隨著土工合成材料在鐵道、水利、交通、市政、海岸防護和隧道等工程領域中的廣泛應用，江蘇省交通水運工程中也較早地應用了它，1985年，我院首先在通沙汽渡板樁碼頭工程中應用了土工織物，為防止汽渡船的螺旋槳動力產生的水流往復沖刷作用所產生板樁前后砂石?填料逐漸被淘空，防止碼頭面層下沉與空洞，在板樁前后鋪設大面積無紡透水土工布，并包裹塊石或在其上拋以塊石，12年來碼頭使用一直工作正常，取得了滿意的效果(該工程曾先后分別被交通部評為部三等和江蘇省二等優(yōu)秀設計獎)。在船閘和航道工程中，無紡土工布和土工網的應用就更加廣泛，它主要起反濾、加固地基、排水和護坡的綜合效應。至于土工網，?則主要應用于軟土地基加固處理，土工織物與塑料排水板的聯合應用在碼頭工程中也是用作?地基處理和起保護護坡的作用。土工合成材料在碼頭、航道、船閘等水運工程中的實際應用?，尤其是近年來蘇南運河整治工程的應用，充分體現其良好的經濟效益和使用價值。
    1 港口工程
    1.1 江都港堆場軟土加固工程(土工網的應用)
    江都港為長江的綜合性港口，它位于長江下游揚中河段北岸的夾江河灘上，近期建設包括一個5000t級件雜貨泊貨和兩個500t級中轉內河泊位碼頭。
    江都港后方堆場是布置在沿江大堤處寬闊的沖積平原上，陸域總面積為4.56萬m2，其地表為全新松散的河流沉積物，上層為河漫灘相，下層為河床相，沿江相對高程在3.0m左右( 黃海高程，以下同)，其中分布有較多的魚塘和水溝。根據洪水位情況，確定陸域高程為6.0 m。吹填高程為5.5m 。吹填料是采用泥漿泵把沿碼頭位置處江面下的粉細砂(土層顆粒多為0.08～0.25mm之間，并夾少量淤泥質粘土)吹填而成，該土呈灰黃色松散飽和狀態(tài) ，屬于高壓縮性易液化土體。
    為了節(jié)省工程的投資，經比較論證，選用施工方便和快速的CE131土工網對粉細砂軟基進行處理，該土工網是以熱塑性樹脂為原料，采用高溫擠出拉伸工藝精制而成。CE131的物理力學指標見表1。
    土工網加固地基的機理是，通過在地基表層鋪設具有一定剛度和抗拉強度，并能適應地基變形的土工網，再在土工網上鋪設一定厚度的山皮石，使土工網與地基結合在一起，利用其抗 拉性能起到支承荷載和擴散的作用，增加了地基的抗剪強度，以此防止了軟弱地基產生過大。
    考慮到投資的可能性，碼頭堆場地基近期要求承載力在120～150kPa左右，所以僅采用一層土工網，直接鋪設在吹填粉細砂上(每塊網之間用20cm的搭接長度)，網上鋪填15～20c m的山皮道渣(含碎石量約為60%，含土量為40%左右)，然后用重型機械反復碾壓達到密實。 為確保壓實效果，同時要對該土層進行排水，降低地下水位，以防止飽和細砂產生液化現象 ，施工期的壓實沉降量為10cm左右。
    建成的堆場不僅能滿足設計荷載要求，而且經過10～15t裝載汽車使用的考驗，得到使用單位的好評。考慮今后堆場上部荷載較大，如集裝箱碼頭以及道路工程需要，可在上述軟基加固的方案上，增設一層CE131土工網以及厚15cm的山皮石或道渣石，通過多次重碾壓實，從 局部試驗資料表明，承載力可提高一倍。
    1.2 鎮(zhèn)江大港木材碼頭護岸軟基加固(塑料排水板與土工布的聯合應用)
    該工程是一座江蘇省物資公司木材水陸運輸中轉碼頭，它包括前沿建設2000t級船 舶的裝卸碼頭與后方陸庫堆場，堆場總面積有5000m2，均是利用回填長江堤外漫灘的 水域場地。因庫場受下游馬鞍磯回流區(qū)的水流影響，漫灘的最大軟土厚度有10m之深，該土 層物理力學性質指標較差，含水量40%～50%，空隙比與液性指數均>1，屬于偏高壓縮性軟 粘土，土質透水性差，承載力較低，為保證陸庫與長江江堤邊坡的穩(wěn)定，確保已施工高樁
    碼頭樁基與引橋的安全，設計中首先 在1期圍堰施工前，先在灘面鋪設50cm厚的砂墊層，然后各墊上600g/m2維滌綸各50% 的針刺無紡土工布，最后填土筑堤;在I期圍堰合攏后， 在堰內抽干積水，沿碼頭深度方向采用長度10m的塑料帶排水(見圖2)。根據經費的可能以 及本著加固大堤的目的，故采用三種間距(30、45、56m)進行布置。
    這種軟土地基處理方案，主要是通過土堤的自重進行預壓，利用塑料板良好的垂直透水功能，降低淤積土的空隙水量，加速地基固結，提高土層的物理力學性能，防止江堤下部地基上抬的趨勢，增加了地基的承載力與抗剪能力;堤下土工布與砂墊層的作用是起橫向排水通道的作用，加快了土體的固結;由于塑料排水帶尚具有足夠的濕潤抗拉強度和抗彎能力，對減少因回填土引起整體土基的側向變位、控制土體變形和對已施工碼頭樁基的安全是十分有利 的。在圍堰外坡面內設置的土工布墊層(采用400g/m2針刺無紡布)，其作用起排水保 土反濾固坡和抵御波浪雙向水流對堤坡的沖刷作用，從而保證了坡面的穩(wěn)定(坡面上部壓坡 采用邊長50×50cm、厚15cm的20#混凝土預制板)。
    為了保證按平面問題手算與平面有限元分析的結果，沿碼頭順岸布置三個斷面對空隙水壓力 、沉降(深層與地表)、水平位移(包括樁的傾斜)以及整體穩(wěn)定性進行觀察，從監(jiān)測的歷時沉 降、位移曲線表明，總體沉降基本穩(wěn)定在45～60cm;水平位移在±10～20cm范圍，并隨 時間(兩個多月)位移逐步穩(wěn)定;基底土工布的最大拉力為7kN/m;這些數值與理論計算 值誤差在10%范圍之內，較為接近，按條分法計算土坡穩(wěn)定的系數為1.06。經過1991年特大 洪峰對岸坡沖擊的影響，碼頭整體保持穩(wěn)定，坡面保持基本良好，受到用戶高度贊賞。
    2 航道工程
    2.1 蘇南運河無錫西段護坡工程(化纖模袋布的應用)
    根據蘇南運河總體設計的原則，以四級航道標準進行設計，并考慮三級標準規(guī)劃，可通航千噸級船舶;在沿線集鎮(zhèn)段整治采用半直立式駁岸結構形式，而在農村段航道為斜坡式護坡， 為防止水土流失和經受船行波的作用，沿線坡面一般采用了無紡土工布上覆混凝土(7～9c m厚的現澆或預制塊混凝土)的護坡結構形式。在施工階段，經建設單位向設計人員反映，本航段比較寬闊，如采用常規(guī)的混凝土護坡方案，則要先修筑圍堰后施工，為減少修筑圍堰 對船舶安全航行的影響，提出不筑圍堰而在坡面上進行水下澆筑混凝土的模袋(法布)護坡 方案，后經設計調查研究，根據該段地形及土質情況，同意采用法布水下混凝土護坡結構。
    無錫西段堤頂高程一般在5.2～5.7m，土質情況是：除地表0.5m為耕植壤土外，下部至河 床底均為黃灰色或灰黃色粘土或亞粘土，其主要物理力學指標值均為上限。經邊坡整體穩(wěn)定 (條分法)計算，可采用水下1∶2、水上1∶1的施工坡比進行開挖。混凝土澆筑(包括水下部 分)利用機織土工模袋作為柔性模板進行施工，該模袋采用高強化纖長絲機織而成，柔性機 織模袋能適應工程地形條件，并能保證混凝土由下而上填充成形，適應水上水下施工，不需 修筑圍堰。在充填料未達到設計強度時，模袋面層能對水流與風(波)浪變化起到過渡性的保 護作用。
    土工模袋的施工注意點：(1)關于土工模袋的縱向分段接頭以及頂部壓頂與基腳處理的方案。由于運河中水的流速較小，該段土質較好，且高度不大，分段模袋采用搭接方法，下 壓0.4m寬的土工布;在基腳處進行水下清槽、挖溝深埋和固定壓腳;頂部端頭為防止雨淋 水滲或其它可能產生的機械性位移，必須采取壓頂(≥0.5m)措施。(2)護坡泄水孔設置于坡 面3.6m高程處，其施工是與模袋的高壓噴灌混凝土同步進行，塑料管內填塞化纖透水材料 。模袋內采用泵車自下而上從灌口噴送灌15#小石子(瓜子片)混凝土(坍落度15～20cm )。
    土工模具有占地少、開挖土方量少的特點，對于經受船舶沖撞而言，它比斜坡式混凝土鋪板(或灌砌)護坡的抗損能力強，可減少修筑圍堰的費用，且有利于施工期通航，以整體造價來 說，比漿砌塊石墻造價要省10%～15%。
    2.2 吳江市三里橋駁岸軟基處理(土工網格與有紡土工布應用)
    蘇南運河流經蘇州吳江市進入浙江省，該段航道地貌屬長江下游平原水網地區(qū)，地質屬新構造運動沉降區(qū)，第四系沉積較厚，其淺部以湖～沼相沉積為主，故淤泥質粘土相當發(fā)育，厚 度大，埋藏淺。吳江三里橋軟土段，土質表層為0.5m左右的耕植土，其下為灰黃色的亞粘 土土層，層厚2.0～3.5m;中等壓縮性灰黃色亞粘土的下部為灰色淤泥含量大腐植物，局部 并夾有泥炭層帶粉細砂，含水量較高，高壓縮呈流塑狀態(tài)。土質甚差，允許承載力僅為30～ 50kPa。
    三里橋集鎮(zhèn)段采用了半直立式駁岸結構方案，由于地處平原水網地區(qū)，水位變幅很小， 駁岸的建筑高度僅為3.4m，但地基受力仍超過允許承載力，要求選擇既經濟又方便的施工 方案，設計中考慮一方面加強開挖基礎的排水設施，另一方面按軟土深度和物理力學指標的差異 ，采用不同的地基處理方案(包括不同長度的木樁加固地基的方案)，這里僅介紹試驗段運用 土工材料的加固方案，對于基礎以下有2～3m厚度的軟土地基(W0≤50%;Ip=0.95～1.20)采用一層CE131木工網格或LDHF-1防滑有紡布方案，厚度較大，物理力學指標較低的軟 土地基段基礎，采用2層土工網格方案，上述兩方案使用固結快剪指標進行整體圓弧 滑動計算，其抗滑安全系數為1.02。
    由于抗滑安全系數較低，實施中必須控制施工速度，對墻身砌筑與回填土進行分層逐級加載(60d完成壓頂混凝土澆注和墻后回填土)，并對底板進行墻身沉降、變形觀測，以控制施 工速度和檢驗設計成果。
    該方案的特點是通過逐級加載壓實，不斷加速基礎下土體的排水，提高其固結度，防止施工期基礎的破損，同時通過土工聚合材料具有較好的擴散(受拉)性能，提高了基礎的承載力。
    兩試驗段(各30m長)施工后，檢查底板頂面沉降的最大值為45mm(兩層土工網)，在墻身竣工后15d沉降基本穩(wěn)定，沉降值為3～5mm，沉降速率接近于零，檢查墻身未見側向位移，使用一年后也未見墻身發(fā)生變形(墻前的水下方按設計要求挖除)，說明處理方案是成功的。該方案的造價比采用碎石樁或粉噴樁加固地基節(jié)省10%以上，而且施工方便。
    2.3 鎮(zhèn)江丹陽陵口航道(無紡土工布)
    在蘇南運河丹陽陵口航道的“難工河段”整治中，設計人員針對該段航道地質以極細砂為主，且夾有亞粘土、泥炭、淤泥和雜填土等多種土質互層的第四層系全新統(tǒng)(Q4)現代沉積 層 的情況，針對粉砂土，選取了在臨河邊采用輕型井點排水以降低地下水的施工方法，設計采 用400g/m2規(guī)格的土工布，其厚度3.5m，斷裂強度(N)/5cm ≥600N，伸長率≥80%，梯形 撕裂強度(N)≥400N，圓珠頂破強度(N)≥900N，O95≤0.1mm，滲透系數≥5×10-2，土工布的空隙率為90%，經過施工，應用土工布比傳統(tǒng)的砂石濾層單位造 價節(jié)省15%～20%，本工程共耗用土工布76.7萬m2，合計節(jié)約投資約70萬元，現已交付使用 6～7年，不僅經濟效益顯著，而且工程質量也優(yōu)良，是我國內河航道使用土工織物最多的航 段之一。
    與傳統(tǒng)的砂石濾層相比，土工織物除了“透水”、“保砂”的作用外，還具有“固坡”的特點，即土工織物將土質坡面捆成一個整體，防止護坡坍塌，起到比較重要的作用。
    3 船閘工程
無論在船閘的引航道護坡工程還是在其閘墻后的排水設施中，土工織物都是主要起反濾和排水作用，土工織物的反濾作用不是直接依靠它自身的多孔結構，實際上，當單向水流流過時 ，土體內部分的極細土顆粒仍然會流失，其水質渾濁，但經過一段時間后，水質逐漸變清晰 ，鄰近未流失的較粗土粒自行架空，形成了“天然的級配濾層”，說明此被保護土體內的細 顆粒不再流失，達到平衡狀態(tài)，土工織物起到了濾層的作用;對于波動水流(往復水流)沖擊 護面的情況，波峰及波谷的壓力絕然相反，不論產生何種壓力，土工織物都得具有一定的厚 度作濾層，才能保護住土坡或在波動壓力下不致發(fā)生土體變形。
    土工織物的濾層標準應為：
Oed85<1(保砂性要求)
Oed15>1或KgKs>100(透水性要求)
式中：Oe--土工織物的有效孔眼尺寸;
d15、d85--土的粒徑、小于該粒徑的土的質量分 別占土總質量的15%和85%;
Kg、Ks--分別為土工織物和土的滲透系數。
土工織物倘若還需承擔排水作用(除反濾作用外)，則還需檢驗織物的透水能力。即先按適當方式估算所需的排水量，由此計算要求土的透水率ψr，將它與土工織物的透水率ψa作比 較，只有當ψa>ψr，織物才是適用的。
    用作濾層及排水的土工織物，雖不要求承擔建筑物等外加荷載，但應能安全經受住施工等應力，美國AASHO-AGC-ARTBA曾提出有關土工織物強度的要求。
    3.1 京杭運河邵伯復線船閘工程(無紡土工布的應用)
    該閘閘室墻為輕型扶壁式結構。在閘室墻的分段接頭處，墻的總厚度僅為60cm，當布置銅片止水裝置后，兩側的凈厚度均<20cm，由于紫銅片止水槽的活動端采用現場澆灌瀝青， 而瀝青又受溫度的影響，往往發(fā)生不密的現象，致使墻后水土由槽內流入墻前，按以往的設 計只能加大接頭的厚度，這次由于在墻后的迎土面上加鋪了60cm寬(兩側墻各30cm)的400g/ m2的無紡土工布，即起到了濾層作用，也消除了水土流失。
    3.2 南通九圩港船閘及劉山復線船閘工程
    南通九圩港船閘閘室墻后的排水暗管是為了降低墻后的地下水位，確保墻體在完建期和檢修期安全的重要措施。為適應墻后回填土的變形，船閘閘室墻后的軟體排水結構采用了50的PVC聚氯乙烯雙螺紋透水管外包一層400g/m2規(guī)格的無紡土工布作為支管集水，而在500×400的排水棱體中應用了500g/m2規(guī)格的無紡土工布做包體，中間設3根50透水管作為集水 的經理，螺紋管與排水棱體的連接段使用了一種手工制作的土工布套，為的是防止排水棱體 外的土顆粒穿過螺紋管與土工布之間的空隙而帶入排水體中，造成排水設施失效，土工布套與土工布濾層密貼，提高了滲水保砂的效果，土工布搭接的長度為300mm。
    南通九圩港船閘中應用土工布的包層達1380m2。由于排水體能適應新填土的變形，使用可靠安全。
    劉山復線船閘閘室墻后設置的軟式排水管中使用的聚氯乙烯(PVC)，這種第三代軟式加勁透 水管的應用，可以達到強化透水的效果，加強管體結構，增強過濾功能，使各種細 石、粘土、細砂土、有機物質皆能過濾，讓吸水、透水、排水一氣呵成，達到排放潔水的目 的，同時該管施工簡便，接頭處理安全可靠，受到施工與使用單位的好評并能適應填土的不均勻沉降。
    按照水力學計算，支管的內徑為5cm，橫向間距為10cm，經理為15cm，該管由于采用高強小彈簧硬鋼絲作為主骨架，且鋼絲外包裹PVC(聚氯乙烯)作保護，不僅能承受高強壓力，埋土可較深，能適應回填土產生較大的不均勻沉降，且不受地下水浸蝕與銹蝕的影響， 另外管襯上的各種不同功能的濾布及加強合成纖維，過濾及透水效果顯著。
    3.3 高良澗復線船閘工程
    高良澗復線船閘的上游面臨洪澤湖，風浪大的幾率很高。為此，上游設置了500m長的防浪堤，在防浪堤的護坡下設有土工織物墊層，其上現澆20#的混凝土，土工織物采用400g/m2規(guī)格。 防浪堤的混凝土護面下的土工織物拼縫的搭接長度不小于10cm，堤頭部分的拼縫搭接長度 不小于100cm，其余部分的拼縫搭接長度不小于50cm，每次縫合時必縫合兩道。連同上 下游引航道護坡的土工織物用量在內，全閘用量達12.6萬m2，高良澗復線船閘上下游引 航道護坡中鋪設土工布的情況。
    根據美國陸軍兵團1977年的標準，防止管涌及堵塞的標準為：
    防止管涌：EOS≤D85 b(適用于小于0.074mm顆粒含量<50%);防止堵塞：EOS<0.149mm。
    EOS為等效孔徑，其值相當于O95或O98。
    如在船閘工程的防浪堤及引航道中，因為土工織物均鋪設于迎水面，應使用混凝土或塊石覆蓋，以便吸收風浪的能量，避免由于周期波浪壓力的抽吸作用，使土工織物下方的塊石及土 粒產生土粒移動，以致土工織物失去作用。
    由于目前土工材料種類繁多，且新產品不斷涌現，使用范圍日益廣泛，作者在實踐中體會到，在使用各種土工材料時，一方面要吃準土工材料的技術指標與功能范圍，另一方面要重視 應用條件，為此，在材料到達工地時，要進行必要的抽樣檢驗，確認土工材料的各項技術性 能是否符合要求，以避免出現工程質量事故和不必要的經濟損失;在條件許可的地方，進行 一些工程中土工材料的實測，以便積累經驗數據，為今后經濟合理地應用土工合成材料創(chuàng)造 有利的條件。