沿海灘涂鋼構(gòu)架圍堰施工技術(shù)

高 勇

(中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

沿海灘涂圍堰主要建基于淤質(zhì)、液態(tài)海床上,這類圍堰的主要特點是基底不穩(wěn)和坐基條件差,同時筑堰和運行期間受潮汐影響較大,筑堰前期泥質(zhì)含水量大等,由于潮水沖刷而至塌堰、傾覆和側(cè)移等情況較多。沿海灘涂的低圍堰一般有二種類型,一是采用土工袋護面,內(nèi)充泥質(zhì)灘涂料,形成一道低水頭土壩擋水,這種類型的圍堰施工簡單,但因斷面較大、工期較長,施工費用較高;第二種是鋼板樁圍堰,在二道連續(xù)的鋼板樁中充填粉砂質(zhì)粘土或泥質(zhì)灘涂料,這種類型的圍堰斷面較小,工期相對較短,但耗鋼量大,攤銷成本較高。經(jīng)過逐步探索,不斷研究和實踐,集合二種圍堰類型的設(shè)計優(yōu)點,采用連續(xù)的鋼構(gòu)架形成圍堰骨架,內(nèi)襯彈性排體與土工布,中間填充泥質(zhì)灘涂料形成的臨時擋水結(jié)構(gòu),即鋼構(gòu)架圍堰。經(jīng)過多個工程的實踐應(yīng)用,取得了良好效果。其特點是科學(xué)實用、結(jié)構(gòu)簡單、就地取材、施工速度快、簡便易行、環(huán)保和經(jīng)濟效益顯著等。可為同類工程項目實施提供參考借鑒。

1 圍堰結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 圍堰結(jié)構(gòu)

圍堰斷面結(jié)構(gòu)由主體圍堰圍護結(jié)構(gòu)、填充體、鎮(zhèn)壓體和排水結(jié)構(gòu)等組成。見圖1。

(1)圍護結(jié)構(gòu)。通常采用鋼管樁、鋼板樁、木樁和圍檁拉結(jié)而構(gòu)成,用于框定圍堰的斷面,鎖定填充體,是施工筑堰的關(guān)鍵。

(2)填充體。采用堰址就近泥質(zhì)灘涂料,要求淤質(zhì)、粉細顆粒含量不低于65%,透水可逆性比大,有較好的防滲性和自穩(wěn)定性是筑堰填充體的首要條件。通過一次筑堰,二次補漿密實加固,形成不透水的 “田埂”阻水體。

(3)鎮(zhèn)壓體。鎮(zhèn)壓分為堰后鎮(zhèn)壓和堰前護腳兩種形式,所用材料可為碎石混合料、建筑垃圾和填充管、袋等。施工順序在主堰修筑后鎮(zhèn)壓,也可主堰修筑前以施工通道形式均可,要視現(xiàn)場情況主動應(yīng)變。

(4)排水體。主要由竹籬板內(nèi)襯無紡?fù)凉げ冀M成彈性排水體,竹籬板是支撐,無紡?fù)凉げ计鸾Y(jié)構(gòu)濾水作用。

圖1 圍堰結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

鋼構(gòu)架圍堰由鋼構(gòu)架形成圍護結(jié)構(gòu),由泥質(zhì)灘涂料構(gòu)成堰體結(jié)構(gòu),由彈性排水體組成排泌水體,由碎石混合料、建筑垃圾和填充管、袋材料構(gòu)成鎮(zhèn)壓體。

當(dāng)水位漲落時,筑堰填充體內(nèi)水份可通過無紡?fù)凉げ紴V出,土體不會被帶走,即使鋼構(gòu)架圍堰被水淹沒,水位降落,堰體也會在 “田埂、土堤”效應(yīng)作用下保持足夠的強度、剛度和阻水性。其自穩(wěn)定性、不透水性、抗浸泡性是鋼構(gòu)架圍堰的優(yōu)點所在。

2 工藝流程及施作要點

2.1 工藝流程(見圖2)

2.2 施作要點

(1)工作面平整。施工前,將筑堰區(qū)域采用機械人工配合進行表層清理,按規(guī)劃修筑施工道路;水上作業(yè)利用漲落潮期清理筑堰施工區(qū)域灘涂河道。

堰體基底邊輪廓線要清至淤泥質(zhì),兩側(cè)鎮(zhèn)壓體清理以方便測量布控和施工即可,有葦叢、雜木等可就地垂直堰體軸線方向平鋪或簡單覆蓋。

(2)測量布控。測量人員設(shè)置水位標(biāo)尺,按設(shè)計圖紙放樣,重要點位要編號,作到標(biāo)識醒目準(zhǔn)確。

(3)堰體建樁。根據(jù)設(shè)計選定的建樁材料 (鋼管、型鋼和松木樁)和施打方式 (沉樁機、反鏟和打樁船)按照設(shè)計點位沉樁,鋼管間距以0.50m為宜,并形成圍護結(jié)構(gòu)。

沉樁管內(nèi)注入粗砂,以加強沉管樁的重度、耐擊打性和豎向剛度。

(4)圍堰框架加固。將圍堰沉樁、水平梁、拉結(jié)梁進行整體式加固。選用型鋼 (工字鋼、槽鋼或螺紋鋼)做水平維護梁和拉結(jié)梁,焊接或螺栓連接,確保主體構(gòu)架剛度穩(wěn)定。

加固橫向拉桿和斜向拉桿要及時跟進,拉撐結(jié)構(gòu)不得使用柔性材料。

(5)圍堰內(nèi)襯。圍堰框架經(jīng)確認加固后,選用毛竹片沿沉樁內(nèi)緣固定,兩片毛竹片之間搭接不少于5.0cm,內(nèi)襯土工布,與毛竹片形成維護反濾泌水體。

毛竹片由下至上順序鋪設(shè),上片內(nèi)疊壓下片,用鉛絲綁牢。土工布用鋼筋綁絲縫制于毛竹片上,每平米不少于16個點。

(6)圍堰填充。利用機械人工配合填充堰體,采用中心填充法,土體自然密實或機械輕壓密實,填筑速度不宜過快,避免由于基底承載在加強形成過程中造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)?？拷鼉?nèi)襯排水體部位可用袋裝淤土壓穩(wěn)靠實。

水力沖填由于淤泥沖填沉積、濾水時間較長,要經(jīng)歷幾個沖填、沉積過程,每次加載不宜高于堰體高的20%,以確保密實度和堰體結(jié)構(gòu)受力均勻。

(7)堰體鎮(zhèn)壓。堰體鎮(zhèn)壓可與堰體填充同步進行,亦可沉樁前先形成鎮(zhèn)壓體,并作為施工道路的一部分,鎮(zhèn)壓體要具有透水性 (下部)和持力穩(wěn)定性 (表、上部剛度)。鎮(zhèn)壓體施工的重點在堰體填筑和鎮(zhèn)壓的協(xié)同并進,而加載和鎮(zhèn)壓的初始階段往往出現(xiàn)變形,日加載高度不宜大于0.75m,堰體高3.0m后,日加載1.5m至成堰。

(8)子堰修筑。子堰可直接采用淤土修建,迎水面采用袋裝淤土鎮(zhèn)壓即可。

(9)圍堰復(fù)測。圍堰形成后,要設(shè)定觀測點定時觀測,修筑后15d內(nèi)每天觀測一次,第二個15d每3d觀測一次,再次每10d復(fù)測一次。

(10)堰體成型后,伴隨堰體含水量的減少,出現(xiàn)下沉、局部開裂等常規(guī)現(xiàn)象,可派專人進行潮后補漿 (隔3d補漿一次,持續(xù)3次),補漿水、泥(原址淤泥)比為1∶0.5。洪汛來臨前半個月補漿不少于3次。

內(nèi)部補漿采用機械沉壓42mm鋼管,間距1.00m,拔管后注漿。外部注漿可沿堰體側(cè)壁土工布內(nèi)緣自然流淌,注滿即可。

3 主要材料與設(shè)備

3.1 主要材料

(1)土料。應(yīng)滿足 《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303-2004)的相關(guān)要求。含砂粉質(zhì)粘土塑限Wp﹤18.5%,粘土Wp﹤20.0%,淤泥質(zhì)粘土Wp﹤20.0%,淤泥Wp﹤28.0%。

若基地承載力及排水較好,塑限還可適度放寬。

(2)含水量控制。應(yīng)控制在30%以內(nèi),以保證堰體的整體、密實和抗?jié)B性。

(3)維護材料。毛竹片應(yīng)具有一定韌性和強度,土工布抗拉和穩(wěn)定性好,不易破損。

(4)鋼管。圍堰小于5.0m,可選用Φ 219(壁厚6mm)鋼管;圍堰大于5.0m,選用 Φ 219(壁厚8mm)鋼管。

(5)型鋼。工字鋼應(yīng)由計算選用,通常采用Ι 20b;拉結(jié)可采用槽鋼或螺紋鋼 (Φ 20)。

(6)松木樁。小河道 (跨度﹤20m)、短期圍堰,可采用密排松木樁綁扎圍攏筑堰,維護采用槽鋼和螺紋鋼 (環(huán))加固,不宜采用鉛絲和鋼絲繩捆綁加固。

(7)排水材料。土工布采用。

(8)鎮(zhèn)壓體。采用碎石混合料或袋裝土鎮(zhèn)壓。

3.2 主要設(shè)備

表1 主要施工設(shè)備配備表

4 質(zhì)量控制

根據(jù)圍堰所服務(wù)對象和應(yīng)用條件的不同,就圍堰的安全性、抗?jié)B性和運行、回收等因素,堰體施工應(yīng)達到以下技術(shù)要求。

(1)填充體的飽和密實度不小于95%,其整體性決定了堰體的抵抗外力能力和抗?jié)B性。含水量減少出現(xiàn)堰體干裂時,噴水、振壓(重振輕壓)堰體以加大堰體密實度。

(2)堰體修筑過程中堰體上部變形大于2%堰高時,應(yīng)停止加載。在分析變形原因后二次加固,再依次加載。如下部出現(xiàn)滑移,進行堰內(nèi)減載,然后調(diào)整加固。

(3)圍堰出現(xiàn)滲漏,可采用出水點逆方向壓水判斷漏源點法,在迎水面封阻閉氣。

(4)技術(shù)、安全交底要充分,筑堰材料儲備充足符合技術(shù)要求。

(5)按時填寫各種施工記錄,確保內(nèi)容完整規(guī)范、數(shù)據(jù)真實準(zhǔn)確。

5 適用范圍

沿海灘涂鋼構(gòu)架圍堰適用于受潮汐影響,潮位變化大,流速低于1.2m/s的,筑堰高度10m以內(nèi)的沿海灘涂、濱海河口地段的碼頭、水閘、防護堤等的施工圍堰。

6 結(jié)語

鋼構(gòu)架圍堰以其施工速度快、結(jié)構(gòu)簡單實用、抗浸泡穩(wěn)定性強,所需材料均為當(dāng)?shù)赝ㄓ貌牧?且可周轉(zhuǎn)使用,圍堰使用后拆除徹底,環(huán)保效益明顯,并具有很好的經(jīng)濟性和適用性,在沿海灘涂、濱海河口地段施工優(yōu)勢明顯。其作為一種較先進的施工圍堰技術(shù),具有一定的應(yīng)用和推廣作用。