充泥管袋技術(shù)在湖區(qū)潛島堤身構(gòu)筑施工中的應(yīng)用

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(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清，301700)

1 施工原理

將土工織物縫制成大體積的管袋，根據(jù)設(shè)計斷面、管袋長短，留置多個充填管狀袖口，采用高壓水槍將灘地上的細粉砂料射水沖起，由泥漿泵經(jīng)由輸泥管路將帶水細粒料沖灌進預(yù)制管袋內(nèi)，水分從土工布孔中濾出，粉細砂料在自重和滲水壓力下逐漸固結(jié)密實，經(jīng)過一段時間，脫水固結(jié)形成堤芯，外筑防護結(jié)構(gòu)達到筑堤、擋潮、圍護等功效。

2 工程概況

2.1 項目概述

上海浦東國際機場第五跑道項目二級排水?dāng)U建工程主要內(nèi)容包括新建河道2條，聯(lián)系河518m和隨塘河13716m；新建人工湖泊一個，面積1.5km2，湖區(qū)潛島構(gòu)筑2個，岸線長度882.41m；新建薛家泓泵閘一座，其中泵站設(shè)計裝機流量60m3/s。通過新建排水系統(tǒng)，達到浦東機場調(diào)節(jié)自身降排水的功能。

新建人工湖位于浦東機場新建大堤的南側(cè)堤與順堤交接處，人工湖潛島工程位于湖心區(qū)。潛島工程主要施工內(nèi)容包括：堤身基槽開挖6.21萬m2，充泥管袋筑堤4.0萬m3，堤身護岸結(jié)構(gòu)882.41m。

2.2 水文、地質(zhì)條件

浦東機場二期排水工程屬于內(nèi)河，特征水位：內(nèi)河設(shè)計高水位3.60m(上海吳淞基面，下同)；設(shè)計常水位2.35m；設(shè)計低水位1.50m。外海特征潮位：200年一遇高潮位為6.37m；歷史最低潮位為-0.82m；多年平均高潮位3.51m；多年平均低潮位為0.73m。

人工湖湖區(qū)和河道范圍內(nèi)的土層依次為吹填土、淤泥土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土和粘土，由于施工范圍比較大，各土層埋設(shè)深度不一。其中，吹填土的埋深高程為-0.13m～2.07m，淤泥土的埋深高程為-2.13m～-0.13m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的埋深高程為-4.63m～-2.13m，砂質(zhì)粘土的埋深高程為-7.93m～-4.63m，粘土的埋深高程為-26.83m～-7.93m。

2.3 潛島堤身施工內(nèi)容

潛島基礎(chǔ)為充泥管袋，中心為吹填砂，堤身結(jié)構(gòu)為灌砌塊石。潛島基礎(chǔ)底高程-0.7m，寬度20m，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為整體式棱體結(jié)構(gòu)，頂高程+1.80m，寬度5.0m，迎水面坡比1∶3，背水面坡比1∶2。潛島剖面如下圖1。

圖1 潛島剖面

3 施工工藝

潛島堤身構(gòu)筑采用充泥管袋充填施工工藝，利用高壓水槍將堆載預(yù)壓區(qū)砂粒料沖起，通過泰興泵(22kW)經(jīng)由輸泥管路將帶水泥砂充填至潛島預(yù)鋪充泥管袋內(nèi)，經(jīng)屏漿、脫水、固結(jié)等工序，形成堤身基礎(chǔ)。

3.1 袋體選擇

充泥管袋袋布采用聚丙烯、聚乙烯土工布縫制成袋體，用泥漿泵進行充填時，袋布必須滿足抗拉強度、透水性能、保砂性能等方面的要求。本潛島堤身工程設(shè)計要求充泥管袋袋布采用150g/聚丙烯編織布。主要技術(shù)指標如下表1。

表1 聚丙烯編織布主要技術(shù)指標

(1)砂袋制作寬度根據(jù)設(shè)計斷面確定，潛島堤身底寬度20m，頂寬度5.0m，袋體寬度6m～21m不等，加工數(shù)量根據(jù)堤身棱體每層工程量制作，每只充泥管袋視大小、長度不同設(shè)置多個充填管狀袖口，正方型布置。

(2)充泥管袋袋體縫制采用35支三股錦綸線縫制，縫三道(先縫一道，折疊后再縫二道)，保證線縫平順均勻，縫合牢固。管袋的拼接縫制必須與潛島堤身軸線方向垂直，平行潛島堤身軸線方向的一條接縫設(shè)在袋體的一端，拼接強度必須滿足設(shè)計要求。

(3)每個充泥管袋的拼接縫不宜過多，并且相鄰接縫的間距不應(yīng)小于2.0m，管袋的橫向應(yīng)為整體，縱向?qū)庸艽g接錯縫應(yīng)不小于3.0m。

(4)管袋加工好后，折疊成形，堆放于陰涼干燥處，并注明尺寸及鋪放位置。

3.2 袋體穩(wěn)定

人工湖內(nèi)河調(diào)蓄水量過程中，在水流作用下，充泥管袋袋體穩(wěn)定性是潛島堤身穩(wěn)定的關(guān)鍵，也是施工的重點。管袋在不同的施工階段及后期運行期間，在水流作用下的穩(wěn)定性分為袋體貼在河床上的穩(wěn)定性和相鄰管袋間的穩(wěn)定性兩種情況。

潛島堤身構(gòu)筑施工期間，由于大部分湖底露灘，湖區(qū)水位較低，水流速度平緩，幾乎無流動。對袋體的穩(wěn)定基本沒有影響。后期湖區(qū)調(diào)蓄過程中，在水流作用下袋體底部和搭接層面之間的穩(wěn)定尤為重要。

解決潛島堤身穩(wěn)定性最有效的辦法是增加管袋長度(L)、設(shè)置傾向島心坡比。但長寬比(L/B)較大的管袋(如長管袋)，由于施工過程排水期間(蓄水后)管袋迎水側(cè)受力不均勻，管袋首端和末端容易發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)，與此同時又增加了管袋的迎流面積，從而導(dǎo)致管袋快速橫向扭轉(zhuǎn)滑動，嚴重則使管袋折斷。也就是說要增加管袋臨界失穩(wěn)流速，在增加管袋長度的同時，適當(dāng)增加管袋的寬度，使管袋滿足最大的長寬比。根據(jù)抗洪工程施工經(jīng)驗最佳長寬比一般控制在L/B=2.1～3.2之間。潛島堤身基礎(chǔ)高程為-0.7m，處于淤泥土的埋深位置，淤泥流塑性較大、變形較嚴重，在水流作用下易塑化，考慮堤身基底最底層袋體不均勻沉降因素，底層袋體寬度20m，本工程袋體長度取值45m，局部底層袋體長度達到50m。在底層袋體固結(jié)、脫水、沉降后(本工程底袋沉降15d)，逐步推進施工上層袋體，上層袋體橫向按照傾向島心1%的坡度進行控制，避免脫水固結(jié)期間袋體間側(cè)滑失穩(wěn)。本工程長寬比控制為2.5。

3.3 工藝流程

潛島施工前，將湖區(qū)蓄水抽排至外海，待人工湖湖區(qū)灘面露出水面后，進行潛島堤身基礎(chǔ)基槽沖挖，沖挖至設(shè)計標高-0.7m高程后，及時組織基坑驗槽，滿足設(shè)計指標要求，采用人工將充泥管袋袋體攤鋪就位，鋪設(shè)時按測量放樣位置定位，底層袋四周用袋裝碎石(質(zhì)量不小于25kg)包壓牢固，上層袋鋪設(shè)時四周用鐵絲或碎石包與下層袋體間作固定，防止充泥開始時袋體移動，下層袋體若移動，則在鋪上層袋時要作適當(dāng)?shù)奈恢谜{(diào)整，確保充泥管袋總體位置準確。

充泥管袋袋體攤鋪就位、固定和管口聯(lián)結(jié)完畢后，即啟動泥漿泵開始充填，充填過程中注意觀察漿水的流向、流量和流速，及時調(diào)整輸送管口的方向，以免袋體受力不均而導(dǎo)致變形位移。

潛島堤身充泥管袋充填施工工藝流程如下：

圖2 潛島堤身充泥管袋充填施工工藝流程

3.4 施工工藝

(1)充泥管袋袋體按照設(shè)計要求選取原材料，經(jīng)過加工、制作、驗收后即可投入施工使用。依據(jù)現(xiàn)場測量放線情況，進行鋪設(shè)、固定、連接；

(2)確定砂源。潛島堤身構(gòu)筑充填砂源采用隨塘河或泥庫的砂源。吸砂設(shè)備供砂于泥庫，再由泰興泵從泥庫取砂通過輸泥管路筑堤；

(3)人材機準備就緒，具備充填條件后，啟動22kW泰興泵開始充填筑堤。充填過程中注意觀察泥漿的流量、流速和流向，及時調(diào)整輸送管口的方向；

(4)管袋在充填過程中，在袋體頂面采用人工來回踩踏。當(dāng)管袋充填到一定的飽滿度后，采用木棍敲打管袋，促使土顆粒重新排列組合趨于緊密，加快管袋排水固結(jié)速度；

(5)當(dāng)充泥管袋逐漸充滿后，進入屏漿工序。屏漿期間，注意控制屏漿壓力，防止因壓力過大而充爆管袋；

(6)充泥管袋屏漿、固結(jié)、脫水后，進行袋體充盈度的檢查，如袋體一次充填不到理想厚度，采用復(fù)充法。在砂袋稍有固結(jié)后，再進行二次或多次充填，直至達到理想的充填高度；

(7)下層袋體驗收合格后，進入上層袋體的充填施工。充泥管袋袋體做到排列整齊，無空隙，上下錯縫。

4 控制要點

4.1 技術(shù)控制要點

(1)砂源粒料盡量采用粉細砂、中細砂，不宜采用粗砂，粘粒含量宜小于10%，充填泥漿濃度控制在20%～45%范圍內(nèi)；

(2)充泥管袋袋體原材應(yīng)滿足抗拉強度、透水性、保砂性要求。本工程采用150g/m2聚丙烯編織布，縫口處折疊3層，寬度不小于5cm，先縫1道，折疊后再縫2道；

(3)充泥管袋袋體在施工時應(yīng)分層鋪設(shè)、與潛島堤身軸線平行，應(yīng)堆疊整齊，上下層交錯排列，錯縫間距不得低于3m，在袋體間不得留有通縫、通孔；

(4)相鄰充泥管袋袋體接頭處應(yīng)擠靠緊密，充灌搭接在另一袋體上部的袋體時，要先向接縫處充灌，使充泥管袋袋體在砂重力的作用下緊貼下層袋體表面，避免該砂袋在接縫處懸空形成三角縫，不得出現(xiàn)通長底部三角縫，如出現(xiàn)局部三角縫要用袋裝砂填塞嚴密；

(5)袋體充填厚度應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)乃缴希繉哟w厚度控制在0.5m～0.6m；

(6)充泥管袋袋體充填時，首先沿長邊方向進行充填，避免應(yīng)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變形，待袋體固定不再發(fā)生位移時，再次充填，直至達到理想的充盈度；

(7)泥漿泵吹填壓力不宜過大，管路出口壓力應(yīng)控制在0.2MPa～0.3MPa。當(dāng)袋體逐步充滿后，要十分注意對屏漿壓力的控制，防止布袋破裂；

(8)根據(jù)地勘報告、潛島堤身棱體形狀、袋體充填高度確定沉降比例，預(yù)留一定的拋高。本潛島堤身充泥管袋拋高0.6m。

4.2 質(zhì)量控制要點

(1)充泥管袋施工是潛島堤身構(gòu)筑工程的關(guān)鍵工序，是確保工程質(zhì)量，加快工程進度，確保施工工期的重要工序；

(2)砂源選擇結(jié)合設(shè)計要求，含泥量不超過5%，嚴格控制泥漿濃度，在滿足輸送條件的前提下，盡量提高泥漿濃度，加大輸送力度；

(3)充泥管袋袋體吹填施工進度必須按計劃均勻加荷，且不得大于最高荷值，確保袋體吹泥充填的均勻性；

(4)加強充填過程中測量工作，依據(jù)施工圖紙及施工情況，每層充填時均需要測放邊線，保證坡比。從開始充填到濾水結(jié)束均保證袋體均勻加高，使管袋平整。濾水結(jié)束后，管口處人工填砂找平；

(5)砂袋的充填高度應(yīng)控制在適宜水平上，每層的充填高度、泥漿的濃度、充填飽滿度、管路出口壓力等參數(shù)要嚴格控制。在充填過程中如一次達不到理想高度，待砂袋稍有固結(jié)后，再進行二次或多次充填，直到理想的充填高度；

(6)施工時還應(yīng)特別注意同一層袋體的厚度基本上保持一致，以便于下一層的施工和質(zhì)量控制。充填管袋固結(jié)后的容重達到15kN/m3；

(7)施工過程中，每層袋體吹填需待下層袋體排水固結(jié)后，再鋪設(shè)上層袋進行充填施工；

(8)新充泥管袋袋體不得用鋒利的塊石堆壓，以免割破袋布。袋體若出現(xiàn)破損或孔洞，應(yīng)及時修補，修補原則采用相同材料，并且縫接寬度不應(yīng)小于150cm；

(9)潛島堤身護坡整坡或施工護坡結(jié)構(gòu)前，應(yīng)將充泥管袋用砂或袋裝砂找平、壓實，不應(yīng)破壞原有袋體，若必須破袋削坡須重新將袋布縫制包好；

(10)潛島堤身基礎(chǔ)根據(jù)基槽淤泥土層狀況，為保證充泥管袋袋體穩(wěn)定，局部淤泥區(qū)采取灘面軟體排鋪設(shè)，并清除表層雜質(zhì)，同時按照相應(yīng)斷面設(shè)計好袋體尺寸；

(11)充泥管袋接近合攏時，應(yīng)先將底袋全線貫通；

(12)在潛島堤身充泥管袋棱體形成到一定高程后才能進行島心吹填砂的施工。為保證工程質(zhì)量安全，溫度低于5℃時，所有充泥管袋工程不宜施工。

4.3 安全控制要點

(1)充泥管袋施工附屬配電設(shè)施設(shè)置防潮措施，防水電纜采取泡沫浮板固定，避免線路浸泡泥漿中，同時要求電工持證上崗，加強電器安全防護設(shè)施維護，確保用電安全；

(2)泰興泥漿泵及其配套設(shè)施定期檢修、保養(yǎng)、維護，保障設(shè)備完好率，對傳動防護部位加強管理，進行不定期檢查，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，減少人身機械傷害；

(3)輸泥管路接頭須做好密封工作，杜絕跑、冒、滴漏現(xiàn)象，避免環(huán)境污染，造成附近植被的破壞；

(4)潛島堤身每隔50m設(shè)置一道集流溝，將袋體泥漿固結(jié)水體引流至集水坑內(nèi)進行沉淀，杜絕泥漿四溢現(xiàn)象發(fā)生；

(5)充泥管袋袋體在充泥施工過程中受到泥漿的頂漲力，由于袋體里的泥漿流體受到時間、泵壓、液壓、排水、固結(jié)等綜合因素的影響，其受力分布極不均勻，無法準確測量袋體受力，合理選擇最佳施工參數(shù)，避免爆袋現(xiàn)象；

(6)管袋充填過程中，應(yīng)加強袋體觀測，注意袋內(nèi)泥漿流體的頂漲力，根據(jù)情況合理移動充填位置，避免應(yīng)力集中，保證袋體均勻受力。同時，控制好潛島堤身充泥管袋坡比，杜絕出現(xiàn)袋體側(cè)滑；

(7)施工期間應(yīng)加強已建堤身沉降位移觀測，如出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則立即停止加載，然后根據(jù)具體情況采取應(yīng)急措施。

5 應(yīng)用前景

上海浦東國際機場二級排水?dāng)U建工程人工湖湖區(qū)潛島堤身構(gòu)筑采用充泥管袋施工工藝，具有可就地取材、造價低、施工速度快等優(yōu)點。目前我國在北海建造、浦東機場圍堤、青草沙水庫圍堤工程中廣泛應(yīng)用充泥管袋施工技術(shù)，充泥管袋工藝比較適宜于在中低灘面上筑堤、擋潮、維護等，有著廣闊的應(yīng)用前景。

5.1 堤岸維護

我國大部分河流堤岸上世紀八九十年代設(shè)計標準為50年一遇，據(jù)報道近些年受大氣變暖影響，風(fēng)暴潮有增加的趨勢，洪水爆發(fā)頻繁、部分堤岸需加固維修；我國海平面也在以1.5mm/a的速度上升，為了防御海平面上升和風(fēng)暴潮的襲擊，也需要不斷加高河堤、海堤或修建新的海堤。

5.2 圍海造地

我國人口眾多，土地資源非常寶貴，圍海造地成了眾多沿海大中城市解決土地資源短缺的好方法，尤其是那些缺乏砂石料的城市(如上海、廈門)，圍堤完全靠砂石料不現(xiàn)實，而充泥管袋技術(shù)用的是當(dāng)?shù)赜倌?，砂石料缺乏問題迎刃而解。目前我國不斷推進近海區(qū)域人工島建設(shè)，需要修建大量圍海堤防，同時我國海生魚類養(yǎng)殖業(yè)、鹽田建設(shè)也在不斷向海域發(fā)展，需要建設(shè)大量海堤。

5.3 抗洪搶險

目前，抗洪搶險多采用裝砂土的化纖編織袋(或草袋)，單個化纖編織袋裝土容量約25kg。采用充泥管袋裝土容量約為單個化纖編織袋的2500倍及以上(寬5m～30m，長15m～90m，高度0.5m～2.0m)，充泥管袋充泥強度大、體積大，同時可以提高抗洪搶險的效率，不失為搶險首選。

5.4 淤泥清除

日前，大中城市河流黑臭體的處理備受人們關(guān)注。通常做法是將黑臭淤泥外運至郊區(qū)垃圾堆場，既花費大量人力物力，又占用寶貴的土地資源。充泥管袋技術(shù)，為解決此類問題提供了一條新途徑?？梢园迅吆康暮诔粲倌喑涮钪镣凉た椢锎?，加載預(yù)壓，加快淤泥的排水固結(jié)。固結(jié)后的土體可以直接堆疊管袋用于修筑圍堤。

采用充泥管袋技術(shù)具有重大的經(jīng)濟效益和社會效益，充泥管袋技術(shù)同時可以嘗試應(yīng)用于其他建設(shè)領(lǐng)域。

6 結(jié)語

浦東國際機場二級排水?dāng)U建工程人工湖湖區(qū)潛島堤身構(gòu)筑完成吹填充泥管袋4.0萬m3，袋體制作1.8萬m2，施工歷時38d，投入泰興泵(22kW)4臺套，日工作時間12h。白天施工充填管袋，夜間排水固結(jié)，合理統(tǒng)籌安排充填管袋時間。本項目每臺泰興泵配置4人，設(shè)備功效為175m3/臺日～190m3/臺日，人均功效為45m3/臺班～50m3/臺班(按8h計)。施工效率較高，施工成本較低。與近期土石機械填筑堤防單價及同期一般勞力市場單價相比，節(jié)省投資。

充泥管袋技術(shù)可以就地取材，也可以利用污泥充填管袋，解決供料問題，利于環(huán)保。同時，充泥管袋技術(shù)可以帶水作業(yè)，雨天仍可施工，無需排水，解決涉水區(qū)域傳統(tǒng)排水筑堤及高價材料費的難題。正因為充泥管袋技術(shù)具有施工簡單、操作方便、進度快、成本低、環(huán)保等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于沿海堤防工程建設(shè)中。作為一種新型技術(shù)，在今后的工程實踐中，應(yīng)進一步探索研究，趨于完善，使充泥管袋技術(shù)更加合理，應(yīng)用于更廣闊的施工領(lǐng)域。