土工膜袋吹砂圍堰在橋梁工程中的應用

丁 武 聚

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

水中橋梁基礎施工主要方法有搭設草(麻)袋圍堰、筑島加鋼板樁圍堰、鋼棧橋加雙壁鋼圍堰等，這些傳統施工方法存在成本投入高、對環境影響大、施工周期長等缺點。吹砂圍堰作為一種施工簡便、快速的圍堰形式被廣泛應用于水利工程建設中。由于土工膜袋吹砂圍堰具有安全性好、整體穩定性高、成本低等優點，特別是對砂土、軟土、淤泥與淤泥質河床具有較強的適應性，所以也被逐漸應用到鐵路、公路橋梁工程建設中。杭甬客運專線某標段穿越蕭紹平原水網密集區，系錢塘江流域，設計多為水中橋墩，通過采用土工膜袋吹砂圍堰技術，既確保了安全、又加快了施工進度、降低了施工成本，取得了良好的工程效果。

1 工程概況

杭甬客運專線某標段鐵路改線全長4.95 km，其中特大橋1座、大橋5座、中橋2座，共計7次跨越河網，38個水中橋墩。設計水位5.47 m，通航水位4.32 m，枯水水位3.92 m，河床底標高1.76 m～1.98 m。

2 工藝原理

土工膜袋吹砂圍堰是充分利用砂土混合物易排水固結，而有紡土工膜袋扁絲間的空隙又具有良好的滲水性能，利用泥漿泵將粉細砂土和水混合物充填進土工膜袋，邊沖進邊濾水，砂土混合漿液經排水固結形成一定寬度的扁圓形長條狀袋裝砂土帶；經自下而上分層分段吹砂填筑，形成一層層帶狀砂土墻。兩道砂土墻中間填充粉細砂、粉土隔水層，進一步加強了圍堰的防滲性能，達到隔水效果，然后在圍堰內排水，進行橋梁基礎施工，最后拆除圍堰。

3 圍堰結構選擇

施工時河網實際水位3.96 m，最大水深2.2 m，橋梁施工水位按通航水位4.32 m考慮，同時考慮預留下沉量0.4 m，堰頂高出施工水位0.5 m，確定圍堰高度為4.32-3.96+2.2+0.4+0.5=3.46 m。為保證圍堰的隔水防滲功能，確定圍堰寬度為8.0 m(其中袋裝砂土帶共6.0 m，中間隔水層2.0 m)。打設四排定位鋼管導向架，鋼管橫斷面間距3.0 m,2.0 m,3.0 m，定位鋼管打入河床下2.0 m～3.0 m。

3.1 斷面形式

圍堰橫斷面見圖1。

考慮圍堰高度不大、充填粉砂土質較輕，地基承載力易于滿足，同時為盡量減少占用河道，圍堰采用矩形斷面。

3.2 圍堰穩定分析

圍堰寬度B=6.0 m、圍堰高度H=3.46 m，水深hw=2.56 m。

1)地基承載力驗算。

圍堰對地基的壓力：σ=rh=15.6×3.46=53.68 kPa<[σs]=60 kPa，地基承載力滿足要求。

2)抗滑移穩定驗算。

圍堰抗滑移力為圍堰地基土對圍堰的摩擦力：R=(G-umB)tanφ+cB。

其中，c，φ分別為圍堰底地基土的粘聚力和內摩擦角;um為圍堰底面上的水壓力，取um=rw(hwn+hww)/2=14.8 kPa;B為圍堰寬度。

則：R=(G-umB)tanφ+cB=63.64 kN。

3)圓弧滑動穩定驗算。

整體滑移穩定分析圖見圖2。

其中，Ks為圓弧滑動穩定安全系數；cj為第j土條滑弧面處土的粘聚力，kPa；φj為第j土條滑弧面處土的內摩擦角，(°)；bj為第j土條的寬度，m；qj為作用在第j土條上的附加分布荷載標準值，kPa；ΔGj為第j土條的自重；uj為第j土條在滑弧面上孔隙水壓力，kPa；θj為第j土條滑弧面中點處的法線與垂直面的夾角，(°)。

經計算最小Ks=1.33≥1.3，滿足穩定要求。

4 材料要求

砂袋選用標準：土工膜袋材料選用聚丙烯扁絲編織布，經緯向斷裂彈力不低于14.7 kN/m，延伸率20%，滲透系數大于0.01 cm/s。膜袋接縫處應折疊縫合牢固，縫寬不小于5 cm，縫線不少于3道。

填料的選擇：根據SL 260—98堤防工程施工規范，填料選擇原則上應是無粘性土和少粘性土，粘性較大的土料因不易固結一般不宜做堤防吹填。粉砂土顆粒的大小和泥漿的粘滯性是充灌效果的關鍵。錢塘江流域粉砂土以粉細砂為主，顆粒均勻，在編織袋內的濾水速度和沉降速度適中，適宜做吹砂圍堰填料。

定位鋼管導向架：采用外徑48 mm、壁厚3 mm的普通鋼管。

5 施工工藝流程

施工準備→測量放樣→基底清理→打設定位鋼管導向架→土工膜袋鋪設→泥漿泵充填灌砂→逐層加高至圍堰成型→抽灌中間無袋芯土→圍堰驗收→基坑抽水、清淤→橋梁基礎施工→圍堰拆除。

5.1 基底清理

施工前首先清理河道中的廢棄魚網、木樁、塊石等雜物，整平河床面，以確保吹填土工膜袋整體平整度，同時避免膜袋被雜物損傷。

5.2 定位鋼管導向架

定位鋼管主要對土工膜袋鋪設起到導向和定位作用，鋼管沿河道垂直方向縱向每排間距1.0 m，打入河床面以下2.0 m～3.0 m，每排在頂部設三道縱向平連鋼管，橫向在頂部設一道連接鋼管，形成井字型，確保鋼管導向架牢固穩定。定位鋼管采用小船人工打設，定位鋼管導向架施工要點如下：

1)打設鋼管時,應保證鋼管的垂直度偏差不大于1%；

2)測量人員現場指揮準確定位，避免縱向連接安裝不到位；

3)每側鋼管施工完畢后要立即進行平聯，平聯鋼管搭接長度不少于1.0 m。

5.3 鋪設土工膜袋、充填灌砂

1)圍堰修筑從上游開始向下游合龍。土工膜袋沿河道垂直鋪設在鋼管導向架內，同層相鄰膜袋接縫處預留收縮量，確保吹填后兩袋之間相互擠緊不出現縫隙。

2)用泥漿泵將砂土漿液充灌至袋內。砂土漿液在土工膜袋中邊沖進邊濾水，排水固結形成砂枕，逐層加高至圍堰設計高度。由于砂袋較長，難以一次形成砂枕，每層整條砂袋按2段～3段逐段充灌成枕。充灌速度在6 m3/min左右，沖灌壓力控制在0.2 MPa～0.3 MPa。

3)兩側圍堰土工膜袋充灌完成后，抽灌中間無袋芯土部分。

5.4 圍堰檢查驗收

圍堰搭設完成后，由技術人員對圍堰進行檢查驗收，發現質量或安全問題及時組織人員進行補強或糾正。當圍堰全部完成，并將圍堰內水抽干后，需對圍堰進行一次全面的檢查驗收。圍堰基坑抽水時，應嚴格控制水位降幅，水位每下降1 m要停止12 h，等待吹填砂土初步固結，并且在降水過程中要設專人值班觀測圍堰的沉降及位移變化情況。

5.5 圍堰拆除

待橋梁墩臺施工完畢后即可進行圍堰的拆除。圍堰拆除時一邊用高壓水槍沖刷砂土，一邊用泥漿泵抽排泥漿至泥漿堆棄點，最后拆除鋼管導向架。

6 結語

在橋梁工程中采用土工膜袋吹砂圍堰施工技術，有效解決了水中橋墩基礎施工難度大、成本高等技術問題，取得了良好的技術經濟效果。該方法具有技術成熟，工效高，造價低，取材容易，利于環保等特點，在水中橋墩基礎施工中，對于少粘性易固結土質河床，當圍堰高度適中時，該施工方法具有較強的適用性。

參考文獻：

[1] JGJ 120—2012,建筑基坑支護技術規程[S].

[2] SL 260—98,堤防工程施工規范[S].