袋裝砂結構在水利工程應用上的優缺點及展望

朝昶陽　程振雷

摘 要：綜合袋裝砂構造技術在很多水利項目建筑中的運用，講述了袋裝砂技術的長處和不好的地方以及其使用范疇，從科學的角度解析了袋裝砂技術使用過程中注意的問題以及發展前景。

關鍵詞：袋裝砂工藝；水利工程；優缺點；展望

1 引言

伴隨著經濟的飛速前進，國內東部沿海區域人口激增，伴隨著人口的持續激增以及人類生活水準的持續提升，對水利設備的需求也在持續提升，如：伴隨著上海人口數量的激增以及用水的持續增多，原來的水庫要一直的擴張重新建設，并且人們對用水的品質需求也日益提升，之前的城市供水布局已經不能夠滿足人們的使用，要建設新的供水地，都需求大規模水利項目建筑。但是以往的水利項目構造方式大多是土石方構造抑或混凝土構造的，這種構造對根基需求很高，并且對原料的依附性很高，例如上海這種是由泥沙沖擊堆積的城市，地基根本達不到建設大規模水利項目的標準，同時這種區域內一般都缺少黃沙、石料甚至是沒有，要在這種位置中建筑大規模水利設備，會使用大量的資金，并且構造也不是很安穩。根據資料顯示，美國、日本、荷蘭、馬來西亞、菲律賓、中國臺灣等都存在運用充砂土工織物袋或者長管袋的項目案例。上世紀七十年代，袋裝砂構造進入我國。第一次出現是在江浙區域被普遍使用在河海堤壩項目，有著很好的成果，并且最近幾年伴隨著袋裝砂構造在河北曹妃甸建筑、長江出口深水航道建筑、洋山深水港建筑、天津臨時港、南港發展建筑等很多港口航道項目中成功使用，在很大程度上治理了以往構造樣式中對地基的高需求，對一些普通物料的依附性高的毛病。

2 袋裝砂工藝的優點

2.1 就地取材，工程造價低。使用袋裝砂構造，主要是使用砂石，擁有根據當地的情況因地制宜的特征，能夠在很大程度上減少項目成本，尤其是在石料十分緊缺的區域這種優點更加顯著，使用袋裝砂構造能夠在很大程度上使用項目地區周圍砂源，運送距離短，同時能夠開展水上工作。按照相關項目真實狀況，如果能夠就近選取砂石，袋裝砂構造要比拋石構造節省百分之三十到一半的成本，如果購買砂石的位置是在一百千米的距離內，能夠節省百分之十到百分之十五的成本。

2.2 構造建議，建筑迅速。尤其是針對堤心砂進行綜合的袋裝砂建筑，能夠在很大程度上減少建筑時間；針對水深的項目，袋裝砂的填實能全部使用水上建筑，降低了拋石堤由于建筑工程臨時道路而需要進行的準備活動以及時間；針對防止滲漏需求不高的項目，因為袋裝砂相比拋石的堤心擁有很好的防止滲漏的功能，不需要建立防止滲漏的物體，簡單化了建筑程序，圍堤建筑到一定高度就能夠開展堤心砂回填建筑；現在的排護底比之前的更擁有物料生產工廠化、輸送集約化、建筑設備化、大范圍增快建筑的優點。

2.3 可塑能力強，全體機能優。袋裝砂擁有很好的集體性以及柔軟性，對地基形狀的變化擁有很好的適應能力；袋裝砂構造對基礎產生的重力分布勻稱，能夠在很大程度上提升項目建筑階段的安穩性；除此之外，土工袋體還擁有加筋體的性能，有助于提升堤壩的安穩性，在地質情況比較不好的軟土質上建設堤壩時能夠使用。

2.4 江海建筑，助于防臺風防洪澇。在江河和大海連接的位置建筑，就怕會遇到臺風亦或者洪澇，假如防范措施沒有做好肯定會帶來很嚴重的虧損。并且伴隨著袋裝砂技術的持續成熟，袋裝砂每一袋的重量都到了幾十噸或者幾百噸，擁有很強的抵抗浪潮的性能，填充袋體能夠迅速的變成阻斷洪澇的斷面，有助于阻止臺風、洪澇，在很大程度上降低了建筑期間的成本。

3 袋裝砂技術的不足

3.1 受砂源作用大。伴隨著袋裝砂在項目上大量的運用，使用的砂日益增多，砂源區域的經濟利益日益顯著，在各個方面帶來的矛盾日益激增，給項目建筑帶來不良作用。

3.2 受水深作用大。當前狀況下袋裝砂中使用的砂都是粉細砂，如果把陸上這種種類的砂再運送到建筑場所使用的成本會增多，并且盡管深水拋袋技術已經有了一定的成果，不過還會出現破損的狀況，對防止滲漏標準高的項目就不能夠滿足，所以袋裝砂技術比較適合在淺水位置使用。

4 袋裝砂技術使用中要關注的事項

4.1 科學布置加載速度。袋裝砂在建筑程序中一定要操縱其加載速度，防止因為速度過快，對大堤的安穩產生不良影響。袋裝砂是分階段建筑的，第一階段陵體上下構造的時間標準上是不能比三天少，第二第三階段陵體上下構造的時間標準是不能比七天少，禁止上下結構持續建筑，每一層五十厘米，不過在真實建筑程序中，能夠使用沉降位移視察信息來指揮項目的執行，科學適宜的布置加載速度。

4.2 拋填砂袋堤身的密實性直接。充填砂袋自身的密實性和項目品質以及安穩有著直接的關系，一定要增強建筑過程中對密實性的操縱。按照之前的建筑經歷、綜合砂源條件等，選用比拋填速度更好的大規模板船側翻拋袋進行填充的建筑形式，每天最多能夠拋出二千立方米。建筑中使用船載定位系統以及專用定位程序開展定位，拋填的準確性高。當把砂袋拋進水中在進入水之后砂袋會存在一定的移動，進而對水下的堤壩自身形狀產生不良的影響。在拋填時在砂袋上系能夠懸浮的方式開展砂袋移動實驗，能夠檢測出一樣的水深環境下各個類型的砂袋在漲落急時移動的大體情況，按照檢測到的結果對拋袋的建筑數據開展相關的調節。同時經過測驗移動距離以及潛摸測驗真實拋出方位以及拋出的重量，立即對堤身斷面開展檢測，了解水下袋裝砂會形成的形狀，以便能夠指揮現場建筑，確定是不是還要繼續拋填，在什么位置拋填，保證水下堤壩的形狀品質。

4.3 做足龍口合攏準備。袋裝砂工藝的龍口合攏是工程進展中的關鍵節點，也是工程成功與否的標志性節點，尤其是像水庫這樣單純圍堤的合攏，比吹填圍堤的合攏更困難，風險亦更大。因此在合攏前必須作充分準備，作好合攏方案，選擇合適時機一氣呵成。

4.4 拋填砂袋密實控制做好已完工程保護。為了使已建堤壩更加穩定，施工工期更短，像有堤心砂的工程應采用邊施工棱體，邊進行堤心砂吹填，棱體完工后應及時進行反濾層和干砌塊石護面的施工。

5 袋裝砂工藝在水利工程中的應用展望

5.1 關于沖填料問題。砂袋的沖填效果與砂粒的粒徑及級配密切相關，但是否可使用施工現場的淤泥質土通過添加一定數量的水泥（一般為4%-8%）所形成的固化土來充灌袋，這樣不僅可以解決砂源難于尋找的問題和袋裝砂在施工過程中易被風浪沖毀的問題，同時可以解決該結構防滲滲徑過大的問題，減小壩體斷面。近年來，隨著各相關單位在這方面開展的深入研究，模袋固化土海上圍堰堤心結構的施工技術水平、施工技術水平、施工質量和施工進度有了很大提高。最為重要的是天津臨港工業區灘涂開發海上圍堰在施工期間經受住了2003年10月發生的50年罕見大風暴潮的襲擊而安然無恙。這項技術在缺乏砂石料的軟土灘涂地區具有較廣泛的應用和推廣價值。

5.2 關于填充設備問題。九十年代初期開始和隨后得到普遍推廣應用的袋裝砂斜坡堤的施工技術中仍采用大量民工進行技術水平低下的施工方法，充灌好的砂袋在沒有得到及時保護的情況下很容易被突如其來的風浪所沖毀。如采用流量更大的潛水泵取代目前的泥漿泵（因為現有的泥漿泵流量較低而且施工時受潮位影響較大），或使用小型絞吸挖泥船直接進行砂袋的充灌（國外普遍使用小型絞吸挖泥船進行施工），或將泥漿泵流量、泥漿濃度與袋體大小集成搭配，必然可以解決技術水平低的問題。

5.3 應用前景廣闊。伴隨著長江、珠江以及黃河三角洲的飛速前進，人口數量的不斷激增，以往的水利設備越來越不能夠符合人們的需求，并且這些區域原來都是沒有水利項目主體的區域，想要建筑大規模的水利項目都很難完成，然而新式袋裝砂構造，能夠放棄之前砂石料等材料，使用所建筑位置含量富饒的粉細砂，節省能源，建筑達標的大規模項目。伴隨著奉賢水上中心項目以及青草沙水庫項目的順利執行，深信在這個地區使用袋裝砂構造能夠建筑出花樣不斷的項目，符合此區域的前進。

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第一作者簡介：朝昶陽（1995，3-），男，漢族，江蘇南京人，現為江蘇科技大學材料科學與工程學院學生，主要從事高分子新材料方面的學習與研究工作。