淺談土工管袋在護(hù)岸圍堰結(jié)構(gòu)中的設(shè)計與應(yīng)用

郭國森

摘 要：隨著大型土工管袋（抗浪砂袋）結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的應(yīng)用和應(yīng)用年限的增加，其管袋材料強(qiáng)度（抗浪流）和耐久性（無防護(hù)）已得到認(rèn)可，被廣泛應(yīng)用；該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)勢重點(diǎn)體現(xiàn)在不用護(hù)面和就地取沙方面，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。本文通過波浪荷載下土工管袋穩(wěn)定性的安全核算等方面簡述了土工管袋規(guī)格及尺寸的選擇依據(jù)，并結(jié)合工程實(shí)例介紹了土工管袋在港口工程的護(hù)岸圍堰結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及施工技術(shù)要求，為土工管袋的技術(shù)推廣提供可靠性的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土工管袋 護(hù)岸 圍堰 抗浪流 無防護(hù)

深中通道項(xiàng)目北距虎門大橋約30km，南距港珠澳大橋約38km。其中，主體工程S05合同段西錨碇人工島，整體采用吹填土工管袋形成臨時圍堰，內(nèi)部吹填砂形成島體的方式形成島體，圍堰護(hù)岸為斜坡式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，護(hù)岸結(jié)構(gòu)為臨時工程，鑒于工程的重要性，安全等級按Ⅱ級考慮。受工期限制，需在半年內(nèi)完成軟基處理并吹填完成島體主體結(jié)構(gòu)，所以如何快速有效的吹填成島，并兼顧島體外側(cè)的防浪要求，是本工程設(shè)計的重點(diǎn)難點(diǎn)。

1.土工管袋結(jié)構(gòu)方案簡介

臨時圍堰主體采用土工管袋結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用水上水泥攪拌樁（DCM）進(jìn)行軟基處理。圍堰為斜坡堤結(jié)構(gòu)，外邊坡斜率采用1：2，上部結(jié)構(gòu)采用土工管袋形成堰體，堰體內(nèi)部吹填中粗砂（水下內(nèi)摩擦角≥32°）。堤頂設(shè)置土工管袋防浪墻，頂高程5.8m，堤前的防護(hù)結(jié)構(gòu)，采用軟體排+雷諾護(hù)墊的組合型式，其中雷諾護(hù)墊軟體排結(jié)構(gòu)，寬度不小于15m（鋪設(shè)位置為土工管袋坡腳外側(cè)1m）。

2.水文條件

2.1設(shè)計水位

如表1。

2.2設(shè)計波浪

50年一遇波浪要素（SE向）波要素如表2所示。

3.土工管袋穩(wěn)定性驗(yàn)算

依據(jù)德爾夫特水力實(shí)驗(yàn)室（1973）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及相關(guān)規(guī)范和文獻(xiàn)，砂袋在波浪作用下的穩(wěn)定性可采用以下公式計算：

注：Dk = b（如果砂袋垂直于波浪沖擊的方向）[m]。

b =砂袋的充填寬度，取b=4.65m。

Hs = 設(shè)計波高，取極端高水位H1% =3.11m；

△t = 砂袋的相對密度，取0.9；

本工程采用的土工管袋尺寸細(xì)部尺寸詳見圖3。

經(jīng)計算，

Hs= H1% = 3.11m ≦ △t × Dk= 0.9×4.65=4.185m

因此，該土工管袋可以抵抗4.185m波浪，滿足要求。

4.施工技術(shù)要求

（1）技術(shù)指標(biāo)

本工程土工管袋采用100%PP有紡織物制作，土工管袋技術(shù)指標(biāo)詳見表3。

（2）施工工序

根據(jù)單體土工管袋寬度外1～2米進(jìn)行固定樁安裝→土工管袋運(yùn)送到進(jìn)行準(zhǔn)備工作的場地→土工管袋攤鋪平整并采用柔性尼龍繩將固定拉環(huán)與固定樁進(jìn)行錨固→土工管袋通過其中一個充填口進(jìn)行充填沙漿，分別調(diào)整充填口進(jìn)行充填，以達(dá)到充填充分飽和并達(dá)到設(shè)計高度。

（3）施工細(xì)節(jié)要求

土工管袋的鋪設(shè)和錨固按照圖紙所示限定來鋪設(shè)，且泵送砂漿含固率控制在20%左右；

相鄰?fù)凉す艽捎么罱有问竭B接，搭接長度不小于2m，砂袋的充填飽和度應(yīng)不低于80%，為保證充填高度達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，可在4小時內(nèi)進(jìn)行二次充填；充填過程中應(yīng)注意控制充填高度，可采取設(shè)置控高標(biāo)桿等措施，防止因充填過度致使土工管袋爆裂；充填口應(yīng)布置在袋體表面，充填口數(shù)量可根據(jù)袋體尺寸、充填料粒徑和沖填壓力確定；對于鋪設(shè)完成的土工管袋應(yīng)注意保護(hù)，防止施工船舶、機(jī)械對袋體的破壞。如發(fā)現(xiàn)損壞，應(yīng)請專業(yè)廠家及時進(jìn)行修補(bǔ)。

5.總結(jié)

（1）土工管袋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點(diǎn)在于首先應(yīng)根據(jù)充填砂分資料選擇袋布指標(biāo)的保土性與透水性；其次，通過結(jié)構(gòu)內(nèi)部穩(wěn)定計算，控制充填砂粒徑，在波浪、水流作用下防止液化；最后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)外部穩(wěn)定計算，抗傾、抗滑。

（2）土工管袋結(jié)構(gòu)適用在較低矮的結(jié)構(gòu)，2～6m的經(jīng)濟(jì)堤高范圍內(nèi)，使工程造價更經(jīng)濟(jì)，同時工程現(xiàn)場需有允許采砂的場地，位于水下的結(jié)構(gòu)更利于延長耐久性。

（3）鑒于土工管袋結(jié)構(gòu)具有抗浪流和耐久性等特優(yōu)點(diǎn)，可以在不用護(hù)面結(jié)構(gòu)的情況下，通過自身的穩(wěn)定來抵抗較大的波浪，且充填砂袋時可直接就地取沙，施工方便，今后將更多的應(yīng)用于護(hù)岸圍堰的防護(hù)工程中。隨著砂袋材料強(qiáng)度的提高和工程施工中的不斷優(yōu)化，土工管袋技術(shù)在水運(yùn)工程領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTS 154-1-2018，防波堤與護(hù)岸設(shè)計規(guī)范[S].

[2]Pilarczyk K. W. （2000），Geosynthetics and geo-system in hydraulic and coastal engineering，A.A.Balkema，Rotterdam.

[3]WL Delft Hydraulics（1973）， Breakwater of concrete filled hoses，WL Delft Hydraulics，Modelonderzoek M1085.

[4]Schiereck G.J. （2004），Introduction to bed， bank and shore protection，DUP Blue Print，Delft.

[5]林剛，土工管袋結(jié)構(gòu)壩體在波浪作用下的試驗(yàn)研究，河海大學(xué)，2005.