柔性土工模袋在海洋工程中的应用

柔性土工模袋在海洋工程中的应用

一、河流处理中生态边坡的柔性结构1.生态治理对水土流失的影响河流生态管理应包括两个方面：一是水土保护，特别是水位变化区域的水保护。第二，生态。两者的高度统一才是真正的生态治理。其具体内涵为:(1)在满足行洪排涝要求的基础上,保证岸坡的稳定,防止水土流失。(2)生态治理后的河道应该是一个开放式的系统,是与周围生态系统密切联系的、不断与周围生态系统进行物质交换的。(3)生态治理后形成的是动态平衡的系统,系统内的生物之间存在着复杂的食物链,它们互为食物,保持着系统的动态平衡。(4)生态护坡是动力式的系统,它与水流之间是相互作用的,水流对岸坡有冲刷作用,岸坡对水流有阻碍作用,岸坡生态系统是地表水与地下水交换的媒介。(5)生态护坡是整个生态系统(包括自然生态系统和社会生态系统)的一个子系统,它与其他生态系统之间是相互协调、协同发展的,它的生态功能好坏直接影响其他生态子系统功能的发挥,甚至还会破坏其他生态系统。2.生态护坡的功能新型土工模袋护坡系统将植物生长基质固定在袋体内,同时利用植物根系的“锚固”作用而使护坡更稳定和具有抗冲刷能力,同时生态护坡还具有造价低、能美化环境的独特效果。3.降低护坡水土流失,降低就业岗位环境效益(1)边坡必须能够营造一个适合陆生植物、水陆两生植物、水生动植物生长的生命环境。(2)边坡应满足渠道功能和堤防的稳定要求,并降低工程造价。(3)尽量减少刚性结构,增强护坡在视觉中的“软效果”,美化工程环境。(4)进行水文分析,确定水位变幅范围,结合植物调查结果,选择合适的植物。(5)尽量采用自然的材料,避免二次环境污染。(6)布置时考虑人们的亲水要求。4.新土壤处理模式的土壤保护原理新型土工模袋具有良好的孔隙度及透水不透土性能,装入内容物(土)后,对内容物的保持性能强,能有效防治降雨溅蚀或水流冲刷造成的水土流失。5.新土壤处理结构形状(1)“倾斜铺”、“扁平铺”和“重叠铺”新型土工模袋“斜铺”“平铺”“叠铺”适用于平缓(倾斜角不大于30°)、任意高度的边坡,如图1。(2)m边坡高度新型土工模袋“叠码”适用于稍陡边坡(倾斜角在30°以上45°以下)且高度小于3.00m的边坡,当边坡高于3.00m时,考虑采用“错台分级”的方式,分级高度不宜大于2.00m,错台宽度不宜小于0.50m,如图2。(3)“额外筋”的应用“加筋”方式主要用于有较大荷载、回填方量较大、坡度较大、高度较高的回填土坡,如图3。当加筋土坡较高时,亦可采用“错台分级”的方式。(4)硬带涂层覆网锚固适用于稳定的高陡边坡如图4。6.新土壤处理形式的特点(1)减少石材的使用量采用新型土工模袋护坡结构,减少了水泥、钢材、石头等材料的使用,初步估计每公里可减少500～1500m3石材的使用量。新型土工模袋这种柔性结构护坡,由于其永久固土的特性以及与植物根系的友好性,使原本不能绿化的硬质护坡表面恢复植被,增加了河道边坡的植被覆盖率。(2)土工模袋护坡护坡方案与水对生态护坡方案和浆砌块石护坡、块石护坡、浆砌石方案进行投资比较,根据不同的结构形式,新型土工模袋护坡方案可节约投资15%～55%,而且施工周期大大缩短,生态效应明显,具有投资少、见效快的特点。(3)袋护坡的维护硬质护坡具有一次性投资、维护少等优点,而新型土工模袋护坡则增加了植物的养护和后期维护。新型土工模袋护坡在植物成活前要进行一定的养护,但植物成活后,植物主要是依靠自然的力量进行更新,通常情况下无须维护。二、海洋工程的柔性结构目前发达国家水利和海洋、环境工程中普遍使用土工织物包容体———土工管袋、土工包和土工袋。1.管袋充填设计土工管袋开始用于水利和海岸工程是在20世纪60年代,其最大优点是体积大、管状结构稳定。当前世界上土工管袋采用的直径大多是1.0～10.0m,如图5。充填物从管顶按一定间距布置的灌浆口泵入,管袋是透水的,充灌时水从其外皮排出,而留在其内的填料成为密实、稳定的块体。水利和海岸工程中的填料是砂或含砂较多的砂土,目的是借助水力冲填,得到良好的密实度。这类填料抗剪强度高,一旦静置并固结后,管袋形状不会改变。管袋外皮功能要求:有一定的抗拉强度和刚度,并且不继续变形;外皮能保砂,各种条件下均能防冲刷;外皮有一定要求的耐久性,在使用年限内保持完整。2.封闭后正常投放土工包是大体积包容体,一般体积是100～700m3。充灌作业是在开底驳船上进行,封闭后运到准确位置投放。在水利和海岸工程中,土工包是大体积重力结构部件。一旦放置,要求保持体积和形状稳定,实际应用时其体积一般限制在400m3以内,为了保持其原有的形状,投放深度极限为20m。这类结构多数用在浅水中,填料是砂或含砂量高的土。3.种包体的过滤土工袋形状为常见的砂袋,不同于新型土工模袋,它是有机织布制成,对植物根系不友好,可看作是各种包容体的前身。但土工袋与其他包容体相比,有两点明显的不同:一是可以做成各种形状,二是可以按要求形状布放以提高整体稳定性和改进运行条件。目前土工袋体积从0.05m3到5m3不等,可以是枕状、箱状或垫状等。土工袋外皮要求采用合适的抗拉强度和变形较小的材料,以保证长期不变形。4.土工包和土工袋土工管袋在水利和海洋工程中可应用于防浪堤、污泥固化、脱水等领域,土工包可应用于近海防波堤、包裹体堤、人工礁、边坡垛墩,土工袋可应用于防波堤、人工礁、防护堤坝等。三种包容体———土工管袋、土工包和土工袋作为工程中的柔性结构,可用于水利、海岸和环境工程。(1)卡罗来纳州的baldwell岛防波堤第一条土工管袋防波堤修建于1995年,位于美国的北卡罗来纳州BaldHead岛,该防波堤安装2天后,飓风FRANCIS袭击北卡罗来纳州海岸,防波堤安然无恙,如今沙滩自然恢复,防波堤仍在发挥着重要作用。(2)保护红树林土工管袋能用来保护受侵蚀的红树林,2005年在马来西亚丹戎比爱红树林国家公园首次用土工管袋来修复被侵蚀的红树林。(3)建造裸地的土工管袋防浪堤土工管袋防浪堤可以在近海处阻挡高的海浪。建造裸露的土工管袋防浪堤比潜入水中的土工管袋防浪堤在阻挡海浪时更有效。土工管袋防浪堤还可以阻止在退潮时沙子被冲刷入海。(4)保的管袋、保的施工和管袋的安装和充填施工方便在滩涂造地项目中使用管袋是一个既生态又环保的项目,而且效率极高,管袋的安装和充填施工也非常方便。由于在管袋中充填砂水混合物,避免了大量采集石头,对环境的贡献极大。(5)底泥清理系统土工管袋技术在水利工程中除可用来修整围堰外,还可用于湖泊、河道的底泥清理。使用土工管袋构筑围堰,可以大大减少土石方的用量,同时可以减少占地,把原来需要处理的底泥和管袋方案结合后就可以形成围堰。5.结构抗密度法土工织物包容体充填砂或其他类似材料后,成为大体积重力结构。采用砂或类似填料充填是因为被充填后不继续固结,结构能保持原有形状和高度。但用于水利、海岸和环保工程中,因其长期连续暴露,应考虑抗紫外线、抗磨和液化等问题。采用土工包在近海处置污染沉积物,其应用比传统的水利和海岸结构工程要复杂,因为其体积大、抛投深和填料抗剪强度低,为保证抛投时的整体性,要求包皮织物和接缝强度更高