膜袋砂圍堰施工技術(shù)在沿海淤泥地質(zhì)中的應(yīng)用

蔡叢海

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710）

1 工程概況

橫瀝工業(yè)園外江水閘泵站工程位于廣州市南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)工業(yè)園，建設(shè)內(nèi)容為新建1 座二涌西排澇泵站，泵站設(shè)計流量為56.8 m3/s，總裝機功率為3200 kW；拆除重建二涌西至四涌西3 座水閘，3 座水閘均為單孔水閘，閘孔凈寬均為8.0 m，二涌西至四涌西水閘設(shè)計排水流量分別為25.3 m3/s、22.7 m3/s 和20.2 m3/s。工程所處堤防等級為1 級，泵站穿堤建筑物、水閘主要建筑物級別為1 級，其余主要建筑物級別為2 級，泵站、水閘次要建筑物級別為3 級，臨時建筑物級別為4 級。泵站和水閘建筑物防洪（潮）設(shè)計標準為200 年一遇，設(shè)計排澇標準為20年一遇24 小時暴雨一天排干（不成災(zāi)），泵站規(guī)模為Ⅱ等大（2）型工程，4 座水閘均為?。?）型工程。

2 圍堰設(shè)計

本工程導(dǎo)流采用一次攔斷河床圍堰導(dǎo)流方式，與之配合的包括穿堤箱涵、導(dǎo)流明渠、穿堤涵閘組成導(dǎo)流泄水建筑物導(dǎo)流。即先在河涌北側(cè)新建充泥管袋圍堰與原堤防組成導(dǎo)流明渠，然后在堤上、下游分別修建穿堤涵、穿堤涵閘，最后在內(nèi)涌和外江分別修筑圍堰，將內(nèi)涌的水流導(dǎo)引至導(dǎo)流明渠再流到外江。

水閘工程施工期間主要受海水潮漲、潮落影響。該河段潮水每天有兩次漲落，圍堰分為內(nèi)涌圍堰、外江圍堰，采用膜袋砂施工。外江圍堰設(shè)計擬按20 年一遇年最高洪潮水位2.38 m考慮安全超高值，外江圍堰頂高程確定為3.40 m，外江圍堰底高程為-3.5 m，堰頂面寬3.0 m，坡比為1∶2.5。內(nèi)涌圍堰高程按內(nèi)涌最高水位1.00 m 考慮安全超高值，內(nèi)涌側(cè)圍堰高程確定為1.60 m，內(nèi)涌圍堰底高程為-3.0 m，堰頂面寬3.00 m，坡比為1∶2.5。圍堰斷面圖見圖1 和圖2。

圖1 外江側(cè)圍堰斷面圖

圖2 內(nèi)涌側(cè)圍堰斷面圖

3 圍堰材料

（1）土工材料

泥管袋袋布采用克重150 g/m2聚丙烯裂膜絲機織布；防滲土工膜采用兩布一膜型式，布克重不應(yīng)小于200 g/m2，膜厚度不應(yīng)小于0.5 mm；圍堰基坑側(cè)充泥管袋外露面防護采用克重175 g/m2的防老化聚丙烯裂膜絲機織布；土工布軟體排采用克重230 g/m2丙綸長絲機織布；袋裝碎石采用編織袋，克重120 g/m2。

（2）碎石及拋石

護角拋石、擋墻漿砌石應(yīng)選用材質(zhì)良好、質(zhì)地堅硬、耐磨、紋理均勻、不含鐵砂的石料，且無節(jié)理、瑕點、砂眼、裂縫、裂紋及風化皮等外觀缺陷，飽和極限抗壓強度不低于50 MPa。

（3）砂料

充填及吹填砂料原則上要求粒徑d＞0.075 mm 的含量應(yīng)大于總量的85%，粘粒含量小于10%，充泥管袋充填度不小于85%，不合格的砂料，一律不得使用。

4 膜袋砂圍堰施工原理

膜袋砂圍堰是指將編織土工布縫制成一定尺寸的膜袋，頂層預(yù)留充砂口，采用水力或機械方式，以一定的壓力將中粗砂充填入膜袋形成充砂袋，多余水可從土工布孔濾出，中粗砂在自重和滲水壓力作用下形成比較密實的砂料，由砂袋交錯堆疊形成膜袋砂圍堰[1]。

5 膜袋砂圍堰施工方法

5.1 施工準備

施工前做好機械、材料、人員等的入場準備工作，同時完成人員、設(shè)備、材料檢驗報驗工作，完成安全保障體系、質(zhì)量保障體系建立、現(xiàn)場管理規(guī)章制度建立，完成控制樁的測量復(fù)核，辦好人員、設(shè)備及現(xiàn)場作業(yè)場地的安全施工許可及相關(guān)水上安全作業(yè)手續(xù)。

5.2 基礎(chǔ)面處理

為保證底層膜袋能坐落在基本平整的基面上，在膜袋安放之前，對圍堰填筑基面深坑及凹地填砂找平。圍堰清基主要用長臂挖掘機進行作業(yè)，并配合運輸船只及時清運浮泥。清基前，根據(jù)已確定測量控制點進行放樣并測出清基線范圍的水面地形圖，在河兩岸及水中做出明顯的標記，標示清基的范圍，清基深度根據(jù)水下測量成果進行控制。

5.3 土工布軟體排鋪設(shè)

（1）軟體排的采購

軟體排尺寸根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)斷面尺寸，選擇符合要求的生產(chǎn)廠家進行制作，成品經(jīng)進場驗收合格后，堆放入庫或場外用塑料布覆蓋，嚴禁暴露日曬。

（2）軟體排的鋪設(shè)、砂肋灌裝

根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況，軟體排鋪設(shè)方法采用低潮位時人工鋪排，鋪設(shè)范圍每邊超出圍堰2 m。

1）鋪設(shè)之前先進行清基，保證基底平整，然后將加工好的軟體排布垂直于圍堰軸線已設(shè)定區(qū)域鋪設(shè)，鋪設(shè)時用人工繃緊排布，使排布順平無褶皺平鋪于灘面上。

2）每塊排布鋪設(shè)完成后應(yīng)立即開始砂肋灌裝，砂肋灌裝施工工藝為吸砂船采砂，用運砂船運至施工區(qū)域附近，然后采用泥漿泵機組進行砂肋灌裝施工。充灌時要配備人力踩踏砂肋，使砂流通暢，充灌砂肋從砂肋一側(cè)開口處充灌，保證砂肋袋充盈率在80%左右方能扎緊袋口，充分保證砂肋能滿足壓載，保證軟體排布正常工作。

3）排體與排體之間搭接長度滿足設(shè)計要求，確保工程質(zhì)量。

4）排布鋪設(shè)好以后要及時檢查，每根砂肋滿足充盈率，并滿足設(shè)計壓載，發(fā)現(xiàn)問題及時整改，確保工程質(zhì)量。

5.4 膜袋加工與布設(shè)

膜袋制作寬度根據(jù)設(shè)計斷面確定，長度取40 m～60 m，并要考慮到上下錯縫。每只膜袋視大小不同設(shè)置多個充填袖口，正方型布置。膜袋的拼接縫制必須與圍堤軸線方向垂直，平行堤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，膜袋加工好后，堆放于陰涼干燥處，并注明尺寸及鋪放位置。

根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況，膜袋鋪設(shè)方法采用低潮位時人工鋪排。袋體鋪設(shè)袖口部位朝上，泥漿泵管口與袖口連接。袋體鋪設(shè)按照測量放樣位置定位，底層袋四周用尼龍繩綁扎釬在地下的鋼管固定，上層袋鋪設(shè)時用尼龍繩與下層袋綁扎固定，防止袋體在充填時移動。

充填袋體在施工時分層鋪設(shè)，膜袋長度方向與圍堰軸線保持平行，堆迭整齊，上、下層交錯排列，不允許袋體與袋體間留有空隙、通縫。上下層的錯縫間距不小于2 m，在袋體間不得留有通縫、通孔。新充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，并且縫接寬度不小于150 cm。

膜袋施工時每層堰體兩側(cè)均用竹竿定位，每10 m 設(shè)置1根（見圖3）。膜袋采用包縫法縫制（見圖4），上、下層膜袋要錯縫，不能通縫。膜袋施工時在膜袋上方開3 個孔（每30 m 開1個孔），采用灌砂船進行充填，先對中孔灌砂，待膜袋達到一定鼓脹程度后對兩側(cè)的孔同時灌砂，充填砂時需在低潮位施工，避免水位過高影響施工[2]。

圖3 竹竿定位

圖4 包縫法示意圖

5.5 灌砂

砂料運到施工現(xiàn)場后，用泥漿泵抽取運砂船上的砂料分層向模袋充灌砂料，泥漿泵吹填壓力不宜過大，管路出口壓力應(yīng)控制在0.2 MPa～0.3 MPa。充填袋體應(yīng)分層放置，堆迭整齊，排列有序，上下層袋體之間的搭接縫必須錯開，充填后每層袋體0.4 m～0.5 m 厚，如袋體一次充填不到理想厚度，采用二次充填，每層袋吹填應(yīng)在一潮水過程中完成。袋體在濾水完畢后，方可進行上一層袋體充填。沿橫斷面方向不設(shè)搭接縫，根據(jù)充填砂料情況，現(xiàn)場試驗情況，控制充盈度，防止爆袋，并控制平整度。充泥管袋及吹填砂吹填時應(yīng)注意保持坡面穩(wěn)定。

施工時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。加強充填過程中測量工作，依據(jù)圖紙及施工情況，每層充填時均測放邊線，保證坡比。相鄰模袋接頭處應(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，使袋體在砂重力的作用下緊貼下層袋體表面，避免模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。

5.6 反壓

內(nèi)江圍堰基坑側(cè)設(shè)置頂部寬10 m 中粗砂反壓平臺，頂部高程-0.5 m，坡比為1∶3，采用吹沙船進行分層吹填至設(shè)計高程。

外江圍堰基坑側(cè)設(shè)置頂部寬30 m 中粗砂反壓平臺，頂部高程0.5 m，坡比為1∶3，采用吹沙船進行分層吹填至設(shè)計高程。

外江圍堰迎水側(cè)設(shè)置頂部寬6 m 拋石護腳，頂部高程-1 m，坡比為1∶3，拋石護腳施工采用駁船運輸合格石料到指定施工地點，利用駁船上的挖掘機進行拋石作業(yè)。

5.7 圍堰防滲施工

為了防止圍堰與圍堤接頭處滲漏，必須拆除圍堤砌石護坡，挖掉圍堤護腳拋石，使模袋與圍堤防滲土體緊密結(jié)合。

外江圍堰迎水面坡面鋪設(shè)防滲土工膜一層，土工膜在拋石范圍內(nèi)向外延伸2 m，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂部鋪設(shè)防老化土工布一層，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂外江側(cè)加載500 mm 寬和500 mm 高袋裝土。

水閘內(nèi)涌圍堰采用與外江圍堰相同的堰體結(jié)構(gòu)以及相同的堰頂寬度，迎水面坡面鋪設(shè)防滲土工膜一層，土工膜向外延伸2 m，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂部鋪設(shè)防老化土工布一層，面上加載150 mm 厚袋裝碎石[3]。

6 效益分析

1）經(jīng)濟效益

沿海淤泥地質(zhì)膜袋砂圍堰施工工法已在多個水利工程的膜袋砂圍堰施工中應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟效益，其中為本工程相比普通砂土圍堰節(jié)約成本約38.6 萬元。

2）社會效益

在保證膜袋砂圍堰施工安全的同時，減少了材料的浪費，節(jié)約能耗，同時提高了圍堰施工效率、減短施工工期，使水利設(shè)施盡早發(fā)揮效益，社會效益明顯。

3）技術(shù)效益

沿海淤泥地質(zhì)水利工程中膜袋砂圍堰施工過程中的安全穩(wěn)定狀態(tài)能通過數(shù)據(jù)直觀體現(xiàn)，圍堰施工安全超過預(yù)警值時能及時的采取有效控制，保證了圍堰施工的安全性。本工法準確計算膜袋砂圍堰分層填筑時間間隔，有利施工組織，縮短工期，這是傳統(tǒng)膜袋砂圍堰施工方法達不到的，為以后膜袋砂圍堰施工安全提供了方向，具有顯著的技術(shù)效益。

4）節(jié)能效益

節(jié)約施工工期，減少了施工時人力、機械等的浪費，節(jié)約能耗。

7 結(jié)語

在沿海淤泥地質(zhì)條件下，修建水閘、泵站水利工程時廣泛應(yīng)用膜袋砂圍堰。膜袋砂圍堰相比普通砂土圍堰，可以增加圍堰的整體防護強度，還能減少圍堰自重，減少沉降。膜袋砂圍堰是一種新型的圍堰結(jié)構(gòu)形式，施工速度快、造價低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，廣泛適用于沿海淤泥地質(zhì)地區(qū)。