淺談充砂枕圍堰在鎮江市引航道水利樞紐工程中的應用

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(鎮江市工程勘測設計研究院， 江蘇 鎮江 212003)

淺談充砂枕圍堰在鎮江市引航道水利樞紐工程中的應用

王國棟，徐駿，喻桂成

(鎮江市工程勘測設計研究院， 江蘇 鎮江 212003)

本文結合充砂枕在鎮江市引航道水利樞紐工程施工圍堰中的應用，介紹了充砂枕袋圍堰的布置形式、結構穩定性能、主要材料的性能要求及施工工藝，以便該項新技術在今后類似工程中得以推廣和應用。

施工圍堰； 充砂枕； 應用； 工藝

1 引 言

圍堰是指在水利工程建設中，為建造永久性水利設施，修建的臨時性圍護結構。其主要作用是防止水和土進入建筑物的修建位置，創造干地施工條件。一般主要用于水工建筑中，除作為正式建筑物的一部分外，圍堰一般在用完后拆除。目前施工圍堰按照筑堤材料可分為土石圍堰、混凝土圍堰、板樁等，其中應用最廣的是土石圍堰。充砂枕圍堰是一種新的工藝，它主要是在土工織物袋中充填砂形成一長條形模袋，然后按照設計斷面將砂枕模袋堆砌疊放以形成擋水堤壩。由于沖砂枕技術具有造價低、施工速度快、對軟弱地基適應性強、能就地取材等特點，近年來被較多地應用于砂性土料較多地區的圍海造地、河坡防護、施工圍堰等水利工程，且均取得了較好的工程效果。

2 工程實例

鎮江市引航道水利樞紐工程的施工圍堰采用了沖砂枕技術，下面結合該項技術在本工程中的應用情況作一介紹。

2.1 工程概況

引航道水利樞紐工程位于鎮江老港引航道內、距長江側口門約500m處。工程由控制閘、泵站、跨河公路橋、通航船閘和管理區等幾部分組成。為保證主體工程在干地施工，主體工程施工導流采用全年圍堰擋水方案，需在基坑上下游引航道內各布置1道圍堰，圍堰總長度573m。引航道水利樞紐主體工程為Ⅱ等2級水工建筑物，施工圍堰為4級建筑物，設計洪水標準為10年一遇。根據鎮江北固山水位站多年實測水位分析得出，長江十年一遇水位為▽ 8.12m。

根據勘探成果，圍堰底部在勘察深度范圍內的土層主要為③號淤泥層和④號粉砂夾極薄層土：③號土層分布于引航道中，為近期淤積，層厚0.5～4.0m，c=7kPa,φ=12°,f=40kPa，工程力學性質極差；④號土層，層厚3.6～14.5m，稍密，滲透性大，滲透系數Kv=7.31×10-4cm/sec，Kh=3.3×10-3cm/sec，工程力學性質稍差。

2.2 圍堰斷面

根據規范要求，圍堰最小安全超高0.5m，考慮到圍堰由枕袋填筑而成，在高水位時出現越浪不會對壩身造成沖刷破壞，因此可不考慮風浪爬高，確定圍堰頂高程為▽ 8.62m，取整后為▽ 8.70m。

施工水位按12月多年平均水位▽ 3.46m，并考慮一定風浪影響和安全高度，確定水下部分圍堰頂高程▽ 4.00m。

為減小壩體不均勻沉降，加強壩身的整體性，防止壩體背水側河床局部淘刷引起壩身破壞，先在閘塘側子堰下鋪設一層軟體排，然后上、下游水下沖填塑枕子堰，子堰頂▽ 4.0m，寬4m,外側坡比1∶3；內側坡比1∶1，子堰間吹填砂至▽ 6.0m，▽ 6.0m以上采用水上沖填砂枕方法至▽ 8.70m，迎水坡、背水坡坡比均為1∶2。背水坡在▽ 6.0m處設5m寬平臺。

圍堰防滲采用了深攪樁與鋪設防滲膜聯合防滲的方案。具體做法如下：在堰體施工至▽ 6.0m后，稍加輾壓確保機械有穩定的作業面，然后在中間建造攪拌樁，形成垂直截滲墻，墻身最薄處厚度不小于0.22m，樁頂高程▽ 6.00m，樁底高程▽-14.00m。在堰體施工至▽ 8.70m后，在迎水面由壩頂▽ 8.70m至壩腳鋪設一層復合土工膜，迎水面土工膜表面采用一層編織袋裝土或充砂枕壓重保護。

引航道水利樞紐工程施工圍堰典型斷面如下圖所示。

沖砂枕圍堰典型斷面圖

3 圍堰結構穩定性分析及計算

3.1 抗滑穩定計算

圍堰整體抗滑穩定計算工況按設計洪水位▽8.12m，圍堰基坑內計算水位▽-4.00m。充填砂內摩擦角考慮枕袋的加筋作用，綜合取值φ=25°，長江側圍堰背水平臺上面考慮通行汽車，荷載按汽-15考慮。按瑞典圓弧滑動條分法計算新筑堤滑坡穩定性。經計算堰體迎水坡和背水坡抗滑穩定安全系數分別為1.15和1.21，均能滿足相關規范要求。

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在實際施工過程中，堰體在長江水位漲潮落潮及高水位運行期間均未出現滑坡、坍塌等情況。故認為，理論計算成果和實際應用效果基本相符，砂枕圍堰整體性好及抵抗水流沖蝕性能較強的特點，在本工程中得以充分體現。

3.2 滲流穩定計算分析

充砂枕圍堰由各土工織物袋充填砂后，堆砌疊放后組成，各袋體之間不可避免地會存有縫隙，因此必須進行防滲處理。在設計時對不作防滲和采取防滲兩種情況分別進行了計算。在未進行防滲處理的情況下，壩體滲流量為1.38×10-4m3/s/m，滲流量較大。本工程采用了深攪樁與鋪設防滲膜聯合防滲的措施。在采取防滲措施后，經計算，壩體滲流量為6.52×10-5m3/s/m，滲流量減小了約53%。在實際施工過程中，閘塘內滲流量維持在3000～4000m3/d的水平，通過水泵抽排，基本能滿足主體工程干地施工的要求。

4 主要材料技術要求

4.1 土工織物袋

土工織物袋由聚丙烯編織布制作形成。充填后厚度0.5m；編織袋分為加筋枕袋和不加筋枕袋兩種。在本工程中，加筋枕袋用于▽ 4.0m以下壩體，不加筋枕袋用于▽ 4.0m以上壩體。枕袋長度均分為20m、60m兩種，寬度分為4m、6m兩種；枕袋上開兩個直徑為20cm、長15m的充砂袖口(▽ 2.0m以上壩體枕袋袖口長0.4m)，袖口處縫有系袋條。

土工織物袋所用的聚丙烯編織布的規格應為：每平方英寸的經緯數16×14根，單位面積重130g/m2，編織布的抗拉強度縱向應大于2500N/50mm，橫向應大于2000N/50mm。

編織布的CBR頂破強度應大于4000N，梯形撕裂強度縱向應大于600N，橫向應大于500N，布的等效孔徑應滿足O90=0.09～0.12m，編織袋兩端的縫制應滿足充填過程中在充填壓力達到0.33kg/cm2時不至于被炸開的要求。

充砂袖口處系袋條單位長度重不小于8g/m，抗拉強度大于0.5kN/m。

加筋枕袋的筋條采用與枕袋相同的聚炳烯編織而成。沿袋長縱向封閉均勻加筋，筋條之間相距1m。要求筋條單位長度重量不小于46g/m，寬為0.05m，抗拉強度大于5kN/根；加強筋用兩根φ0.1cm粗的尼龍線牢固且與編織布縫制在一起。

4.2 砂料

充砂枕圍堰充填枕袋砂料規格為d10>0.1mm。

4.3 防滲土工膜

防滲土工膜選用二布一膜，膜材為PE，厚度0.5mm，單位面積重量700g/m2，斷裂強度大于600N/5cm，CBR頂破強度大于2.2kN，撕破強度大于400N。門幅不小于6m。

5 施工工藝

5.1 施工順序

圍堰施工順序按以下步驟進行：水下充枕筑子堰→吹填砂→打設攪拌樁→(基坑排水)→水上充枕→迎水坡吹填沙找平→迎水坡鋪防滲膜→迎水面護坡→背水坡草皮護坡→管理維護與監測→圍堰拆除。

5.2 施工方法

砂枕填筑可采用定制的編織袋水下充砂及水上鋪設編織袋進行充砂砌筑兩種方式。在本工程中，▽ 4.0m 以下砂枕采用水下充填方式施工，▽ 4.0m以上部分采用定制的編織袋在水面鋪設后進行充砂堆砌。

土工織物袋充填前，應對基層進行處理，將可能有損織物的雜物清除。

土工織物袋充填所用的泥沙泵和高壓水泵，應根據充灌速度、袋體大小、輸送距離等要求進行選擇。

充填料主要采用就地取料，不足部分用采砂船運到現場；土工織物上下袋體錯縫鋪設。同層相鄰袋體接縫處土工織物鋪設時預留收縮量，確保充填后兩袋相互擠緊，不出現貫通的縫隙。水下鋪設時設置定位樁以保證袋體準確就位。充填工序宜按充填→迸漿→二次充填→袋體厚度達到設計要求的次序進行，袋體充滿度宜為85%，厚度宜控制在0.4～0.5m范圍內。充填采用砂泵進行，管路出口壓力控制在0.2～0.3MPa。為避免袋體外露部分長時間暴露日照，袋體充填后及時吹填砂或采用草簾、彩條布等進行覆蓋保護。

與其他圍堰形式不同的是：一般情況下其他類型的圍堰都是龍口合龍，而充砂枕圍堰施工時，則應避免出現龍口，盡可能均衡上升。特別是圍堰施工高度達到水位變化區時，在每漲退潮時，不能留下個別缺口，同一層膜袋應在一次漲退潮期間完成，避免集中水流對堰體的沖刷。

6 結 語

從引航道水利樞紐工程的使用來看，沖砂枕圍堰具有就地取材、施工機械化程度高、施工速度快、形成的固結體強度高等特點，克服了普通砂圍堰沉降大、難以成形、難以穩定的缺點，解決了工程的土源問題，滿足了施工要求，符合就地取材、合理利用資源的原則，節省了工程造價，縮短了工程工期，值得在類似工程中推廣應用。

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[3] 金良，耿雪飛，馬勇.淺談充砂模袋圍堰施工[J].治淮，2010(09).

OnApplicationofSand-filledPillowCofferdaminZhenjiangApproachChannelWaterProject

WANG Guo-dong, XU Jun, YU Gui-cheng

(Zhenjiang Engineering Survey and Design Institute, Zhenjiang 212003, China)

Combined with the application of sand-filled pillow in Zhenjiang approach channel water conservancy project construction cofferdam, sand-filled pillow cofferdam layout form, structure stability performance, performance requirement of major materials and construction process are introduced, thereby the process can be promoted and applied in similar projects in the future.

construction cofferdam; sand-filled pillow; application; process

TV551

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1005-4774(2014)11-0014-03