汾河二壩攔河閘除險加固工程水力吹填法填筑施工圍堰

梁安邦

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

0 引言

汾河二壩攔河閘是一座以灌溉為主的大（Ⅱ）型水閘工程。設計洪水標準30年一遇，相應洪峰流量2220 m3/s,設計洪水位763.55m；校核洪水標準100年一遇，相應洪峰流量3140 m3/s，校核洪水位765.00 m。

汾河二壩攔河閘除險加固工程由舊閘加固改造8孔、新建水閘4孔、新建啟閉機房、啟閉機制安12臺，公路橋1座、地基處理、攔河壩、上游堤防、水閘觀測、機電及金結安裝等組成。為了給攔河水閘改造創(chuàng)造干地施工條件，需根據(jù)工程施工需要分期進行導流，分期施工。在投標時考慮采用水中填土的方法進行圍堰填筑施工，但原定土場的土料不符合設計填筑要求，又因外購土所需費用較高，我們考慮采用水力吹填的施工工藝進行圍堰填筑。相比水中填土的填筑方法，水力吹填法填筑圍堰既減少了圍堰填筑斷面，降低了施工成本，又提高了圍堰封堵的工作效率。

1 工程技術標準及技術要求

1.1 技術標準

工程施工前要進行技術交底。把工程的設計內(nèi) 容 、 施工計劃和施工技術質(zhì)量標準等要求詳盡地向施工人員講解交待清楚,以保證工程施工嚴格按照設計圖 紙 、施工 組 織 、設計安全操作規(guī)程和施工驗收規(guī)范等要求進行。具體技術標準如下：

（1）《堤防工程施工規(guī)范》（SL260-98）。

（2）《港口及航道護岸工程設計與施工規(guī)范》（JTJ300-2000）。

（3）國家和相關行業(yè)技術規(guī)范和法規(guī)。

1.2 技術要求

（1）填充砂袋的編織袋采用長方形，袋的尺寸視棱體斷面不同高度上的寬度再加上退檔尺寸縫制，長度一般為20～50 m，砂袋不宜過長，砂袋過長不利于控制棱體的軸線，且充填時需要投入過多的設備及人員。每只袋視容積不同設置充填管口，管口直徑約12cm，長40 cm。編織袋織物縫接處強度不低于土工織物拉伸強度的70%。

（2）充填前，對地基進行整平，應將地基有損織物的凸出物、雜物清除干凈。

（3）袋體充填應分層錯縫鋪放，不得有通縫。同層相鄰袋體接縫處土工織物袋鋪設時應預留收縮量，確保充填后兩袋相互擠緊。一次吹填不滿可二次吹填，吹填過程中應注意及時調(diào)整輸送管的方向，以免袋體受力不均而導致變形移位，吹填時注意控制迸漿壓力，防止袋體破裂，管路出口壓力宜控制在0.2～0.3MPa。吹填時自下而上分層依次吹填，在下層袋體濾水固結70%之前，不宜在其上部吹填另一只袋體。每層袋充填后厚度以0.4～0.5m為宜，飽滿度控制在80%。充填料宜選用粉細砂，其含泥量在10%以內(nèi)，充填后的干容重不小于14.5kN/m3。

（4）在鋪設及填充過程中，若出現(xiàn)袋體損傷，應及時修復，縫接方法采用二道線外覆式。

（5）每層土工織物袋充填完成后，臺階用小型挖機削整為設計坡比，并應及時鋪設砂礫料，同時進行鉛絲石籠護腳及漿砌石的填筑。

（6）為了加快棱體施工的進程，編織袋吹填土固結的快慢十分關鍵，編織袋有效孔徑與吹填料粒徑應滿足保土、透水的原則：d85＞095，d15＜090。

其中：d85為限制粒徑，表示小于某粒徑的顆粒含量占總質(zhì)量的85%；d15為限制粒徑，表示小于某粒徑的顆粒含量占總質(zhì)量的15%；095為有效粒徑，表示編織袋中95%的孔徑低于該值；090為有效粒徑，表示編織袋中90%的孔徑低于該值。

1.3 材料要求

（1）充填砂袋的加工訂制

本工程充填砂袋采用防老化聚丙稀編織土工布，單位面積質(zhì)量不小于200 g/m2，向生產(chǎn)廠家直接訂制。編織布的技術指標要求符合國家該產(chǎn)品的質(zhì)量標準和設計要求。

（2）材料的質(zhì)量要求

①充填砂袋布料

充填砂袋布料采用200 g/㎡防老化聚丙稀編織土工布，它們的主要技術指標如表1所示：

表1 200 g/m2防老化編織土工布技術要求

②充填砂質(zhì)量要求 由于根據(jù)本工程現(xiàn)有資源的情況，確定充填砂就地采用河道灘面含泥量不大于10%的粉細砂。

2 主要施工方法

2.1 充填砂袋棱體施工

（1）工藝流程 袋體檢查驗收——測量定位——袋體分層鋪設——充砂至第一級設計標高——第一級驗收——同樣過程進行第二級驗收

（2）施工步驟

①充填試驗：為確保施工質(zhì)量，在正式開工前，盡可能在灘地上進行試充典型試驗，以取得相關參數(shù)，如充填砂濃度、充灌壓力、屏漿時間、固結效果等，以指導正式施工。

②充填袋裝砂施工前，為防止原地面高低不平，影響砂袋分層平整度，宜對原地面進行掃平。

③根據(jù)充填砂袋斷面尺寸及底高程，計算出每層袋的堆放邊線，鋪展砂袋時使用全站儀測量砂袋邊線位置及袋兩端中軸線位置，在鋪底層及水下充填砂袋時沿袋體四周邊線外側約1m，每隔4～6m將φ63～φ75mm長鋼管（鋼管長度依水深而定）插入或打入泥中固定，以便鋪設砂袋時固定砂袋。在鋪袋施工時對圍堰中軸線和內(nèi)外邊線、砂袋的起始點進行校核，若超過允許偏差范圍及時調(diào)整。出水后的充填砂袋可直接在下層充填袋上用紅油漆標記出上層充填袋的中軸線和邊線，確保每層充填砂袋的準確位置。

④鋪袋：采用人工沿鋪設位置將砂袋展開、水上鋪設，展開后將砂袋四側的編織帶用繩索或8#鐵線一頭系編織袋，另一頭做成圓環(huán)，扣套在定位鋼管上，防止空砂袋受波浪影響漂移變位。充填砂袋固定后，再次復測充填砂袋位置，并檢查充填砂袋是否固定牢固。為使充砂均勻并容易充滿，充砂前可先往袋內(nèi)充水，讓空砂袋緩慢下沉就位。

⑤同層相鄰袋體接縫處應預留收縮量1～2m，充填時應先充填四個角位，然后向充填好的整體方向充灌，確保充填后兩袋相互擠緊。袖口系上浮標，以保證袖口始終露出水面。

⑥充填機械選擇與管道鋪設。吹填砂袋選用高壓遠程泥漿泵系統(tǒng)，此系統(tǒng)操作方便可靠，機動性強。

輸泥管采用6吋高密塑料管鋪設至吹填區(qū)的砂袋位置，在砂袋位置采用6吋軟管聯(lián)接，并伸入袖口，綁扎牢固。

⑦砂袋吹填。開啟高壓遠程泥漿泵系統(tǒng)，進行沖挖，高壓水槍將淤泥稀釋為泥漿，泥漿經(jīng)泥漿泵口吸入，并通過管線系統(tǒng)輸送到?jīng)_砂袋（見圖1）。

圖1 砂袋吹填示意圖

充填砂袋時，首先沿長邊方向進行充填，避免應力集中損壞袋體，并在充填過程中經(jīng)常調(diào)整出泥管口方向，防止袋體在充填過程中受力不均而移位。

在充填過程中，待充填袋沉入河底，充填高度高出水面后，在袋體頂面人工來回踩踏，使泥沙趨于緊密，加快袋體排水固結速度。待整個砂袋達到屏漿階段，應減少充填砂袋機械或停止充填，以防砂袋爆裂，留一定的固結脫水時間。砂袋充填高度應控制在適宜的水平上，每層充填高度控制在50 cm左右，在充填過程中如一次達不到理想高度，待砂袋稍有固結后，再進行充填，直到達到理想的充填高度。

⑧應控制好充填飽滿度和厚度，控制每個袋體厚度0.5m左右，不宜太薄也不宜太厚。太薄會增加袋體用量，太厚會造成局部堆積，袋體不平整影響袋間穩(wěn)定性，一般飽滿度控制在85%。充灌完成之后將袖口扎緊。

⑨充灌壓力應掌握在0.2～0.3MPa范圍內(nèi)，壓力太低充填料易沉積，影響充填效果，壓力太大易造成充填袋爆裂。要嚴格控制吹填流量，避免吹填流量過大而“變吹為沖”，同時還應避免長時間吹清水。

⑩充灌時自下而上分層依次充填，在下層袋體濾水固結之前，不應在其上部充填另一個袋體。同一道圍堰棱體施工應按進度方向呈階梯狀推進。

（3）施工控制

①在筑圍過程中要加強對設計斷面、堰頂高程的測量控制。

②在整個施工過程中，要密切注意對圍堰的穩(wěn)定安全進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時采取措施并報告監(jiān)理工程師，必要時會同設計單位處理。

③要結合下一步的吹填，設置臨時排水口排水，降低水位，減小對填筑體的水壓力。

④充填袋體在制作、運輸、堆放、鋪設、充填等施工過程中，應注意保護，不得出現(xiàn)破損和老化現(xiàn)象。如有造成破損，應及時采取補袋措施，防止水流淘刷。

2.2 充填袋裝砂棱體允許偏差及檢驗方法

在施工過程中，為了保證充填袋裝砂棱體的整體施工質(zhì)量，要嚴格控制每一層的充填質(zhì)量，具體允許偏差及檢驗方法參照表2。

表2 充填袋裝砂允許偏差及檢驗方法

3 經(jīng)驗與建議

（1）采用水力吹填法宜在儲砂量豐富的地區(qū)，可以就地取材，且砂的含泥量應滿足要求，無孤石等雜物。

（2）袋體的穩(wěn)定性非常重要，關鍵要清除表層淤泥。另外，圍堰與河岸的結合處，應清除表層植被，否則會有滲水從結合處流出。

（3）由于每個水利工程都有它自身的特殊性，應根據(jù)工程自身的地貌、地質(zhì)條件等進行填充試驗，在灘地上進行砂袋試吹，在掌握了適宜的泥漿濃度、吹填壓力、固結時間等經(jīng)驗數(shù)據(jù)后，再進行大面積施工。

（4）做好施工過程中的沉降位移觀測，在填筑過程中應注意觀察，并控制速率，以免地基失穩(wěn)，袋體破裂。

4 結論

采用水力吹填法填筑施工圍堰，利用工地現(xiàn)場的天然砂料，不僅節(jié)省了土地資源，而且省去了裝土、運土、卸料、碾壓等工序，大大提高了工作效率，節(jié)省了勞動力。另外，水力吹填施工工藝簡單，成本較低，施工質(zhì)量便于控制，吹填土料泥漿沉積泌水固結后非常密實，質(zhì)量較碾壓效果好。在汾河二壩攔河閘除險加固工程的施工圍堰中，成功運用了吹填法，效果顯著（見圖2），既保證了施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，又加快了施工進度。

圖2 施工效果圖