膜袋砂圍堰在淺灘施工項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、膜袋砂圍堰在淺灘施工項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 摘要 ：膜袋砂圍堰具有施工簡(jiǎn)便、機(jī)械化程度高、施工速度快、整體性能良好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。在唐山冀東“南堡油田1、2號(hào)構(gòu)造貫通工程”施工中，我們首次嘗試采用了此項(xiàng)技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)了在軟弱的海相沉積淤泥層上快速吹填砂圍堰。其最大的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)軟土地基產(chǎn)生的變形和沉降適應(yīng)性強(qiáng)、自身整體穩(wěn)定性能好、形成的固結(jié)體強(qiáng)度高，而且堰體斷面較小，可就地取材，施工簡(jiǎn)單，有效解決了工序繁多與工期緊張的矛盾，取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。 關(guān)鍵詞 ：橋梁工程 淺灘施工 膜袋砂圍堰 擋水 施工技術(shù)要求 應(yīng)用一、工程簡(jiǎn)介1.1 工程概況南堡油田1、2#構(gòu)造貫通工程，包含北堡大橋和南堡大橋兩

2、座大橋及橋梁兩側(cè)的特殊路基處理項(xiàng)目。兩橋是冀東油田有史以來(lái)建造跨徑最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的海上大橋，也是路橋公司首次承建的海上施工項(xiàng)目，北堡大橋全長(zhǎng)275米，南堡大橋全長(zhǎng)125米，橋?qū)?0.5米。橋梁上部為25米預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁，下部采用座板式臺(tái)、柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，荷載標(biāo)準(zhǔn)為城-A級(jí)。1、2號(hào)構(gòu)造是今后的主要產(chǎn)油區(qū)，該工程的建成對(duì)冀東油田產(chǎn)能建設(shè)有著重要意義。南堡大橋設(shè)計(jì)為5跨，中心樁號(hào)為K0+461，該橋路線起始于中線路K0+814處，向東跨過(guò)海灘，與規(guī)劃的南環(huán)路相接。在路線K0+587處有一天然河槽，與線位交角為112，河槽寬40米，退潮時(shí)水深2米，考慮到河槽距東側(cè)填土較高的

3、大堤較近，又按通航考慮，故需將河道向西改移100米，改移長(zhǎng)度約450米，橋軸線與新河槽交角90，橋下凈空按50年一遇高潮水位+通航高度+安全距離，確定為：3.835+4+0.5=8.335米。南堡油田1、2#構(gòu)造物貫通工程計(jì)劃總工期為7個(gè)月，即2008年3月11日正式開(kāi)工，2008年9月30日完工。1.2 地理環(huán)境南堡大橋項(xiàng)目位于河北省唐山市南堡外淺灘，曹妃甸西北約1020公里，位于近岸淺灘，水深02.5m不等，地貌類型為淺灘潮間帶和水下淺灘地貌；該區(qū)域多年平均年降水量為646.9mm，最大年降水量為821.6mm，主要集中在夏季（7、8月份），約占全年降水量的64.3%；海水潮汐符合“漲五退

4、六”規(guī)律，24小時(shí)內(nèi)海水潮汐兩次，滿潮后有1個(gè)小時(shí)的平臺(tái)期，每月陰歷初一至廿二，每日潮汐時(shí)間滯后半小時(shí)；陰歷廿三至三十，每日潮汐時(shí)間滯后1小時(shí)，漲潮流流速為0.260.41m/s，落潮流流速為0.410.51 m/s；各月平均風(fēng)速以4月最大，約4.7米/秒，1月最小，約3.3米/秒；10月中旬至次年4月，每714天出現(xiàn)一次冷空氣活動(dòng)，海面風(fēng)速一般達(dá)到6級(jí)以上，持續(xù)時(shí)間一般12天。海浪主浪向?yàn)镋-SE向，100年一遇最大海浪為3.3米，潮波性質(zhì)為不正規(guī)半日潮，潮差35米。1.3 地質(zhì)特征南堡大橋項(xiàng)目地形地貌位于南堡外淺灘上，地勢(shì)平坦，地形、地貌簡(jiǎn)單，沉積地層主要為古河流三角洲沉積的亞砂土及亞粘土

5、組成，夾淤泥質(zhì)粘土?？煞譃槿危荷隙沃髦饕獮榛疑珌喩巴两M成，飽和，松散中密；中段主要為灰黃褐色亞粘土組成，頂部發(fā)育一層淤泥質(zhì)粘土，亞粘土成軟硬塑狀，土質(zhì)不均，含貝殼碎片，間夾粉砂薄層；下段主要為灰褐灰色亞粘土，呈軟硬塑狀，土質(zhì)不均，間夾粉砂薄層。二、圍堰設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.1.1 建筑物級(jí)別根據(jù)“水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ338-89）”，膜袋砂圍堰定為級(jí)臨時(shí)建筑物，圍堰使用年限小于一個(gè)施工年度。2.1.2 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)由于當(dāng)?shù)氐姆览说虊卧O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用的是30年一遇高潮水位，所以本項(xiàng)目中采用的膜袋砂圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)宜采用30年一遇高潮水位。2.1.3 圍堰施工期擋水標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)規(guī)范規(guī)定，并

6、充分考慮安全系數(shù)，確定圍堰施工期擋水標(biāo)準(zhǔn)始終滿足30年一遇高潮水位。2.2 圍堰布置2.2.1 布置原則及要求（1）首要考慮施工要求，圍堰與施工主體嚴(yán)禁交叉，以保證正常施工；（2）因地制宜，就地取材；（3）圍堰軸線輪廓滿足水流平順和防沖要求；（4）盡量避免將圍堰設(shè)置在水域或原河道內(nèi)，力爭(zhēng)減少工程量。2.2.2 圍堰形式選擇圍堰要求安全可靠，能夠滿足穩(wěn)定、抗?jié)B及抗沖刷要求；結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，施工方便，易于拆除和就地取材，并能滿足工期要求。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，南堡大橋項(xiàng)目采用吹沙膜袋砂圍堰。2.3 設(shè)計(jì)過(guò)程及要求2.3.1 南堡大橋平面布置圖（1）南堡大橋橋位平面布置圖（見(jiàn)附圖1）；（2）南堡大橋膜袋砂

7、圍堰平面布置圖（見(jiàn)附圖2）。2.3.2 南堡大橋設(shè)計(jì)參數(shù)及要求（1）中線路（即防浪堤壩）頂標(biāo)高為+3.15m，故圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)高宜采用+3.15m；（2）靠近中線路淺灘表面平均標(biāo)高-0.35m，靠近原河道（即5橋臺(tái)底）淺灘表面平均標(biāo)高-0.65m，淺灘地勢(shì)從東北向西南方向傾斜，坡度較緩；（3）淺灘淤泥厚度不等，自中線路至原河道西側(cè)0.3m2.1m；（4）考慮南堡大橋施工作業(yè)面實(shí)際情況，以減少圍堰工程量為目的，圍堰自中線路起，避開(kāi)原河道且將南堡大橋主體結(jié)構(gòu)圍擋在其間，圍堰止于中線路，形成一個(gè)“U”型，詳見(jiàn)附圖2；（5）圍堰斷面形式采用梯形，內(nèi)外坡度設(shè)計(jì)為11，主圍堰頂面寬度不小于5m，底面寬度不得小

8、于11.5米，子圍堰頂寬度不得小于3米，圍堰兩側(cè)打簡(jiǎn)易木樁支撐，數(shù)量1根/米，樁長(zhǎng)2.5米；（6）圍堰內(nèi)側(cè)挖設(shè)寬1m，深0.5m的排水溝；（7）吹填圍堰參數(shù)：吸砂流失量為30%，吸砂下沉量為15%。（8）圍堰設(shè)計(jì)為“主堰+子堰”的復(fù)式斷面，下部是擴(kuò)大斷面的膜袋砂堰體，上部是編織砂袋小堰體。膜袋采用200g/m2的晴綸（PP）土工編織布,縱橫向斷裂強(qiáng)力6.5KN/m,撕破強(qiáng)力0.16kN,長(zhǎng)度按實(shí)際長(zhǎng)度確定,充填后厚度為0.50.7m ，采用分層立體交錯(cuò)鋪至設(shè)計(jì)高程。2.3.3 圍堰沉降根據(jù)專業(yè)測(cè)量人員對(duì)膜袋砂圍堰頂面標(biāo)高十周來(lái)的監(jiān)測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制“時(shí)間-沉降量”的曲線（見(jiàn)下圖1），通過(guò)曲線圖顯

9、示：圍堰前三周的沉降量較大，特別是前兩周呈直線下降。如果在此期間遇大潮或水位變化較大時(shí)，沉降量不穩(wěn)定，一般需要46 周后才趨向穩(wěn)定，每周沉降量5mm。圖1 圍堰沉降觀測(cè)圖2.3.4 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）圍堰頂高程南堡大橋所在位置處的防浪堤壩頂高程為+3.15m，因此圍堰頂高程設(shè)計(jì)為+3.15m，滿足當(dāng)?shù)?0年一遇高潮水位。（2）圍堰頂寬度及構(gòu)造圍堰頂寬度滿足防汛搶險(xiǎn)、圍堰修補(bǔ)及交通運(yùn)輸要求，主圍堰頂寬不得小于5米，子圍堰頂寬度不得小于3米，面層鋪30cm厚的碎石壓平。（3）圍堰細(xì)部構(gòu)造圍堰主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為“主堰+子堰”的復(fù)式斷面，下部是擴(kuò)大斷面的膜袋砂堰體，上部是編織砂袋小堰體，圍堰內(nèi)外側(cè)坡度均為

10、11。（4）圍堰防滲設(shè)計(jì)膜袋砂圍堰體迎水側(cè)從堰頂鋪設(shè)兩層土工布至堰腳，并深入河床3m，編織布用袋裝砂梅花狀壓面固定；在塑料編織布搭接處；則要用砂包密鋪壓實(shí)。（5）圍堰橫斷面圖圖2 膜袋砂圍堰橫斷面圖2.3.5 圍堰工程量（1）南堡大橋施工現(xiàn)場(chǎng)（即圍堰內(nèi)區(qū)域）的長(zhǎng)度與寬度以橋梁中心線為基準(zhǔn)，橋梁中心線與中線路交于K0+190，與天然河槽交于K0+587，因此，南堡大橋施工現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)度約400m；橋面寬度為（19.5+0.52）=20.5m，便道寬度5m，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置泥漿池、排水溝等設(shè)施，以及橋臺(tái)錐護(hù)坡，因此南堡大橋施工現(xiàn)場(chǎng)寬度約90m。（2）圍堰長(zhǎng)度圍堰起點(diǎn)樁號(hào)K0+190，繞經(jīng)樁號(hào)K0+55

11、0，終止于樁號(hào)K0+300，圍堰總長(zhǎng)度約：（550-190）+（550-300）+90/2=655米，計(jì)算過(guò)程中取650米。（3）圍堰的橫截面積由于靠近中線路淺灘表面平均標(biāo)高-0.35m，靠近原河道（即5橋臺(tái)底）淺灘表面平均標(biāo)高-0.65m，淺灘地勢(shì)從東北向西南方向傾斜，坡度較緩；淺灘淤泥厚度不等，自中線路至原河道西側(cè)0.3m2.1m；因此給圍堰高度設(shè)計(jì)和計(jì)量上帶來(lái)一定的困難，為簡(jiǎn)化計(jì)算量，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求：主圍堰頂寬不得小于5米，底面寬度不得小于11.5米，子圍堰頂寬度不得小于3米，主、子圍堰內(nèi)外側(cè)坡度均為11，子圍堰頂面鋪設(shè)30cm厚的碎石壓平。按照每50米為一個(gè)計(jì)算單元，圍堰工程量見(jiàn)下表1

12、：表1 圍堰工程量匯總表序號(hào)項(xiàng)目名稱單位工程量備注主圍堰子圍堰防滲處理1長(zhǎng)度m6506406602高度m2.91.02.9主圍堰每50m為單元，取平均值3橫截面積m215.74.03.5主圍堰每50m為單元，取平均值4沖灌砂體積m3102055袋裝砂體積m3248023106膜袋m246800采用200g/m2的晴綸土工編織布，膜袋厚度控制在0.5m左右，45層7木樁根13001根/米8土工格柵m27475用于第一層膜袋圍堰下面9土工編織布m28037用于膜袋砂圍堰外側(cè)防滲，鋪設(shè)2層，采用200g/m2的晴綸土工編織布10碎石m357630cm厚碎石壓頂三、圍堰施工3.1 圍堰施工工序施工準(zhǔn)備

13、測(cè)量放樣鋪設(shè)土工格柵膜袋定位鋪設(shè)抽砂沖灌膜袋圍堰合龍防滲處理錨固壓頂（子圍堰施工）。3.2 圍堰施工過(guò)程3.2.1 施工準(zhǔn)備（1）膜袋準(zhǔn)備：按圍堰的斷面及平面布置情況，從圍堰底部開(kāi)始，對(duì)圍堰膜袋逐層進(jìn)行計(jì)算，確定膜袋的長(zhǎng)和寬，再按設(shè)計(jì)分層高度確定膜袋的高度，為確保膜袋的充填厚度，在膜袋的定貨時(shí)，需將模袋的高度適當(dāng)加高，一般宜加高100mm，單個(gè)膜袋最大尺寸不宜超過(guò)60m20m0.8m。（2）人員組織：為保證膜袋順利充填，應(yīng)有1215人進(jìn)行膜袋充填施工。（3）機(jī)具準(zhǔn)備：在圍堰施工前，準(zhǔn)備好吹砂所用的浮船、泵管、2套抽水泵等機(jī)具，并有可靠的電源配套系統(tǒng)。（4）砂料準(zhǔn)備：填充膜袋的砂料，一般采用細(xì)度

14、模數(shù)小于1.8的粉細(xì)砂，砂中宜有20%左右的淤泥?？删偷夭捎脟咄鈬鷾\灘上的泥沙，但在施工前，應(yīng)對(duì)泥沙進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，檢測(cè)砂的細(xì)度模數(shù)及含泥量，確保充填的材料符合要求。3.2.2 測(cè)量定位按照設(shè)計(jì)的位置，對(duì)膜袋砂圍堰每層進(jìn)行測(cè)量放樣，保證圍堰按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。3.2.3 鋪設(shè)土工格柵施工前，應(yīng)對(duì)淺灘或河床進(jìn)行適度的清理，保證堰基較為平順,沒(méi)有尖銳物，避免對(duì)膜袋產(chǎn)生破壞。同時(shí)在第一層膜袋下面按照測(cè)量放樣的位置鋪設(shè)土工格柵，目的在于避免圍堰產(chǎn)生不均勻沉陷，保證圍堰底面平順、平整。3.2.4 膜袋定位鋪設(shè)膜袋圍堰施工應(yīng)先從淺灘或河床最深處開(kāi)始鋪設(shè)和施工，宜選擇低潮平流時(shí)開(kāi)始施工，以便于作業(yè)。膜袋宜順?biāo)?/p>

15、方向鋪設(shè)，將膜袋按測(cè)量放樣的位置進(jìn)行定位鋪設(shè)，并利用木樁將膜袋的四角預(yù)先進(jìn)行固定。若淺灘或河床上有水時(shí)，應(yīng)先向膜袋內(nèi)預(yù)充一定量的水，以保證作業(yè)中膜袋能固定在預(yù)定位置而不被水流沖在一起。3.2.5 抽砂沖灌膜袋用人工將泵管與砂袋的灌砂口綁扎結(jié)實(shí)，將抽水泵牢固的綁扎在浮船上，把另一臺(tái)抽水泵放置在清水池內(nèi)，利用高壓清水沖刷淺灘或河床上的泥沙，形成泥沙流體，然后將浮船漂浮在其上，利用抽水機(jī)將泥沙流體通過(guò)泵管輸送到膜袋中。在充填砂時(shí)應(yīng)先充填膜袋的四個(gè)角，再充填膜袋的中部，在充填中部同時(shí)應(yīng)將用來(lái)固定膜袋四個(gè)角的繩索松開(kāi)，讓膜袋在充填砂的同時(shí)均勻下沉，保證膜袋能準(zhǔn)確地沉降到預(yù)定的位置。圍堰出水以后，為了保證

16、砂袋充填飽滿均勻，在充填砂同時(shí)應(yīng)配備人員對(duì)砂袋進(jìn)行踩壓。3.2.6 圍堰合龍膜袋砂圍堰施工時(shí)，則應(yīng)避免出現(xiàn)龍口，盡可能均衡上升。特別是圍堰施工高度達(dá)到水位變化區(qū)時(shí)，在每漲退潮時(shí)，不能留下個(gè)別缺口，同一層膜袋應(yīng)在一次漲退潮期間完成，避免集中水流對(duì)堰體的沖刷。3.2.7 防滲處理圍堰的滲漏主要有三個(gè)部位：堰體與原河床接觸面；堰體與岸坡接觸面；膜袋與膜袋之間。特別是前兩個(gè)部位，是破壞力最大，也最危險(xiǎn)的地方。防滲的主要措施有:（1）利用泥沙自身含泥量大、致密性好、透水能力差的特點(diǎn)，自身防滲；（2）膜袋之間容易形成滲水通道，一方面不要將膜袋充填泥沙過(guò)滿，讓膜袋自身調(diào)整擠密；另一方面，也可在膜袋之間塞填粘

17、性土后，再覆蓋編織土包；（3）在堰體迎水側(cè)從堰頂鋪設(shè)兩層土工編織布至堰腳，并深入河床3m，編織布用袋裝砂梅花狀壓面固定；在塑料編織布搭接處；則要用砂包密鋪壓實(shí)。3.2.8 錨固封頂圍堰內(nèi)外側(cè)打簡(jiǎn)易木樁支撐固定，間距4米一根，木樁長(zhǎng)不得小于2.5米；膜袋砂圍堰頂面灌砂口要封堵嚴(yán)密，并在其上堆砌袋裝砂，形成子圍堰，以保護(hù)面層的膜袋，確保圍堰的完整性。3.2.9 局部問(wèn)題處理（1）堰體與岸坡連接處，需夯填粘土，并嵌入防浪堤壩，形成嵌入式防滲截水槽；（2）外堰腳宜填土壓腳，作為防滲體；（3）子堰施工時(shí)應(yīng)分層分階段加高。選擇合理的時(shí)段，每天填筑高度30cm左右，嚴(yán)格控制填筑速度，同時(shí)隨時(shí)注意觀察監(jiān)測(cè)；（

18、4）圍堰兩端接頭宜采用粘土直接填筑；（5）施工過(guò)程中，要使堰體均勻上升，嚴(yán)格控制沖灌砂速度，保證膜袋不破裂。（6）加強(qiáng)圍堰觀測(cè)。在膜袋砂充填完成46天，待水面上部的砂袋滲水穩(wěn)定后再進(jìn)行基坑抽水，抽水時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制水位降幅，基坑內(nèi)水位每天下降量在0.6m0.8m之間，以保證砂袋有充分的排水時(shí)間，保證圍堰穩(wěn)定。在基坑抽水及抽水完成后一周內(nèi)應(yīng)安排測(cè)量人員每天多次對(duì)圍堰的水平位移及沉降觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)，采取相應(yīng)措施保證圍堰的安全。四、圍堰的日常維護(hù)與管理由于本地區(qū)的潮波性質(zhì)為不正規(guī)半日潮，且影響潮汐變化的因素很多，諸如季節(jié)變化、氣象變化（包括風(fēng)向、風(fēng)力、降水等）、自然災(zāi)害等因素，均有可能

19、導(dǎo)致潮汐時(shí)間和潮水位發(fā)生異常變化，進(jìn)而對(duì)膜袋砂圍堰產(chǎn)生不利影響。因此，為確保砂圍堰的完好性和有效性，有效保障圍堰內(nèi)施工人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，必須加強(qiáng)對(duì)砂圍堰的日常維護(hù)與管理。4.1 加強(qiáng)對(duì)砂圍堰的巡檢和潮汐的監(jiān)測(cè)首先，建立完善膜袋砂圍堰的日常管理和巡檢制度，并組織有關(guān)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)，增強(qiáng)廣大員工的安全責(zé)任意識(shí)。其次，在隊(duì)伍內(nèi)選派兩名專職巡視人員，負(fù)責(zé)每日潮汐后對(duì)圍堰的巡檢和高潮水位的監(jiān)測(cè)、記錄，專業(yè)測(cè)量人員每周對(duì)砂圍堰頂標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量、記錄，及時(shí)掌握砂圍堰的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)圍堰頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、迎水面膜袋遭海水沖刷侵蝕破損、潮水位超過(guò)警戒線等情況時(shí)，便立即組織力量進(jìn)行修補(bǔ)維護(hù)；緊急狀態(tài)下，組織人員

20、有序撤離危險(xiǎn)區(qū)域。4.2 加強(qiáng)對(duì)氣象信息的監(jiān)測(cè)氣象變化對(duì)潮汐的影響最大，因此，我們明確一名專職氣象監(jiān)測(cè)人員，負(fù)責(zé)每天通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒體，對(duì)當(dāng)天及未來(lái)三天的氣象信息進(jìn)行收集、記錄，并于每天早上將信息傳遞到現(xiàn)場(chǎng)巡視員。遇有地方或上級(jí)主管部門發(fā)布的預(yù)警信息時(shí)，在做好登記的同時(shí)，第一時(shí)間通知主管領(lǐng)導(dǎo)，提前進(jìn)入警戒狀態(tài)，全面做好防范措施。4.3 編制應(yīng)急救援預(yù)案，防患于未然為更有效的保證廣大員工的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，我們根據(jù)對(duì)潮汐、圍堰垮塌等危害風(fēng)險(xiǎn)的了解和掌握，組織編制了專項(xiàng)應(yīng)急救援預(yù)案，并在廣大員工中不斷進(jìn)行討論、學(xué)習(xí)和完善，確保應(yīng)急預(yù)案具有較強(qiáng)的針對(duì)性和可操作性。同時(shí)，購(gòu)置儲(chǔ)備了一批救生衣、雨靴、雨衣、防水型探照燈、警報(bào)器等應(yīng)急物資，定期組織員工進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演習(xí)，進(jìn)一步提高廣大員工的安全防范意識(shí)和應(yīng)急逃生技能。五、圍堰效果在南堡大橋施工項(xiàng)目中采用膜袋砂圍堰取得了較理想的效果：圍堰體