隨著國家對(duì)黃河投資治理力度的加大,土工合成材料作為一種新材料,以其特有的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用在工程建設(shè)中。組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、土工特種材料和土工復(fù)合材料等四大類,而黃河上應(yīng)用較多的為土工布,它又包括有紡?fù)凉た棽、無紡?fù)凉げ純煞N。

  一、土工布的特點(diǎn)

  土工布主要是代替?zhèn)鹘y(tǒng)粒料建造反濾層和排水體,與傳統(tǒng)反濾層和排水體相比,它具有質(zhì)輕、整體連續(xù)性好、施工方便;抗拉強(qiáng)度高、抗腐蝕、抗微生物侵蝕性好;質(zhì)地柔軟,能與土料很好地結(jié)合;水下或土中耐久性和耐氣候性能較高、使用效果顯著等特點(diǎn)。并且土工布也滿足了一般反濾材料所具備的條件:1.保土性:防止被保護(hù)土料流失,引起滲透變形;2.透水性:保證滲透水通暢排除;3.防堵性:保證不被細(xì)土粒淤堵失效。

  土工布在使用時(shí)應(yīng)出具產(chǎn)品質(zhì)量合格證,同時(shí)需測(cè)試:物理性指標(biāo):單位面積質(zhì)量、厚度、等效孔徑等。力學(xué)性指標(biāo):拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、握持強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、脹破強(qiáng)度、材料與土相互作用的摩擦強(qiáng)度等。水力學(xué)指標(biāo):垂直滲透系數(shù)、平面滲透系數(shù)、梯度比等。耐久性:抗老化性、抗化學(xué)腐蝕性。測(cè)試需要有資質(zhì)的技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)部門進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)時(shí)根據(jù)工程需要和具體施工要求,可相應(yīng)增加或刪除相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目,并出具詳細(xì)的檢測(cè)報(bào)告。

  二、工程施工

  1、工程概況

  東壩頭控導(dǎo)工程位于黃河右岸,相應(yīng)黃河大堤公里樁號(hào):131+720~164+045,是黃河下游河道整治的一處控導(dǎo)工程,F(xiàn)有丁壩14道,其中:4~6壩為拐頭丁壩;新1~3壩、7~13壩為園頭型丁壩,為土石結(jié)構(gòu)。

  始建于1964年,在夾河灘護(hù)灘工程下首約300m修建丁壩6道,4~6壩為拐頭壩,1~3壩為園頭型丁壩;1970年7月為了減輕和改變控導(dǎo)工程1壩,全壩著溜現(xiàn)象,使出流穩(wěn)定,又在1壩上游修建新1壩;1990年由于大河主溜下挫,在6壩以下座灣坍塌,當(dāng)年水中進(jìn)占修筑修建了7~8壩;1991年水中進(jìn)占修筑9~10壩;2003年水中進(jìn)占搶修了東壩頭控導(dǎo)11~13壩,13壩是土工布護(hù)底水中進(jìn)占修筑。

  2、施工過程

  多年來水中進(jìn)占?jí)味际遣捎昧瘬膫鹘y(tǒng)方法修筑,2003年東壩頭控導(dǎo)下延11~13壩,11~12壩也是采用傳統(tǒng)柳石摟廂進(jìn)占的方法施工。

  在工期緊任務(wù)重的情況下,施工指揮部成員召開會(huì)議,會(huì)議主題是:土工布護(hù)底水中進(jìn)占方法。內(nèi)容:采用柳石摟廂進(jìn)占施工時(shí),占體前流速加大,挾沙力提高,占體前河底沖刷嚴(yán)重,增加了施工難度,增加了工程用料,將占體部位鋪上土工布來解決占體河底淘刷,占體抓底后,起到了阻水作用,用土工布護(hù)住進(jìn)占部位河底,使水流在土工布上流過,河底不在因受水流沖刷變形,這樣即可節(jié)省料物也可提前進(jìn)占時(shí)間,決定東壩頭控導(dǎo)下延13壩水中進(jìn)占施工中采用土工布護(hù)底。

  護(hù)底土工布制作:先將成捆土工布進(jìn)行裁剪,長度為26m,土工布幅寬3.8m,裁7幅,采用縫合法進(jìn)行縫合,幅與幅縫合寬度為15cm,用尼龍線縫合3道,15cm處1道、10cm處1道、5cm處1道,縫合好后的整塊土工布寬度為24.8m.在縫合好的整塊土工布的一頭折回50cm,折回的兩頭,各留1m不縫合栓大繩用,1m以外縫合成布袋狀,用皮尺和粉筆畫線,50cm間隔進(jìn)行,人工將50cm的格縫合留口,以備裝碎石。制作完折疊后運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)。

  拋籠定點(diǎn):需用20t的鐵船叁只,船上各備捆好裝石料鉛絲籠兩個(gè),將鉛絲籠上綁兩根搶險(xiǎn)用的鏈子繩,用船將叁個(gè)鋼絲籠拋至占體上游15m處,平行占體成排拋投,間隔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拋一個(gè)鋼絲籠,以便土工布下水后進(jìn)行定位。

  土工布上船擺放:將縫合好的土工布在壩岸的空地上鋪開,將繩栓好,土工布的上游有布袋的一條邊栓鏈子繩三根,兩個(gè)角各栓一根,中間栓一根,下游的兩個(gè)角各栓一根,一定要栓牢固。繩栓好后,從無布袋的一邊開始卷,卷成長條狀,一定要將縫好的布袋卷在外面,以備裝石作碎石枕用。將卷好的土工布擺放在船上,用準(zhǔn)備好的碎石裝進(jìn)縫合好的土工布袋內(nèi),用人工將布袋縫合嚴(yán)密。

  船只定位:用所拋的鉛絲籠將各船只定位,把拋投船固定在全適位置,將鉛絲籠上的繩從船底下與土工布上的繩相接,做好一切準(zhǔn)備工作。

  拋投土工布:上游水深3m,占體前水深6m,流速1.5m/s,夾河灘流量570m3/s。指揮員一聲令下,船上人員各抱一碎石枕同時(shí)向河中拋投,土工布上游邊有碎石枕墜著,先沉入河底,成卷的土工布利用河流的沖力迅速展開,因受動(dòng)水壓力的作用土工布慢慢地貼到河底,保住進(jìn)占體下面的河底不被沖刷。

  整個(gè)過程:船只到位-展土工布拴繩-土工布成卷上船裝碎石-拋投船只定位-開始拋投-碎石枕入水-土工布全部入水,時(shí)間用57分鐘。進(jìn)行占體部位的河底受到保護(hù),水流只能從土工布上面流過,而河底就不會(huì)受沖刷。

  三、應(yīng)用成效分析

  1、洪水情況

  2003年9月10~19日花園口站和夾河灘站流量基本上維持在2500m3/s左右。黃河防總辦公室通知,小浪底水庫自9月18日18時(shí)30分起結(jié)束防汛預(yù)泄調(diào)度,由于蔡集灘區(qū)生產(chǎn)堤近水,為配合地方政府堵復(fù)口門,按控制花園口流量800m3/s左右下泄。9月20日以后,小浪底水庫下泄流量控制在164~1020m3/s;花園口站和夾河灘站流量保持在1200m3/s左右。

  9月24日-27日,小浪底水庫下泄流量控制在1830~2350m3/s之間;花園口站流量近幾日在持續(xù)上漲,至27日該站流量在已上漲至2660m3/s,夾河灘站流量于27日4時(shí)已上漲至2440m3/s。

  10月1日至11日,三門峽水庫下泄流量在1960~4500m3/s,小浪底水庫10月1日-6日8時(shí),下泄流量控制在502~2260m3/s之間;伊洛河黑石關(guān)流量再次漲水,最大流量為1420m3/s,沁河小董站最大流量為374m3/s;▓@口站最大流量2760m3/s,夾河灘站流量為2300~2600m3/s。

  盡管洪水流量沒有達(dá)到東壩控導(dǎo)工程的防御標(biāo)準(zhǔn)(4000m3/s以上),但嚴(yán)重影響河道的行洪能力,同時(shí),也給工程造成一定的危害。

  2、出險(xiǎn)情況

  經(jīng)過“03.8”洪水的考驗(yàn),在蘭考黃河河務(wù)局所轄工程范圍內(nèi),出現(xiàn)了多處險(xiǎn)情。其中東壩頭控導(dǎo)11~12壩,為水中進(jìn)占修建新壩,雖壩體設(shè)計(jì)采取了反濾、排水等措施,但修壩水中進(jìn)占時(shí)占體下面沒有鋪設(shè)土工布,沒經(jīng)受住洪水的考驗(yàn),勻出現(xiàn)了不同程度的壩頂(壩坡)裂縫、猛墩猛蟄、根坦石下蟄等較大險(xiǎn)情。而新修13壩僅出現(xiàn)根石走失一般險(xiǎn)情。

  3、險(xiǎn)情分析

  洪水過后,經(jīng)技術(shù)人員分析險(xiǎn)情發(fā)生原因,一致認(rèn)為壩垛出險(xiǎn)主要是因?yàn)楹樗ㄟ^坦石縫隙,淘刷主壩體,隨著洪水的漲落,壩體土料被水流挾帶流失,引起壩頂(壩坡)裂縫、坦石下蟄等險(xiǎn)情。而東壩頭控導(dǎo)13壩經(jīng)這次洪水的考驗(yàn),未出現(xiàn)壩頂(壩坡)裂縫、猛墩猛蟄、根坦石下蟄等險(xiǎn)情。分析其原因,主要是水中進(jìn)占修筑時(shí)在占體下部平鋪了一層土工布,而土工布的作用恰恰是保土、反濾、排水。當(dāng)洪水通過坦石縫隙和土工布浸入壩體后,在洪水漲落過程中,浸入壩體內(nèi)的水依據(jù)土工布的排水性只能把水排走,而不能把壩體土料挾帶走,故沒有引起壩體土料的流失,壩出險(xiǎn)的可能性降到了最低點(diǎn),而這正是土工布保土、反濾、排水特性的具體表現(xiàn)。

  四、小結(jié)

  各種新材料、新技術(shù)在黃河防洪基建工程中的推廣應(yīng)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。但有些新材料運(yùn)用的時(shí)間較短,缺乏具體完善的施工方法、技術(shù)措施及質(zhì)量控制措施等,很容易出現(xiàn)新問題,這些問題都需要我們?cè)诮窈蟮氖┕ぶ兄鸩教剿、總結(jié),使各種新材料、新技術(shù)都有各自的用武之地,充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì),為黃河防洪工程服務(wù),確保黃河安瀾。