膜袋砂圍堰施工技術(shù)在沿海淤泥地質(zhì)中的應(yīng)用

蔡叢海

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710）

1 工程概況

橫瀝工業(yè)園外江水閘泵站工程位于廣州市南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)工業(yè)園，建設(shè)內(nèi)容為新建1 座二涌西排澇泵站，泵站設(shè)計(jì)流量為56.8 m3/s，總裝機(jī)功率為3200 kW；拆除重建二涌西至四涌西3 座水閘，3 座水閘均為單孔水閘，閘孔凈寬均為8.0 m，二涌西至四涌西水閘設(shè)計(jì)排水流量分別為25.3 m3/s、22.7 m3/s 和20.2 m3/s。工程所處堤防等級(jí)為1 級(jí)，泵站穿堤建筑物、水閘主要建筑物級(jí)別為1 級(jí)，其余主要建筑物級(jí)別為2 級(jí)，泵站、水閘次要建筑物級(jí)別為3 級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為4 級(jí)。泵站和水閘建筑物防洪（潮）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇24 小時(shí)暴雨一天排干（不成災(zāi)），泵站規(guī)模為Ⅱ等大（2）型工程，4 座水閘均為小（1）型工程。

2 圍堰設(shè)計(jì)

本工程導(dǎo)流采用一次攔斷河床圍堰導(dǎo)流方式，與之配合的包括穿堤箱涵、導(dǎo)流明渠、穿堤涵閘組成導(dǎo)流泄水建筑物導(dǎo)流。即先在河涌北側(cè)新建充泥管袋圍堰與原堤防組成導(dǎo)流明渠，然后在堤上、下游分別修建穿堤涵、穿堤涵閘，最后在內(nèi)涌和外江分別修筑圍堰，將內(nèi)涌的水流導(dǎo)引至導(dǎo)流明渠再流到外江。

水閘工程施工期間主要受海水潮漲、潮落影響。該河段潮水每天有兩次漲落，圍堰分為內(nèi)涌圍堰、外江圍堰，采用膜袋砂施工。外江圍堰設(shè)計(jì)擬按20 年一遇年最高洪潮水位2.38 m考慮安全超高值，外江圍堰頂高程確定為3.40 m，外江圍堰底高程為-3.5 m，堰頂面寬3.0 m，坡比為1∶2.5。內(nèi)涌圍堰高程按內(nèi)涌最高水位1.00 m 考慮安全超高值，內(nèi)涌側(cè)圍堰高程確定為1.60 m，內(nèi)涌圍堰底高程為-3.0 m，堰頂面寬3.00 m，坡比為1∶2.5。圍堰斷面圖見圖1 和圖2。

圖1 外江側(cè)圍堰斷面圖

圖2 內(nèi)涌側(cè)圍堰斷面圖

3 圍堰材料

（1）土工材料

泥管袋袋布采用克重150 g/m2聚丙烯裂膜絲機(jī)織布；防滲土工膜采用兩布一膜型式，布克重不應(yīng)小于200 g/m2，膜厚度不應(yīng)小于0.5 mm；圍堰基坑側(cè)充泥管袋外露面防護(hù)采用克重175 g/m2的防老化聚丙烯裂膜絲機(jī)織布；土工布軟體排采用克重230 g/m2丙綸長(zhǎng)絲機(jī)織布；袋裝碎石采用編織袋，克重120 g/m2。

（2）碎石及拋石

護(hù)角拋石、擋墻漿砌石應(yīng)選用材質(zhì)良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、耐磨、紋理均勻、不含鐵砂的石料，且無(wú)節(jié)理、瑕點(diǎn)、砂眼、裂縫、裂紋及風(fēng)化皮等外觀缺陷，飽和極限抗壓強(qiáng)度不低于50 MPa。

（3）砂料

充填及吹填砂料原則上要求粒徑d＞0.075 mm 的含量應(yīng)大于總量的85%，粘粒含量小于10%，充泥管袋充填度不小于85%，不合格的砂料，一律不得使用。

4 膜袋砂圍堰施工原理

膜袋砂圍堰是指將編織土工布縫制成一定尺寸的膜袋，頂層預(yù)留充砂口，采用水力或機(jī)械方式，以一定的壓力將中粗砂充填入膜袋形成充砂袋，多余水可從土工布孔濾出，中粗砂在自重和滲水壓力作用下形成比較密實(shí)的砂料，由砂袋交錯(cuò)堆疊形成膜袋砂圍堰[1]。

5 膜袋砂圍堰施工方法

5.1 施工準(zhǔn)備

施工前做好機(jī)械、材料、人員等的入場(chǎng)準(zhǔn)備工作，同時(shí)完成人員、設(shè)備、材料檢驗(yàn)報(bào)驗(yàn)工作，完成安全保障體系、質(zhì)量保障體系建立、現(xiàn)場(chǎng)管理規(guī)章制度建立，完成控制樁的測(cè)量復(fù)核，辦好人員、設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)場(chǎng)地的安全施工許可及相關(guān)水上安全作業(yè)手續(xù)。

5.2 基礎(chǔ)面處理

為保證底層膜袋能坐落在基本平整的基面上，在膜袋安放之前，對(duì)圍堰填筑基面深坑及凹地填砂找平。圍堰清基主要用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)，并配合運(yùn)輸船只及時(shí)清運(yùn)浮泥。清基前，根據(jù)已確定測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行放樣并測(cè)出清基線范圍的水面地形圖，在河兩岸及水中做出明顯的標(biāo)記，標(biāo)示清基的范圍，清基深度根據(jù)水下測(cè)量成果進(jìn)行控制。

5.3 土工布軟體排鋪設(shè)

（1）軟體排的采購(gòu)

軟體排尺寸根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)斷面尺寸，選擇符合要求的生產(chǎn)廠家進(jìn)行制作，成品經(jīng)進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收合格后，堆放入庫(kù)或場(chǎng)外用塑料布覆蓋，嚴(yán)禁暴露日曬。

（2）軟體排的鋪設(shè)、砂肋灌裝

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，軟體排鋪設(shè)方法采用低潮位時(shí)人工鋪排，鋪設(shè)范圍每邊超出圍堰2 m。

1）鋪設(shè)之前先進(jìn)行清基，保證基底平整，然后將加工好的軟體排布垂直于圍堰軸線已設(shè)定區(qū)域鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)用人工繃緊排布，使排布順平無(wú)褶皺平鋪于灘面上。

2）每塊排布鋪設(shè)完成后應(yīng)立即開始砂肋灌裝，砂肋灌裝施工工藝為吸砂船采砂，用運(yùn)砂船運(yùn)至施工區(qū)域附近，然后采用泥漿泵機(jī)組進(jìn)行砂肋灌裝施工。充灌時(shí)要配備人力踩踏砂肋，使砂流通暢，充灌砂肋從砂肋一側(cè)開口處充灌，保證砂肋袋充盈率在80%左右方能扎緊袋口，充分保證砂肋能滿足壓載，保證軟體排布正常工作。

3）排體與排體之間搭接長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，確保工程質(zhì)量。

4）排布鋪設(shè)好以后要及時(shí)檢查，每根砂肋滿足充盈率，并滿足設(shè)計(jì)壓載，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改，確保工程質(zhì)量。

5.4 膜袋加工與布設(shè)

膜袋制作寬度根據(jù)設(shè)計(jì)斷面確定，長(zhǎng)度取40 m～60 m，并要考慮到上下錯(cuò)縫。每只膜袋視大小不同設(shè)置多個(gè)充填袖口，正方型布置。膜袋的拼接縫制必須與圍堤軸線方向垂直，平行堤軸線方向的一條接縫設(shè)在袋體的一端，拼接強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求，膜袋加工好后，堆放于陰涼干燥處，并注明尺寸及鋪放位置。

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，膜袋鋪設(shè)方法采用低潮位時(shí)人工鋪排。袋體鋪設(shè)袖口部位朝上，泥漿泵管口與袖口連接。袋體鋪設(shè)按照測(cè)量放樣位置定位，底層袋四周用尼龍繩綁扎釬在地下的鋼管固定，上層袋鋪設(shè)時(shí)用尼龍繩與下層袋綁扎固定，防止袋體在充填時(shí)移動(dòng)。

充填袋體在施工時(shí)分層鋪設(shè)，膜袋長(zhǎng)度方向與圍堰軸線保持平行，堆迭整齊，上、下層交錯(cuò)排列，不允許袋體與袋體間留有空隙、通縫。上下層的錯(cuò)縫間距不小于2 m，在袋體間不得留有通縫、通孔。新充袋體不得用鋒利的塊石堆壓，以免割破袋布。袋體若出現(xiàn)破損或孔洞，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，修補(bǔ)原則采用相同材料，并且縫接寬度不小于150 cm。

膜袋施工時(shí)每層堰體兩側(cè)均用竹竿定位，每10 m 設(shè)置1根（見圖3）。膜袋采用包縫法縫制（見圖4），上、下層膜袋要錯(cuò)縫，不能通縫。膜袋施工時(shí)在膜袋上方開3 個(gè)孔（每30 m 開1個(gè)孔），采用灌砂船進(jìn)行充填，先對(duì)中孔灌砂，待膜袋達(dá)到一定鼓脹程度后對(duì)兩側(cè)的孔同時(shí)灌砂，充填砂時(shí)需在低潮位施工，避免水位過(guò)高影響施工[2]。

圖3 竹竿定位

圖4 包縫法示意圖

5.5 灌砂

砂料運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，用泥漿泵抽取運(yùn)砂船上的砂料分層向模袋充灌砂料，泥漿泵吹填壓力不宜過(guò)大，管路出口壓力應(yīng)控制在0.2 MPa～0.3 MPa。充填袋體應(yīng)分層放置，堆迭整齊，排列有序，上下層袋體之間的搭接縫必須錯(cuò)開，充填后每層袋體0.4 m～0.5 m 厚，如袋體一次充填不到理想厚度，采用二次充填，每層袋吹填應(yīng)在一潮水過(guò)程中完成。袋體在濾水完畢后，方可進(jìn)行上一層袋體充填。沿橫斷面方向不設(shè)搭接縫，根據(jù)充填砂料情況，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，控制充盈度，防止爆袋，并控制平整度。充泥管袋及吹填砂吹填時(shí)應(yīng)注意保持坡面穩(wěn)定。

施工時(shí)注意同一層袋體的厚度基本上保持一致，以便于下一層的施工和質(zhì)量控制。加強(qiáng)充填過(guò)程中測(cè)量工作，依據(jù)圖紙及施工情況，每層充填時(shí)均測(cè)放邊線，保證坡比。相鄰模袋接頭處應(yīng)擠靠緊密，充灌搭接在另一袋體上部的袋體時(shí)，要先向接縫處充灌，使袋體在砂重力的作用下緊貼下層袋體表面，避免模袋在接縫處懸空形成三角縫，不得出現(xiàn)通長(zhǎng)底部三角縫，如出現(xiàn)局部三角縫要用袋裝砂填塞嚴(yán)密。

5.6 反壓

內(nèi)江圍堰基坑側(cè)設(shè)置頂部寬10 m 中粗砂反壓平臺(tái)，頂部高程-0.5 m，坡比為1∶3，采用吹沙船進(jìn)行分層吹填至設(shè)計(jì)高程。

外江圍堰基坑側(cè)設(shè)置頂部寬30 m 中粗砂反壓平臺(tái)，頂部高程0.5 m，坡比為1∶3，采用吹沙船進(jìn)行分層吹填至設(shè)計(jì)高程。

外江圍堰迎水側(cè)設(shè)置頂部寬6 m 拋石護(hù)腳，頂部高程-1 m，坡比為1∶3，拋石護(hù)腳施工采用駁船運(yùn)輸合格石料到指定施工地點(diǎn)，利用駁船上的挖掘機(jī)進(jìn)行拋石作業(yè)。

5.7 圍堰防滲施工

為了防止圍堰與圍堤接頭處滲漏，必須拆除圍堤砌石護(hù)坡，挖掉圍堤護(hù)腳拋石，使模袋與圍堤防滲土體緊密結(jié)合。

外江圍堰迎水面坡面鋪設(shè)防滲土工膜一層，土工膜在拋石范圍內(nèi)向外延伸2 m，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂部鋪設(shè)防老化土工布一層，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂外江側(cè)加載500 mm 寬和500 mm 高袋裝土。

水閘內(nèi)涌圍堰采用與外江圍堰相同的堰體結(jié)構(gòu)以及相同的堰頂寬度，迎水面坡面鋪設(shè)防滲土工膜一層，土工膜向外延伸2 m，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂部鋪設(shè)防老化土工布一層，面上加載150 mm 厚袋裝碎石[3]。

6 效益分析

1）經(jīng)濟(jì)效益

沿海淤泥地質(zhì)膜袋砂圍堰施工工法已在多個(gè)水利工程的膜袋砂圍堰施工中應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其中為本工程相比普通砂土圍堰節(jié)約成本約38.6 萬(wàn)元。

2）社會(huì)效益

在保證膜袋砂圍堰施工安全的同時(shí)，減少了材料的浪費(fèi)，節(jié)約能耗，同時(shí)提高了圍堰施工效率、減短施工工期，使水利設(shè)施盡早發(fā)揮效益，社會(huì)效益明顯。

3）技術(shù)效益

沿海淤泥地質(zhì)水利工程中膜袋砂圍堰施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定狀態(tài)能通過(guò)數(shù)據(jù)直觀體現(xiàn)，圍堰施工安全超過(guò)預(yù)警值時(shí)能及時(shí)的采取有效控制，保證了圍堰施工的安全性。本工法準(zhǔn)確計(jì)算膜袋砂圍堰分層填筑時(shí)間間隔，有利施工組織，縮短工期，這是傳統(tǒng)膜袋砂圍堰施工方法達(dá)不到的，為以后膜袋砂圍堰施工安全提供了方向，具有顯著的技術(shù)效益。

4）節(jié)能效益

節(jié)約施工工期，減少了施工時(shí)人力、機(jī)械等的浪費(fèi)，節(jié)約能耗。

7 結(jié)語(yǔ)

在沿海淤泥地質(zhì)條件下，修建水閘、泵站水利工程時(shí)廣泛應(yīng)用膜袋砂圍堰。膜袋砂圍堰相比普通砂土圍堰，可以增加圍堰的整體防護(hù)強(qiáng)度，還能減少圍堰自重，減少沉降。膜袋砂圍堰是一種新型的圍堰結(jié)構(gòu)形式，施工速度快、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，廣泛適用于沿海淤泥地質(zhì)地區(qū)。