管袋充砂圍堰設(shè)計與施工技術(shù)研究

徐東海

摘要：文章以龍灣二期工程的中心大閘為代表，通過對海上圍墾工程中水閘圍堰工程深入分析，對常用土石圍堰結(jié)構(gòu)及材料實施了優(yōu)化設(shè)計，利用充砂袋為主結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)軟土基礎(chǔ)上建筑最大限度均載，提高加荷速率，加速閉氣體固結(jié)等技術(shù)優(yōu)勢，滿足了基礎(chǔ)穩(wěn)定，縮短了臨設(shè)工程（圍堰）施工時間，補充了圍堰內(nèi)主體工程工期不足，保障了工程主體項目節(jié)點時間實現(xiàn)，且節(jié)省了該單項工程成本，為類似工程建設(shè)具有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：龍灣二期工程；圍涂工程；軟基；管袋充砂圍堰；圍堰設(shè)計；施工技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV871 文章編號：1009-2374（2015）21-0126-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.063

1 工程概況

溫州龍灣二期圍涂工程位于浙東南的甌江口南側(cè)的東海岸，東臨大海，南至瑞安市交界線，西接丁山一期圍墾、天城圍墾、永興圍墾、海濱圍墾，北與溫州淺灘工程隔江相望。圍區(qū)總面積3.445萬畝，為Ⅲ等工程。主要由海堤和水閘組成。工程概算總投資約194369萬元，計劃施工總工期48個月，其中第一階段為27個月。海堤、水閘等主要建筑物級別為3級，設(shè)計防潮標準為50年一遇。圍堰等臨時建筑物級別為5級，設(shè)計防潮標準為非汛期5年一遇標準。根據(jù)現(xiàn)場施工交通條件和建筑材料供應(yīng)條件，經(jīng)綜合研究，中心大閘圍堰結(jié)構(gòu)采用充砂管袋外加大塊石壓腳及灌砌石防護的結(jié)構(gòu)形式，并取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

1.1 水文、氣象

本工程地處浙江省東南沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量豐沛，光照充足。據(jù)統(tǒng)計，溫州氣象站氣溫年平均氣溫17.9℃，其中7月最高為32.1℃，一月最低，為4.6℃。

1.2 潮汐特征

本工程附近海區(qū)的潮汐，屬正規(guī)半日潮。存在明顯的高潮不等和低潮不等現(xiàn)象，春分至秋分間夜潮高于日潮，秋分至翌年春分間反之。其潮位設(shè)計成果見表1：

1.3 工程地質(zhì)

中心大閘工程地質(zhì)條件根據(jù)勘探孔揭露，閘址土層結(jié)構(gòu)分布如下：

灘涂表部流泥層，厚約0.10～0.50m，含水量高，孔隙比大，性質(zhì)極差。

Ⅲ0層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：淺灰黃～灰色，飽和，流塑，高壓縮性。含有機質(zhì)和細小白色貝殼碎片，夾粉土或粉砂。所夾粉砂或粉土含量分布不均，一般呈薄層狀或團塊。該層厚度一般為1.20～4.30m。物理力學(xué)指標：W=（43.1～61.6）%，ρ=（1.64～1.92）g/cm3，Es=（1.66～3.55）MPa，快剪：C=（3.6～6.3）kPa，φ=（3.3～9.8）°，W=（25.6～44.8）%，ρ=（1.74～1.99）g/cm3。

Ⅲ2層淤泥：青灰色，飽和，流塑，高壓縮性。局部含少量白色貝殼碎片，上部夾少量薄層狀粉砂、粉土。該層分布穩(wěn)定，頂板高程-4.30～-11.40m。物理力學(xué)指標：W=（52.5～63.6）%，ρ=（1.60～1.72）g/cm?，Es=（1.68～2.19）MPa，快剪：C=（6.2～11.7）kPa，φ=（4.6～6.3）°，固快：C=（8.9～11.6）kPa，φ=（12.7～17.7）°。

2 圍堰設(shè)計指標

2.1 圍堰高程確定

中心大閘圍堰為臨時性建筑物，建筑物級別為5級，圍堰擋潮標準采用5年一遇非汛期最高潮位。工程處于北部區(qū)，設(shè)計潮位為：3.89m。根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》，外圍堰堰頂高程：設(shè)計潮位+浪高+安全超高，設(shè)計潮位為3.89m，浪高為1.8m，安全超高為0.5m。堰頂高程取：6.2m。內(nèi)圍堰位于海堤保護范圍內(nèi)圍區(qū)側(cè)，受風(fēng)浪沖擊較小，堰頂高程：設(shè)計潮位+安全超高，取4.4m。為減少外海側(cè)圍堰工程量，外海側(cè)圍堰采用5.0高程管袋+1.2混凝土防浪墻結(jié)構(gòu)。

2.2 圍堰基礎(chǔ)處理

圍堰基礎(chǔ)處理采用塑料排水插板法進行排水固結(jié)，排水板設(shè)計深度為10m。

2.3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.1 圍堰軸線確定。根據(jù)水閘設(shè)計方案，中心大閘樁基處理范圍中心大閘樁基處理范圍79.6m×88m。由于閘基開挖深度僅為0.5m，開挖穩(wěn)定邊坡按1：6考慮，圍堰（基坑側(cè)）坡腳至樁基處理范圍外邊線的安全距離為12m（局部為5.0m）。從而中心大閘圍堰總長515m。

2.3.2 圍堰斷面設(shè)計。外圍堰堤頂考慮通車要求，堤頂鋪填50cm厚泥結(jié)石路面，堤頂寬度6.0m。

圍堰結(jié)構(gòu)主體為：3層通長袋吹砂，至堰體鎮(zhèn)壓層高程，加上部袋裝砂棱體，外海側(cè)在▽1.5m高程設(shè)寬18m的鎮(zhèn)壓平臺，鎮(zhèn)壓平臺與堰頂之間用1∶1.5的斜坡連接；基坑側(cè)在▽1.0高程設(shè)寬11.6m的鎮(zhèn)壓平臺，鎮(zhèn)壓平臺至涂面1：2放坡，與堰頂之間用1∶1的斜坡連接。

2.3.3 堰體與海堤交接設(shè)計?？紤]到水閘和海堤（堤閘連接段）的過渡與穩(wěn)定，在圍堰施工前，對圍堰與海堤交接處的基礎(chǔ)采用了插板處理。為此，在圍堰吹砂管袋施工前，對此交接處開挖一10m寬的截水槽（碎石清除干凈，開挖至原涂面以下），并采用止水砂袋截斷透水通道，后在其上鋪設(shè)吹砂通長袋。

2.3.4 堰體材料選擇。堰體管袋采用200g無紡?fù)凉げ伎p制，縫制時，袋體的所有接縫均采用包縫法進行縫制，采用35支三股棉線，強度大于150N/m，每條接縫縫制不少于三道（先縫一道，折疊后再縫兩道）?？p制后的袋體拼縫部位強度不低于原織物強度的70%。拼縫設(shè)置在與上下層袋體的疊合部位，盡量避免通條出現(xiàn)在袋體兩側(cè)，確保袋體的接縫強度。

3 圍堰安全性分析

3.1 沉降計算

軟土地基沉降計算包括以下內(nèi)容：瞬時沉降Sd；次固結(jié)沉降Ss；主固結(jié)沉降Sc；總沉降S∞。

瞬時沉降是在荷載實施后立即發(fā)生的那部分沉降量，它是由剪切變形引起的。主固結(jié)沉降指的是那部分主要由于主固結(jié)而引起的沉降量，在主固結(jié)過程中，沉降速率是由水從孔隙中排出的速率所控制的。次固結(jié)沉降是土骨架在持續(xù)荷載下發(fā)生蠕變所引起的?？偝两盗繛樯鲜龀两盗恐停磉_式為：endprint

S∞=Sd+Sc+Ss

由于在計算過程中瞬時沉降和次固結(jié)沉降較難通過理論計算，所以總沉降量簡化通過經(jīng)驗系數(shù)法進行計算。即通過計算主固結(jié)沉降，再用沉降計算經(jīng)驗系數(shù)修正，如下式：

S∞=msSc=ms

式中：S∞——總沉降量；ms——沉降系數(shù)，一般ms=1.3～1.6，根據(jù)本工程地質(zhì)條件ms取1.4；Sc——主固結(jié)沉降。

計算參數(shù)：沉降計算時采用平均低潮位作為計算水位，平均低潮位以下取浮容重，平均低潮位以上取濕容重；計算深度算至附加應(yīng)力為0.1倍自重應(yīng)力處；e-p曲線采用地質(zhì)勘察報告提供的平均e-p曲線（垂直）。

計算結(jié)果：采用上述計算方法及計算參數(shù)，計算圍堰工后沉降約1.45m，在施工期應(yīng)充分考慮沉降對圍堰結(jié)構(gòu)的影響。

3.2 滲流穩(wěn)定計算

圍堰基礎(chǔ)滲流穩(wěn)定破壞主要為“流土”破壞，其計算公式為：S=∑kγwh/γ；式中k——安全系數(shù)取1.2；——土容重（kN/m?），水下取浮容重，水上取濕容重；w——水容重（kN/m?）；S——土層厚度（m）；h——水頭差（m）。

外海側(cè)取50年一遇設(shè)計高潮位，經(jīng)計算，實際圍堰底寬土層寬度大于計算要求土層寬度，滿足防滲流土要求。

3.3 圍堰穩(wěn)定分析

計算方法及允許最小穩(wěn)定安全系數(shù)。

根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》，圍堰整體穩(wěn)定采用瑞典條分法，最小安全系數(shù)Kmin完建期按正常運行條件考慮控制在1.05左右。其計算公式如下：

K=；式中：K——抗滑安全系數(shù)；Wi——土條的滑弧長、重量（kN）；Li——土條的滑弧長（m）；Ci——土條滑動面上的凝聚力（kPa）；i——土條滑動面上的內(nèi)摩擦角（度）；αi——滑動面中點的切線與水平線的夾角（度）；T——土工織物設(shè)計強度（kN）。

物理力學(xué)參數(shù)。圍堰填筑體物理力學(xué)參數(shù)如下：

砂：重度17.5kN/m3，飽和重度21.0kN/m3；c=0kPa，=37.5°。T=35kN/m。

地基土層物理力學(xué)指標見表2：

穩(wěn)定計算成果：根據(jù)本工程水閘圍堰的地基土層變化情況，本階段對各水閘圍堰典型斷面在其相應(yīng)地質(zhì)條件下的整體穩(wěn)定情況進行分析計算，計算采用理正巖土工程軟件進行。經(jīng)計算分析，圍堰最小安全系數(shù)kmin滿足規(guī)范要求。

4 主要施工工藝及施工方法

4.1 施工程序

圍堰施工程序為：施工準備→清理堤基→外海側(cè)底層鋪通長管袋吹填→內(nèi)海側(cè)鋪通長管袋吹填（外海側(cè)打排水板）→鋪通長袋吹填砂（分層至鎮(zhèn)壓層高程）→外圍堰鎮(zhèn)壓層拋石→袋裝砂棱體（分層至頂，并留出龍口）→護面保護→合攏→龍口段的護面保護→堤頂路面及防浪墻。

圍堰施工前，水閘南北兩側(cè)海堤堤基排水插板各推進進尺100m以上，避免堤基排水插板施工和圍堰施工相互干擾。待通長袋施工后，圍堰南北兩側(cè)海堤拋石跟上，以利于盡快形成轉(zhuǎn)運平臺，為水閘工程施工提供相應(yīng)場地。

4.2 施工方法

管袋縫制：袋體規(guī)格按設(shè)計要求在現(xiàn)場加工，袋體制作長度以圍堰斷面寬度為準，袋體制作寬度為20m左右。同時，根據(jù)第一個試充填情況，適當(dāng)調(diào)整袋體制作寬度，使一個袋體充填在一個潮水內(nèi)完成。袋體上層縱向和橫向每隔5m設(shè)置一個充填孔，充填孔縫制成“袖口”，便于充填砂。露灘部位的充填袋體的“袖口”長度宜為300～500mm?？p制時，袋體的所有接縫均采用包縫法進行縫制，采用35支三股棉線，強度大于150N/m，每條接縫縫制不少于三道?？p制后的袋體拼縫部位強度不低于原織物強度的70%。拼縫設(shè)置在與上下層袋體的疊合部位，盡量避免通條出現(xiàn)在袋體兩側(cè)，確保袋體的接縫強度。縫制好后，折疊成形，堆放于陰涼干燥處，并注明袋體的尺寸、充填位置和序號。

充砂：砂庫布置：在圍堰北側(cè)主堤外海部位設(shè)一50m×70m的砂庫，供砂船擱淺后將砂卸至砂庫內(nèi)。

管線鋪設(shè)：低潮時段將6臺吹砂泵放到砂庫內(nèi)，通過Φ150mm的輸砂軟管將充填料吹入袋體“袖口”。

袋體鋪設(shè)：在高潮時，用機動舢板船將袋體運到充填砂部位，待潮水落至約0.3～0.5m水深時，根據(jù)測量放樣的圍堰中心線、邊線位置將袋體鋪平展開，并用錨墜將袋體四周固定，防止袋體移位。然后，開機充填砂袋。

充填：將Φ150mm的輸砂軟管口與“袖口”連接。啟動水泵，用高壓水槍造漿。啟動泥漿泵充填砂袋，根據(jù)充填厚度及時移動輸砂管口至各個充砂“袖口”充填砂袋。充填砂袋時，首先沿長邊方向進行充填，避免應(yīng)力集中損壞袋體，并在充填過程中經(jīng)常調(diào)整輸砂管口方向，防止袋體在充填過程中受力不均而移位、變形，待袋體固定并不再發(fā)生位移時，再次充填，直至達到理想的飽滿度。在充填過程中，袋體頂面輸砂安排人工來回踩踏，當(dāng)砂袋充填到一定的飽滿度后，用木棍敲打砂袋，使土顆粒重新排列趨于緊密，加快袋體排水固結(jié)速度，待整個砂袋達到屏漿階段，適當(dāng)減少充填砂袋機械或停止充填，防布袋爆裂，留有一定固結(jié)脫水時間。

充填質(zhì)量檢查：在充填砂袋排水沉淀完成后，檢查充填質(zhì)量，對不合格處補充，直至滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

吹填砂施工與充泥管袋交叉施工，相互形成依托。在圍堰兩側(cè)充泥管袋砂棱體形成后，即可進行吹填施工。采用采砂船將砂裝入泥駁運至施工現(xiàn)場，采用躉船直接進行吹填。

5 圍堰施工特點及難點

本圍堰施工具有以下幾個特點和難點，具體采取措施如下：

涂面較高：基礎(chǔ)處理難度較大，無論采用水上船只作業(yè)還是候潮露灘作業(yè)，有效作業(yè)時間均較短。結(jié)合本工程實際情況，圍堰基礎(chǔ)處理采用候潮露灘作業(yè)。

基礎(chǔ)差：工程地基為淤泥質(zhì)軟土地基，且軟土厚度較厚。在實際施工中嚴格控制加荷速率，防止圍堰失穩(wěn)。

受風(fēng)、浪、潮影響大，本工程屬于候潮施工項目，不同于陸上作業(yè)，施工組織難度較大，堰體容易被水沖毀。在施工過程中外海側(cè)圍堰充填后防護跟進及時，確保了施工過程安全。

受臺風(fēng)影響大：本工程地處浙江沿海，圍堰施工中需至少經(jīng)歷一個臺風(fēng)期。在施工和使用過程中采取了在外海側(cè)防護塊石理砌的基礎(chǔ)上做了混凝土灌注，內(nèi)海側(cè)做了拋石石渣防護。

防滲要求較高：管袋充砂圍堰在管袋與基礎(chǔ)之間；管袋與管袋層間、接頭間；管袋圍堰與構(gòu)筑物（主堤）間易形成滲漏通道，在本工程中采取以下措施給予解決。（1）做好建基面清理與平整工作，管袋鋪筑前將基面上的塊石、垃圾等清理干凈，保證基面盡量平整。然后垂直軸線方向鋪三層通長管袋，層與層之間管袋錯開，防止堰體與基礎(chǔ)之間滲漏。（2）管袋充盈系數(shù)控制在80%左右，接頭層間錯開，以便充砂結(jié)構(gòu)在重力作用下自密實。確保層間防滲。（3）與構(gòu)筑物（主堤）結(jié)合范圍內(nèi)，挖10m寬截水溝，開挖時溝內(nèi)碎石、雜物清理干凈，然后延軸線方向鋪三層通長管袋，并做好與內(nèi)外圍堰接頭處理，確保主堤與構(gòu)筑物之間防滲。

防滲效果：圍堰在使用過程中，滲漏量較小，滿足使用要求。

6 結(jié)論

與傳統(tǒng)土石結(jié)合圍堰相比，管袋充砂圍堰具有造價低、工期短、適應(yīng)地基變形能力強、施工簡單等優(yōu)點，在近海及河口等軟土地基、附近有砂源等條件下有較大的優(yōu)勢。經(jīng)優(yōu)化采用管袋充砂圍堰后在實施過程中基礎(chǔ)穩(wěn)定，施工工期大幅縮短（與同等土石圍堰相比縮短工期3個月以上）、造價較低（與傳統(tǒng)同規(guī)模土石圍堰相比造價低20%～30%）等優(yōu)勢。其結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工等在同類型工程中有較強的借鑒意義。

參考文獻

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[2] 堤防工程設(shè)計規(guī)范（GB50286-1998）[S].

[3] 浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定.

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint