土工布在黄河工程水中进占筑坝施工中的应用

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土工布在黄河工程水中进占筑坝施工中的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 2130


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

鉴于复合土工膜部分现场观测成果合成材料在工程应用中具有一定的抗老化能力,故有些国家的某些文件中对其使用年限作了较为宽限的规定,如前苏联BCH07-74《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》中规定,聚乙烯土工膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。奥地利林茨公司发表的“聚丙烯复合土工膜土工合成材料的长期性状”一文中的结论写道:“对聚丙烯的15年以上的现场应用经验表明,它们的化学和生物稳定性高;织物的最大损坏是在施工中;铺设以后没有大变化;……可预期超过100年的稳定性。

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。


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