，土工織物采用400g/ m2規(guī)格。 防浪堤的混凝土護(hù)面下的土工織物拼縫的搭接長(zhǎng)度不小于10cm，堤頭部分的拼縫搭接長(zhǎng)度 不小于100cm，其余部分的拼縫搭接長(zhǎng)度不小于50cm，每次縫合時(shí)必縫合兩道。連同上 下游引航道護(hù)坡的土工織物用量在內(nèi)，全閘用量達(dá)12.6萬(wàn)m2，高良澗復(fù)線船閘上下游引 航道護(hù)坡中鋪設(shè)土工布的情況。
根據(jù)美國(guó)陸軍兵團(tuán)1977年的標(biāo)準(zhǔn)，防止管涌及堵塞的標(biāo)準(zhǔn)為：
防止管涌：EOS≤D85 b(適用于小于0.074mm顆粒含量<50%);防止堵塞：EOS≮0.149mm。
EOS為等效孔徑，其值相當(dāng)于O95或O98。
如在船閘工程的防浪堤及引航道中，因?yàn)橥凉た椢锞佋O(shè)于迎水面，應(yīng)使用混凝土或塊石覆蓋，以便吸收風(fēng)浪的能量，避免由于周期波浪壓力的抽吸作用，使土工織物下方的塊石及土 粒產(chǎn)生土粒移動(dòng)，以致土工織物失去作用。
由于目前土工材料種類繁多，且新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，使用范圍日益廣泛，作者在實(shí)踐中體會(huì)到，在使用各種土工材料時(shí)，一方面要吃準(zhǔn)土工材料的技術(shù)指標(biāo)與功能范圍，另一方面要重視 應(yīng)用條件，為此，在材料到達(dá)工地時(shí)，要進(jìn)行必要的抽樣檢驗(yàn)，確認(rèn)土工材料的各項(xiàng)技術(shù)性 能是否符合要求，以避免出現(xiàn)工程質(zhì)量事故和不必要的經(jīng)濟(jì)損失;在條件許可的地方，進(jìn)行 一些工程中土工材料的實(shí)測(cè)，以便積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為今后經(jīng)濟(jì)合理地應(yīng)用土工合成材料創(chuàng)造 有利的條件。
