小型圍墾用充填砂袋堵口施工方案研討

沈勇彬

(福建省圍墾建設(shè)工程有限公司，福建 漳州 363100)

小型圍墾用充填砂袋堵口施工方案研討

沈勇彬

(福建省圍墾建設(shè)工程有限公司，福建 漳州 363100)

充填砂袋作為圍堰合龍口主要可充分利用海砂資源，降低施工成本，可以在軟基或地質(zhì)較好的土質(zhì)上施工，對沿海區(qū)域用途較廣，且施工技術(shù)簡單。用充填砂袋作為圍堰合龍口能否順利合龍主要取決于安排抽砂泵的數(shù)量，多考慮因機(jī)械原因引起的充填無法同時(shí)跟進(jìn)，會導(dǎo)致個(gè)別低洼引起沖刷，同時(shí)要經(jīng)設(shè)計(jì)部門計(jì)算水力情況,流速在3m/s以內(nèi)可方案施工。

水閘圍堰；充填砂袋；龍口布置與防護(hù)；小型圍墾合龍口

1 水 文

1.1 潮汐

工程區(qū)域無長期實(shí)測潮位資料。因此，本工程設(shè)計(jì)水位根據(jù)平潭海洋站1966-1987年間的驗(yàn)潮資料,及江陰壁頭角(距離本工程約12km)1994年3月14日至4月28日與平潭海洋站的同步觀測資料分析計(jì)算。

1)基面換算關(guān)系：

坐標(biāo)系統(tǒng)：1980 西安坐標(biāo)系。

高程系統(tǒng)：1985國家高程基準(zhǔn)。

其它高程基準(zhǔn)面的關(guān)系見圖1。

本工程高程系統(tǒng)均采用1985國家高程系統(tǒng)，其與其它基面高程的關(guān)系如下：

圖1 各高程基準(zhǔn)面關(guān)系圖

2)潮汐性質(zhì)：

本區(qū)潮汐性質(zhì)為不正規(guī)半日潮，潮汐形態(tài)系數(shù)F=(H01+HK1)/Hm2=0.25。

3)設(shè)計(jì)潮位：

設(shè)計(jì)高潮位：

興化灣有東甲長期觀測潮位站，本次收集到東甲潮位站從 1966—2006年年最高潮位資料。東甲潮位站位于海岸地區(qū)，水位不受洪水影響，宜采用極值I型分布進(jìn)行頻率分析計(jì)算：

表1 東甲潮位站年最高潮位頻率分析成果表

設(shè)計(jì)低潮位：

東甲潮位無長系列年最低潮位資料，只觀測有1964年7月9日年最低潮位為-3.24m。通過鄰近地區(qū)崇武站長系列最低潮位資料分析計(jì)算，推算東甲站各頻率設(shè)計(jì)最低潮位。

表2 東甲潮位站年最低潮位頻率分析成果表

10a一遇高潮位： 5.13m

10a一遇低潮位： -3.31m

4)波浪：

興化灣從東北向的牛頭尾到西南石城三面環(huán)山，其正面有南日群島作為屏障，僅東南向由興化水道及南日水道與臺灣海峽相通。本工程位于灣內(nèi)灘涂，外海波浪經(jīng)口門傳播進(jìn)入沿程衰減，已明顯減弱，影響本工程的波浪需綜合考慮自口門傳入的波浪和灣內(nèi)小風(fēng)區(qū)產(chǎn)生的風(fēng)成浪。平常波浪不大，但在臺風(fēng)期間，東南向50 a一遇有效波高達(dá)2.5-3.0m。

1.2 設(shè)計(jì)荷載

均布荷載：20 kPa。

1.3 結(jié)構(gòu)方案

圍堰采用斜坡式結(jié)構(gòu)，圍堰堤頂高程5.5m，頂寬8.0m，迎水側(cè)設(shè)臨時(shí)袋裝砂防浪墻，頂高程為6.5m，堤頂路面采用山皮土路面。圍堰內(nèi)外側(cè)斜坡坡比均為1∶2.0，并在高程2.0m處設(shè)置一級反壓平臺。迎水側(cè)護(hù)面面層為250mm膜袋混凝土，堤心為充填袋裝砂，袋裝砂間設(shè)置黏性土心墻防滲。地基處理采用插打塑料排水板的方案，塑料排水板間距為1.2m，等邊三角形布置。方案結(jié)構(gòu)詳見圖2。

圖2 圍堰結(jié)構(gòu)斷面圖

2 主要施工方法

2.1 施工方法

圍堰主要施工流程：

施工準(zhǔn)備→鋪設(shè)土工格柵→充填兩側(cè)袋裝棱體→鋪設(shè)砂墊層→插打塑料排水板→充填袋裝砂堤身(重點(diǎn)為龍口的施工)→回填黏性土心墻→模袋護(hù)面施工→路面施工→防浪墻。

2.2 鋪設(shè)土工格柵

1)土工格柵搭接長度≥20cm且≥3個(gè)孔格，搭接范圍應(yīng)用塑料扎絲扎緊(不應(yīng)用鐵絲)。

2)土工格柵應(yīng)垂直于圍堰前沿線平鋪、拉緊，并應(yīng)立即填鋪填料。

2.3 施打塑料排水板

施工準(zhǔn)備→打樁機(jī)定位→穿排水板及裝樁靴→樁架就位→施打排水板至設(shè)計(jì)底標(biāo)高→提套管到砂墊層上→切割排水板操作→提套沉管至水面→檢查并記錄打設(shè)情況→樁機(jī)移位

塑料排水板打?yàn)橼s潮施工，采用履帶式液壓插板機(jī)施打，塑料排水板由砂墊層頂部開始插設(shè)，插設(shè)深度應(yīng)按設(shè)計(jì)要求控制。

2.4 充填袋裝砂

由人工將袋體攤鋪就位，作好固定和管口聯(lián)接，啟動(dòng)泥漿泵開始充填。充填過程中注意觀察砂漿的流量、流向和流速，及時(shí)調(diào)整輸送管口的方向，以免袋體受力不均而導(dǎo)致變形移位[1]。

每層袋體在施工時(shí)應(yīng)注意搭接，要與軸線保持垂直，堆迭整齊，不允許袋體與袋體間留有間隙、通縫。

新充袋體不得用鋒利的石塊堆壓，以免割破袋布，袋體間的空隙以袋裝泥沙填補(bǔ)密實(shí)，以免形成管涌通道。

在同一區(qū)，同一施工段吹填時(shí)保證泥漿濃度一致，施工時(shí)應(yīng)力求土沉積分布均勻，避免粗、細(xì)骨粒集中，密實(shí)。

2.5 黏土心墻回填

1)填筑、壓實(shí)技術(shù)要求：土料在填筑時(shí)須進(jìn)行分層碾壓，鋪料、平整、灑水后選用振動(dòng)壓路機(jī)，進(jìn)行碾壓壓實(shí)，碾壓數(shù)據(jù)通過碾壓試驗(yàn)取得，確定合理的碾壓參數(shù)，采用進(jìn)退錯(cuò)距法進(jìn)行施工，機(jī)械碾壓不到的邊角部位，采用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)，以符合設(shè)計(jì)要求為標(biāo)準(zhǔn)。

2)本工序?yàn)橼s潮施工，為確保每日回填土方不被海水浸沒，在圍堰外側(cè)設(shè)置一處臨時(shí)堆料場，以滿足堆放每一潮水所需回填的土方量。

3)加大場內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械的投入，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上增加2臺裝載機(jī)、4臺10t自卸汽車、1臺壓路機(jī)，加快填土出水時(shí)間。

2.6 圍堰合龍

2.6.1 龍口時(shí)間選擇

堵口時(shí)間的選擇應(yīng)考慮合適的天氣條件以低潮位為宜(一般為每月的農(nóng)歷初6-12日、20-26日)，此時(shí)潮位低、潮差小、風(fēng)浪小，在天氣暖和、流量小的時(shí)段集中力量突擊進(jìn)行施工。根據(jù)目前現(xiàn)場施工實(shí)際情況、進(jìn)度計(jì)劃和三江口潮汛情況。

2.6.2 龍口布置與防護(hù)

本工程口門位置考慮到現(xiàn)場地質(zhì)條件(與其它地段地質(zhì)一致)、水深以及從兩側(cè)充填袋裝砂圍堰堰體相向推進(jìn)的工效等因素，擬選定口門尺寸按照口門處控制流速確定(控制流速宜取2-3m/s)，寬度取為100m左右，其具體位置布置根據(jù)現(xiàn)場地形情況擬布置在靠近港前路A2標(biāo)段現(xiàn)有堤頭約50m處。堵口的防護(hù)包括護(hù)底和兩側(cè)堤頭保護(hù)，護(hù)底的施工順序按照“先低后高”、 “先近后遠(yuǎn)”的原則；護(hù)底鋪設(shè)結(jié)構(gòu)采用先在基礎(chǔ)面上鋪設(shè)一層加筋土工格柵，然后在其面上鋪設(shè)一層厚約80cm的砂墊層，并將其整平；接著進(jìn)行充填袋裝砂的施工。考慮堵口段水力條件及地質(zhì)條件，該護(hù)底長度建議在原有圍堰腳各延伸25m，即護(hù)底寬度約100m；護(hù)底高度1m左右。

在施工過程中，一旦發(fā)現(xiàn)原有護(hù)底護(hù)腳被水流淘刷嚴(yán)重，需立即采取補(bǔ)救措施如拋填大塊石等。兩側(cè)堤頭保護(hù)主要是防止堵口水流、立軸漩渦和堤身滲流對堤頭造成的破壞[2]，具體堤頭保護(hù)方法：在口門堤頭左右兩側(cè)前后堰腳棱體外側(cè)各設(shè)置一塊寬20m、長10m的充填袋裝砂壓載，同時(shí)堤頭的坡度適當(dāng)放緩至1∶2.5-3.0，防護(hù)順序如下圖所示。

2.6.3 堵口順序與方法

不同的堵口順序會出現(xiàn)不同尺寸的口門，遇到不同的水力條件，形成不同的堵口難度，從而也要求不同的施工方法、強(qiáng)度及設(shè)備。堵口順序的選擇，必須滿足堵口過程中安全、穩(wěn)定的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮施工效率、施工進(jìn)度與成本。本工程擬采用平立堵結(jié)合的方法，既能獲得較好的龍口水力條件和地基穩(wěn)定條件，又能充分發(fā)揮陸上施工力量，利用陸拋提高效率，加快進(jìn)度，降低成本。具體實(shí)施方案為：首先采用利用低潮位露灘期間采用充填袋裝砂平堵至▽1.50m標(biāo)高(在這之前，需將其底部的砂墊層和土工格柵鋪設(shè)完成)，將口門底檻抬高，然后兩頭雙向進(jìn)占立堵壓縮口門寬度至100m左右，立堵標(biāo)高控制在▽4.5m左右，此時(shí)即為合龍口，再采用立堵或平堵的方法在小潮期，集中力量一次截流成功。堵口順序如下圖所示。

堵口需具備的條件：①非龍口段施工至▽4.5m頂標(biāo)高；②龍口及端頭護(hù)底全部完成；③堵口料、施工機(jī)械、勞動(dòng)力組織已準(zhǔn)備就緒。在上述3個(gè)條件均滿足后開始選擇合適的時(shí)間進(jìn)行龍口截流。

龍口截流施工方案擬定方案采用沖灌砂袋平堵法，下面闡述具體實(shí)施方法：

1)袋的尺寸設(shè)計(jì)：沖灌袋尺寸按現(xiàn)場實(shí)際需要設(shè)計(jì)，袋的厚度在沖灌完成后大約0.5-0.6m左右，沿水流方向每層設(shè)計(jì)為單幅，而垂直于水流方向可由多幅沖灌袋搭接形成，搭接長度0.5-1m。每個(gè)沖灌袋留有若干個(gè)沖灌袖口，袖口間距約為4m，正方形布置。

2)施工方法：該方法施工的前提條件是抽沙處需要有水。根據(jù)現(xiàn)場查勘，目前在南端堤頭位置靠外海側(cè)有一沖刷深溝，該溝在潮位最低時(shí)水深約3.0m，水面寬度50m左右，可滿足沖灌用水需要。故備砂位置擬布置在南端堤頭內(nèi)側(cè)，備砂總量按斷面工程量的2倍考慮即4465×2=8930m3，實(shí)際按9000m3砂方進(jìn)行備料。施工設(shè)備擬采用吹砂泵船，其生產(chǎn)理論能力200m3/h，實(shí)際生產(chǎn)能力按150m3/h考慮，故在6h堵口時(shí)間段，單條泵船可沖灌砂150m3/h×6j=900m3，沖灌砂總量按5000m3考慮，所需船數(shù)5000/900=6(條)。堵口截流前期，需在口門左右前后側(cè)分別設(shè)置4個(gè)砂平臺，用于固定枕木。截流開始時(shí)，采用人工迅速將原先設(shè)計(jì)的每層砂袋個(gè)數(shù)通過枕木定位卡死全部鋪開，隨即利用抽沙泵船同時(shí)往袋中充灌砂，保證砂袋能同時(shí)加高，逐層加高直至▽4.5m標(biāo)高，在加高過程中，需確保上下層砂袋的錯(cuò)縫搭接，并按設(shè)計(jì)要求控制邊坡坡比。

3)圍堰內(nèi)為水閘的干地施工，為此應(yīng)進(jìn)行防滲處理，該法截流完成后的防滲處理可采用打水泥攪拌樁或高壓旋噴樁的施工方法。

2.6.4 在施工過程中應(yīng)注意事項(xiàng)

1)充填袋加高速度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況確定，特別是需注意加高速度過快是否會導(dǎo)致的圍堰堰體的滑動(dòng)；

2)水流流速?zèng)_刷作用和加荷集中引起的地基穩(wěn)定問題，若出現(xiàn)異常，需采取相應(yīng)措施。如發(fā)現(xiàn)圍堰坡腳位移需立即停止加高圍堰，查清原因并排除險(xiǎn)情后方可繼續(xù)施工等；

3)考慮圍堰地基基礎(chǔ)為軟基，必然在圍堰完工后一段時(shí)間會整體沉降，導(dǎo)致堰體高程低于設(shè)計(jì)高程，在施工期需預(yù)留富余高度0.5米左右。

此外，堵口必須與整個(gè)圍堰工程進(jìn)度匹配，堵口前非堵口段已填筑至預(yù)定標(biāo)高，堵口段基礎(chǔ)處理和相應(yīng)的防護(hù)工作均已完成，堵口完成后又應(yīng)有足夠的時(shí)間加高培厚堵口段圍堰，達(dá)到設(shè)計(jì)斷面。

3 結(jié) 語

用充填砂袋作為圍堰合龍口能否順利合龍主要取決于安排抽砂泵的數(shù)量，多考慮因機(jī)械原因引起的充填無法同時(shí)跟進(jìn)，會導(dǎo)致個(gè)別低洼引起沖刷，同時(shí)要經(jīng)設(shè)計(jì)部門計(jì)算水力情況,流速在3m/s以內(nèi)可方案施工。

充填砂袋作為圍堰合龍口主要可充分利用海砂資源，降低施工成本，可以在軟基或地質(zhì)較好的土質(zhì)上施工，對沿海區(qū)域用途較廣，且施工技術(shù)簡單。

[1]陸健輝，阮龍飛.土工織物加筋法在堤壩地基處理中的應(yīng)用[J].人民長江，2012(S1)：34-37.

[2]張閩生.圍海工程堵口技術(shù)研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2006(03)：49-50.

1007-7596(2016)11-0121-04

2016-10-14

沈勇彬(1967-)，男，福建詔安人，工程師， 從事水利工程施工管理工作。

TV551.3

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