沿海深水河道使用膜袋砂圍堰技術(shù)建設(shè)橡膠壩經(jīng)驗(yàn)略談

劉宏寬

摘 要：文章描述了膜袋砂圍堰在河北省樂(lè)亭縣二灤河楊家林段深水河道施工的成功應(yīng)用，該段河道具有河寬水深、潮汐影響大的顯著特點(diǎn)，膜袋砂圍堰作為一種新型結(jié)構(gòu)形式不僅能夠適應(yīng)河道軟土地基產(chǎn)生的變形和沉降，而且止水效果好、施工安全性高。在沿海特殊地形地質(zhì)條件下，克服降水、沉陷、穩(wěn)定等難題，成功為今后河道、泵站、閘壩等水利工程建設(shè)提供了新的思路和寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：深水河道；膜袋砂圍堰；經(jīng)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU476 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）14-0130-02

1 基本情況

樂(lè)亭縣位于唐山市東南灤河最下游，屬冀東平原的一部分。環(huán)抱京唐港，毗鄰曹妃甸，海岸線長(zhǎng)149km，是河北第一沿海大縣。二灤河為灤河的分洪河道，根據(jù)灤河防洪體系要求，二灤河和灤河同時(shí)行洪，遇50年一遇洪水，在灤河左小埝和二灤河右堤間行洪，遇5年一遇洪水，在灤河河槽和二灤河行洪。二灤河分洪流量受分洪口附近灤河干流及二灤河的地形、水位、流量及工程等因素的綜合影響。根據(jù)《灤河下游干流河道治理工程可行性研究報(bào)告》等有關(guān)報(bào)告，當(dāng)灤河發(fā)生5年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，相應(yīng)設(shè)計(jì)流量為8230m3/s，灤河分流7050m3/s，二深河自然分流1180m3/s。

為防止海水沿二灤河河口上溯并涵養(yǎng)二灤河下游淡水資源，2017年10月，樂(lè)亭縣投資2100萬(wàn)元在楊家林村東的二灤河河道上復(fù)建了二灤河楊家林橡膠壩。橡膠壩設(shè)計(jì)工程等別為Ⅳ等，壩高3米，壩長(zhǎng)90米，1孔，底板及上下游翼墻基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁處理，充水壩袋。根據(jù)工程地質(zhì)資料，橡膠壩工程區(qū)地貌單元屬濱海平原，地貌發(fā)育過(guò)程中，受河流堆積作用和海洋動(dòng)力因素的雙重影響，表層為河床～河漫灘相沉積，下部為淺海相沉積層。河道總體走向由北往南，地勢(shì)北高南低，地面高程1.2～4.9m，河道寬度100～220m?？辈毂砻?，場(chǎng)區(qū)地表以下30m深度內(nèi)，地層為人工堆積和第四系沉積層。橡膠壩壩基地質(zhì)結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)單元的劃分根據(jù)地層的成因、時(shí)代、巖性、深度，同時(shí)考慮厚度及分布范圍綜合確定。鉆孔揭露深度20m范圍內(nèi)由上至下分6個(gè)工程地質(zhì)單元，由上至下分別為：壤土、細(xì)砂、淤泥質(zhì)粘土、細(xì)砂、壤土、細(xì)砂。工程區(qū)河唇寬135米，河底寬90米，平均水深8.3米，潮汐強(qiáng)度中等，最大潮流速度0.5～0.6m，施工期間水流主要考慮潮汐影響。工程施工前，需首先完成壩址上下游施工圍堰。

橡膠壩復(fù)建工程計(jì)劃總工期140天，因二灤河承擔(dān)汛期灤河洪水的分洪任務(wù)，主體工程及拆除圍堰任務(wù)必須在主汛期前完成。整個(gè)工程時(shí)間緊、任務(wù)重、施工難度大，對(duì)圍堰施工工期以及質(zhì)量和安全提出了更高的要求。

2 圍堰選型、排水和邊坡穩(wěn)定問(wèn)題

2.1 圍堰選型

圍堰按使用材料，結(jié)構(gòu)形式一般分為土石圍堰、混凝土圍堰、草土圍堰、鋼板樁圍堰等?？紤]樂(lè)亭縣內(nèi)土石資源匱乏，橡膠壩壩址處水深較深，水位變化受河口潮水漲落影響大，工程投資有限等多因素影響。而膜袋砂圍堰具有成本低，工期短、斷面小、就地取材，使用大型機(jī)械少，施工安全方便，整體穩(wěn)定性好、防滲漏效果好等優(yōu)點(diǎn)，并且河道內(nèi)河砂為粉細(xì)砂，能夠滿足膜袋砂砂料要求（細(xì)度模數(shù)不大于1.8的粉細(xì)砂，砂中淤泥含量20%左右）。經(jīng)綜合考慮確定以膜袋砂圍堰作為工程上下游圍堰結(jié)構(gòu)形式。

設(shè)計(jì)膜袋砂圍堰分別位于壩體上游130米、下游170米，長(zhǎng)度120米，梯形斷面，設(shè)計(jì)頂寬3米，邊坡1：3，堰高約9.3米（高于河口處5年一遇潮位0.5米），吹填砂總量79108立方米。膜袋采用200g/m2的晴綸（PP）土工編織布，縱橫向斷裂強(qiáng)力≥6.5kN/m，撕破強(qiáng)力≥0.16kN，每個(gè)膜袋幅寬為6m，長(zhǎng)度按實(shí)際長(zhǎng)度確定，充填后厚度為0.6～0.8m，采用分層立體交錯(cuò)鋪至設(shè)計(jì)高程。臨水側(cè)防滲結(jié)構(gòu)形式因地處沿海，周邊粘土資源緊缺等原因，排除斜墻式、斜墻帶水平鋪蓋式、垂直防滲墻式、灌漿帷幕式等，決定采用黏土進(jìn)行坡面找平，再用復(fù)合土工膜覆蓋（滌綸長(zhǎng)絲針刺土工布，兩布一膜，200g/0.6mm/200g），上壓黏土。

2.2 施工排水問(wèn)題

由于二灤河主河道常年有水，地下水埋藏也較淺，基坑開挖深度在地下水位以下，為保證干場(chǎng)作業(yè)，施工方采用每米設(shè)置一眼管井，配合圍堰內(nèi)離心泵排水，做好基坑排水工作。

2.3 邊坡穩(wěn)定問(wèn)題

考慮地下水影響，基坑開挖深度≤5m時(shí)，基坑邊坡巖性主要為細(xì)砂，臨時(shí)開挖邊坡坡比設(shè)置為1：2.5～1：3，并采取基坑降排水措施。另外，坡頂應(yīng)禁止重車通行，減少重物堆載，堆放的棄土拉運(yùn)至工程區(qū)外規(guī)定地點(diǎn)，遠(yuǎn)離坡肩，施工過(guò)程中有專職人員巡視邊坡的穩(wěn)定性，保證工程邊坡穩(wěn)定和人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.4 不均勻沉降問(wèn)題

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，橡膠壩底板高程-1.5m左右，二灤河現(xiàn)狀河底高程-5m左右，即河底部分需回填夯實(shí)至設(shè)計(jì)底板高程，河底回填施工時(shí)要嚴(yán)格控制填筑質(zhì)量，碾壓夯實(shí)，并應(yīng)注意其與原地基結(jié)合處的沉降差異，避免不均勻沉降的發(fā)生。

2.5 地基承載力問(wèn)題

橡膠壩壩高約3m，壩底板高程-1.5m左右，壩基下臥持力層主要為細(xì)砂和淤泥質(zhì)粘土層，其中細(xì)砂層多呈中密～密實(shí)狀，承載力建議值140kPa，淤泥質(zhì)粘士層呈軟塑～流塑狀態(tài)，壓縮系數(shù)值為0.95Mp-1，具高壓縮性，承載力為65KPa較低，屬軟土。

3 圍堰施工

3.1 施工準(zhǔn)備及程序

（1）模袋準(zhǔn)備：按圍堰的斷面及平面布置情況，從圍堰底部開始，對(duì)圍堰模袋逐層進(jìn)行計(jì)算，確定模袋的長(zhǎng)和寬，再按設(shè)計(jì)分層高度確定模袋的高度。為確保模袋的充填厚度，在模袋定貨時(shí)，需將模袋的高度適當(dāng)加高，一般宜加高100mm，單個(gè)模袋最大尺寸不宜超過(guò)60m×20m×0.8m。（2）砂料準(zhǔn)備：填充模袋的砂料，一般采用細(xì)度模數(shù)小于1.8的粉細(xì)砂，砂中宜有20%左右的淤泥。在圍堰施工前，應(yīng)對(duì)砂料進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，檢測(cè)砂的細(xì)度模數(shù)及含泥量，確保充填的材料符合要求。（3）人員組織：為保證模袋順利充填，應(yīng)有12～15人進(jìn)行模袋充填施工。（4）機(jī)械船只準(zhǔn)備在圍堰施工前，應(yīng)準(zhǔn)備兩條的吹砂船。（5）施工程序：施工單位進(jìn)場(chǎng)后首先進(jìn)行圍堰軸線處河道實(shí)地測(cè)量，編制圍堰施工程序：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→基礎(chǔ)清淤→膜袋加工→膜袋鋪設(shè)→吹填膜袋砂→土工膜坡面防滲→基坑排水。

3.2 施工過(guò)程

考慮潮流對(duì)施工的影響，施工單位首先組織測(cè)量人員施工上游圍堰，用全站儀定位圍堰軸線及膜袋位置，組織抽砂機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，因工程區(qū)河底2010年前后進(jìn)行過(guò)清淤，表層淤泥厚度較小，能夠滿足吹填膜袋砂要求，可不予清淤，但需對(duì)基底平整差較大處使用抽砂船及駁船配合吹砂找平，使膜袋砂圍堰基礎(chǔ)底面平整。將檢驗(yàn)合格的膜袋進(jìn)場(chǎng)按預(yù)定位置鋪設(shè)，鋪設(shè)位置使用預(yù)先打入兩岸及河道內(nèi)的鋼管樁配合兩條運(yùn)輸船固定，固定好后，人工將吹砂泵管與灌啥口連接，吹沙船以一定可調(diào)節(jié)壓力，先向膜袋內(nèi)填充一定量的水，沖水方向要朝向膜袋底部隆起部位。待膜袋下沉，馬上開始灌砂，河沙進(jìn)入膜袋后沉淀，水分通過(guò)排漿孔排出。在灌砂初期，應(yīng)先填充膜袋四角，再填充膜袋中間，這樣能夠防止膜袋在水面受水流等因素偏移，保證膜袋能夠按照預(yù)定位置平穩(wěn)下沉，保證施工質(zhì)量。膜袋砂圍堰吹填至水面以上后，安排人員對(duì)砂袋進(jìn)行踩壓，保證砂袋密實(shí)飽滿和均勻。

堰體填筑至水面以上0.5米后，迎水側(cè)鋪設(shè)0.5米厚黏土找平，將已經(jīng)粘接好的土工膜從堰頂向河中展開，長(zhǎng)度為坡長(zhǎng)加5米富裕度（1米坡面褶皺、2米堰頂壓重、2米坡腳壓重），膜與膜搭接長(zhǎng)度1米，鋪完后利用運(yùn)輸車和船將碎石山皮土向土工膜上撒壓。

因基坑內(nèi)外水頭差較大，為降低堰體滲透壓力，減小滲流量，保證堰體穩(wěn)定安全，經(jīng)設(shè)計(jì)單位測(cè)算，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理建設(shè)單位同意，決定在兩道圍堰內(nèi)坡腳外5米增設(shè)膜袋砂副堰，副堰設(shè)計(jì)高度4.5米，分6層，每層高約0.8米，坡比1：1，頂寬2米，經(jīng)上下游兩組堰體的共同作用，堰體滲流量大大減少，安全穩(wěn)定性提高，切實(shí)保證了基坑內(nèi)施工作業(yè)的安全。

待橡膠壩主體工程完工后，因圍堰上下游河道深度較大，在不影響泄洪的前提下，經(jīng)參建各方同意，決定將膜袋砂圍堰上半部分用挖掘機(jī)挖除放置在上下游河道內(nèi)。

3.3 施工排水

施工單位將施工排水按兩部分考慮，一部分為填筑圍堰后基坑初期排水，另外考慮圍堰基礎(chǔ)滲水及施工期間降雨?；映跗谂琶魉鋫銲SWH100-100A型離心潛水泵共5臺(tái)（向上下游排水各2臺(tái)，備用1臺(tái)），單泵設(shè)計(jì)排水流量89m3/h，設(shè)計(jì)排水揚(yáng)程10m，功率4kW。待水位下降至原水深的2/3時(shí)，上下游排水各增加2臺(tái)工作水泵增抽，為保證漿砌石、混凝土干場(chǎng)作業(yè)，對(duì)抽水設(shè)備備用了大型發(fā)電機(jī)可靠電源。

4 經(jīng)驗(yàn)分享

（1）膜袋吹填前，要對(duì)河底地形進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，掌握河道斷面形狀尺寸，再量身定做壩袋尺寸及安放位置，減小基坑滲水隱患。在鋪設(shè)土工膜的同時(shí)就進(jìn)行基坑排水，及時(shí)了解土工膜鋪設(shè)后圍堰的滲水情況，對(duì)非正常滲水處采取補(bǔ)鋪等補(bǔ)救方案，必要時(shí)可雇傭潛水員進(jìn)行水下查勘，有針對(duì)性地開展補(bǔ)漏措施。必須對(duì)所有施工人員進(jìn)行安全教育及技術(shù)交底，使施工人員提前做好準(zhǔn)備，掌握每一道工序的施工要點(diǎn)，并在施工前穿戴好救生衣和安全帽，做好防護(hù)措施。（2）為確保膜袋充填厚度，在膜袋訂貨時(shí)需將膜袋的高度適當(dāng)加高，一般宜加高100mm，單個(gè)膜袋最大尺寸不宜超過(guò)60m×20m×0.8m。膜袋封口線盡量設(shè)置在上下平面，避免設(shè)在膜袋立面及平立面結(jié)合處。（3）吹填時(shí)從膜袋內(nèi)排出的水體泥漿含量較大，對(duì)周邊水質(zhì)有污染，施工單位必須與周邊群眾協(xié)調(diào)好關(guān)系，防止阻工等現(xiàn)象發(fā)生。（4）在鋪設(shè)完一層膜袋后，必須用測(cè)量?jī)x器（最好是全站儀）對(duì)膜袋偏移及頂面高差情況進(jìn)行測(cè)量，便于對(duì)下一層膜袋位置及填充量進(jìn)行調(diào)整。（5）施工單位必須嚴(yán)格比選橡膠壩壩袋質(zhì)量，有必要時(shí)建設(shè)單位可以召集參建各方對(duì)橡膠壩廠家進(jìn)行實(shí)地考察。出廠時(shí)必須附有通過(guò)國(guó)家計(jì)量認(rèn)證的檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的有關(guān)參數(shù)檢驗(yàn)報(bào)告。建設(shè)監(jiān)理單位也要及時(shí)抽檢。表面質(zhì)量要注意觀察壩袋里外層各膠片邊與邊的接縫要平滑飽滿，不能有開裂或壓膠薄厚不均。（6）壩袋安裝時(shí)，必須由壩提生產(chǎn)廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，按照先下游，后上游，最后岸墻的順序進(jìn)行。壩長(zhǎng)誤差應(yīng)均分，避免局部褶皺。兩側(cè)岸墻拐彎處，袋布要折疊、理順、墊平，不得用剪口補(bǔ)強(qiáng)處理。