浅议土工合成材料在黄河防汛抢险中的应用（赵文丽,粟莲花,朱长兴）

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。土工合成材料不仅具有较高的强度，而且具有抗冲、耐磨、耐腐蚀和重量轻等特点。为此，在1998年黄河第四次大复堤以来，在堤防加固、险工改建、新修河道控导工程以及涵闸工程建设中得以广泛的应用，尤其是在黄河河道工程抢险中也得以一定程度的应用。下面结合土工合成材料的特点，对其在黄河防汛抢险中的应用进行简单的论述。

1、黄河抢险的传统材料的特点

黄河防洪工程安全渡汛主要采取两个方面的措施：一是非工程措施，包括抢险物料的准备、抢险人员组织、抢险工器具和设备的准备以及防汛宣传等等；二是工程措施，其包含两个层次的内容：第一是防护，就是避免险情发生；第二是抢险，即一旦险情出现，要迅速采取有效措施消除险情。

在黄河防汛抢险中传统材料主要为土料、砂石料、块石、柳秸料以及麻袋、铅丝网片、铁丝等，它们作为防汛用材已历史悠久，效果良好，仍然是当前防洪、抢险的主要材料。这些材料虽然有来源广、数量多能就地取材等许多优点，但也存在重量重、体积大、运输困难、施工劳动强度大、施工速度慢等不足。

2、土工合成材料的功能和作用：

（1）排水功能：土工织物能截断与汇集土体中的渗水，并能将渗水沿垂直织物平面或平行织物平面排出土体；

（2）反滤功能：由于土工织物构造上的水力学特性，在它排出渗水的同时，能拦阻土体颗粒不被带出；

（3）隔离作用：土工织物可能把不同性质或不同级配的土石料隔开，以免互相掺杂，从而可以保证施工质量；

（4）对土体的加筋作用：土工织物有较高的抗拉强度，在土体中可以约束土体的应变，提高土体的综合变形模量，减小土体变形，改善土体的受力状况。

土工织物这些功能和特性，可以克服或改善传统材料的缺点或不足。此外，土工织物施工工艺简单，易保证工程质量，施工速度快，工程造价低。因此对于防汛抢险这种时间性非常紧迫的工程，土工织物是一种十分理想的材料，特别对抢险过程中缺土缺砂石料的时更具有特殊的价值。

3、土工织物在防汛抢险中的应用

如何利用土工合成材料抢险，要结合实际具体分析。现针对黄河汛期常见险情提出抢护方案。

3.1防漫溢抢险

应用土工织物抢护堤、坝顶部的漫溢，主要的抢险方法有:利用编织土袋及混合子堤、编织袋与土工织物子堤、土工织物与土子堤加高加固堤防等。主要是利用编织土袋、土工软体排及土工膜的抗冲刷性，以保护抢修子堤的稳定。

3.2渗水抢险

汛期高水位历时较长时，在渗压作用下，水流向堤身内渗透，随洪水位升高，水压增大，浸润线相应抬高，其渗漏也随之出现，最后水流从背水坡渗出，若渗流量过大，出现浑水，背水坡松软，有滑坡，塌陷等险情时，宜用土工织物反滤排水，以稳定堤身土工织物用于土坝散浸排水方法有两种，一是用土工织物作贴坡排水，二是堤坡开挖导渗沟法。

用土工织物贴坡排水的施工方法是：先整平堤坡，或用砂填平，然后平铺土工织物。土工织物一般铺设在比逸出点高0.5～1m以上。然后在土工织物上铺放石子，石子上面可以放块石。施工时，不允许穿带钉子的鞋子作业，以免将织物扎破。织物之间搭接用线缝或用化学粘合剂粘合，搭接宽度一般为15cm左右。当渗透水通过土工织物排出以后，可以在堤脚开挖一条导渗沟，将集流引出，同时沟内也铺放土工织物。排水沟要开挖平整，土工织物要紧贴排水沟底和两侧，并与堤坡，坝坡的土工织物搭接粘牢，最后在沟内填放石子和片石压重。

堤坡开挖导渗沟法的施工方法是：从浸润线逸出点沿坡面至堤脚开挖若干横向沟（即垂直于堤身纵向轴线）沟的间距一般5m左右，沟深0.3～0.5m，宽0.3～0.8m，沟内必须开挖平整，然后铺放土工织物，在织物上面放小石子。土工织物放入沟内要预留一定宽度的织物在沟外，而且留在沟外的织物需盖上草席，以减少日光照射。

3.3管涌与流土抢险

管涌俗称翻砂鼓水，是土体中的细颗粒沿着骨架颗粒间的孔隙被冲出土体的现象，常发生在不均匀的无粘性土层。管涌孔径可达数毫米至数百毫米，孔周形成环状沙丘，冒水处水色混浊。近堤管涌的发展会导致土体塌陷乃至溃堤。流土是在渗流出口处土体突然松动隆起，发生浮动的现象，发生在粘性土层或比较均匀的无粘性土层。其危害与管涌相当。值得指出的是，在多层地基的堤段，险情往往相伴发生。

对于管涌等险情，应采用“上堵下排”方法来消除。当管涌不严重时，可直接在管涌部位，覆以透水性良好的、孔径较大的非织造土工织物，上压砂砾等盖重，即形成“透水盖重”，使渗水畅排，而土粒却被截留原位。当管涌严重时，可在涌水孔周围堆筑围井，井内保持一定水位，以降低该处的水力梯度，消除导致管涌的动水力(俗称其为“养水盆”)，使土体恢复稳定。

施工时应注意以下两点：第一，当管涌处水压较大，土工织物覆盖其上后，往往被水柱顶起来，一般说，这是压重不够，应当继续填压石子，也可以用草袋装石子压上去，直至压平为止。第二，当有些冒砂孔比较大时，将土工织物盖在上面，加压重后就会凹下去，甚至会将土工织物撕破。遇于这种情况，应当在孔内先用大石子，小石子瓜子片将孔洞填平（可略高于附近地面3～5cm）以分散集中的渗流。在瓜子片，石屑上面铺放土工织物并按前述办法加压重。

3.4裂缝抢险

对于汛期出现的堤坝裂缝险情，应引起足够的重视，它也可能是其他险情的预兆或者后果。在一般情况下，其抢护方法如下：

(1) 对于不甚严重的纵向裂缝，经观察已经稳定的，可从裂缝口灌人干砂壤土，用薄竹片捣固，并用土工膜铺在裂缝上，再用满足要求的土在裂缝上筑小土埂(宽约5～10cm，高3～5cm)，以防止雨水流入裂缝内。

(2) 对于宽3～4cm以上，深度超过1m的纵向裂缝，经检查无滑动(脱坡)现象，并已趋稳定的，可以先将其开挖，然后分层回填夯实与堤身相同的土料，每层厚度15～30cm，顶部高出堤面3～5cm，以防雨水流入裂缝内。

(3) 对于横向裂缝，若裂缝已漏水，应在迎水坡用土工膜截渗，背水坡做织物反滤。在堤上每隔3～5m，与裂缝相交垂直向挖槽，至看不见裂缝为止，分层回填与堤(坝)身相同土料。在某些情况下，有的裂缝除了填挖外，还需配合其他抢护措施。

3.5岸坡崩坍抢护

堤防的迎水岸坡，尤其是水流弯道处的凹岸，顶冲迎溜，加上风浪作用，最易使岸坡底受到冲刷或淘空，形成陡坡，终致失稳而坍或窝崩，危及堤防安全。同时也由于持续高水位，使堤内土体浸润饱和，抗剪强度降低而导致堤坡失稳。水位下降时，堤坡土体内重力水来不及排出，形成指向迎水坡面的渗流力。加上孔隙水压力过高，也是引起滑坡的重要原因。

可行的抢险方法如下：

对于崩塌险情，应以护脚为主。这时可在临河侧抛石、石笼、土工织物土枕或袋土，或在崩岸段沉放织造土工织物（或非织造土工织物）软体排，在其上加足够压载以抵抗水流冲力。对于经急流顶冲，堤坝前形成陡坎险情时，可采用织造土工织物土枕防护，其方法为：用织造土工织物或其与土工膜复合制成长6～12m、Φ50～60cm的土枕，枕内装土。沉放时把长土袋放在陡坎边缘，齐力往下推滚。如此一个接一个往下沉放，直到陡坎处土枕高出水面为止。

4土工合成材料评价

实践证明，在防洪抢险工程中采用土工合成材料用于护岸、护坡、抢修子堤、堤防背水处理管涌、渗水等险情时，有其明显的优势：

（1）整体性强

应用土工合成材料可以加工制作成长管袋、长管褥垫、软体排等，根据险情类别和大小而选用，不易发生局部冲刷，并很好地适应河床冲刷变形，起着非常好的防护作用。

（2）抢险速度快

在黄河防汛抢险中争取时间至关重要，若能抢在洪水到来之前完成抢修任务，就能保证防洪工程安全度汛；反之，将会遭受洪水危害，造成损失。

（3）适应性强

织造土工织物软体排沉放后，能与不同地形的河岸（堤坡）较好地贴合，并能随河床断面经淘刷变化而自行调整其位置，紧贴岸坡，发挥防冲护岸作用；同时它又可用作背水坡出现管涌险情时的良好滤层。

（4）抢险操作简便

通过实践应用是非常有效的，有时往往用几块土工布就可以迅速有效处理一处险情，可以说抢险简便快捷效果好。从而避免了长距离大量调集符合反滤要求的砂、碎石及梢、柳、秸料等问题。

总之，土工织物的独特优点越来越被广大治黄工作者所认识，用于防汛抢险有着广阔的前景和巨大的潜力。

稿件来源：黄河报·黄河网