東?？萍紙@排洪渠工程充填砂袋圍堰的設計與施工

洪志堅

（福建省水利水電工程局有限公司 福建 泉州 362000）

1 工程概況及水文地質(zhì)概況

環(huán)東海域東海科技園排洪渠延伸段工程暗涵段總長240m，為三孔拱涵結(jié)構(gòu)。拱涵為帶底座四圓C35預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共288節(jié)，每節(jié)重達27t，單孔內(nèi)尺寸為4.69m×2.97m（寬×高），壁厚0.30m，外徑尺寸為5.29m×3.57m×2.5m。采用履帶吊車安裝施工作業(yè)。暗涵段進口內(nèi)底高程-1.4m，出口內(nèi)底高程為-3.80m，底坡1%。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告地質(zhì)剖面圖地質(zhì)情況-0.99～-3.19為淤泥層，-3.19～-5.39為全風化凝灰?guī)r，-5.39～-8.31為殘積粘性土層。場地內(nèi)巖土層中塊石屬強脫水層，富水性中等；淤泥和淤泥質(zhì)土屬極微透水層，流泥、淤泥混砂屬微透水層，該幾層相對隔水；殘積土、全風化巖和散體狀強風化凝灰?guī)r屬弱透水層，含有少量地下水。

2 工程的難點及對策

本工程暗涵段施工工期短，圍堰施工時受潮汐影響，充填砂袋分段圍堰的防滲要求及圍堰的穩(wěn)定安全難以保證，因此必須做好各項準備工作，加大資源的投入。施工中需精心安排，并合理組織流水施工，以確保工期目標的實現(xiàn)。本文將從圍堰布置及結(jié)構(gòu)設計、圍堰穩(wěn)定計算、圍堰的施工工藝詳細介紹來予以分析論證，以保證充填砂袋分段圍堰的防滲要求及圍堰的穩(wěn)定安全問題。

3 圍堰布置及結(jié)構(gòu)設計

臨時圍堰與現(xiàn)有堤岸相銜接，平面呈乒乓球拍型布置。圍堰最外端堤頂中心線距堤岸313m，圍堰總長為715m。具體詳見充填砂袋分段圍堰施工平面圖（圖1）

根據(jù)地質(zhì)勘察報告及現(xiàn)場實際情況整個圍堰區(qū)中間以兩道分隔圍堰共分為三個區(qū)域，第一道分隔圍堰距岸邊120m，兩側(cè)圍堰間距為59m，第二段分隔圍堰距第一道分隔圍堰100米，兩側(cè)縱向圍堰間距為59m；第三區(qū)兩側(cè)圍堰向兩側(cè)逐漸增寬，兩側(cè)圍堰最寬處為108m，第二道分隔圍堰距最外側(cè)圍堰間距為60m。

外圍圍堰均采用充填砂袋結(jié)構(gòu)，兩側(cè)圍堰的內(nèi)坡坡比為1∶2.0，外坡坡比為1∶2.0。

圍堰堰頂高程按2年一遇的最高潮位+3.91m設計，考慮到安全超高，堰頂高程為+5.0m。圍堰頂寬度為5.0m，采用土工布包砂結(jié)構(gòu)，每60cm為一層，臨海側(cè)加鋪防滲膜進行防滲處理，坡腳用拋填塊石固腳。圍堰內(nèi)坡腳處設置截滲溝，施工期可通過水泵將圍堰滲水抽排至外海，確?；觾?nèi)不積水。

圖1 充填砂袋分段圍堰施工平面圖

表1 圍堰穩(wěn)定計算結(jié)果

4 圍堰穩(wěn)定計算

根據(jù)地形、地質(zhì)和水文以及施工狀況等條件，選擇具有代表性的斷面進行穩(wěn)定分析，計算在最不利荷載和最不利水位組合情況下的最小安全系數(shù)，并滿足在施工最不利條件下的圍堰的最小安全系數(shù)Fs>1.05的要求。

4.1 計算方法

施工圍堰的整體穩(wěn)定性計算采用瑞典圓弧法計算，施工期采用總應力法，交工后穩(wěn)定滲流期按有效應力法計算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計算：

式中：w——條塊重力（kN）；

Q、V——水平和垂直地震慣性力（kN）；

u——作用于土條底面的孔隙壓力（kPa）；

α——條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間夾角（°）；

b——條塊寬度（m）；

c'、φ'——土條底面的有效凝聚力（kPa）和有效內(nèi)摩擦角（°）；

Mc——水平地震慣性力對圓心的力矩（kN·m）；

R——圓弧半徑（m）。

計算時，選取兩處典型斷面（樁號K0+050、K0+200、）。

4.2 參數(shù)選取

中砂 γ=19.5kN/m3，c=0kPa，ψ=25°。

殘積粘性土 γ=18.0kN/m3，c=26kPa，ψ=24°。

填筑砂 γ=17.0kN/m3，c=0kPa，ψ=28°。

塊石 γ=20.0kN/m3，c=0kPa，ψ=40°。

4.3 計算結(jié)果

圍堰穩(wěn)定計算結(jié)果見表1。

4.4 結(jié)果分析

根據(jù)穩(wěn)定計算結(jié)果，圍堰能保持穩(wěn)定，現(xiàn)場施工時需要加強監(jiān)測，采取一定的工程措施確保圍堰穩(wěn)定。

圖2 樁號K0+050外側(cè)穩(wěn)定安全系數(shù)

圖3 樁號K0+050內(nèi)側(cè)穩(wěn)定安全系數(shù)

圖4 樁號K0+200外側(cè)穩(wěn)定安全系數(shù)

圖5 樁號K0+200內(nèi)側(cè)穩(wěn)定安全系數(shù)

5 充填砂袋圍堰施工

5.1 充填砂袋的定位和鋪放

利用低潮位時，用挖掘機將充填袋基礎范圍內(nèi)的淤泥及雜物清除，然后根據(jù)放樣的位置進行鋪設及充填砂。

5.2 砂袋的充填

充填砂袋分層施工，每層充填砂袋0.6m，直至頂標高5.0m，內(nèi)外側(cè)砂袋進行找坡，圍堰內(nèi)坡度為1∶2，外側(cè)坡度為1∶2。

充填砂袋采用400g/m2編織土工布，根據(jù)施工圍堰要求的寬長進行縫合，土工布進行縫合時重疊至少150mm，最小縫針相距織邊至少25mm,采用質(zhì)量與土工布相同的縫合線。充填后的袋子邊線與設計邊線的水平誤差不大于±10cm，高程不低于設計標高，斷面總面積不得為負值。上、下層袋體的鋪設應“錯縫”搭接、緊靠，相鄰袋之間不應有“通縫”，充填完成后對袋口對行縫合。同時應注意：

1）充填砂袋鋪設前，先進行基層清理檢查，鋪設時力求平整且緊貼墊層，張拉不宜過緊且略有松弛。

2）每層充填厚度控制在600±10mm，充填充滿度85%。

3）分層充填，當基礎每天沉降小于1cm時可以填筑上一層。

4）充填袋加工后的尺度應符合設計要求，每個袋子拼接縫不宜過多，且相鄰拼接縫的間距應大于2.0m。斷面成型后的外露部分最好不要有拼接縫。為便于袋子加工，袋布應選擇較寬布幅，拼接縫制采用錦綸線，拼接處折疊三層，寬度約不小于10cm，縫三道線（先縫一道，折疊后再縫兩道）。也可采用粘結(jié)劑粘結(jié)，粘結(jié)部分寬度為10cm。

5）土工織物若出現(xiàn)了破損或孔洞，應及時修補。修補采用相同材料，并且縫接寬度滿足設計搭接寬度。

6）充填后的袋子邊線與設計邊線的水平誤差不大于±10cm，高程不低于設計標高，斷面總面積不得為負值。

砂袋的充填是整個施工過程中的技術難點和重點。特別是水下的砂袋充填施工，因其為隱蔽施工，需要重點考慮砂袋的偏移、砂袋的排水固結(jié)、砂袋的厚度控制及平整度控制等技術要點。

圍堰按要求筑成后，利用低潮時對圍堰進行合攏，并在外側(cè)3.5m高程處預埋三根10寸排水管至外側(cè)處，現(xiàn)場配備三臺8寸抽水泵、三臺4寸抽水泵、一臺120kW發(fā)電機組。架空敷設動力電纜，在圍堰內(nèi)兩側(cè)及中間各修建一條寬1m、深0.5m排水溝及寬2m、深1m的集水坑，控制圍堰內(nèi)的滲水水量，確保干地施工。

5.3 圍堰的安全性監(jiān)測

擬在圍堰上設置十五個監(jiān)測點，并定期進行監(jiān)測，主要是觀測圍堰施工期間圍堰地表沉降速率和沉降量隨荷載變化的過程情況，從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析圍堰地基穩(wěn)定情況，確保圍堰施工安全。

5.4 圍堰的拆除

第一步采用挖掘機先進行水位線以上部分拆除，圍堰頂寬保留滿足機械行走的寬度。

第二步從圍堰中間向兩端最大限度地用挖掘機進行開挖裝車，圍堰兩側(cè)各保留50cm～80cm的小擋水堰。

第三步水下部份一部分采用挖掘機趁潮作業(yè)施工，一部份采用抓斗船、駁載船進行水下開挖。

6 充填砂袋圍堰實施情況總結(jié)

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，充填砂袋定位，鋪袋時應盡量拉緊拉伸，定位鋼管插入泥面要有一定深度，承受填充袋的拉力而不會產(chǎn)生位移充填飽滿度宜為85%，出口壓力宜控制在0.MPa～0.3MPa，施工期間，基礎必然會下沉甚至會滑移，施工時每天填砂高度不宜太高，施工過程中每天進行沉降位移觀測，以指導和修正施工強度，在填筑過程中應注意觀察，并控制速率，以免地基失穩(wěn)，膜袋破裂。

7 結(jié)束語

隨著城鎮(zhèn)化建設的推進，水利排洪工程的建設也將大力推進。在本工程的施工過程中采用充填砂袋分段圍堰法施工方案是成功的實踐表明：采用充填砂袋圍堰施工方案機械化程度高、施工速度快，完工后自身的完整性和穩(wěn)定性好，材料可回收利用，對海域無污染，且工程造價低，應用前景較好。陜西水利

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