膜袋砂围堰在深厚淤泥河道中的应用

发布时间：2022-10-05 10:05 热度：

　　摘要：结合东莞市虎门镇长堤路太平水道段膜袋砂围堰施工试验遇到的地基承载力不够、不均匀沉降过大而发生滑移的难题，采取抛石挤淤法、加筋垫层法等手段进行综合处理，有效地解决了围堰稳定性问题，取得了显著效果，为膜袋砂围堰在深厚淤泥层河道中的应用提供了成功范例，具有很大的工程实用价值。

　　关键词：膜袋砂围堰;抛石挤淤;加筋垫层;深厚淤泥

　　1引言

　　堤防挡墙作为海滨、河岸道路的挡土防浪结构，其基础常常位于深厚软基中，施工面临较大困难，为了获得干槽作业空间，常常需要在水中修筑围堰。目前常见的水利工程施工围堰有：土围堰、土袋围堰、套箱围堰、钢筋混泥土围堰、钢板桩围堰、膜袋砂围堰。通过资料调研得知：由于膜袋砂围堰具有施工工艺简单、速度快、经济性好等优点，被广泛应用于2~6m厚的淤泥软基。而本工程中的太平水道流塑状淤泥厚度达到8~22m，水道每日潮汐落差达1.5m，针对如此复杂条件，采用膜袋砂围堰施工存在很多技术困难。因此选取了120m长的试验段进行了施工试验。

　　试验结果显示，地基承载力不够，不均匀沉降过大，在潮汐的作用，膜袋砂围堰发生约5m的侧移。对此，在新开试验段上采取抛石挤淤法、加筋垫层法等手段进行综合处理，最终，有效地解决膜袋砂围堰稳定性问题，并推广到整个工程中使用，成功地解决了深厚淤泥中膜袋砂围堰施工难题。

　　2围堰结构形式

　　据勘察资料得知：河床位于-1.7m位置，其下淤泥层深度为8～22m，常水位标高为+1.5m，潮汐最大高差达到1.5m。

　　因此，围堰采取顶宽2.0m，顶标高位于+3.5m，底宽16m，底标高位于-4.5m，总高8.0m。围堰底下2.5m范围内进行加固，设置2m厚的抛石区域和0.5m厚的碎石垫层，碎石垫层上面铺设土工格栅。围堰四周每隔5m插打直径500mm、长12m的钢管桩，并用钢丝绳拉住膜袋。

　　3围堰验算

　　根据交通部有关规范，模袋围堰砂袋间抗滑稳定性安全系数:K=Wf/p

　　K：抗滑稳定安全系数

　　W：竖向总荷载

　　f：层间土工格栅摩擦系数

　　p:围堰所受水平荷载

　　按照有关规范，中砂的密度19.5KN/m3，土工格栅摩擦系数按0.5计，规范中允许抗滑安全系数不小于1.3。

　　W=19.5KN/m3×72m3=1404KN

　　水深按4.2米计，波浪冲击系数，偏安全考虑取1.5，则：

　　P=0.5×ρghγ

　　P——每延米的水压力，kN/m2;

　　ρ——水密度，1000kg/m ;

　　g——重力加速度，10×10 kN/kg;

　　h——水深，m;

　　γ——波浪冲击系数，偏安全考虑取1.5。

　　P=0.5×1000×10×10 ×4.2×1.5

　　=31.5N/m2。

　　围堰所受水平荷载为：

　　P=31.5kN/m2×4.2=132.23KN。

　　则围堰抗滑稳定性安全系数:

　　K=Wf/p=1404×0.5/132.23=5.3>1.3。

　　所以围堰整体抗滑稳定性符合规范要求。

　　4施工措施

　　膜袋砂围堰的施工程序为：

　　施工准备→测量放线→打设定位钢管→清基→抛石→碎石垫层→铺土工格栅→定位下沉→砂泵均匀充灌砂料→检查砂袋形状→绑扎砂袋袖口→底层砂袋施工→逐层砂袋施工→铺设止水薄膜→完成围堰。

　　⑴插打定位钢管桩

　　用全站仪测设定位后，使用水上打桩机在围堰控制线四周每隔5m插打直500mm、长12m的定位钢管。

　　⑵清基

　　围堰清基主要用水上挖掘机进行作业，并配合运输船只及时清运淤泥，为抛石挤淤提供一坑槽。清淤前，根据测量控制点进行放样，在河道两岸及水中做好明显的标记，标示清基的范围，清基深度根据设计按3m进行施工控制。

　　⑶反压平台抛石

　　反压平台抛石应采用抛石船进行，先从抛石坑淤泥最深的部位开始，然后转向两边较浅的部位，抓斗进行整平，每天施工完毕均及时进行测量，以确保抛石符合要求，同时对欠抛部位进行补抛。

　　⑷碎石垫层

　　为了提高基底承载力，在抛石区上部，铺设0.5m厚的碎石垫层，垫层上面铺设土工格栅，以提高摩擦系数。土工格栅铺设宜在最低潮水位时进行，并及时进行固定。为了避免碎石刺破膜袋，土工格栅宜选用小格子，并在其上下面铺点细沙或者黏土。

　　⑸膜袋砂充填

　　①土工膜袋。本工程膜袋采用腈纶纺织布，规格200g/m2，纵横向断裂强力≥30kN/m，断裂伸缩率≤30%，渗透系数k为10-1~10-2cm/s，等效孔径为0.08~0.4mm，顶破强度≥3.2kN。该型号膜袋正常施工时问题不大，但对合拢部位，由于水位流急、潮差大，易被撕裂，合拢时采用的膜袋采用加厚型，单位面积重量≥300g/m2。

　　②膜袋裁剪。膜袋裁剪一般根据设计堰体的长度、宽度以及充填能力、水流情况等综合考虑。底层膜袋一般体积较大，袋容量一般2500~3000m3左右。接近平均潮水位的膜袋，为确保膜袋不被水流冲走，宜根据工程实际情况，结合河道的特性进行考虑，主要是原材料的供应准备情况，是否满足短时间充填的要求(一般为2~3h左右)，以及泵砂船的数量及航道是否满足船只摆放等。由于接近平均潮水位时，堰体充填受潮差影响较大，膜袋过大充填不及时，则易被水流冲裂膜袋，因此合理确定膜袋尺寸是围堰能否及时充填的关键。

　　③膜袋摊铺。膜袋摊铺宜选择在平流时间进行，膜袋下游侧采用管桩固定，膜袋上游侧通过两岸的2台挖掘机对拉的钢丝绳来控位，避免张力不够拉住膜袋而被水流冲走，已剪裁好的膜袋相隔5m采用绳索与钢丝绳相连，摊铺前辅以人工并用船只沿河岸一侧向对岸摊铺。上游侧2台挖掘机缓缓放松钢丝绳，待水位及流速合适时，及时固定膜袋。

　　④充填砂料。砂料宜选择透水性较小含泥量稍大的海砂。砂料充填均利用泵沙船进行，目前载砂船主要由两种，一种是单纯载砂、不带辅助充填设备载砂船，另一种是配有充填设备的载砂船。采用哪一泵船可根据工程航道、砂料来源情况确定。充填时应注意检查管道的连接，特别是连接口的位置。对充填的位置选择，一般应布置在膜袋中部及靠四角的位置。泵砂过程中要及时进行排气、排水，并确保其均匀充填，必要时进行人工踩压以加快排水。膜袋充填不宜速度太快，每天充填高度不易太大，以确保围堰均匀沉降。每一层膜袋充填完毕，应及时进行水下测量，确定膜袋成型的平面及高程位置，掌握和检查膜袋充填砂的饱满程度，对欠充填的部位要做好标示，用以指导下一层模袋砂的充填，有针对性地进行处理。

　　⑹加固措施

　　①张拉钢丝绳。在膜袋充填砂的过程中，待膜袋定位好，用钢丝绳穿过膜袋进行张拉并栓在已经稳固的钢管桩上面。通过调节钢丝绳的位置，适当地给下层膜袋施加一定的预压应力，以提高膜袋稳定性。

　　②坡脚防护。围堰形成后，应及时对迎水面坡脚进行防护，采取堆积小沙袋等措施。

　　⑺防渗措施

　　堰体防渗是整个工程的一个重要技术问题，是工程成败的关键。本工程采用在迎水面铺设止水薄膜防渗，背水坡导渗排水等措施防止出现渗流失稳。止水薄膜选择在低水位时施工，要求延伸至堰脚5m以上，薄弱地带需加铺。

　　5结语

　　膜袋砂围堰应用于本工程深厚淤泥河道中取得了良好的效果，工程安全度过高潮水位期，起到了有效止水作用，确保了施工的干槽作业条件，而且其结构简单、施工速度快的优点也得到了验证，确保了工期，使得工程施工能够如期进行。尤其重要的，在深厚淤泥地基承载力不够，试验段膜袋发生滑移的情况下，采取抛石挤淤法、加筋垫层法等综合手段提高地基承载力，有效地解决了围堰稳定性问题，此举在类似工程中很有借鉴价值。

　　参考文献

　　[1]高峰. 滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测研究[J]. 岩土力学. 2010, 31(4): 1233-1237.

　　[2]《工程地质手册》编委会. 工程地质手册[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2007.

　　[3]高瑞民. 砂土膜袋围堰在广州市番禺区水利工程中的应用[J]. 湖南水利水电. 2008(1):16.

　　[4]李小鹏. 膜袋砂围堰在某水利工程中的应用[J].广东水利水电. 2011(1):41.

　　[5]吴彦平. 膜袋砂围堰在新砺江水闸工程封航截流施工中的应用[J]. 广东水利水电. 2010(12):25.

　　[6]王国玉.特种防波堤结构型式及水动力特性研究[D].大连,大连理工大学,2005.