大尺寸模袋砂圍堰在某圍海造陸工程中的應(yīng)用

陳凌偉，周小文 ，彭衛(wèi)平

(1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060； 2.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510640)

大尺寸模袋砂圍堰在某圍海造陸工程中的應(yīng)用

陳凌偉1，2*，周小文2，彭衛(wèi)平1

(1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060； 2.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510640)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沿海地區(qū)對(duì)圍海造陸的需求日益增大。其中，如何在沿海軟基上快速修建圍堰，存在很多關(guān)鍵技術(shù)問題沒有得到解決。模袋砂圍堰具有施工效率高、造價(jià)較低、整體性能良好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹了某圍海造陸工程中模袋砂圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其施工技術(shù)，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，為該技術(shù)在類似工程中的應(yīng)用提供了借鑒。

圍海造陸；軟基；模袋砂；穩(wěn)定性分析

1 引 言

在圍海造陸工程中，圍堰的形成是整個(gè)工程中的重要環(huán)節(jié)。隨著工程規(guī)模逐漸變大，工期要求縮短，再加上施工過程中無(wú)掩護(hù)、受風(fēng)浪沖擊等影響，如何既安全又快速的在沿海軟基上建造圍堰成為一大難題。大尺寸模袋砂圍堰是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)軟基加固及快速修建堤圍的新技術(shù)，這種大砂袋通常有十多米寬，一百多米長(zhǎng)，袋內(nèi)用水力充填砂土，一層層大砂袋鋪設(shè)在軟基上，形成整體性很好的圍堰。由于其具有施工簡(jiǎn)便、造價(jià)較低、對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn)，一經(jīng)出現(xiàn)，便迅速得到重視和應(yīng)用[1～5]。本文以湛江某圍海造陸工程為例，詳細(xì)介紹了大砂袋圍堰的設(shè)計(jì)及施工情況，對(duì)施工過程中需要的事項(xiàng)進(jìn)行了說明，可為今后類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

某圍海造陸工程位于東海島的北部，湛江灣南岸。工程填海形成陸域面積約為927.44萬(wàn)平方米；建設(shè)圍堰總長(zhǎng) 22 881.3 m。根據(jù)鉆孔資料顯示：場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)土(巖)層按其時(shí)代、成因不同，自上而下分為：①粗(中)砂層、②淤泥及淤泥質(zhì)黏土層、③細(xì)、中砂混淤泥層、④淤泥及淤泥質(zhì)黏土層、⑤黃色黏土及粉質(zhì)黏土層、⑥黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、⑦中砂及粗砂層、⑧粉質(zhì)黏土及黏土層、⑨黏土及粉質(zhì)黏土層、⑩中砂層、黏土及粉質(zhì)黏土層、中粗砂層、黏土及粉質(zhì)黏土層、中粗砂層。主要土層特性如表1所示。

土層特性 表1

3 圍堰設(shè)計(jì)

3.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)

圍堰采用充填模袋砂結(jié)構(gòu)，即用土工織物制作大型充填袋，袋內(nèi)充填材料選擇用排水性較好的中細(xì)砂，每層充填袋的厚度為 500 mm～800 mm，飽滿度宜為80%，分層鋪設(shè)形成斜坡堤心。充填袋底層最寬 45 m，堤頂寬度為 6.0 m。護(hù)面坡度為1∶2，內(nèi)側(cè) 1∶1；外側(cè)護(hù)面塊體采用 2 t扭王塊和 3 t扭王塊，護(hù)面塊體和袋裝砂之間依次設(shè) 150 kg～300 kg塊石墊層、二片石墊層、混合碎石倒濾層和土工布。壓腳塊石分二級(jí)，第一級(jí)為 60 kg～100 kg塊石，第二級(jí)為 250 kg～300 kg塊石。圖1為典型設(shè)計(jì)斷面。

圖1模袋砂圍堰典型斷面設(shè)計(jì)圖

3.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，采用簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)圍堰進(jìn)行穩(wěn)定性分析[1]。式(1)～式(3)如下所示：

(1)

(2)

Msd=γs[∑R(qkibi+Wki)sinαi+Mp]

(3)

式中：Fs—為安全系數(shù)；MRk—為危險(xiǎn)滑動(dòng)面上抗滑力矩的標(biāo)準(zhǔn)值(kN·m/m)；Msd—為作用于危險(xiǎn)滑動(dòng)面上滑動(dòng)力矩設(shè)計(jì)值(kN·m/m)；R—為危險(xiǎn)滑動(dòng)面的半徑(m)；γs—為綜合分項(xiàng)系數(shù)，可取1.0；γR—為抗力分項(xiàng)系數(shù)；Wki—為第i土條的重力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)，可取均值；uki—第i土條滑動(dòng)面上水頭超過零壓線以上的孔隙水壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，可取均值Mp— 其他原因，如作用于直立式防波堤的波浪力標(biāo)準(zhǔn)值引起的滑動(dòng)力矩(kN·m/m)；qki—第i土條頂面作用的可變作用的標(biāo)準(zhǔn)(kN/m2)；bi—為第i土條寬度(m)；αi—第i土條的滑弧中點(diǎn)切線與水平線的夾角(°)；φki—為第i土條滑動(dòng)面上的固結(jié)快剪內(nèi)摩擦角(°)，可取均值；cki—為第i土條滑動(dòng)面上的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)，可取均值。

圍堰穩(wěn)定性計(jì)算荷載取10 kPa均布荷載，作用于堤頂，計(jì)算水位選用極端低水位 -0.43 m。大砂袋的凝聚力和內(nèi)摩擦角分別取 0 kPa和28°，重度為18kN/m3。分別取固結(jié)快剪和直剪快剪強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)圍堰的使用期和施工期的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，結(jié)果得到圍堰的安全系數(shù)分別為 1.251 3和 1.058 5。計(jì)算結(jié)果滿足《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL303-2004)規(guī)定的4級(jí)土石圍堰k值不小于1.05的要求。圍堰施工期的安全系數(shù)較小，處于臨界狀態(tài)，雖然圍堰整體運(yùn)行良好，沒有發(fā)生事故，但是仍存在失穩(wěn)破壞的可能性。

4 圍堰施工

4.1 材料選擇

模袋充填材料選用中細(xì)砂，要求其容重不小于 17 kN/m3，含泥量<5%，水下內(nèi)摩擦角≥30°，不得含有礫砂，充填飽滿度宜為85%。模袋材料采用丙綸長(zhǎng)絲機(jī)織土工布，技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

模袋的主要技術(shù)指標(biāo) 表2

4.2 施工工藝流程

圍堰主要施工流程為：測(cè)量放樣，清理基礎(chǔ)，模袋砂充填，防滲土工膜鋪設(shè)，護(hù)坡護(hù)腳。關(guān)鍵性施工技術(shù)在于模袋充填施工[2]。

由于本工程部分圍堰充填砂袋處于施工水位以下，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，水位下的充填袋采用水上施工方法，施工時(shí)，用GPS定位，打鋼管將預(yù)先加工好的充填編織袋固定在設(shè)計(jì)平面位置上再用砂泵進(jìn)行充填。水位以上充填砂袋采用陸上施工方法，測(cè)量放樣后，鋪設(shè)預(yù)先加工好的充填袋并用鋼管固定，采用泵砂船直接充填。充填袋的施工流程如圖2所示，圖3為模袋充填施工現(xiàn)場(chǎng)圖片。

目前微課資源應(yīng)用情況很不樂觀。許多教師參加了微課大賽，卻在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中極少利用微課進(jìn)行教學(xué)，在取得成果后便將作品“束之高閣”。在中國(guó)微課網(wǎng)平臺(tái)上關(guān)于微課使用情況的調(diào)查中，“點(diǎn)播/查看自己的微課”、“點(diǎn)播查看他人的微課”、“評(píng)論他人的微課”、“下載他人的微課”、“課堂教學(xué)中運(yùn)用微課”這五個(gè)維度的里克特量表數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，各項(xiàng)均值僅為2.69，遠(yuǎn)低于Test Value值3，可見使用率偏低。針對(duì)這一現(xiàn)象，需要教學(xué)者增加對(duì)微課教學(xué)的了解并將具有優(yōu)勢(shì)的教學(xué)模式運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)當(dāng)中。增強(qiáng)自身的信息素養(yǎng)，將微課融入教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

圖2 充填袋施工流程圖

圖3 充填袋施工照片

4.3 充填袋施工的技術(shù)要求

(1)編織袋的制作

砂袋主體材料使用抗老化聚丙烯編織物，拼接或縫制采用35 支三股錦綸線，縫制后強(qiáng)度不低于原織物強(qiáng)度的70%。充填袋在制作、運(yùn)輸、堆放等施工過程中，應(yīng)注意保護(hù)，不得出現(xiàn)破損和老化現(xiàn)象。

(2)測(cè)量放線與模袋定位

模袋放線由全站儀定位，將模袋搬運(yùn)到圍堰軸線上，并使模袋攤滾方向?yàn)閲咻S向。模袋緊靠當(dāng)層前一模袋放置，然后由工人剪掉線繩，拔去包捆用的無(wú)紡布，并沿軸線攤鋪，攤鋪時(shí)，使模袋中心點(diǎn)稍微向前一模袋偏移50 cm，保證充灌時(shí)的預(yù)留收縮量，使充灌后，相鄰兩袋能夠相互貼緊，不得出現(xiàn)涌縫，層與層之間必須錯(cuò)縫施工，相鄰兩個(gè)砂袋搭接不得少于 1.5 m。第一級(jí)圍堰充填袋位于水下，采用木樁或鋼管樁固定，沿充填袋兩側(cè)進(jìn)行布置，木樁采用GPS定位、人工施打，充填編織袋在水上攤鋪后，用繩子將充填袋兩側(cè)系綁在木樁上固定。

(3)試沖灌砂袋

試沖灌砂袋的主要目的是確定現(xiàn)場(chǎng)砂料的排水固結(jié)時(shí)間，袋體沿縱線的寬度，充砂口大小、數(shù)量、排列，泥漿泵性能，含水量，沖灌時(shí)間等參數(shù)。當(dāng)各參數(shù)配合使施工充砂處于較佳的效率，并由此設(shè)計(jì)袋的縱向長(zhǎng)度、單個(gè)充砂袖口控制面積及泵的充灌壓力。

將砂袋充砂袖口與砂泵出管口相連，砂泵管口纏一層無(wú)紡布，管口插入充砂袖口，并用鐵絲綁牢。 啟動(dòng)砂泵，開動(dòng)高壓水槍對(duì)砂池中粗砂進(jìn)行造漿，若砂漿含砂量太高，則有可能使砂泵管路堵塞，采用振搗器使砂漿充分液化。開啟砂泵，向袋內(nèi)充砂。砂袋充灌先充中間，再充邊緣，使砂袋飽滿密實(shí)，到達(dá)80%以上飽滿度及單層充填厚度為 0.5 m～0.8 m要求。

(5)飽滿度檢查

沖砂后，用人工對(duì)袋裝砂進(jìn)行踩壓，加速袋裝砂的固結(jié)，考慮袋裝砂為中粗砂，踩壓5分鐘后，若袋裝砂未達(dá)到80%飽滿度要求，需進(jìn)行二次充灌。袋體經(jīng)充填后，現(xiàn)場(chǎng)用手提縫紉機(jī)及強(qiáng)度不小于35支三股錦綸線以丁縫方法縫住充砂袖口，然后再加蓋一層無(wú)紡?fù)凉げ加诳p制好后的袖口處，以防局部不平整造成砂袋因應(yīng)力集中而破損。

5 結(jié) 語(yǔ)

圍海造陸工程采用大型模袋砂圍堰，由于其工程造價(jià)低、施工工作面大、速度快、對(duì)軟基適應(yīng)能力強(qiáng)、整體性能好等優(yōu)點(diǎn)，為整個(gè)工程建設(shè)的順利實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過對(duì)本文中模袋砂圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的詳細(xì)介紹以及對(duì)模袋充填施工技術(shù)要求的總結(jié)，為今后類似的工程提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 陳凌偉. 軟基上大砂袋圍堰的變形與失穩(wěn)模式研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué)，2016.

[2] 陳凌偉，周小文，龔壁衛(wèi)等. 沿海軟基大砂袋圍堰的離心模型試驗(yàn)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016(S2)：4235～4240.

[3] 董志良，張功新，李燕等. 大面積圍海造陸創(chuàng)新技術(shù)及工程實(shí)踐[J]. 水運(yùn)工程，2010(10)：54～67.

[4] 董志良，劉嘉，朱幸科等. 大面積圍海造陸圍堰工程關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 水運(yùn)工程，2013(5)：168～175.

[5] 董志良，劉嘉，朱幸科等. 大面積圍海造陸圍堰工程關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 水運(yùn)工程，2015(2)：9～17.

[6] JTS 147-1-2010. 港口工程地基規(guī)范[S].

ApplicationoftheSandbagCofferdaminLandReclamationEngineering

Chen Lingwei1，2，Zhou Xiaowen2，Peng Weiping1
(1.Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China；2.South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

With the rapid economic and social development，land reclamation has been an increasingly urgent need. How to build a quick and safe cofferdam in sea is still a difficult challenge in which many technical obstacles remain unsolved. A new technology of forming a cofferdam on soft soil by stacking sandbags has been developed in recent years. With its good integrity and strong adaption to ground deformation，the sandbag cofferdam has been demonstrated an advanced technology. In this paper，the structural design and construction technology of a land reclamation project were introduced. And the stability of the cofferdam was analyzed. Insights are summarized for better understanding of the sandbag cofferdam technology.

land reclamation；soft foundation；sandbag cofferdam；stability analysis

1672-8262(2017)06-173-04

TU751

B

2017—06—29

陳凌偉(1990—)，男，工程師，主要從事巖土工程勘察與設(shè)計(jì)等方面的工作。

廣州市科技項(xiàng)目(2015-17)