一、土工布的特點
隨著國家對黃河投資治理力度的加大，土工合成材料作為一種新材料，以其特有的特點被廣泛運用在工程建設(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)凉た棽肌o紡?fù)凉げ純煞N。
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。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。
土工布在使用時應(yīng)出具產(chǎn)品質(zhì)量合格證，同時需測試：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)：拉伸強度、撕裂強度、握持強度、頂破強度、脹破強度、材料與土相互作用的摩擦強度等。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。測試需要有資質(zhì)的技術(shù)質(zhì)量檢測部門進行檢測，檢測時根據(jù)工程需要和具體施工要求，可相應(yīng)增加或刪除相關(guān)檢測項目，并出具詳細(xì)的檢測報告。
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：131+720-164+045，是黃河下游河道整治的一處控導(dǎo)工程。現(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)年水中進占修筑修建了7-8壩；1991年水中進占修筑9-10壩；2003年水中進占搶修了東壩頭控導(dǎo)11-13壩，13壩是土工布護底水中進占修筑。
2、 施工過程
多年來水中進占壩都是采用柳石摟廂的傳統(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議，會議主題是：土工布護底水中進占方法。由河南黃河河務(wù)局防汛辦公室主任高興利主持，內(nèi)容：采用柳石摟廂進占施工時，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，用土工布護住進占部位河底，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)省料物也可提前進占時間，決定東壩頭控導(dǎo)下延13壩水中進占施工中采用土工布護底。
護底土工布制作：先將成捆土工布進行裁剪，長度為26m，土工布幅寬3.8m，裁7幅，采用縫合法進行縫合，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間隔進行，人工將50cm的格縫合留口，以備裝碎石。制作完折疊后運往施工現(xiàn)場。
拋籠定點：需用20t的鐵船叁只，船上各備捆好裝石料鉛絲籠兩個，將鉛絲籠上綁兩根搶險用的鏈子繩，用船將叁個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鋼絲籠，以便土工布下水后進行定位。
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，兩個角各栓一根，中間栓一根，下游的兩個角各栓一根，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，因受動水壓力的作用土工布慢慢地貼到河底，保住進占體下面的河底不被沖刷。
整個過程：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，時間用57分鐘。進行占體部位的河底受到保護，水流只能從土工布上面流過，而河底就不會受沖刷。
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800 m3/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，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。花園口站最大流量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)（4000 m3／s以上），但嚴(yán)重影響河道的行洪能力，同時，也給工程造成一定的危害。
2、出險情況
經(jīng)過"03.8"洪水的考驗，在蘭考黃河河務(wù)局所轄工程范圍內(nèi)，出現(xiàn)了多處險情。其中東壩頭控導(dǎo)11-12壩，為水中進占修建新壩，雖壩體設(shè)計采取了反濾、排水等措施，但修壩水中進占時占體下面沒有鋪設(shè)土工布，沒經(jīng)受住洪水的考驗，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情。而新修13壩僅出現(xiàn)根石走失一般險情。
3、險情分析
洪水過后，經(jīng)技術(shù)人員分析險情發(fā)生原因，一致認(rèn)為壩垛出險主要是因為洪水通過坦石縫隙，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、坦石下蟄等險情。而東壩頭控導(dǎo)13壩經(jīng)這次洪水的考驗，未出現(xiàn)壩頂（壩坡）裂縫、猛墩猛蟄、根坦石下蟄等險情。分析其原因，主要是水中進占修筑時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，壩出險的可能性降到了最低點，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。但有些新材料運用的時間較短，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在今后的施工中逐步探索、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，為黃河防洪工程服務(wù)，確保黃河安瀾。 |