1 工程概况

　　程那里险工位于黄河右岸山东梁山县境内，相应黄河大堤桩号316+800~319+330。该工程始建于1953年，工程长度2350m，护砌长度1819.20m，共有17道丁字型坝。坝顶宽度15.0~6.60m，坝顶高程52.34~54.07m（黄海高程，下同），坦石边坡1:1.3~1:1.5，其裹护结构为丁扣石和粗排乱石；根石台高程47.27~46.27m，边坡1:1.3~1:1.5。该险工的1#~7#坝分别于1998年和2000年已按2000年黄河防洪标准进行了改建，在设计和施工中，均采用粘土坝胎作为土坝基的防护层。由于黄河径流多为高含沙水流，绝大部分黄河滩区土质为沙性土，存在着粘土料匮乏，粘土层太薄且尚未风华等问题，严重制约着工程施工进度，影响了施工质量和经济效益。

　　程那里险工与右岸上首伟庄险工和对岸下首梁路口险工形成节点工程共同控制河势流路。2001年改建的程那里险工8#~12#坝5段丁字型坝，始建于1964年，坐落于该工程近90°直弯处，在黄河中小流量时作为主坝靠大溜。在本次工程设计和施工中，采取土工布代替传统粘土坝胎作为坝基防护体的施工工艺。

　　2 设计缘由

　　2.1 坝基防护体的作用

　　黄河上的险工、控导、护滩工程中的石护砌工程，在土坝基与堆石体的结合部，传统的施工方法是采用粘土坝胎作为土坝基的保护层，其作用是抵抗水流和波浪淘刷，防止溃膛险情的发生，防止发生渗透破坏。

　　2.2 传统粘土坝胎施工工艺存在的问题

　　2.2.1 黄河滩区粘土资源匮乏，经济上不合理

　　由于黄河径流为高含沙水流，滩区土质多为粉质壤土，且层淤层沙，粘沙交替，纯粘土层较薄，且尚未完全风化，不符合粘土坝胎填筑施工质量要求，而符合施工质量要求的粘土不易寻找，远距离调土，工程造价高，经济上不合理。

　　2.2.2 粘土坝胎的传统施工方法难以保证施工质量

　　在黄河坝岸改建施工中，粘土坝胎的横向水平设计宽度只有1.0m，粘土回填、机械或人工夯实的工作面太小，而施工规范要求粘土坝胎填筑时要高出砌石面至少1.0m，回填土需木模板挡土，所立模板且是一斜坡（一般为1:1.3），立模的力度不易控制，都对夯实质量造成不良影响。由于粘土坝胎填筑后需要削坡与石方砌垒排整工序交叉进行，在土石结合部位，石块和土料存在混杂现象，影响到石块排砌质量。同时，石方施工自上而下抛投时对已填筑好的粘土坝胎造成一定程度的扰动破坏，使粘土坝胎难以保持其密实度，直接影响了粘土坝胎的抗冲刷、防渗透能力。

　　2.2.3 粘土坝胎的运行功能差

　　（1）土体长期承受冻融、热涨破坏，使原设计干密度降低；夏季雨水顺坦石坡侵入冲蚀表层土，有效厚度逐渐减少，从而使粘土坝胎失去抗淘刷和防渗能力。

　　（2）土粒结构在土体固结后，具有一定的粘结强度，在水中或饱和状态下，其粘结稳定性将大幅度降低。根据黄河洪水演变过程，在高洪水位下，坝基将长时间浸泡在水中，渗水将渗透粘土坝胎渗入坝基，而粘土坝胎无反滤排水功能，在波浪动力作用下或在水位下降时，易发生溃膛险情和渗透破坏。这是黄河大洪水期间坝岸坦石出现坍塌蛰陷的重要原因。

　　2.3 土工布代替粘土坝胎作为土坝基防护体的特征

　　（1）土工布材料强度高，整体结构好，受力性强，能够承受强大的波浪淘刷和水流冲力。

　　（2）土工布具有保土、反滤排水功能，按照设计，选择一定的等效孔径、渗透系数，在土工布与堆石体之间铺设一定厚度的碎石过渡层，在波浪淘刷和高洪水位下降时有效防止土坝基的土粒流失和渗透破坏。

　　综上所述，随着水利工程建设新工艺、新材料的应用，土工织物显示出不可比拟的优点。黄河险工坝岸改建利用传统粘土坝胎作为坝基防护体具有粘土资源匮乏，经济上不合理，易冲蚀，耐久性差，防渗效果不明显，退水时易发生渗透破坏。土工布作为坝基防护体具有较好的保土、反滤排水功能，克服了粘土坝胎所存在的缺陷。因此，在梁山程那里险工8#~12#坝5段坝改建工程设计中，在砌石裹护部位采用土工布代替粘土坝胎作为土坝基防护体。

　　3 土工布施工工艺

　　土工布铺设在黄河险工坝岸改建工程施工项目划分上为一分部工程，其埋设大样图如图3.1所示。

　　土工布外铺设厚15cm的碎石垫层，垫层外为坡度1:1.5的不等厚坦石防护层，土工布在坡顶即土坝基顶部埋入锚固沟内，锚固长度2.0m，坡趾在坦石底部沿坦石底宽和坡度1:1.3的土坝基斜坡铺到距坝项设计高程下0.5m处，以达到透水保土护坝基的目的，在49.0m、51.0m高程处设齿宽0.85m、齿高0.85m的齿坎两道，以增加土工布的稳定。

　　土工布作为反滤材料应满足保土性、透水性和防堵性。本工程选用CX200型针刺无纺土工布，其性能如下表：

　　土工布主要质量指标表

　　项目 单位 厚度 GBR顶破 断裂强度 断裂伸长度 撕破强力 渗透系数 等效孔径

　　T W T W T W

　　单位 G/m2 mm N N/5cm N/5cm % % N N cm/s mm

　　内容 500 4.0 3500 1300 1000 760 770 880 570 4*10-1 0.2

　　土工布铺设施工工艺程序为：

　　4、 防渗抗滑稳定分析：

　　4.1 计算原理

　　抗滑稳定计算内容为护坡沿土工织物与抛石防护层之间的界面滑动。界面的抗滑稳定安全系数必须符合工程技术规范要求。根据工程结构特点，其稳定计算按《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）进行，稳定计算参照该规范中防渗膜上保护层的稳定计算方法（规范附录A）进行。为安全起见，采用《堤防工程设计规范》（GB50286-98）中护坡稳定计算的方法对计算结果进行校核。其计算简图见图4.1和图4.2。

　　4.2 参数选择

　　（1）抛石、乱石内摩擦系数：根据以往工程运用情况，散抛乱石内摩擦角为40°~45°，采用40°，摩擦系数为0.839。

　　（2）散抛乱石与土工布之间的摩擦系数：根据《水利工程土工合成材料应用技术》，土工布与界面的内摩擦角，小于土体的内摩擦角，但大于0.8倍，据此，土工布与抛石之间的内摩擦系数为0.67~0.8，采用0.7。

　　（3）抛石容重：参照建筑结构荷载规范取γ=2.0t/m3。

　　4.3 抗滑稳定计算

　　（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》附录A中（A.4.1）式计算。

　　w1cos2α . tgφ1+w2tg(β+φ2) +c1τ1cosα+ c2τ2cosα

　　w1sinα .cosα

　　式中：干砌材料透水性良好时取：C1=C2=0

　　w1 w2--为主动楔体ABCD 和被动楔体DCE 的单宽重量，kN/m；

　　c1、φ1--沿BC面防护层与土工膜之间的粘着力(KΝ/ m2)和摩擦角（°），取c1=0，tgφ1=0.7；

　　c2、φ2 --防护层石料的粘聚力（KΝ/m2）和内摩擦角（°），取C2=0，φ2 =40°；

　　a--土工布铺设角度，tga=1/1.3=0.769，sina=0.61， cosa=0.79；

　　β--破裂角（坡度），计算取β=0°；

　　τ1、τ2--BC和CE的长度，m。

　　根据该工程所处河道位置，经分析水位降到D点时为控制情况，计算得稳定安全系数FS=1.30，满足稳定安全要求。

　　（2）根据《堤防工程设计规范》附录D中（D.1.1-4~-8）式对计算结果进行校核计算得：k=1.436＞1.3，护坡抗滑稳定安全系数满足稳定安全要求。

　　5 结论

　　土工布代替传统粘土坝胎作为坝基防护体，在黄河险工坝岸改建施工中进行应用，尚属首例。与传统粘土坝胎比较，具有以下优点：（1）工程造价低，经济上合理；（2）施工工艺简单，施工进度快，降低施工难度；（3）由于土工布具有较好的保土性、透水性、防堵性能，其防护功能、防渗功能、反滤功能效果好；（4）由于土工布具有强度高的特点，其耐腐蚀、耐久性好，使用寿命长。

　　由于土工布具有上述不可比拟的特点，在黄河流域的工程施工中和防汛抢险方面具有很高的推广应用价值。

　　参考文献：

　　（1）SL/T225-98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》；

　　（2）GB50286-98《堤防工程设计规范》；

　　（3）徐又建 李西宁 孟祥文 郭学鑫编著《水利工程土工布合成材料应用技术》。

　　（4）周传平 刘振华等《土工织物取代粘传统粘土坝胎的应用研究》

　　作者简介：侯新闻（1954-），女，山东定陶人，高级工程师。

　　作者单位：

　　侯新闻：山东黄河东平湖管理局

　　王修君：山东黄河东平湖管理局

　　韩民：海河流域管理局

　　王延清：山东黄河东平湖管理局