摘要：土工合成材料具备多种类型，使用性能较高，从而被应用在水运工程防冲刷、生态护坡等各种施工作业中。本文主要对土工合成材料在水运工程中的应用技术进行分析，以期加强土工合成材料的使用效果。
关键词：土工合成材料；水运工程；应用技术；防冲刷
引言：
石油化学工程与纺织工程的快速发展，生成了一种交叉学科的产品——土工合成材料。其主要制作原料为合成纤维、塑料、合成橡胶等，具有反滤、排水、充填袋筑堤等较多功能。在1962年，美国南卡罗林拉州公路局将沥青制作的一种与土工膜材料十分相似的材料洒在棉布上，之后将其使用在土木工程建设过程中，这是作为土工合成材料的重要开端。自20世纪50年代后，将塑料薄膜当做主要的防渗材料应用在水闸、土石坝等下骨干工程中。20世纪60年代，除了将塑料薄膜这种土工合成材料使用于防渗工程，大部分应用的材料为纺土工织物，同时使用在不重要或临时性的工程中。有纺土工织物具备较强的方向性，会花费较高成本，因此没有获得良好的发展。在20世纪60年代末期，无纺土工织物被研发，促进土工合成材料获得新的升级。这种材料最开始被应用在欧洲，同时应用范围快速拓展到世界各地。
1土工合成材料的主要性能与应7用
根据水运工程中不同区域的各种需求，基于建筑物的类型，可以将土工合成材料划分成防波堤、防沙堤等堤身结构[1]。在相同的建筑物内，同时使用多种类型的土工合成材料，会发挥不同的作用与效果。在防波堤、防沙堤等相关建筑中使用土工合成材料，可以发挥滤层、充沙袋等相关作用，其也作为软弱地基竖向排水系统的不可或缺部分之一。其中会使用不同材质界面隔离层作为滤层，可以将其使用在堤身、地基土等相关材料中，从而发挥保土、透水等功能，还可以起到良好的防淤堵功能。在处理软土地基的过程中，应使用具备较强抗拉强度、较低延伸率的土工合成材料，从而加强软基的稳定性与可靠性。
2土工合成材料在水运工程中的应用领域与发展进程
2.1应用在防冲刷领域
2.1.1计算护底软体排结构稳定性与余排宽度
护底软体排主要包含土工织物与压载块体，具备较高的包砂性与透水性，同时还可以有效应对河床的变形问题，因此可以起到避免或降低被守护区的冲刷问题。在20世纪70年代，我国第一次将砖块压载土工织物当做护底软体排，之后还研制了各种压载结构的护底软体排[2]。例如1998年的长江口深水航道建设工程中，由于我国土工合成材料制造技术的持续进步，开发出具备更强保砂性与透水性、防老化性的机织布结合无纺布，同时还包含混凝土连锁块压载性能的土工织物软体排，还将冲刷后结构稳定性需求作为基础，对余排长度进行确定。
2011年，我国建设了长江南京以下12.5m深水航道一期工程，经过对之前工程损坏的实际情况充分调查与分析，使用数学模型计算与物理模型试验的方式对软体破坏机理进行研究，充分考虑了水流结构、波浪等相关因素，可以将其使用在潮汐河段软体排压载稳定重力计算方式与余排宽度确定办法中。
对冲刷产生影响的因素较多，无法使用经验公式正确预报冲刷情况。为了在条件十分复杂的情况下确定排外冲刷与余排宽度，建议采用范围较大的水流泥沙数模与动床物模，还可以采用地质抗冲分析与典型土质抗冲试验，之后将实验结果作为基础构建局部动床冲刷物模与小范围三维水流泥沙数模，从而对冲刷深度起到良好的预报与验证作用。
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2.1.2新型软体排土工布材料的开发与使用
在传统的连锁块软体排土工布中主要包含机织布、无纺布、加筋带。但在近几年来，人工成本与现场施工成本大幅增加，研发出了一种新型的NGR护垫，其作为连锁块软体排土工布[3]。这种新型的NGR护垫具备以下应用优势：第一，施工难度较低，操作便利。可以有效避免传统施工过程中存在的多层材料铺设问题，仅仅铺设一层就可以发挥加筋、排水反滤等优势，不仅可以有效减少施工成本，还可以缩短施工时间。第二，使用性能十分稳定。出厂过程中的NGR护垫已经具备了较强的性能，同时其属于有机整体，使用时可以避免在施工现场进行二次加工，也无需大面积加工与制作场地，即使实际施工处于十分复杂的水下工况基础上，依然可以确保整体的稳定性与可靠性。
2.1.3新型主动式钩连体开发与使用
20世纪80年代之后，相关技术人员开始深入探索利用空间构件的方式对守护区水沙特点进行改善与优化，从而达成主动防冲刷的效果。最早开始使用的土工合成材料为水利系统应用在冲刷岸边区域中的混凝土四面六边透水框架。这种构件被高效使用在长江中游部分工程中，但这种框架间钩连性较差，整体稳定性较低。与此同时，由于框架杆件焊接部分很容易出现腐蚀、开裂的问题，最终造成结构完全被破坏[4]。
应用在长江南京深水航道工程过程中，规划设计团队研发并制作了扭双工字透水构件，主要制作材料为钢筋混凝土，完成抛水处理后框架之间形成互相嵌套，同时形成孔隙性垂向分布十分均匀的防护层，将其应用在水流条件较为复杂的情况下也可以获得较强的群体稳定性，使底层流速获得有效消减，还可以对滩面冲刷形成有效的抑制。
2.2应用在生态护滩、护岸中
基于含有植物生长条件基础上，洲滩需要采用护滩或护岸工程过程中，经常会包含两种区域，一是滩体或岸边原本作为就是高滩植物的生长范围，二是高滩区域或岸边由于冲刷导致的泥土流失、降低高程、植物死亡等情况，但低水位依然作为可露滩区域。这两种类型的区域如果使用传统的硬化覆盖形式进行守护，不仅会对原本的生态系统产生严重的破坏，还无法取得良好的守护效果。随着人们的环保意识不断提升，相关技术人员开始使用新的技术方法从而满足工程需求。
在长江南京水航道工程一期工程建设过程中，使用土工合成材料在这两种区域中，同时研制了两种类型的生态护滩结构。在对生态保护区处理过程中，使用了大网格土工格栅软体排保护滩面，结合十字块压护格栅软体排的工作方式。在处理生态修复区的过程中，开发了可以对植物根系提供保护同时具备一定穿透力的土工布，还研制了一种具备孔径较大、抗老化性能较高的生态排布，使用混凝土方块作为排布压载结构。
结语：
目前，国家着力推进绿色、生态航道建设，京杭运河六圩口至施桥船闸段航道5.3km整治工程将于2019—2020年建设，由于该段航道属于潮汐航道，水位落差较大（废黄河高程0.4～7.0m），如何在确保航道整治安全、稳定的前提下，减少基础土建工程的投入，增加绿色、环保的生态工程建设成为研究的重点。研究者将结合工程实际使用新材料或者新构件，并注重以下几点的研究：第一，具备较高强度与耐久性的土工合成材料；第二，具备更低适应渗透粒径、较高透水性、防堵性的新土工合成材料；第三，可以满足高含泥量疏浚土充填袋布需求的土工合成材料。
参考文献：
[1]赵彤.土工合成材料在水利工程中的应用探讨[J].治淮，2018（10）：37-38.
[2]张东岭.水利工程中土工合成材料的应用及质量控制[J].河南建材，2018（04）：445-446.
[3]唐加尔克•也斯木汉.土工合成材料检测技术中常见问题及其影响[J].陕西水利，2018（S1）：170-171.
[4]李晓东.土工合成材料在公路软基处理中的应用分析[J].四川水泥，2018（06）：324.
论文作者:文红
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/23
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