土工管袋(Geotextile Tube)是一种由聚丙烯纱线织物缝纫制成的具有过滤结构的管状土工袋。土工织物本身具有抗拉强度高、耐腐蚀和侵蚀、渗滤性好、质量轻、质地柔软、易加工、施工方便、能与土很好地结合等特点,其缝制的管袋尺寸大小可根据需要变化。
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性能
土工管袋布原料采用聚丙烯扁丝和裂膜丝,统筹与聚丙烯裂膜丝机织土工布,产品设计应符合《GB/T 17641—1998土工合成材料裂膜丝机织土工布》要求。
土工管袋布产品代号可按企业标准标注,如土工管袋布以英文单词Geotextile Tube首写字母表示GT。
GT 120/120 700—4.6聚丙烯土工管袋布,经向最低强力120kN/m,纬向最低强力120kN/m,单位面积质量,700g/m2,幅宽4.6m。
分类
土工管袋根据用途作用不同分类如下:
①生态修复:河流、湖泊、水库、海港、码头等清淤污染底泥脱水及后续处置;
②市政淤泥处理(水厂及污水厂污泥),工业污泥处理(化工、制药、印染等污泥处理);
③农牧渔养殖场冲洗粪便污水处理,种植园废水处理,水产养殖床废弃物处理等;
④发电厂粉煤灰和低灰处理,钢铁厂脱硫除尘污泥,铝厂、陶瓷厂污泥处理等;
⑤矿山开采及洗矿的废水处理及废物回收利用,工程建设中浆液的脱水处理等;
⑥用于海岸侵蚀防护、防浪堤、围海造陆工程、跨海大桥及临时施工路段。
规格
土工管袋加工规格一般采用长方形,宽度采用围堰设计断面宽度,宽度一般在3~10m之间。长度根据围堰长度和上下层的搭接长度,一般采用20~50m,每层袋充填后厚度为0.5~2m。
土工织物充填管状袋在水力充填时,通过充填孔向管袋内部充填沙土混合物或泥水混合物。充填口的长度直径和平面布置根据充填设备管径和输送带长度设计,必要时设计排水口泄水排压。
设计
缝合要求
土工管袋的缝合对整个管袋的安全性至关重要,管袋充填时有可能会在缝合处胀破。在整个管袋强度的选取时,取缝合折减系数或者根据试验来确定。在缝纫加工土工管袋的过程中要求管袋的缝合处和接头处一般采用“丁缝”或“蝶形缝”时,要求至少缝两道,先缝一道,折叠后再缝二道。平缝时则需在管袋布时设计加强布边,采用六针平缝。保证缝合的牢固,缝合后缝合处的强度不低于管袋布主体强度的80%。
管袋充填
根据测量施工位置将土工管袋铺平展开,并用锚坠将管袋四周固定,以免管袋受水流冲刷无法就位或充填后因水量多发生位移。目前土工织物充填管袋施工一般采用水力冲灌。水力冲灌主要应用在砂性土、粉土等方面,通过管线输送入管袋体内,形成结构主体。根据不同材料、距离和施工条件,所釆用的施工机械及施工工艺会有所不同。充填前先将输料管口与充填口连接。启动水泵,用高压水枪造架。根据充填厚度及时移动输砂管口至各个充砂“袖口”进行充填。充填管袋时,首先沿长边方向进行充填,避免袋体因应力集中而损坏,并在充填过程中经常调整输砂管口方向,防止袋体在充填过程中受力不均而移位变形。在充填过程中,当管袋充填到一定的饱满度后,袋体顶面安排工人来回踩踏,使土颗粒重新排列趋于紧密,加快管袋内砂浆排水固结速度,整个管袋达到屏浆阶段时,应适当减少充填或停止充填,以防土工管袋爆裂破坏,使管袋有一定固结脱水时间。土工袋充填若一次充填后未达到要求高度,可待管袋稍有固结后,再进行二次或多次充填,直至管袋高度达到设计要求。
制造
土工管袋是指采用高韧聚丙烯纱线织造而成的管袋机织布,经裁剪、缝纫而成的管状袋体,其具有高抗拉强度、高抗酸碱腐蚀性、高抗风浪和紫外线等优点。
制造方法
土工管袋制造方法包括三个环节,扁丝和裂膜丝的制作方法、土工管袋布的制织方法和土工管袋裁剪缝纫的方法。
①扁丝和裂膜丝的基本制造方法。扁丝和裂膜丝的制作方法过程主要由切片熔融、薄膜挤出、拉伸和热定型、裂化和冷却、卷装成型。
②土工管袋布的制造方法。土工管袋布的制造工序有整经和织机织造。
③土工管袋裁剪、缝纫工序就是按照工程设计要求将土工管袋布裁剪缝纫成管状袋体。
织造设备
土工管袋布织造主要用片梭织机,两侧的纬纱通过钩针钩入织口中形成折入布边。按投梭方向分为单侧投梭引纬和双侧投梭引纬;单侧投梭的片梭是从一侧投向另一侧,进入对侧的片梭必须依靠输送片梭装置将片梭送回,以便再次投梭。采用此种方式一般同时配备多把片梭,一把片梭投射,其余片梭做引纬准备。
片梭织机的织造设备结构有开口机构、引纬机构、打纬机构、送经机构和卷取机构五大运动机构组成,各机构遵循规定的时间序列,相互协调,完成经、纬纱交织和织物成形。
织造工艺
土工管袋布织造工艺流程图经纱织造路线:经轴送经→后梁→停经片→综框→钢筘→织口→胸梁→卷布辊。纬纱织造路线:纬纱纱筒→导丝孔→储纬器→纬纱张力杆→夹纬器→片梭引纬→织口→胸梁→卷布辊。
发展史
1955年1月底,强烈风暴海喷冲垮了荷兰鹿特丹以南地区的海坝,这场灾难促使荷兰政府下决心实施三角洲工程,彻底消除由风暴潮引起的洪水威胁,批准了世界上规模最大的利用土工布充沙袋技术的防波堤工程计划。该工程从1955年开工,投资总额达40亿美元,花费了30多年时间才全部完工。三角洲工程使荷兰犹如建在土工布之上,建成后有效地抵御了各种海啸的冲击。
1957年,土工管袋技术最初应用于设计围堤工程中之中。1967年丹麦AldekA.S.公司与丹麦水利应用学院合作,共同研发了土工管袋,并取得了专利,后来该技术在20世纪70年代得到进一步的发展,荷兰的NicolonBV公司于1988年自主开发了可充填泥沙的土工袋,并注册了商标为GEOTUBE。该公司产品在日本、马来西亚和菲律宾等地都有应用。
1973年,美国密西西比河流域在1973年一场大洪水后,河堤委员会计划在2029年前将长达488km的防波堤增高0.6~2.7m。但是到1997年只完成134km,每公里投资约合169万美元。按这样的工程建设进度和取土的方法,到2019年也只能完成一半。后期工程采用土工织物充填管袋技术可以较好地解决这些问题,该技术就地取材利用河底游泥,省去了取土费用,预计总共节约3.68亿美元,施工方便快速,缩短一半的工期。
2005年,韩国修的仁川大桥,在靠近大陆的位置计划用土工管袋修筑一个大型的人工岛,以便修建高速公路高架桥和收费站等相关设施,在高速公路高架桥完工之后计划将该人工岛建成一个高科技的城市一一松岛市。该人工岛场地地基极其软弱而且潮差达9.3m,低潮时软弱地基会露出水面,而高潮时会位于水面以下4.64m。基于地基条件的限制,决定采用土工管袋修筑围堤,管袋充填料就地取材,用当地土料水力充填。该围堤共填筑三层管袋,最下面一层两个管袋,第二层一个管袋,然后在其上充填最后一个管袋以达到设计高度。
近年来,我国在河道治理、围海造田等工程的逐渐推广同时,土工管袋充填袋技术在围海造地、堤防工程和航道治理工程中也得到了广泛的应用。
在我国土工管袋应用于围海项目的主要工程有:上海船舶污水处理厂,浦东水上乐园,浦东新区931,漕泾化学园区,浦东国际机场防汛围涂促淤,慈溪市四灶浦围涂,天津临港工业区第三围海造地工程,温州乐清港湾南区一期围海工程。
土工管袋应用于堤坝工程有:上海浦东国际机场围堰工程,天津港海堤工程,广东海安新港荔枝湾码头工程,黄骅神华港一期工程建设,天津港南疆港区后方施工通道临时围埝工程,曹妃甸东南湖堤二期工程。
土工管袋应用于航道治理工程有:长江口深水航道治理工程,黄河河道工程,钱塘江河口整治工程,珠江河口整治工程,福建木兰溪进行截弯取直,珠江水系出海口横门出海航道整治工程,钱塘江尖山河湾南股槽整治工程。
在慈溪市四灶浦西侧围涂工程中,根据设计方案,充填管袋堤心坝用料少,每米造价仅为抛石顺坝的25%,且施工速度提高了15~20m/d。采用充填管袋修筑堤心坝既节省了成本又缩短了工程施工期。
2001年起,天津塘沽新港在防波堤外侧进行大规模的围海造陆工程。工程规模大、工期紧、施工过程中无掩护、受风浪冲击影响大。由于土工织物在软土地基应用中具有良好的排水、隔离、过滤以及提高软土地基稳定性的作用,同时鉴于新港地区无砂石料的实际情况,釆用了土工模袋充填砂料形成的模袋砂堤心结构。