充砂管袋技術(shù)在砂性基礎(chǔ)圍堰防滲封堵中的應(yīng)用*

張 磊，陳 思，苗新鋒，王國(guó)祥

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

在水利水電工程項(xiàng)目中，圍堰工程對(duì)工程建設(shè)的順利進(jìn)行有顯著影響[1]。特別是在許多大型水利水電工程施工中，圍堰工程對(duì)保證整個(gè)工程的施工質(zhì)量尤為重要，如三峽工程一二期圍堰[2-3]、溪洛渡水電站上下游圍堰[4]、烏東德水電站圍堰[5]、雙江口水電站圍堰等[6]。因此，應(yīng)因地制宜，選擇合適的圍堰形式，就地取材，保證圍堰的安全性及防滲性，否則極容易因滲漏而影響圍堰安全[7]。

滲漏是圍堰施工中的常見(jiàn)問(wèn)題，其不僅干擾施工環(huán)境，而且影響圍堰的穩(wěn)定性。因此，滲漏發(fā)生與否是圍堰建成后需首要關(guān)注的問(wèn)題[8]。以北支江綜合整治上游水閘、船閘工程中圍堰施工為例，分析該圍堰滲漏情況，并總結(jié)圍堰防滲施工技術(shù)。

1 工程概況

北支江上游水閘、船閘工程主要包括上游水閘、船閘，工程范圍內(nèi)的堤防工程及上、下游圍堰等臨時(shí)工程，其周邊環(huán)境如圖1所示。

圖1 周邊環(huán)境

本工程導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)，上游圍堰按上堵壩上游斷面5年一遇洪水位8.900m設(shè)計(jì)，頂高程取10.000m；下游圍堰按5年一遇洪水位8.630m設(shè)計(jì)，圍堰頂高程取9.200m。上游圍堰采用上堵壩作為圍堰擋水，同時(shí)上堵壩上游側(cè)及改線道路布置高壓旋噴防滲墻以增強(qiáng)防滲性；上游圍堰全長(zhǎng)402m，頂高程10.000m，改線道路頂寬8m，上、下游坡比1∶1.8～1∶2.0。下游圍堰采用充砂管袋圍堰擋水，同時(shí)布置高壓旋噴防滲墻，左岸與已建的補(bǔ)水泵站出口擋土墻銜接，右岸與東洲島岸坡相連；下游圍堰全長(zhǎng)437m，頂高程9.200m，頂寬6m，上、下游坡比1∶1.8 ～1∶2.0，河道中間區(qū)域塘泥達(dá)2.9m，考慮圍堰穩(wěn)定性，圍堰中心100m底寬適當(dāng)加寬3m；圍堰合計(jì)約13.16萬(wàn)m3，其中充砂管袋約10.70萬(wàn)m3，填芯砂1.79萬(wàn)m3，黏土0.67萬(wàn)m3。

圍堰土源首先考慮河道取土，如河道取土不能滿足圍堰施工工程量要求，則其余部分考慮在距下游圍堰下游側(cè)2～3km河灘地防護(hù)林地取土，施工時(shí)需先進(jìn)行防護(hù)林砍伐。根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地探挖，表層1～2m為雜填土，以下為粉細(xì)砂，取土前需先進(jìn)行清表及表層土開(kāi)挖，地下水位高。高壓旋噴防滲墻孔距0.7m，穿過(guò)粉細(xì)砂層≥1.5m，上游圍堰高壓旋噴施工平臺(tái)高程為8.000m，下游圍堰高壓旋噴施工平臺(tái)高程為7.000m。

2 圍堰施工特點(diǎn)

1)根據(jù)進(jìn)度安排，圍堰應(yīng)盡早施工，工程工期緊、趕工難度較大。

2)圍堰施工在汛期進(jìn)行，充砂管袋只能采用水下充填施工，鋪設(shè)定位存在一定難度。

3)下游圍堰施工工期短，加載速率較大，表面塘泥厚度為0.5～2.9m，易產(chǎn)生滑移和沉陷，需清理塘泥，并采取相應(yīng)的抗滑固袋措施。

4)左岸相鄰標(biāo)段泵站出水口距離圍堰較近，易對(duì)圍堰產(chǎn)生沖刷和旋流沖損，該區(qū)域圍堰需按設(shè)計(jì)要求做好防淘、刷等防護(hù)工作。

5)圍堰布置區(qū)域河床淤泥較厚，在圍堰施工前需對(duì)該區(qū)域淤泥進(jìn)行水下清淤或高壓水清理。

6)上游圍堰防滲軸線范圍內(nèi)塊石等障礙物較多，施工工作面窄小，為保證防滲效果及施工順暢，圍堰施工前需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行清障。

7)下游圍堰右岸2km處區(qū)域現(xiàn)狀為防護(hù)林，樹(shù)木較密，地下水位較高。需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用井點(diǎn)降水后進(jìn)行旱地開(kāi)挖作業(yè)，并需在上、下游圍堰附近修建臨時(shí)中轉(zhuǎn)場(chǎng)。

改革開(kāi)放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)同世界經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系日益密切，我國(guó)企業(yè)的國(guó)際貿(mào)易融資活動(dòng)也就此出現(xiàn)，并已取得良好的效果，但隨著2008年世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的爆發(fā)，國(guó)際金融市場(chǎng)受到了劇烈的沖擊，這種情況的發(fā)生，不僅對(duì)我國(guó)進(jìn)出口行業(yè)造成嚴(yán)重影響，還致使我國(guó)部分中小型企業(yè)出現(xiàn)國(guó)際貿(mào)易融資風(fēng)險(xiǎn)，如何在國(guó)際金融動(dòng)蕩環(huán)境下避免風(fēng)險(xiǎn)，成為制約我國(guó)中小型企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。

3 圍堰總體施工方案

圍堰結(jié)構(gòu)采用充砂管袋護(hù)面填芯砂結(jié)構(gòu)，圍堰防滲采用雙重管高壓旋噴樁防滲墻結(jié)構(gòu)。吹填土源開(kāi)采方案選擇河道取土(淤砂)。

根據(jù)地質(zhì)資料，塘泥厚度0.5～2.9m，較厚塘泥主要分布在河床中間區(qū)域，考慮到圍堰穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生滑移和沉陷，在圍堰管袋施工前利用浮筒將高壓水槍插入塘泥進(jìn)行沖散，再進(jìn)行底部管袋施工。管袋施工總體順序?yàn)橛捎野断蜃蟀吨饘蛹虞d，先管袋后填芯砂分層施工而成。待堰體填筑至高壓旋噴樁施工平臺(tái)高程后，進(jìn)行高壓旋噴樁施工形成防滲結(jié)構(gòu)，而后繼續(xù)加載至圍堰設(shè)計(jì)高程。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

考慮下游圍堰距取料點(diǎn)較近，為節(jié)省投資，可暫不考慮設(shè)臨時(shí)砂庫(kù)，直接自取料點(diǎn)充填至圍堰施工區(qū)。上游圍堰距取料點(diǎn)較遠(yuǎn)，考慮在右岸設(shè)置1座臨時(shí)砂庫(kù)，施工流程如圖2所示。

圖2 施工流程

4.1 管袋制作

1)首先需根據(jù)壩寬、灘面高程、堤坡及沉降量等綜合指標(biāo)確定合理的袋體寬度，同時(shí)需考慮上下錯(cuò)縫。

2)袋體為筒式，采用280g/m2防紫外線抗老化土工布，斷裂強(qiáng)度60kN/m。

3)由于袋體的容積存在差異，設(shè)置充填管口時(shí)也應(yīng)有所不同。一般要求充填作用區(qū)相等，同時(shí)保留2～3對(duì)袖管狀充砂口于布袋的上片。袋體可選用35支三股錦綸線縫制，為使線縫平順均勻牢固，建議縫3道。

4)每30～40m2設(shè)置1個(gè)管口，管口直徑為12cm，長(zhǎng)40cm。1個(gè)充砂管袋通常設(shè)3～4個(gè)管口，呈梅花形均勻布設(shè)。充填完成后及時(shí)用繩子將吹砂管口扎緊，防止管袋中土方流失。

4.2 管袋鋪設(shè)

上、下游圍堰均采用水上鋪設(shè)，鋪設(shè)前先進(jìn)行鋪設(shè)范圍內(nèi)清障，防止刺破管袋。施工時(shí)在擬鋪設(shè)區(qū)域的兩端用GPS定位，采用浮筒或小船人工進(jìn)行鋼管樁定位，然后與利用纜繩將四邊拉環(huán)鋼管樁連接，人工拖拉，將管袋拖至鋪設(shè)區(qū)域，再通過(guò)收放錨繩調(diào)整管袋位置，直至符合設(shè)計(jì)要求，隨后打入長(zhǎng)6m、間距2m的鋼管樁進(jìn)行定位，防止管袋在充填過(guò)程中發(fā)生漂滑移位。由水上作業(yè)人員將吹填進(jìn)漿袋口與進(jìn)漿袖口固定，先期充填時(shí)需控制充填速度，待管袋基本穩(wěn)固后再正常充填。

4.3 充砂管袋施工

1)為確保工程質(zhì)量，在大面積充填之前，在下游料源附近進(jìn)行試充，其目的是通過(guò)試充得到相關(guān)參數(shù)，并對(duì)后續(xù)大規(guī)模的管袋充灌進(jìn)行指導(dǎo)。

2)管袋充灌采取交通船與人工鋪設(shè)袋布相結(jié)合的施工方式，首先利用人工將袋體攤鋪就位，做好固定及管口連接，需要注意的是編織布袋的縫合線應(yīng)與軸線垂直。隨之啟動(dòng)泥漿泵進(jìn)行充填工作，充填時(shí)留意泥漿的流量、流向和流速，并隨時(shí)調(diào)控輸送管口的方向，避免發(fā)生因袋體受力不均而導(dǎo)致變形移位。

3)水下充灌管袋中土體時(shí)難以固結(jié)成型，充灌砂袋的成型取決于取砂區(qū)域的級(jí)配，當(dāng)淤泥含量超標(biāo)時(shí)不能一次成型，因而水下充灌所用砂土顆粒要粗，盡量采用中砂，含泥量<10%，此種砂土排水固結(jié)快，具體技術(shù)指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

4)充砂管袋棱體施工時(shí)，在上游圍堰右岸附近暫考慮設(shè)置1個(gè)臨時(shí)砂庫(kù)，上游圍堰填筑需采用泥漿泵自臨時(shí)砂庫(kù)輸送至圍堰施工面；下游圍堰可自取料點(diǎn)直接輸送至圍堰施工面。

5)當(dāng)袋體逐漸充滿時(shí)，需特別注意對(duì)屏漿壓力的控制，以防袋體破裂。充灌結(jié)束后需綁扎袖口，防止漏砂。

6)袋體的充填高度由充填試驗(yàn)和土料情況綜合確定，袋體的厚度控制為每層≤80cm。袋子面積較大時(shí)，厚度可稍稍增加，必要時(shí)可采取二次充填。施工時(shí)應(yīng)控制同一層袋體的厚度基本相同，以方便下一層袋的施工并保證施工質(zhì)量。

7)施工過(guò)程中，需分層鋪設(shè)編織袋充填棱體，并平行或垂直于圍堰的軸線，上、下層交錯(cuò)排列，不留通縫，且袋體間不能存在空隙。

8)袋體濾水后，方能在袋體的上部進(jìn)行其他袋體的充填工作。

9)下層管袋應(yīng)盡量平整，否則將用袋裝砂或袋裝碎石固定，以避免上層管袋在吹填時(shí)發(fā)生水平位移。另外，棱體在固結(jié)前可踩袋，但要禁止無(wú)目標(biāo)走動(dòng)。

10)吹填后，要做好棱體的保護(hù)工作，特別是平臺(tái)以下，外坡可臨時(shí)選用土工布覆蓋保護(hù)的方式，在土工布上鋪袋裝碎石，同時(shí)用塊石壓重，避免外棱體破壞。

4.4 填芯砂施工

吹填砂與充砂管袋交叉施工，相互形成依托。在圍堰兩側(cè)充砂管袋砂棱體形成后，即可進(jìn)行吹填施工，直接從儲(chǔ)砂池中取料進(jìn)行吹填。

4.5 高壓旋噴防滲墻施工

圍堰堤身形成后即開(kāi)始高壓旋噴防滲墻施工。高壓旋噴防滲墻采用旋噴套接，確保防滲效果。高壓旋噴孔距為0.7m，采用雙重管法施工。

5 圍堰防滲效果

北支江上游水閘、船閘工程中圍堰結(jié)構(gòu)采用充砂管袋護(hù)面填芯砂結(jié)構(gòu)，圍堰防滲采用雙重管高壓旋噴樁防滲墻結(jié)構(gòu)。經(jīng)檢查，該工程圍堰穩(wěn)定，安全性較高，施工質(zhì)量良好，未發(fā)生滲漏情況。

6 結(jié)語(yǔ)

在北支江上游水閘、船閘工程中，根據(jù)地質(zhì)情況及工程特點(diǎn)，最終采用砂性基礎(chǔ)圍堰，并確定了砂性基礎(chǔ)圍堰的施工總體方案，從管袋制作、管袋鋪設(shè)、充砂管袋施工、填芯砂施工及高壓旋噴防滲灌漿等方面嚴(yán)控施工質(zhì)量。圍堰施工完成后，對(duì)防滲效果進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)滲漏，說(shuō)明該砂性基礎(chǔ)圍堰防滲效果良好，可為類似水利工程施工中的圍堰施工提供參考。