沖灌袋圍堰在西園水閘中的應(yīng)用

李 斌

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概況

石門澳西園片區(qū)防洪防潮排澇一期工程——新建西園水閘位于福建省莆田市南部，湄洲灣北岸。水閘按1級建筑物設(shè)計，相應(yīng)防潮標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，水閘7孔寬76 m(凈寬56 m，單孔寬8 m×高4.0 m)。

工程區(qū)處于海岸、水下淺灘地貌，灘涂高程-3～0 m，地形平緩，兩側(cè)與已建的石門澳產(chǎn)業(yè)園堤防連接。

水閘圍堰建于海域內(nèi)，根據(jù)工程實際情況，采用沖灌砂袋圍堰。沖灌袋圍堰先進(jìn)行縱向圍堰填筑，再進(jìn)行內(nèi)、外港側(cè)(橫向圍堰)填筑，逐層填筑至設(shè)計防浪墻高程5.43 m。

2 圍堰淤泥地基的特點與施工的難點

2.1 圍堰淤泥地基的特點

(1)淤泥的承載能力及強度低。標(biāo)準(zhǔn)貫入度擊數(shù)極小，故自身承載力小、靈敏度高；故在這種地基上施工圍堰應(yīng)盡量減少對土結(jié)構(gòu)的擾動，如果采用進(jìn)占法填筑堰體，易導(dǎo)致堰基土方下切而失穩(wěn)；故采用吹填方式填筑圍堰，均衡上升比較合理。

(2)淤泥的壓縮性高。通過淤泥中水分逐步擠壓出來，基礎(chǔ)沉降較明顯，考慮到在圍堰完工運行后需不斷加高圍堰，故在施工初期需留有填筑余量。

(3)淤泥的透水性弱。滲透系數(shù)一般在10-6～10-8cm/s，因此，淤泥地基固結(jié)時間較長，所以淤泥地基上的圍堰施工周期長。

2.2 圍堰施工的難點

(1)因圍堰的基礎(chǔ)為淤泥，強度低承載力低，加載后基礎(chǔ)的沉降量大，所以對圍堰自身穩(wěn)定要求高，施工要考慮到圍堰填筑強度對堰基穩(wěn)定的影響。

(2)圍堰地處海邊，受漲退潮影響，要考慮到圍堰施工時段與水上作業(yè)的安全性。

(3)西園水閘位于湄洲灣北岸，每年5～10月為臺汛期，所以圍堰的抗沖、抗風(fēng)浪的要求高，需做好防洪防臺準(zhǔn)備。

3 水閘圍堰形式設(shè)計

在施工期內(nèi)，水閘圍堰主要用來抵擋海水、圍護(hù)水閘基坑和確保干地施工的作用。

3.1 結(jié)構(gòu)型式設(shè)計原理

根據(jù)實際地質(zhì)條件，本工程施工圍堰需對填堰基礎(chǔ)的承載力、圍堰堰體自身穩(wěn)定性進(jìn)行有效的改善。

經(jīng)綜合比較，采用沖灌袋圍堰，堰底砂料直接筑于基礎(chǔ)的淤泥層，該結(jié)構(gòu)形式能夠形成有效的排水層，并縮短了淤泥層的排水距離。通過沖灌砂袋(堰體)的逐層加高，在基礎(chǔ)淤泥層上不斷加載，能持續(xù)地排出淤泥層中的水份，使基礎(chǔ)淤泥層有效的固結(jié)。通過加載—排水—固結(jié)的循環(huán)工序，大大改善了淤泥基礎(chǔ)的承載能力。

在堰體袋裝圍堰不斷加載下，會對基礎(chǔ)淤泥層局部產(chǎn)生破壞。為防止破壞，在堰體兩側(cè)設(shè)置反壓平臺，約束基礎(chǔ)，保證了沖灌袋圍堰體的穩(wěn)定。

3.2 水閘圍堰結(jié)構(gòu)形式設(shè)計

(1)圍堰砂墊層坡比

水閘圍堰在清除堰底淤泥后，墊層采用駁船拉外購砂作為主要填筑材料，墊層厚度控制在1.5 m以內(nèi)。根據(jù)砂的無粘性特性，以及現(xiàn)場潮水位的變化(-0.5～2.5 m)，水下砂按其自然坡度1∶5設(shè)計。

(2)沖灌袋堰體坡坡比

圍堰在砂墊層以上為沖灌袋形式，沖灌袋內(nèi)填充為砂料，潮水位變化區(qū)的堰體邊坡按m=1∶3，低水位范圍的堰體邊坡按m=1∶5。

(3)堰體填筑速率

為安全起見，圍堰必須分級加載，填筑速率控制在0.5 m/周以內(nèi)。現(xiàn)場由專人嚴(yán)密測量、監(jiān)控圍堰堰體沉降情況，在堰體基礎(chǔ)穩(wěn)定后，再進(jìn)行頂層沖灌袋的填筑。

4 沖灌袋的選用

4.1 沖灌袋的尺寸設(shè)計

沖灌袋在順?biāo)魑恢貌捎脝畏怪庇谒鞑捎枚喾罱?搭接長度0.5～1.0 m)增加抗沖能力，堰體的有效施工范圍按50 m控制，在施工條件好的位置應(yīng)適當(dāng)加大尺寸；每層沖灌袋沖灌成型后厚度控制在0.5～0.6 m(見圖1)。

圖1 沖灌袋搭接示意

堰體沖灌成型規(guī)整的逐層疊加狀，在沖灌袋上采用正方形布設(shè)沖灌袖口，間距為4 m(見圖2)。

圖2 沖灌袋圍堰立體圖

4.2 材料的質(zhì)量要求

沖灌袋采購較高強度的土工織物，采用縫制的連接方式，工程工期為20個月。為在工期有效時間內(nèi)使用，選用機織土工布，基本規(guī)格型號為200 g/m2，最靠近堰基兩層的受拉力最大，采用了250～300 g/m2規(guī)格型號的土工布。

5 沖灌袋圍堰的施工

水閘圍堰施工流程如下所示(見圖3)。

(1)測量定位。根據(jù)設(shè)計軸線位置，采用全站儀測定圍堰位置，船只配合在放樣點位置打入定位樁，準(zhǔn)確標(biāo)注樁位作為施工控制點。定位樁采用竹竿，定位樁應(yīng)穩(wěn)固，施工過程中采取保護(hù)措施并及時復(fù)測。

(2)采用水上挖機將圍堰基底的浮淤清除，并將河床底部以及兩岸接頭部位的拋石清理干凈。

(3)清除基后及時吹填砂墊層找平，并將砂墊層逐層加厚加寬，使砂墊層高程和平整度達(dá)到工人可以進(jìn)行沖灌袋鋪設(shè)作業(yè)的條件。砂墊層采用皮帶卸砂船向基槽填砂或者通過管道吹填方式，填筑材料采用海砂。

圖3 水閘圍堰施工流程

(4)在砂墊層填筑完成之后，進(jìn)行沖灌袋堰體的吹填，先施工順?biāo)鞣较颍龠M(jìn)行垂直水流方向內(nèi)、外港側(cè)，逐層回填至設(shè)計堰頂高程。每層沖灌袋的厚度在0.5 m左右。堰體加高過程中，速度初步控制在0.5 m/周，同時加強圍堰坡角的位移觀測。如果出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，則立即停止填筑，采取卸荷及增加反壓平臺措施，并減小填筑速度。

(5)沖灌袋采用高強度土工織物，采用縫制連接，沖灌袋上留正方形沖灌袖口若干個，間距4 m。根據(jù)工程所在地潮汐特性，選在每日低潮位時，測量定位鋪設(shè)沖灌袋并及時固定。鋪設(shè)時沖灌袋與沖灌袋間搭接須緊密(搭接長度0.5～1.0 m)，上下兩層沖灌袋錯縫布設(shè)，相鄰袋體間的接縫預(yù)留有效收縮余量，確保沖填后兩袋相互擠緊，并保證沖填后兩袋間不出現(xiàn)貫通裂縫。在施工時盡量避免土工織物在鋪設(shè)的損傷，若有損傷，應(yīng)及時進(jìn)行袋體的修補。

(6)堰體填充通過預(yù)留的袖口采用泥漿泵灌入沖灌袋內(nèi)，沖灌后積水逐漸流出，砂留在袋內(nèi)排水固結(jié)形成砂枕；由于灌袋吹砂排水固結(jié)的不均勻性，需對灌袋內(nèi)凹部進(jìn)行回沖砂，以確保砂枕的整體均勻性。

(7)考慮到圍堰使用周期較長，避免沖灌袋過早老化，在圍堰完工后，在堰體表面覆蓋1層無紡?fù)凉げ歼M(jìn)行防護(hù)。此外，如果堰體初期有滲水現(xiàn)象，可在迎水面加鋪土工膜，形成水平向防滲鋪蓋。

6 基坑抽水

圍堰封堵合龍后，根據(jù)基坑抽水面積大的特點，抽水設(shè)備主要由離心式水泵和潛水泵組成。基坑分為初期抽水和施工期抽水。

初期抽水通過設(shè)置在水閘圍堰上的臨時抽水泵站進(jìn)行，臨時抽水泵站由若干臺離心式水泵組成，水泵具體數(shù)量由現(xiàn)場實際情況確定。初期抽水基坑內(nèi)的水位下降速度控制在0.5 m/d以內(nèi)，水位不能下降過快，以免引起圍堰失穩(wěn)。

施工期基坑積水主要由施工排水、降雨及土體滲漏水組成，這時段抽水主要通過潛水泵將基坑內(nèi)積水抽排至集水坑內(nèi)。集水坑設(shè)置在水閘圍堰靠東堤外海側(cè)，尺寸為長10 m×寬10 m×深1 m，周邊填筑砂包并打木樁防止土體溜滑。

7 監(jiān)控量測

對填充后的堰體進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，沿填充后的圍堰50～100 m設(shè)置1個監(jiān)控點，測量水平、沉降等數(shù)據(jù)。針對每次測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以觀察圍堰是否運行安全。

8 質(zhì)量控制措施

(1)沖灌袋要選用經(jīng)過檢測合格的耐酸堿、耐腐蝕、滲透性好、強度高的土工織物，以保證使用壽命，確保圍堰穩(wěn)定與基坑安全。

(2)施工前應(yīng)根據(jù)海域地形及砂枕標(biāo)高、設(shè)計邊坡繪制沖灌袋斷面圖，根據(jù)不同部位斷面合理配置各種規(guī)格的砂袋。施工中經(jīng)常對已沖灌砂袋進(jìn)行測量，及時掌握砂袋的實際位置、標(biāo)高和邊坡形成情況，以便施工順利進(jìn)行。

(3)沖灌袋采用水力灌砂，沖灌成型縫合后，灌入袋中的水慢慢滲出，沖灌袋中的砂慢慢固結(jié)成型。填充的砂均勻無雜質(zhì)，每層施工完成前應(yīng)確保沖灌袋預(yù)留袖口封閉嚴(yán)實，無漏失。沖灌袋沉放應(yīng)逐層有序逐排的進(jìn)行，避免沖灌袋發(fā)生折疊、扭曲、損壞等現(xiàn)象。砂袋沖灌的飽滿度應(yīng)控制在75%～85%之間。砂袋沖填過于飽滿，沖灌袋受到較大張力，容易使其在不均勻沉降時折斷。砂袋沖填至60%袋容時，施工人員穿雨鞋在砂袋上適當(dāng)踩踏，讓砂料均勻分布于砂袋內(nèi)。

(4)上下兩層沖灌袋錯縫布設(shè)，相鄰袋體間的接縫預(yù)留有效收縮余量，確保沖填后兩袋相互擠緊，并保證沖填后兩袋間不出現(xiàn)貫通裂縫。在施工時盡量避免土工織物在鋪設(shè)的損傷，若有損傷，應(yīng)及時進(jìn)行袋體的修補。圍堰下層袋體在潮時鋪設(shè)，用吹砂泵沖填。

(5)在堰體充填加載過程中，堰底基礎(chǔ)淤泥水份逐漸的排出，使基礎(chǔ)固結(jié)，在施工期間通過監(jiān)控、測量數(shù)據(jù)在筑堰時預(yù)留適當(dāng)高度后期沉降、固結(jié)。局部堰體，可采用袋裝砂加高至設(shè)計高程。

9 結(jié) 語

沖灌袋圍堰在本工程上合理的使用，有效地抵擋了海水、潮汐對工程施工的影響，使主體工程施工進(jìn)度得以保證；同時有效解決了淤泥質(zhì)基礎(chǔ)筑堰的問題。

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