淺談充砂枕圍堰在鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程中的應(yīng)用

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(鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計(jì)研究院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

淺談充砂枕圍堰在鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程中的應(yīng)用

王國棟，徐駿，喻桂成

(鎮(zhèn)江市工程勘測設(shè)計(jì)研究院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

本文結(jié)合充砂枕在鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程施工圍堰中的應(yīng)用，介紹了充砂枕袋圍堰的布置形式、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能、主要材料的性能要求及施工工藝，以便該項(xiàng)新技術(shù)在今后類似工程中得以推廣和應(yīng)用。

施工圍堰； 充砂枕； 應(yīng)用； 工藝

1 引 言

圍堰是指在水利工程建設(shè)中，為建造永久性水利設(shè)施，修建的臨時(shí)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其主要作用是防止水和土進(jìn)入建筑物的修建位置，創(chuàng)造干地施工條件。一般主要用于水工建筑中，除作為正式建筑物的一部分外，圍堰一般在用完后拆除。目前施工圍堰按照筑堤材料可分為土石圍堰、混凝土圍堰、板樁等，其中應(yīng)用最廣的是土石圍堰。充砂枕圍堰是一種新的工藝，它主要是在土工織物袋中充填砂形成一長條形模袋，然后按照設(shè)計(jì)斷面將砂枕模袋堆砌疊放以形成擋水堤壩。由于沖砂枕技術(shù)具有造價(jià)低、施工速度快、對軟弱地基適應(yīng)性強(qiáng)、能就地取材等特點(diǎn)，近年來被較多地應(yīng)用于砂性土料較多地區(qū)的圍海造地、河坡防護(hù)、施工圍堰等水利工程，且均取得了較好的工程效果。

2 工程實(shí)例

鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程的施工圍堰采用了沖砂枕技術(shù)，下面結(jié)合該項(xiàng)技術(shù)在本工程中的應(yīng)用情況作一介紹。

2.1 工程概況

引航道水利樞紐工程位于鎮(zhèn)江老港引航道內(nèi)、距長江側(cè)口門約500m處。工程由控制閘、泵站、跨河公路橋、通航船閘和管理區(qū)等幾部分組成。為保證主體工程在干地施工，主體工程施工導(dǎo)流采用全年圍堰擋水方案，需在基坑上下游引航道內(nèi)各布置1道圍堰，圍堰總長度573m。引航道水利樞紐主體工程為Ⅱ等2級水工建筑物，施工圍堰為4級建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。根據(jù)鎮(zhèn)江北固山水位站多年實(shí)測水位分析得出，長江十年一遇水位為▽ 8.12m。

根據(jù)勘探成果，圍堰底部在勘察深度范圍內(nèi)的土層主要為③號淤泥層和④號粉砂夾極薄層土：③號土層分布于引航道中，為近期淤積，層厚0.5～4.0m，c=7kPa,φ=12°,f=40kPa，工程力學(xué)性質(zhì)極差；④號土層，層厚3.6～14.5m，稍密，滲透性大，滲透系數(shù)Kv=7.31×10-4cm/sec，Kh=3.3×10-3cm/sec，工程力學(xué)性質(zhì)稍差。

2.2 圍堰斷面

根據(jù)規(guī)范要求，圍堰最小安全超高0.5m，考慮到圍堰由枕袋填筑而成，在高水位時(shí)出現(xiàn)越浪不會對壩身造成沖刷破壞，因此可不考慮風(fēng)浪爬高，確定圍堰頂高程為▽ 8.62m，取整后為▽ 8.70m。

施工水位按12月多年平均水位▽ 3.46m，并考慮一定風(fēng)浪影響和安全高度，確定水下部分圍堰頂高程▽ 4.00m。

為減小壩體不均勻沉降，加強(qiáng)壩身的整體性，防止壩體背水側(cè)河床局部淘刷引起壩身破壞，先在閘塘側(cè)子堰下鋪設(shè)一層軟體排，然后上、下游水下沖填塑枕子堰，子堰頂▽ 4.0m，寬4m,外側(cè)坡比1∶3；內(nèi)側(cè)坡比1∶1，子堰間吹填砂至▽ 6.0m，▽ 6.0m以上采用水上沖填砂枕方法至▽ 8.70m，迎水坡、背水坡坡比均為1∶2。背水坡在▽ 6.0m處設(shè)5m寬平臺。

圍堰防滲采用了深攪樁與鋪設(shè)防滲膜聯(lián)合防滲的方案。具體做法如下：在堰體施工至▽ 6.0m后，稍加輾壓確保機(jī)械有穩(wěn)定的作業(yè)面，然后在中間建造攪拌樁，形成垂直截滲墻，墻身最薄處厚度不小于0.22m，樁頂高程▽ 6.00m，樁底高程▽-14.00m。在堰體施工至▽ 8.70m后，在迎水面由壩頂▽ 8.70m至壩腳鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜，迎水面土工膜表面采用一層編織袋裝土或充砂枕壓重保護(hù)。

引航道水利樞紐工程施工圍堰典型斷面如下圖所示。

沖砂枕圍堰典型斷面圖

3 圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及計(jì)算

3.1 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

圍堰整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況按設(shè)計(jì)洪水位▽8.12m，圍堰基坑內(nèi)計(jì)算水位▽-4.00m。充填砂內(nèi)摩擦角考慮枕袋的加筋作用，綜合取值φ=25°，長江側(cè)圍堰背水平臺上面考慮通行汽車，荷載按汽-15考慮。按瑞典圓弧滑動條分法計(jì)算新筑堤滑坡穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算堰體迎水坡和背水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.15和1.21，均能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

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在實(shí)際施工過程中，堰體在長江水位漲潮落潮及高水位運(yùn)行期間均未出現(xiàn)滑坡、坍塌等情況。故認(rèn)為，理論計(jì)算成果和實(shí)際應(yīng)用效果基本相符，砂枕圍堰整體性好及抵抗水流沖蝕性能較強(qiáng)的特點(diǎn)，在本工程中得以充分體現(xiàn)。

3.2 滲流穩(wěn)定計(jì)算分析

充砂枕圍堰由各土工織物袋充填砂后，堆砌疊放后組成，各袋體之間不可避免地會存有縫隙，因此必須進(jìn)行防滲處理。在設(shè)計(jì)時(shí)對不作防滲和采取防滲兩種情況分別進(jìn)行了計(jì)算。在未進(jìn)行防滲處理的情況下，壩體滲流量為1.38×10-4m3/s/m，滲流量較大。本工程采用了深攪樁與鋪設(shè)防滲膜聯(lián)合防滲的措施。在采取防滲措施后，經(jīng)計(jì)算，壩體滲流量為6.52×10-5m3/s/m，滲流量減小了約53%。在實(shí)際施工過程中，閘塘內(nèi)滲流量維持在3000～4000m3/d的水平，通過水泵抽排，基本能滿足主體工程干地施工的要求。

4 主要材料技術(shù)要求

4.1 土工織物袋

土工織物袋由聚丙烯編織布制作形成。充填后厚度0.5m；編織袋分為加筋枕袋和不加筋枕袋兩種。在本工程中，加筋枕袋用于▽ 4.0m以下壩體，不加筋枕袋用于▽ 4.0m以上壩體。枕袋長度均分為20m、60m兩種，寬度分為4m、6m兩種；枕袋上開兩個(gè)直徑為20cm、長15m的充砂袖口(▽ 2.0m以上壩體枕袋袖口長0.4m)，袖口處縫有系袋條。

土工織物袋所用的聚丙烯編織布的規(guī)格應(yīng)為：每平方英寸的經(jīng)緯數(shù)16×14根，單位面積重130g/m2，編織布的抗拉強(qiáng)度縱向應(yīng)大于2500N/50mm，橫向應(yīng)大于2000N/50mm。

編織布的CBR頂破強(qiáng)度應(yīng)大于4000N，梯形撕裂強(qiáng)度縱向應(yīng)大于600N，橫向應(yīng)大于500N，布的等效孔徑應(yīng)滿足O90=0.09～0.12m，編織袋兩端的縫制應(yīng)滿足充填過程中在充填壓力達(dá)到0.33kg/cm2時(shí)不至于被炸開的要求。

充砂袖口處系袋條單位長度重不小于8g/m，抗拉強(qiáng)度大于0.5kN/m。

加筋枕袋的筋條采用與枕袋相同的聚炳烯編織而成。沿袋長縱向封閉均勻加筋，筋條之間相距1m。要求筋條單位長度重量不小于46g/m，寬為0.05m，抗拉強(qiáng)度大于5kN/根；加強(qiáng)筋用兩根φ0.1cm粗的尼龍線牢固且與編織布縫制在一起。

4.2 砂料

充砂枕圍堰充填枕袋砂料規(guī)格為d10>0.1mm。

4.3 防滲土工膜

防滲土工膜選用二布一膜，膜材為PE，厚度0.5mm，單位面積重量700g/m2，斷裂強(qiáng)度大于600N/5cm，CBR頂破強(qiáng)度大于2.2kN，撕破強(qiáng)度大于400N。門幅不小于6m。

5 施工工藝

5.1 施工順序

圍堰施工順序按以下步驟進(jìn)行：水下充枕筑子堰→吹填砂→打設(shè)攪拌樁→(基坑排水)→水上充枕→迎水坡吹填沙找平→迎水坡鋪防滲膜→迎水面護(hù)坡→背水坡草皮護(hù)坡→管理維護(hù)與監(jiān)測→圍堰拆除。

5.2 施工方法

砂枕填筑可采用定制的編織袋水下充砂及水上鋪設(shè)編織袋進(jìn)行充砂砌筑兩種方式。在本工程中，▽ 4.0m 以下砂枕采用水下充填方式施工，▽ 4.0m以上部分采用定制的編織袋在水面鋪設(shè)后進(jìn)行充砂堆砌。

土工織物袋充填前，應(yīng)對基層進(jìn)行處理，將可能有損織物的雜物清除。

土工織物袋充填所用的泥沙泵和高壓水泵，應(yīng)根據(jù)充灌速度、袋體大小、輸送距離等要求進(jìn)行選擇。

充填料主要采用就地取料，不足部分用采砂船運(yùn)到現(xiàn)場；土工織物上下袋體錯(cuò)縫鋪設(shè)。同層相鄰袋體接縫處土工織物鋪設(shè)時(shí)預(yù)留收縮量，確保充填后兩袋相互擠緊，不出現(xiàn)貫通的縫隙。水下鋪設(shè)時(shí)設(shè)置定位樁以保證袋體準(zhǔn)確就位。充填工序宜按充填→迸漿→二次充填→袋體厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的次序進(jìn)行，袋體充滿度宜為85%，厚度宜控制在0.4～0.5m范圍內(nèi)。充填采用砂泵進(jìn)行，管路出口壓力控制在0.2～0.3MPa。為避免袋體外露部分長時(shí)間暴露日照，袋體充填后及時(shí)吹填砂或采用草簾、彩條布等進(jìn)行覆蓋保護(hù)。

與其他圍堰形式不同的是：一般情況下其他類型的圍堰都是龍口合龍，而充砂枕圍堰施工時(shí)，則應(yīng)避免出現(xiàn)龍口，盡可能均衡上升。特別是圍堰施工高度達(dá)到水位變化區(qū)時(shí)，在每漲退潮時(shí)，不能留下個(gè)別缺口，同一層膜袋應(yīng)在一次漲退潮期間完成，避免集中水流對堰體的沖刷。

6 結(jié) 語

從引航道水利樞紐工程的使用來看，沖砂枕圍堰具有就地取材、施工機(jī)械化程度高、施工速度快、形成的固結(jié)體強(qiáng)度高等特點(diǎn)，克服了普通砂圍堰沉降大、難以成形、難以穩(wěn)定的缺點(diǎn)，解決了工程的土源問題，滿足了施工要求，符合就地取材、合理利用資源的原則，節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了工程工期，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。

[1] 米持平，鐘作武，董建軍，陳彥生.中國堤防工程施工叢書—深攪法[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] 尹云飛.鎮(zhèn)江市引航道閘站工程臨時(shí)工程—施工圍堰初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2006.

[3] 金良，耿雪飛，馬勇.淺談充砂模袋圍堰施工[J].治淮，2010(09).

OnApplicationofSand-filledPillowCofferdaminZhenjiangApproachChannelWaterProject

WANG Guo-dong, XU Jun, YU Gui-cheng

(Zhenjiang Engineering Survey and Design Institute, Zhenjiang 212003, China)

Combined with the application of sand-filled pillow in Zhenjiang approach channel water conservancy project construction cofferdam, sand-filled pillow cofferdam layout form, structure stability performance, performance requirement of major materials and construction process are introduced, thereby the process can be promoted and applied in similar projects in the future.

construction cofferdam; sand-filled pillow; application; process

TV551

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1005-4774(2014)11-0014-03