沿海灘涂鋼構架圍堰施工技術

高 勇

(中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

沿海灘涂圍堰主要建基于淤質、液態海床上,這類圍堰的主要特點是基底不穩和坐基條件差,同時筑堰和運行期間受潮汐影響較大,筑堰前期泥質含水量大等,由于潮水沖刷而至塌堰、傾覆和側移等情況較多。沿海灘涂的低圍堰一般有二種類型,一是采用土工袋護面,內充泥質灘涂料,形成一道低水頭土壩擋水,這種類型的圍堰施工簡單,但因斷面較大、工期較長,施工費用較高;第二種是鋼板樁圍堰,在二道連續的鋼板樁中充填粉砂質粘土或泥質灘涂料,這種類型的圍堰斷面較小,工期相對較短,但耗鋼量大,攤銷成本較高。經過逐步探索,不斷研究和實踐,集合二種圍堰類型的設計優點,采用連續的鋼構架形成圍堰骨架,內襯彈性排體與土工布,中間填充泥質灘涂料形成的臨時擋水結構,即鋼構架圍堰。經過多個工程的實踐應用,取得了良好效果。其特點是科學實用、結構簡單、就地取材、施工速度快、簡便易行、環保和經濟效益顯著等。可為同類工程項目實施提供參考借鑒。

1 圍堰結構及工作原理

1.1 圍堰結構

圍堰斷面結構由主體圍堰圍護結構、填充體、鎮壓體和排水結構等組成。見圖1。

(1)圍護結構。通常采用鋼管樁、鋼板樁、木樁和圍檁拉結而構成,用于框定圍堰的斷面,鎖定填充體,是施工筑堰的關鍵。

(2)填充體。采用堰址就近泥質灘涂料,要求淤質、粉細顆粒含量不低于65%,透水可逆性比大,有較好的防滲性和自穩定性是筑堰填充體的首要條件。通過一次筑堰,二次補漿密實加固,形成不透水的 “田埂”阻水體。

(3)鎮壓體。鎮壓分為堰后鎮壓和堰前護腳兩種形式,所用材料可為碎石混合料、建筑垃圾和填充管、袋等。施工順序在主堰修筑后鎮壓,也可主堰修筑前以施工通道形式均可,要視現場情況主動應變。

(4)排水體。主要由竹籬板內襯無紡土工布組成彈性排水體,竹籬板是支撐,無紡土工布起結構濾水作用。

圖1 圍堰結構示意圖

1.2 工作原理

鋼構架圍堰由鋼構架形成圍護結構,由泥質灘涂料構成堰體結構,由彈性排水體組成排泌水體,由碎石混合料、建筑垃圾和填充管、袋材料構成鎮壓體。

當水位漲落時,筑堰填充體內水份可通過無紡土工布濾出,土體不會被帶走,即使鋼構架圍堰被水淹沒,水位降落,堰體也會在 “田埂、土堤”效應作用下保持足夠的強度、剛度和阻水性。其自穩定性、不透水性、抗浸泡性是鋼構架圍堰的優點所在。

2 工藝流程及施作要點

2.1 工藝流程(見圖2)

2.2 施作要點

(1)工作面平整。施工前,將筑堰區域采用機械人工配合進行表層清理,按規劃修筑施工道路;水上作業利用漲落潮期清理筑堰施工區域灘涂河道。

堰體基底邊輪廓線要清至淤泥質,兩側鎮壓體清理以方便測量布控和施工即可,有葦叢、雜木等可就地垂直堰體軸線方向平鋪或簡單覆蓋。

(2)測量布控。測量人員設置水位標尺,按設計圖紙放樣,重要點位要編號,作到標識醒目準確。

(3)堰體建樁。根據設計選定的建樁材料 (鋼管、型鋼和松木樁)和施打方式 (沉樁機、反鏟和打樁船)按照設計點位沉樁,鋼管間距以0.50m為宜,并形成圍護結構。

沉樁管內注入粗砂,以加強沉管樁的重度、耐擊打性和豎向剛度。

(4)圍堰框架加固。將圍堰沉樁、水平梁、拉結梁進行整體式加固。選用型鋼 (工字鋼、槽鋼或螺紋鋼)做水平維護梁和拉結梁,焊接或螺栓連接,確保主體構架剛度穩定。

加固橫向拉桿和斜向拉桿要及時跟進,拉撐結構不得使用柔性材料。

(5)圍堰內襯。圍堰框架經確認加固后,選用毛竹片沿沉樁內緣固定,兩片毛竹片之間搭接不少于5.0cm,內襯土工布,與毛竹片形成維護反濾泌水體。

毛竹片由下至上順序鋪設,上片內疊壓下片,用鉛絲綁牢。土工布用鋼筋綁絲縫制于毛竹片上,每平米不少于16個點。

(6)圍堰填充。利用機械人工配合填充堰體,采用中心填充法,土體自然密實或機械輕壓密實,填筑速度不宜過快,避免由于基底承載在加強形成過程中造成結構失穩。靠近內襯排水體部位可用袋裝淤土壓穩靠實。

水力沖填由于淤泥沖填沉積、濾水時間較長,要經歷幾個沖填、沉積過程,每次加載不宜高于堰體高的20%,以確保密實度和堰體結構受力均勻。

(7)堰體鎮壓。堰體鎮壓可與堰體填充同步進行,亦可沉樁前先形成鎮壓體,并作為施工道路的一部分,鎮壓體要具有透水性 (下部)和持力穩定性 (表、上部剛度)。鎮壓體施工的重點在堰體填筑和鎮壓的協同并進,而加載和鎮壓的初始階段往往出現變形,日加載高度不宜大于0.75m,堰體高3.0m后,日加載1.5m至成堰。

(8)子堰修筑。子堰可直接采用淤土修建,迎水面采用袋裝淤土鎮壓即可。

(9)圍堰復測。圍堰形成后,要設定觀測點定時觀測,修筑后15d內每天觀測一次,第二個15d每3d觀測一次,再次每10d復測一次。

(10)堰體成型后,伴隨堰體含水量的減少,出現下沉、局部開裂等常規現象,可派專人進行潮后補漿 (隔3d補漿一次,持續3次),補漿水、泥(原址淤泥)比為1∶0.5。洪汛來臨前半個月補漿不少于3次。

內部補漿采用機械沉壓42mm鋼管,間距1.00m,拔管后注漿。外部注漿可沿堰體側壁土工布內緣自然流淌,注滿即可。

3 主要材料與設備

3.1 主要材料

(1)土料。應滿足 《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303-2004)的相關要求。含砂粉質粘土塑限Wp﹤18.5%,粘土Wp﹤20.0%,淤泥質粘土Wp﹤20.0%,淤泥Wp﹤28.0%。

若基地承載力及排水較好,塑限還可適度放寬。

(2)含水量控制。應控制在30%以內,以保證堰體的整體、密實和抗滲性。

(3)維護材料。毛竹片應具有一定韌性和強度,土工布抗拉和穩定性好,不易破損。

(4)鋼管。圍堰小于5.0m,可選用Φ 219(壁厚6mm)鋼管;圍堰大于5.0m,選用 Φ 219(壁厚8mm)鋼管。

(5)型鋼。工字鋼應由計算選用,通常采用Ι 20b;拉結可采用槽鋼或螺紋鋼 (Φ 20)。

(6)松木樁。小河道 (跨度﹤20m)、短期圍堰,可采用密排松木樁綁扎圍攏筑堰,維護采用槽鋼和螺紋鋼 (環)加固,不宜采用鉛絲和鋼絲繩捆綁加固。

(7)排水材料。土工布采用。

(8)鎮壓體。采用碎石混合料或袋裝土鎮壓。

3.2 主要設備

表1 主要施工設備配備表

4 質量控制

根據圍堰所服務對象和應用條件的不同,就圍堰的安全性、抗滲性和運行、回收等因素,堰體施工應達到以下技術要求。

(1)填充體的飽和密實度不小于95%,其整體性決定了堰體的抵抗外力能力和抗滲性。含水量減少出現堰體干裂時,噴水、振壓(重振輕壓)堰體以加大堰體密實度。

(2)堰體修筑過程中堰體上部變形大于2%堰高時,應停止加載。在分析變形原因后二次加固,再依次加載。如下部出現滑移,進行堰內減載,然后調整加固。

(3)圍堰出現滲漏,可采用出水點逆方向壓水判斷漏源點法,在迎水面封阻閉氣。

(4)技術、安全交底要充分,筑堰材料儲備充足符合技術要求。

(5)按時填寫各種施工記錄,確保內容完整規范、數據真實準確。

5 適用范圍

沿海灘涂鋼構架圍堰適用于受潮汐影響,潮位變化大,流速低于1.2m/s的,筑堰高度10m以內的沿海灘涂、濱海河口地段的碼頭、水閘、防護堤等的施工圍堰。

6 結語

鋼構架圍堰以其施工速度快、結構簡單實用、抗浸泡穩定性強,所需材料均為當地通用材料,且可周轉使用,圍堰使用后拆除徹底,環保效益明顯,并具有很好的經濟性和適用性,在沿海灘涂、濱海河口地段施工優勢明顯。其作為一種較先進的施工圍堰技術,具有一定的應用和推廣作用。