一文看懂土工布在堤防工程中的作用

土工布是堤防工程中常用的一种材料，主要作用是起到隔离的作用。它可以防止洪水等自然灾害对堤防的破坏，同时还可以减缓水流的冲击，增加堤防的稳定性。此外，土工布还可以吸收水分，降低堤防表面的温度，减少因水热作用而引起的变形。今天我们将探讨土工布在堤防工程中的作用，让我们一同来了解。

通过分析堤防工程施工，总结出土工布技术在堤围工程施工中的应用效果，并将其推广到新建和维护堤围以及整治航道工程中，可以获得明显的经济效益和社会效益。

一种新型建筑材料被称为土工合成材料，它是由合成纤维、合成橡胶和塑料等聚合物制成的。在岩土工程中，该材料可用于保护和加强土体，不论是土体的表面，还是其内部或各层间。水利工程项目中广泛使用土工布材料，特别是在水库的围坝护坡项目中。通过持续研究和试验，已经探索出一整套具有土体特征的护坡土工布的反渗透施工方案，取得了良好的经济和社会效益。

一、土工布的特点

所谓土工合成材料是指在岩土工程中使用的人工合成高分子聚合物化工原料，如聚乙烯、聚丙烯、聚脂、聚酰胺、聚氯乙烯和聚烯烃等，它们具有质量轻、柔性好、强度高、整体性强、不易腐烂、耐久性强、力学性能良好等特点，并且在经济、生产、运输和施工方面成本低、便利。

二、土工布砂垫层结合反滤结构及人工降雨冲刷试验

由于堤防围坝线长且容易被雨水冲刷，部分堤坝工程曾遭受雨水冲刷而受损。为此，在水库建设中采用了土工布和10厘米中砂垫层结合的反滤结构。该结构的原理是，当坝体在施工过程中遭受暴雨冲刷，或在运行期间水位骤降时，土工布和坝面之间形成在砂层中进行流动的“径流”，以防止径流直接冲击坝面，从而保护坝体。

为了进一步证明水库围坝护砌的施工合理性，以确定最佳的垫砂厚度，现场进行了人工降雨试验。试验分为两个阶段。第一阶段没有砂垫层，直接在已施工完毕的坝体上铺设350克/平方米的土工布，然后干砌厚度为30厘米的片石。第二阶段先在施工完成的坝坡上铺设10厘米厚的砂垫层，然后平整并喷水压实，再铺设相同规格的土工布，最后干砌厚度为30厘米的片石。降雨试验采用两台QY-15型潜水泵并联，将水打入Φ100毫米主输水管，流入两侧Φ20毫米口径的配水支管。28根配水支管每根长度为9米，管间距为1.9米，在每根支管上开设3排孔洞，间距为15厘米，孔径为2毫米。水从孔洞内喷出，洒落在干砌石坝坡面上。

经过人工降雨试验发现，第二段铺设砂垫层的坝体未受到冲刷，坝坡处于稳定状态，砂垫层厚度符合施工标准要求。然而，拆除片石和土工布后发现坝坡出现了43条大小不等的冲沟，其中最大的两条宽度达40厘米，深度为25厘米。试验结果表明，土工布砂垫层结合反滤结构是保证水库围坝在50年一遇的暴雨下保持稳定状态的必要措施，否则会导致坝体被破坏。反滤结构的“保土”和“透水”功能也能够得到有效保持。

三、土工布在堤防工程上的应用

1、采用土工布作坝体反滤

通常堤坝决口和溃堤的主要原因是反滤层受损。为了防止土体被冲刷，土工布被应用于坝体的反滤结构，并采取“先竖干砌石，后挂土工布，紧跟填土”工序方法。这样能保证土工布更有效地发挥其透水和保砂功效，并保证施工质量。此方法能有效控制每层施工，同时保证土工布铺设的质量。

（1）土工要与山皮石相比有更佳的工程效果。传统以山皮石作反滤层，突出问题是施工质量无法得到保证，特别是在泥沙含量较多的情况下，当泥沙在海潮冲刷下流走时，常常出现下陷与裂缝的现象；泥沙一旦挤进石块的缝隙，将排水通道堵塞，将产生孔隙水压力，对石堤极其不利，增加了石堤的倾覆力矩。采用土土布作反滤层利用其滤砂排水的功能，使山皮石存在的难题得到彻底解决，堤坝安全也得到保证。

（2）使用土工布可以大大简化施土程序，传统使用山皮石需要增设1道打桩的扎围以保证反滤层填筑宽度，这会耗费大量人力物力，然而土工布不需要这一步骤，可以极大地节省人力物力，并加快施土进度。

（3）填筑材料的选择受到了限制，但这一局面得以缓解。在使用土工布作为反滤层之前，土堤填筑通常采用堤围区附近的粘性土材料。然而，一旦堤围施土提速，粘性土的量就无法满足工程的需求。采用土工布作为反滤层后，填筑材料的选择性得到了增加，填筑时可利用堤围附近产生的粉砂和中砂。

（4）使工程造价得到降低。

①1道打桩扎围的工序被省略，可节约费用5万元/km；

②2种反滤层所用材料的差价可节约费用50%，达6万元/km；

③更换填筑材料可节省35万元/km，这三项共计节约成本46万元/km。

2、土工布应用于水闸和船闸上下游的护坦防冲护底

在堤防施工中，普遍应用了钢筋混凝土箱底板和梁板式岸墙预制水闸，它的优点是造价较低、结构合理，以及方便施工。但同时也存在某些问题，如闸室的上下游已依照设计做了长10m，厚0.9m的抛石护坦，可是在堤坝运行中，仍遭遇到淘刷，出现年年抛石年年受冲刷的现象，每年都要投入大批人力物力做堤坝维修。采用土工布的具体方法是：将用防老化胶丝缝纫的土工布拼成面积为386m2大块，采用直径为4mm的胶丝制成网络形的骨架，采用土土布缝纫将土工布进行固定或者上下夹住，起到加筋的作用，四周的边框采用小于8mm的粗胶丝绳进行加固，以增强施土时产生的抗张力。在制作完毕之后，将其运到浮运闸的预制现场，一端采用膨胀螺丝固定于空箱底板的侧墙之上，然后卷成筒状进行缚紧，再与浮运闸一道浮运至闸址处，在施土时由潜水员来解开。利用潮水牌在低谷或停流前后流向的变化，分别将土工布顺着两次流向摊开并展开在水面上。施工人员张拉四角的胶丝绳，用钢管桩固定并拉紧。然后，载满块石的船舶进入布面，就位排列间距，同时均匀地投掷块石。投掷过程中，探测水深度，通过控制厚度，确保抛石体平整，直至达到设计高度。

经过数年定期检测，未发现冲刷现象并无需进行石块补充，水闸能够正常运行。应用土工布保护水闸，可防止冲刷和保护底部，其作用如下：。

①由于土工布具备的防渗作用，防止了渗透性破坏如冲刷和管涌，从而保障了闸基和坦基的安全和稳定。

②通过加筋作用，土工布提高了地基的承载能力，从而使得地基的应力和沉陷更加均匀。此外，土工布还能够消除因块石对软基施加的力集中而导致的挤压剪切破坏。

③土工布的隔离作用不仅确保了软基的竖向排水，加快了固结速度，还能防止淤泥从石缝中挤出流失。

总的来说，通过实践证明，在引堤基础施工中铺设土工布可以有效减少块石的沉没和土方淘刷造成的损失，同时降低施工量、提高施工速度，避免基础被冲刷，保障水闸的安全。此外，土工布的隔离功能可以确保软基的竖向排水固结，提高地基的承载力；而其“加筋”功能则有助于均匀分布应力，避免局部下陷。初步统计显示，使用土工布加砂垫层复合反滤结构的工程成本比过去采用的砂砾料反滤结构下降了约40%。

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