[00244220]宁夏黄河治理工程塑料土工格栅引进与应用研究

（1）课题来源与背景 近年来，宁夏在黄河治理工程建设中呈现出一些突出问题：传统草土埽体因长期浸泡于水中，草料腐烂变质，造成坝体沉降变形，对防洪工程安全构成威胁，对黄河水质造成污染。用于护岸、护脚的铅丝石笼铁丝锈蚀断裂，石笼散架，失去了固脚护坡的作用，给工程带来安全隐患，且人工编制质量难以保障。采用砼四脚体护脚，材料耗用量大、单价高、预制占用场地面积大，水位变幅区冻融循环破坏严重。针对这些突出问题，首次将塑料土工格栅材料引进并应用到宁夏黄河治理工程中，结合工程实际，开展了施工工艺优化、原型观测、技术经济指标分析等研究，为土工格栅在宁夏黄河治理中的应用提技术支撑。 （2）技术原理及性能指标 ①提出了丁坝、人字垛、护岸进占和护坡、护脚等工程塑料土工格栅选用参数。格栅土枕水下进占选用抗拉强度20KN/m、网孔40×40mm的双向格栅；格栅石笼水下进占和护坡护脚选用抗拉强度30KN/m、网孔45×45mm的双向格栅。 ②提出了格栅土枕进占采用机械大袋装土，体积1.7m3；格栅石笼进占和护脚采用机械抛投，石笼体积2.0m3。经现场统计测算，优化后的格栅土枕进占较草土埽体成本单价平均降低14.67%，格栅石笼护脚较砼四脚体成本单价降低31%。单价测算结果已纳入《宁夏水利建筑工程预算定额》中。 ③提出了黄河宁夏段仁存渡以上砾石河床河段，水下进占抛投体采用格栅土枕或石笼；水下背水面裹护段护脚采用格栅石笼+散抛块石。仁存渡以下砂质河床河段，水下进占抛投体采用格栅土枕，，水下背水面裹护段护脚采用格栅石笼+散抛块石。 ④根据变形监测结果得出，传统草土埽进占的坝垛、护岸最大年均沉降量11.36cm，格栅结构体的最大年均沉降量仅为1.81cm，极大地减轻了防洪工程的安全隐患。 ⑤格栅土枕和石笼进占、格栅石笼护坡护脚技术，可提高施工速度50%以上，进占速度的提高，减少了进占时因河流流速偏大而造成抛投体被冲走的几率，其减少的损失也十分可观。 ⑥土工格栅材料性能指标测试结果表明，其低温弯折、抗紫外线老化、抗冻融循环、蠕变等性能良好。 ⑦研究总结了土工格栅在宁夏黄河治理中应用的成功经验，依照国家、行业相关规范，提出了土工格栅在宁夏水利工程中应用的技术要求、材料选型、施工工艺、质量控制等方面的内容。 （3）技术的创造性与先进性 ①首次将土工格栅引进并应用到宁夏黄河治理工程中，并开展试验研究，填补了格栅材料在宁夏水利工程中应用的技术空白，实现了宁夏黄河治理技术的创新。 ②创造性的提出了格栅土枕和石笼进占、格栅石笼护坡护脚的优化施工工艺，研究确定了格栅土枕进占采用体积为1.7m?机械大袋装土、格栅石笼进占和护脚采用体积为2m?机械抛投的施工工艺。 ③研究提出的机械大袋装土的格栅土枕进占体施工速度由原来的每天1～2m提高到3m，提高50%以上。劳务人员数量由原来的30～40人减少到10人，降低了在有限作业面上施工的安全隐患。 ④研究提出的格栅土枕进占降低工程投资14.67%，格栅石笼护脚降低工程投资31%。 ⑤研究提出了土工格栅应用的技术要求、材料选型、施工工艺、质量控制等方面的技术要点，为土工格栅在宁夏水利工程中的应用提出了指导性意见。 ⑥研究的"采用土工格栅结构体进行河道进占和护脚施工的方法"（ZL2014 1 0652395.3）获得国家发明专利。 ⑦研究成果将加快宁夏黄河防洪工程的建设速度，减少了坝垛、岸坡坍塌，确保了沿河两岸人民生命、生产安全和沿黄城市经济带社会经济的发展。同时，格栅土枕和石笼进占，解决了水质污染的问题，提升了黄河干流水质，改善了河道鱼类、鸟类生存水环境和当地生态环境。格栅石笼替代砼四脚体，减少了砼用量，符合"低碳环保、节约资源"的发展理念，保护生态环境，实现人与自然和谐相处。 （4）技术的成熟程度，适用范围和安全性 通过对国内具有一定规模和实力的生产企业进行实地考察和工程实例调研，优选引进土工格栅材料，首次应用到黄河治理中，开展试验研究，取得丰富研究成果，实现了河道治理材料和技术的创新。通过治河工程的应用，效果显著，对宁夏黄河防洪工程的建设和安全运行起到了重要作用。研究成果已广泛应用于中小河流治理、灌区沟道治理等水利工程中，对提高工程建设标准和质量发挥了积极作用，其应用范围不受地区区域、地质条件、地下水位、气候条件等因素的限制，几乎涵盖了宁夏所有水利工程的建设。 （5）应用情况及存在的问题 2011-2016年宁夏黄河、中小河流治理、灌区沟道治理等水利工程中，建设丁坝284道、人字垛621座、护岸（沟道）412.83km，应用土工格栅面积1250万m2，工程总投资39.60亿元，产生的工程总效益达4.99亿元。土工格栅材料本身属可燃材料，暴露在外时易被人为破坏。 （6）历年获奖情况 项目研究成果获2014年度宁夏水利科技进步二等奖。