大尺寸模袋砂圍堰在某圍海造陸工程中的應用

陳凌偉，周小文 ，彭衛平

(1.廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060； 2.華南理工大學，廣東 廣州 510640)

大尺寸模袋砂圍堰在某圍海造陸工程中的應用

陳凌偉1，2*，周小文2，彭衛平1

(1.廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060； 2.華南理工大學，廣東 廣州 510640)

隨著我國社會經濟的發展，沿海地區對圍海造陸的需求日益增大。其中，如何在沿海軟基上快速修建圍堰，存在很多關鍵技術問題沒有得到解決。模袋砂圍堰具有施工效率高、造價較低、整體性能良好等優點，近年來被廣泛應用。本文詳細介紹了某圍海造陸工程中模袋砂圍堰的結構設計及其施工技術，并對其穩定性進行分析，為該技術在類似工程中的應用提供了借鑒。

圍海造陸；軟基；模袋砂；穩定性分析

1 引 言

在圍海造陸工程中，圍堰的形成是整個工程中的重要環節。隨著工程規模逐漸變大，工期要求縮短，再加上施工過程中無掩護、受風浪沖擊等影響，如何既安全又快速的在沿海軟基上建造圍堰成為一大難題。大尺寸模袋砂圍堰是近年來發展起來的一項軟基加固及快速修建堤圍的新技術，這種大砂袋通常有十多米寬，一百多米長，袋內用水力充填砂土，一層層大砂袋鋪設在軟基上，形成整體性很好的圍堰。由于其具有施工簡便、造價較低、對環境污染小等特點，一經出現，便迅速得到重視和應用[1～5]。本文以湛江某圍海造陸工程為例，詳細介紹了大砂袋圍堰的設計及施工情況，對施工過程中需要的事項進行了說明，可為今后類似工程提供經驗。

2 工程概況

某圍海造陸工程位于東海島的北部，湛江灣南岸。工程填海形成陸域面積約為927.44萬平方米；建設圍堰總長 22 881.3 m。根據鉆孔資料顯示：場地勘察深度范圍內土(巖)層按其時代、成因不同，自上而下分為：①粗(中)砂層、②淤泥及淤泥質黏土層、③細、中砂混淤泥層、④淤泥及淤泥質黏土層、⑤黃色黏土及粉質黏土層、⑥黏土及淤泥質粉質黏土層、⑦中砂及粗砂層、⑧粉質黏土及黏土層、⑨黏土及粉質黏土層、⑩中砂層、黏土及粉質黏土層、中粗砂層、黏土及粉質黏土層、中粗砂層。主要土層特性如表1所示。

土層特性 表1

3 圍堰設計

3.1 圍堰斷面設計

圍堰采用充填模袋砂結構，即用土工織物制作大型充填袋，袋內充填材料選擇用排水性較好的中細砂，每層充填袋的厚度為 500 mm～800 mm，飽滿度宜為80%，分層鋪設形成斜坡堤心。充填袋底層最寬 45 m，堤頂寬度為 6.0 m。護面坡度為1∶2，內側 1∶1；外側護面塊體采用 2 t扭王塊和 3 t扭王塊，護面塊體和袋裝砂之間依次設 150 kg～300 kg塊石墊層、二片石墊層、混合碎石倒濾層和土工布。壓腳塊石分二級，第一級為 60 kg～100 kg塊石，第二級為 250 kg～300 kg塊石。圖1為典型設計斷面。

圖1模袋砂圍堰典型斷面設計圖

3.2 穩定性分析

根據本工程的實際情況，采用簡化畢肖普法對圍堰進行穩定性分析[1]。式(1)～式(3)如下所示：

(1)

(2)

Msd=γs[∑R(qkibi+Wki)sinαi+Mp]

(3)

式中：Fs—為安全系數；MRk—為危險滑動面上抗滑力矩的標準值(kN·m/m)；Msd—為作用于危險滑動面上滑動力矩設計值(kN·m/m)；R—為危險滑動面的半徑(m)；γs—為綜合分項系數，可取1.0；γR—為抗力分項系數；Wki—為第i土條的重力標準值(kN/m)，可取均值；uki—第i土條滑動面上水頭超過零壓線以上的孔隙水壓力標準值(kPa)，可取均值Mp— 其他原因，如作用于直立式防波堤的波浪力標準值引起的滑動力矩(kN·m/m)；qki—第i土條頂面作用的可變作用的標準(kN/m2)；bi—為第i土條寬度(m)；αi—第i土條的滑弧中點切線與水平線的夾角(°)；φki—為第i土條滑動面上的固結快剪內摩擦角(°)，可取均值；cki—為第i土條滑動面上的黏聚力標準值(kPa)，可取均值。

圍堰穩定性計算荷載取10 kPa均布荷載，作用于堤頂，計算水位選用極端低水位 -0.43 m。大砂袋的凝聚力和內摩擦角分別取 0 kPa和28°，重度為18kN/m3。分別取固結快剪和直剪快剪強度指標對圍堰的使用期和施工期的穩定性進行分析，結果得到圍堰的安全系數分別為 1.251 3和 1.058 5。計算結果滿足《水利水電工程施工組織設計規范》(SL303-2004)規定的4級土石圍堰k值不小于1.05的要求。圍堰施工期的安全系數較小，處于臨界狀態，雖然圍堰整體運行良好，沒有發生事故，但是仍存在失穩破壞的可能性。

4 圍堰施工

4.1 材料選擇

模袋充填材料選用中細砂，要求其容重不小于 17 kN/m3，含泥量<5%，水下內摩擦角≥30°，不得含有礫砂，充填飽滿度宜為85%。模袋材料采用丙綸長絲機織土工布，技術指標如表2所示。

模袋的主要技術指標 表2

4.2 施工工藝流程

圍堰主要施工流程為：測量放樣，清理基礎，模袋砂充填，防滲土工膜鋪設，護坡護腳。關鍵性施工技術在于模袋充填施工[2]。

由于本工程部分圍堰充填砂袋處于施工水位以下，根據施工經驗，水位下的充填袋采用水上施工方法，施工時，用GPS定位，打鋼管將預先加工好的充填編織袋固定在設計平面位置上再用砂泵進行充填。水位以上充填砂袋采用陸上施工方法，測量放樣后，鋪設預先加工好的充填袋并用鋼管固定，采用泵砂船直接充填。充填袋的施工流程如圖2所示，圖3為模袋充填施工現場圖片。

目前微課資源應用情況很不樂觀。許多教師參加了微課大賽，卻在實際教學活動中極少利用微課進行教學，在取得成果后便將作品“束之高閣”。在中國微課網平臺上關于微課使用情況的調查中，“點播/查看自己的微課”、“點播查看他人的微課”、“評論他人的微課”、“下載他人的微課”、“課堂教學中運用微課”這五個維度的里克特量表數據結果顯示，各項均值僅為2.69，遠低于Test Value值3，可見使用率偏低。針對這一現象，需要教學者增加對微課教學的了解并將具有優勢的教學模式運用到實際教學當中。增強自身的信息素養，將微課融入教學環節當中。

圖2 充填袋施工流程圖

圖3 充填袋施工照片

4.3 充填袋施工的技術要求

(1)編織袋的制作

砂袋主體材料使用抗老化聚丙烯編織物，拼接或縫制采用35 支三股錦綸線，縫制后強度不低于原織物強度的70%。充填袋在制作、運輸、堆放等施工過程中，應注意保護，不得出現破損和老化現象。

(2)測量放線與模袋定位

模袋放線由全站儀定位，將模袋搬運到圍堰軸線上，并使模袋攤滾方向為圍堰軸向。模袋緊靠當層前一模袋放置，然后由工人剪掉線繩，拔去包捆用的無紡布，并沿軸線攤鋪，攤鋪時，使模袋中心點稍微向前一模袋偏移50 cm，保證充灌時的預留收縮量，使充灌后，相鄰兩袋能夠相互貼緊，不得出現涌縫，層與層之間必須錯縫施工，相鄰兩個砂袋搭接不得少于 1.5 m。第一級圍堰充填袋位于水下，采用木樁或鋼管樁固定，沿充填袋兩側進行布置，木樁采用GPS定位、人工施打，充填編織袋在水上攤鋪后，用繩子將充填袋兩側系綁在木樁上固定。

(3)試沖灌砂袋

試沖灌砂袋的主要目的是確定現場砂料的排水固結時間，袋體沿縱線的寬度，充砂口大小、數量、排列，泥漿泵性能，含水量，沖灌時間等參數。當各參數配合使施工充砂處于較佳的效率，并由此設計袋的縱向長度、單個充砂袖口控制面積及泵的充灌壓力。

將砂袋充砂袖口與砂泵出管口相連，砂泵管口纏一層無紡布，管口插入充砂袖口，并用鐵絲綁牢。 啟動砂泵，開動高壓水槍對砂池中粗砂進行造漿，若砂漿含砂量太高，則有可能使砂泵管路堵塞，采用振搗器使砂漿充分液化。開啟砂泵，向袋內充砂。砂袋充灌先充中間，再充邊緣，使砂袋飽滿密實，到達80%以上飽滿度及單層充填厚度為 0.5 m～0.8 m要求。

(5)飽滿度檢查

沖砂后，用人工對袋裝砂進行踩壓，加速袋裝砂的固結，考慮袋裝砂為中粗砂，踩壓5分鐘后，若袋裝砂未達到80%飽滿度要求，需進行二次充灌。袋體經充填后，現場用手提縫紉機及強度不小于35支三股錦綸線以丁縫方法縫住充砂袖口，然后再加蓋一層無紡土工布于縫制好后的袖口處，以防局部不平整造成砂袋因應力集中而破損。

5 結 語

圍海造陸工程采用大型模袋砂圍堰，由于其工程造價低、施工工作面大、速度快、對軟基適應能力強、整體性能好等優點，為整個工程建設的順利實施打下了堅實的基礎。

通過對本文中模袋砂圍堰的結構設計和施工技術的詳細介紹以及對模袋充填施工技術要求的總結，為今后類似的工程提供了經驗。

[1] 陳凌偉. 軟基上大砂袋圍堰的變形與失穩模式研究[D]. 廣州：華南理工大學，2016.

[2] 陳凌偉，周小文，龔壁衛等. 沿海軟基大砂袋圍堰的離心模型試驗[J]. 巖石力學與工程學報，2016(S2)：4235～4240.

[3] 董志良，張功新，李燕等. 大面積圍海造陸創新技術及工程實踐[J]. 水運工程，2010(10)：54～67.

[4] 董志良，劉嘉，朱幸科等. 大面積圍海造陸圍堰工程關鍵技術研究及應用[J]. 水運工程，2013(5)：168～175.

[5] 董志良，劉嘉，朱幸科等. 大面積圍海造陸圍堰工程關鍵技術研究及應用[J]. 水運工程，2015(2)：9～17.

[6] JTS 147-1-2010. 港口工程地基規范[S].

ApplicationoftheSandbagCofferdaminLandReclamationEngineering

Chen Lingwei1，2，Zhou Xiaowen2，Peng Weiping1
(1.Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China；2.South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

With the rapid economic and social development，land reclamation has been an increasingly urgent need. How to build a quick and safe cofferdam in sea is still a difficult challenge in which many technical obstacles remain unsolved. A new technology of forming a cofferdam on soft soil by stacking sandbags has been developed in recent years. With its good integrity and strong adaption to ground deformation，the sandbag cofferdam has been demonstrated an advanced technology. In this paper，the structural design and construction technology of a land reclamation project were introduced. And the stability of the cofferdam was analyzed. Insights are summarized for better understanding of the sandbag cofferdam technology.

land reclamation；soft foundation；sandbag cofferdam；stability analysis

1672-8262(2017)06-173-04

TU751

B

2017—06—29

陳凌偉(1990—)，男，工程師，主要從事巖土工程勘察與設計等方面的工作。

廣州市科技項目(2015-17)