摘 要 根据土工织物滤层特性及航道护坡对土工织物滤层的作用机理和性能要求，提出了航道护坡土工织物滤层的设计准则，并结合多年的观测试验进行校核，说明采用土工织物作护坡滤层的材料是完全能够适应护坡滤层的透水性能要求的。
关键词 航道 土工织物 设计
土工织物作为一种新颖的工程材料，已被人们所认识，广泛应用于水利、交通、建筑和国防等工程领域。苏南运河镇江段从１９９０年陵口段航道整治开始，至１９９７年谏壁越河口段整治结束，历经了六个年限，计建成混凝土预制块护坡７２．８Ｋｍ，占全线已建成护岸总长度的８６．９％。混凝土预制块护坡总面积为１２２．７７２万ｍ２，实际耗用土工布达１４６．９６万ｍ２。成功地对粉砂土和淤泥质亚粘土航道边坡进行了防护。目前，镇江段运河已建的７０多公里的护坡先后已经历了３～１０年的运行，均未发生因土工织物的质量问题而导致边坡大面积严重损坏或坍塌现象，充分显示了土工织物滤层护坡的优越性。
我处从１９９７年起对镇江段运河已铺设的护坡土工织物滤层，采用定点、定期观测、取样试验的办法，对其基本特性指标进行跟踪研究，证明苏南运河镇江段航道护坡土工织物滤层的设计是合理的，可作为航道护坡或其他类似工程滤层设计的一个参照。
１ 土工织物的主要特点
无纺土工织物土工织物的主要类型之一是人们以天然气、煤炭、石灰石和石油等用原料，通过化学方法合成的高分子聚合物，并利用模拟缫丝设备，抽成合成纤维制作的无纺织物。这种新型建筑材料在我国铁路、公路、港口、水利、建筑以及国防等工程领域中应用甚广。在陵口段护坡结构型式选定以后，为了对土工织物滤层的特性进行论证，对合理选用土工织物的规格品种以及对其主要物理性能指标进行选择和控制，我们在现场采集了四类代表性土样（Ａ类为黄色极细砂、Ｂ类为亚砂土、Ｃ类为淤泥质亚粘土、Ｄ类为黄色亚粘土）委托南京水科院进行室内试验。南京水科院于１９９０年１月提供了《京杭运河陵口段护坡工程土工织物滤层试验报告》（以下简称“南京水科院《９０报告》”），为本工程护坡土工织物滤层的设计与施工提供了技术依据。
２ 护坡土工织物滤层的主要作用机理和性能
为确保航道土质岸坡的稳定，铺设在航道临河坡面上护坡土工织物滤层的主要性能要求是：
２．１ 透水性能要求
土工织物应具有足够的透水性，能及时将坡后由于各种原因产生的地下渗流水导排至河道中，以防坡后土体在地下渗流水作用下发生流失与变形。故选取土工织物的渗透系数必须大于被保护土体的渗透系数。由于针刺型土工织物的孔隙率较大（最高可达９０％以上），即使土工织物的孔眼被细土粒部分淤堵后仍具有良好的透水性能，这是采用土工织物取代集料滤层一个重要的优越性能。
２．２ 保砂性能要求
土工织物滤层在满足透水要求的基础上，还必须同时具有一定的保砂性能，即防止被保护土体的骨架颗粒随坡后渗流水流失的要求。故选用土工织物的孔隙率及其渗透系数除应满足上述透水要求外，其有效孔径（Ｏｅ）还应能挡住被保护土体大部分的骨架颗粒不被流失的效果，两者是相互制约与统一的。
２．３ 固坡强度要求
土工织物必须具备一定的强度和抗蠕变性能，对铺设在航道斜坡面上作为护坡滤层的土工织物，特别应注意土工织物的抗拉断裂强度及伸长率，即在被保护岸坡土体发生塌滑破坏时，土工织物滤层承受土体滑动产生巨大张力后的抗断裂强度应能有效抗阻坡后土体的塌滑损坏，才能确保岸坡的稳定。此外土工织物还要具有抵抗集中荷载破坏的能力，如顶坡、撕裂等。
２．４ 抗老化要求
为确保岸坡的长期稳定，土工织物滤层应具有较好的抗老化性能，即一般应具有与其相组合而成的护坡建筑物结构（如本工程的混凝土预制块等）相一致的设计使用寿命。
３ 护坡土工织物滤层设计
护坡土工织物滤层应根据被保护土体的性状并按照既能挡住被保护土壤骨架颗粒，又能允许渗流畅通和具有一定强度的要求进行设计，选好合适的土工织物。根据南京水科院对从陵口段采集的四种土样进行室内试验，提供的《９０报告》以及有关资料，对选用土工织物防止土粒流失、透水性能及强度等主要水力和力学特性的设计准则和指标如下：
３．１ 设计准则
土工织物滤层的设计准则，一般是假定土体为密实土，从理论和试验资料统计分析，导出简易而又实用的近似公式来确定的。这一准则考虑了土壤的相对密度及其颗粒级配性状，并按土颗粒线性不均匀系数来确定土工织物等效孔眼的大小，以达到防止土粒流失和透水以及加固土体的设计要求。
（１） 防止土粒流失的设计准则
当１＜Ｃ′Ｕ＜３时，Ｏｅ＜２×Ｃ′Ｕ× ｄ５０
当Ｃ′Ｕ＞３时， Ｏｅ＜ １８／Ｃ′Ｕ × ｄ５０
上式中：
Ｏｅ——土工织物的有效孔眼大小（ｍｍ）。取Ｏｅ＝Ｏ９５，即被保护土９５％的颗粒直径必须大于土工织物的有效孔眼（ｍｍ）
Ｃ′Ｕ——根据对陵口段现场提供的土料试验测定的颗分及绘制的颗粒分配曲线，由图解得出的被保护土壤线性不均匀系数。
定义为Ｃ′Ｕ＝ ｄ′６０ ／ ｄ′１０ ＝……＝ ｄ′１００／ ｄ′５０
ｄ５０——被保护土壤的中值粒径（ｍｍ）
南京水科院对陵口段四种试验土料试验的颗分粒径及线性不均匀系数详见表１所示。
（２）透水性能的设计准则
为满足土体排水要求，土工织物渗透系数的设计计算公式是：
原始土工织物：Ｋｇ／Ｋｓ＞１０
淤堵后的土工织物：Ｋ′ｇ／Ｋｓ＞０．１
上式中：
Ｋｇ——原始土工织物的渗透系数（ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｋ′ｇ——土工织物受压淤堵后的渗透系数（ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｋｓ——被保护土壤的渗透系数（ｃｍ／ｓｅｃ）
根据表１所列陵口段四种土壤的ｄ５０和ＣＵ′以及对南京水科院《９０报告》中表２所列被保护土壤经渗透变形试验所得的渗透系数（Ｋｓ），按照上述设计准则，对陵口段四种土壤选用土工织物的保砂以及土工织物受压淤堵后的透水性能应满足的设计指标详见表２。
３．２ 土工织物抗拉强度的参考指标
拟根据原西德联邦水道工程研究院（ＢＡＷ）和美国陆军工程兵团对土工织物滤层建议采用的土工织物（有保护复盖下）抽样强度分别为０．６ＫＮ／５ｃｍ和０．４１ＫＮ／５ｃｍ的要求，并结合国产土工织物的实际情况，作为本工程选定土工织物抗拉断裂强度的参考。
３．３ 土工织物初始特性试验及设计采用的主要特性指标
（１）土工织物初始特性试验
为使土工织物滤层满足设计准则的要求，结合陵口段运河的实际情况，南京水科院于１９８９年综合当时国内土工织物生产厂家的多种因素，分别选取了湖南省维尼纶无纺布厂生产的４００ｇ／ｍ２、３００ｇ／ｍ２和扬中无纺针刺厂４００ｇ／ｍ２、３００ｇ／ｍ２生产的共四种涤纶土工织物产品，分别测定了其物理、力学和水力特性。
（２）设计初选的土工织物特性指标
根据湖南和扬中两厂各两种土工织物初始试验结果，对照上述设计准则和参考的土工织物强度指标，经研究确定拟选用其中一厂生产的４００ｇ／ｍ２土工织物作为陵口段护坡土工织物滤层的材料，并结合该段多种土质互层的实际情况，制订了本工程土工织物各项性能的设计与施工检测控制指标见表３。
４ 土工织物滤层的试验与校核
为使土工织物满足设计滤层透水性能的设计准则，必须进行土工织物与土结合形成系统性滤层的室内试验，以测定土工织物受压淤堵后的渗透系数Ｋ′ｇ，并与前述的设计标准进行校核。
采用设计选用的４００ｋｇ／ｍ２土工织物分别与四种土相结合，取渗透坡降３～４在渗透仪中按水流自上而下的方向，进行了滤层系统试验。经长达２０多天试验后表明，四种土系统滤层一般为１８～２４天即能达到相对稳定，出水清澈，无细类土流失，同时复测了土工织物被各类细粉土淤堵后的渗透系数Ｋ′ｇ，按设计准则校核结果见表４所示。
从表４看，初始土工织物的渗透系数Ｋｇ与被保护土层的渗透系数Ｋｓ之比值为５３～５６６倍，远远大于设计准则Ｋｇ／ｋＳ＞１０的要求；土工织物滤层被淤堵后的渗透系数Ｋ′ｇ与被保护土层的渗透系数Ｋｓ之比值为２３～２９５倍，也大大超过了设计准则Ｋ′ｇ／Ｋｓ
＞０．１的要求。故通过试验，充分说明陵口段护坡滤层的材料是完成能够适应护坡滤层的透水性能要求的。
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