摘要 該研究對Geotube土工管在沿海路基/路堤工程中的應用案例進行經(jīng)濟性分析，采用定量分析方法，結(jié)合東南亞地區(qū)某項目實踐經(jīng)驗，對Geotube土工管的成本效益進行了評估。結(jié)果顯示：與傳統(tǒng)方法相比，Geotube土工管在沿海防護工程中具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。該研究的深入分析可以為海外類似項目的規(guī)劃和實施提供有益的借鑒和經(jīng)驗積累。

關(guān)鍵詞 Geotube土工管；經(jīng)濟性分析；安裝實踐；沿海路基；沿海防護

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0055-03

0 引言

沿海地區(qū)是地球上人口稠密和經(jīng)濟活動頻繁的地區(qū)之一，因此，為了維護沿海線的安全和穩(wěn)定，各國政府和相關(guān)機構(gòu)一直在尋求經(jīng)濟有效的防護方案。在此背景下，Geotube土工管作為一種新型的沿海防護工程材料備受關(guān)注。

該研究首先介紹了Geotube土工管的背景和作用原理，然后重點關(guān)注其在沿海路基/路堤工程中的經(jīng)濟性分析。該文采用定量分析方法，結(jié)合東南亞地區(qū)的某實際項目數(shù)據(jù)，對Geotube土工管的成本效益進行評估。通過比較Geotube土工管與傳統(tǒng)防護方法的成本差異，旨在為沿海防護工程的規(guī)劃和實施提供可行性建議和實用經(jīng)驗。

該研究的成果不僅可為相關(guān)領(lǐng)域的學術(shù)研究提供新的視角和數(shù)據(jù)支持，同時也將為沿海線工程項目的實踐提供重要的指導和借鑒，具有重要的學術(shù)和實踐價值。

1 土工管的基本原理及應用

土工管或土工織物管是一種簡單、高效且具有成本效益的土工材料，通常用于疏浚過程中沉積物的脫水[1]。在韓國仁川大橋項目中，土工管被用于海堤填筑和堤防工程，以此提供干燥的施工條件。此外，位于巴厘島西北部的Pebuahan海灘沿海設(shè)置了Geotubes土工管防護，以保護海灘免受海水的破壞性侵蝕。

近年來，土工管逐漸被發(fā)現(xiàn)可用于海堤建設(shè)和沿海防護并具有良好的經(jīng)濟性，其基本原理是利用填充在柔性管體內(nèi)部的土料或其他添加劑來增強土體的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。這些柔性管體通常由高強度合成材料制成，具有良好的耐候性和化學穩(wěn)定性。利用Geotube土工管的高抗紫外線能力及高強度、高抗酸堿腐蝕性的特點，可節(jié)省工程成本，加快工程進度[2]。通過快速脫水試驗（RDT），研究絮凝劑種類和摻量對混合料脫水速率和性能的影響[3]。結(jié)果顯示：脫水時間隨著纖維的添加而顯著縮短，在土工管填充材料中加入尼龍和黃麻纖維后，填充料的脫水時間分別下降了41%和49%。

土工管的基本作用原理包括以下幾個方面：

（1）抗沖刷：土工管通過吸收和分散波浪能量，減緩海水沖擊力，從而保護沿岸土壤和結(jié)構(gòu)不受侵蝕和破壞。

（2）沉積：土工管能夠在海水中減速水流并沉積懸浮顆粒，促進海底沉積物的積聚，從而增加沿岸土地的面積和穩(wěn)定性。

（3）排水：通過土工管內(nèi)部的排水系統(tǒng)，可以有效地排除土體內(nèi)部的過量水分，降低土壤的飽和度，提高土體的穩(wěn)定性和排水性能。

（4）增強：土工管作為一種柔性結(jié)構(gòu)，能夠與土體形成有效的交互作用，增強土體的抗拉、抗剪和抗壓能力，提高土體的整體穩(wěn)定性和承載能力。

土工管施工安裝的過程主要包括四個部分：提取、制備、脫水和固結(jié)[4]。

（1）提取：包括從項目現(xiàn)場或其他料場獲取要使用的土壤材料。對于一些位于沿海地區(qū)的項目，土工管需要使用的土壤材料可直接在海岸線上獲得。由于材料的易得性，使得土工管的建造成本更便宜。

（2）制備：即向上一步中的漿料混合物中添加合適的絮凝劑。研究表明添加絮凝劑可以極大地改善土工管填充材料的性質(zhì)。由于土工管使用的填充土壤材料大多直接來自沿海地區(qū)，其主要是細顆粒材料如細砂等，因此，為了提高細粒土的滲透性、減少脫水時間，在制備過程中往往會加入特定的絮凝劑來改善土粒的水力特性。

（3）脫水和固結(jié)：制備完成之后，混合料將通過液壓方式進入土工管內(nèi)部，顆?？紫端畡t可以通過土工管的小孔排出從而降低其內(nèi)部的孔隙水壓力。此過程將使土工管內(nèi)填充的混合料的固結(jié)度逐步升高。待固結(jié)基本完成后，土工管即可正常投入使用。

在安裝土工布管之前，擬建場地需要進行場地整平和清表。場地完成準備工作之后，鋪設(shè)基底土工織物并在高潮期設(shè)置防沖刷圍擋。同時，土工管設(shè)置區(qū)域應使用沙袋以對抗洋流的沖刷并起到固定的作用。填充土工管之前在擬建場地設(shè)置一定數(shù)量的對齊管，以便在填充土工管的過程中確保正確的位置。

2 土工管經(jīng)濟性分析

土工管通常由聚丙烯制成，具有高韌性和耐熱性的特點。常見的土工管有兩種類型：編織土工管和無紡土工管[5]。

編織土工布是通過在織機上編織紗線材料來生產(chǎn)的，可以使用切膜、原纖化紗線或單絲制成。無紡土工管則通常是通過針刺制造的黏合纖維。編織土工布以其高承載能力、低伸長率和耐腐蝕而聞名。編織土工布的成本通常為每平方米3.20～7.50美元。但此類土工織物的滲透性較差，因此它們更多地用于高速公路、停車場和其他道路的建設(shè)。

無紡土工布具有柔性變形能力、出色的過濾和分離性能和更低廉的價格等特點。鑒于其輕質(zhì)、柔軟和彈性的特性，它還具有良好的可加工性。無紡土工布的典型價格為每平方米1.50～5.40美元。但是無紡土工布通常強度不高，因此它們更多地用于防護、排水、分離和過濾設(shè)計中。因此與傳統(tǒng)拋石斜坡堤相比，土工管帶在生態(tài)環(huán)保、施工成本、施工工期、工藝與施工協(xié)調(diào)等方面具有明顯的優(yōu)勢[6]。

該文結(jié)合菲律賓沿海道路項目案例對土工管的經(jīng)濟效益進行較為全面的分析，以期對土工管在不同地區(qū)應用的經(jīng)濟性和有效性進行歸納總結(jié)。該項目位于菲律賓棉蘭老島的達沃市，該項目設(shè)計速度40 km/h，雙向雙車道，路線全長約1 243 m，其中橋梁長度478.7 m，該標段使用土工管的道路長度約316 m。該項目標準橫斷面圖，如圖1所示。

圖1 達沃沿海道路項目標準橫斷面圖（mm）

為了對土工管進行成本效益分析，該文將使用道路標準橫斷面圖來計算與土工管相關(guān)的工程造價費用。然后，該文將此成本與使用擋土墻的造價成本進行比較。該項目中使用的土工管橫斷面如圖2所示。

由此可知，土工管的橫截面面積為7.360 4 m2，由此可得土工管體積為7.360 4×316=2 325.886 4 m3，斷面同時設(shè)置三個土工管，因此土工管總體積為2 325.886 4×3=697 7.66 m3。根據(jù)細砂的平均單價每立方米1 700.00比索，計算土工管填充（細砂）的成本將為697 7.66×1 700=11 862 020.6比索。因此，土工管的總材料成本為13 652 963.18比索，約合245 744.74美元，見表 1所示。

下面計算使用擋墻防護的成本造價，擋墻材料包括：排水管、排水土工Ul+XBEn5AyAFOqlUx5RByaI00SN436FWi8dDFjkJ0Cs=布、結(jié)構(gòu)混凝土（A級）、鋼筋、模板腳手架。因此，這些材料（不包括排水土工布）將使用以下懸臂擋墻橫截面進行估算，見圖3。

每延米預制標準排水管單價為49.895比索，總價合計49.895×316=15 766.82比索。每立方米結(jié)構(gòu)混凝土造價5 100比索，總價合計5 100×10.186 6×316=16 416 724.56比索。假設(shè)每立方米混凝土所需鋼筋用量為120 kg，總價合計120×10.186 6×316×46=17 768 690比索。每平方米模板單價2 000比索，總價合計2 000×2 553.54=5 107 070.71比索。因此，得出使用擋土墻的成本為39 320 089.14比索，約合707 736.83美元。見表2。

根據(jù)計算，使用土工管防護可以節(jié)省25 667 125.96 比索，約合461 992.10美元。土工管造價僅為擋土墻防護結(jié)構(gòu)的35%，進一步證明了與其他沿海防護措施相比使用土工管的成本效益顯著。

3 結(jié)語

該研究對Geotube土工管在海岸路基/路堤工程中的經(jīng)濟性分析及施工安裝進行深入探討，結(jié)合菲律賓達沃市一處實際項目經(jīng)驗，得出了以下結(jié)論：（1）Geotube土工管在海岸防護工程中具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，與傳統(tǒng)方法相比能夠顯著降低工程成本，并且能夠提供可靠的防護效果。工程造價僅為傳統(tǒng)擋墻防護的30%～40%。（2）通過實際項目經(jīng)驗介紹了Geotube土工管的安裝過程，為類似項目提供了具體的指導和參考。（3）該研究總結(jié)Geotube土工管在海岸防護工程中的作用原理，為區(qū)域內(nèi)相似項目提供了一定的理論依據(jù)。

綜上所述，Geotube土工管作為一種新型的海岸防護工程材料，在實際工程應用中具有廣闊的發(fā)展前景和重要的實用價值。該研究成果以期能夠為相關(guān)領(lǐng)域的學術(shù)研究和工程實踐提供有益的參考，促進海岸線工程的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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[5]高鑫，郭偉.土工管袋理論分析與設(shè)計計算[J].中國科學：技術(shù)科學，2022（12）：1777-1791.

[6]王小磊.全斷面土工管帶在海南龍棲灣沙灘修復工程離岸防波堤中的應用[J].中國港灣建設(shè)，2019（12）：31-36.