土工袋吹填土圍堰在海塘工程中的應(yīng)用

土工袋吹填土圍堰在海塘工程中的應(yīng)用

1保水材料在海塘場景中的應(yīng)用受東海從杭州傳入大海的潮波的影響，錢塘河口一天兩次上升（屬于日照時間）。由于河口特殊的地形和水流條件，形成了來潮的強潮。作者參與了寧海老鹽場標(biāo)準(zhǔn)海塘工程的建設(shè)和質(zhì)量控制，是具有最強潮汐規(guī)模的寧海觀察王朝之一的“回潮”遺址。洪水高度可達2.9m，最大流速為12m。因此，在1979年至1984年期間，該段11.2km范圍內(nèi)，大部分硬壩和高壩受到嚴重破壞或損壞，大壩坍塌更為突出。為了保護海寧、桐鄉(xiāng)、嘉興、余杭等地區(qū)的安全，海寧市決定對海塘老鹽堿段進行全面加固和重建。鑒于該地區(qū)冬季灘地高程一般為3～3.5m,局部為2m左右,而近年枯水期平均低潮位在3.63～4.26m.因而關(guān)系到海塘壽命的關(guān)鍵設(shè)施沉井、護坦防沖工程施工,只能采取二種方式施工,一搶潮施工,二作堰施工.搶潮施工是錢塘江河口地段慣用的古老方法.它較適用于局部少量修補工程.它比筑堰施工簡便、經(jīng)濟.但當(dāng)海塘工程量較大,施工難度較高時,這種采用小潮汛間隙,候潮作業(yè)方案,漲潮時人、機撤退,退潮時人、機卷土重來的施工方法,已不能適應(yīng)時代的需要.由于有效工作時間甚短,設(shè)備、勞力效率過低,輔助工程量大,施工難度增加,工作地點隨時受到潮水威脅,直接影響施工質(zhì)量,而且明顯拖延工期.在此情況筑堰施工將更為有利.但何種堰型更能經(jīng)濟有效地阻擋河口地段來勢兇猛的潮水,是一個值得研究的課題.經(jīng)多年摸索,我們認為土工袋吹填土圍堰是一種就地取材施工方便、拆除容易,具有足夠防沖、防滲能力,且較為經(jīng)濟的堰型.土工袋吹填土圍堰實際上是從小型袋裝土包圍堰發(fā)展起來的.80年代海塘圍墾中已出現(xiàn)了它的雛形,隨著高強度土工布在工藝上能制作各種長度直徑的管袋,并與水力沖填相結(jié)合,從而形成了這種堰型.這一改變,使得人工裝土抬運的小袋,改為機械化就地吹填.而且隨著管袋尺碼的加大,使圍堰整體穩(wěn)定性、抗沖、防滲能力也大大提高.形成為土工袋吹填圍堰模式是在1995年,當(dāng)時筆者在浙江鎮(zhèn)海電廠Ⅳ期工程進水口施工中,正式試用與目前相近形式的土工布吹填土圍堰,所不同的是管袋內(nèi)吹填的是沙.該項目獲浙江省科學(xué)技術(shù)成果二等獎.從此該型圍堰得到了更廣泛應(yīng)用,并逐漸完善、成熟.2土工袋結(jié)構(gòu)及布置2.1土工進行管袋、鋼管袋土工袋吹填土圍堰實為結(jié)構(gòu)單一的均質(zhì)土壩.圍堰由吹填土的管袋組成.為了節(jié)約投資,中間部位不用土工袋,為純粉砂土吹填的堰芯.堰芯約占主堰總體積的23%～32%,占隔堤總體積的45%左右.為了便于施工,增強整體性,利于管袋定位,設(shè)有鋼管構(gòu)架.土工布袋一般采用200g/m2,經(jīng)緯度14×14/in的聚丙烯土工布袋,管袋長50～100m,直徑2～6m.視圍堰結(jié)構(gòu)需要,可向廠家定制.其抗拉強度>25kN/m.袋邊接頭及袋口采用35支三股錦綸線縫制三道.每只袋頂縫上4～6個充填口.有的施工單位考慮到圍堰內(nèi)側(cè)不受到潮水直接沖擊,改用120g/m2土工布管袋.鋼管一般采用直徑48mm型建筑腳手架鋼管,通過專用夾頭連接.鋼管插入灘地深1.5m左右,間距約1.5m.亦有橫向用8mm鋼筋代替鋼管作拉桿.管內(nèi)填土可采用當(dāng)?shù)氐姆凵巴?若采用砂質(zhì)粉土、細砂土,則土工布袋的技術(shù)要求應(yīng)相應(yīng)調(diào)整,當(dāng)粒徑較粗時,吹送用的泥漿泵也將由砂泵替代.2.2橫向隔堤.圍堰一般由縱向主堰與橫向隔堤組成.縱向主堰在布置中盡可能順直,采用長的土工管袋.由于管袋接頭是防滲薄弱環(huán)節(jié),因而圍堰上、下、前、后接頭應(yīng)盡量依次錯位.橫向隔堤的設(shè)置,主要是使分段施工時,減少滲漏排水量,并對主堰起支撐加固作用.為了減少潮水對防沖工程的沖刷,海塘每隔250～300m就設(shè)有一道伸入錢塘江近百米長的丁壩,它們都在無堰狀態(tài)下?lián)尦蓖旯?其基礎(chǔ)多由塊石組成,實屬大孔層,為了防止主堤與丁壩交接處大量滲水進入基坑,因而在丁壩兩側(cè)也往往設(shè)有橫向隔堤.隔堤通常布置在縱向主堰內(nèi)側(cè),不直接與錢塘江相依.2.3坡腳與沉井間距根據(jù)鹽倉標(biāo)準(zhǔn)海塘施工經(jīng)驗,堰頂高程,一般為枯水期多年平均最高水位加涌浪浪高后的高程值,并考慮到圍堰完工后脫水固結(jié)及堰基受壓沉降,應(yīng)預(yù)留30～50cm沉降量.圍堰內(nèi)坡腳與沉井外邊緣間距是一個重要參數(shù),沉井通常采用開挖與沖沉相結(jié)合方式沉放.遇大塊石時,沖沉難度加大,若沖沉?xí)r間過長,往往使沖挖邊坡范圍擴大,如果圍堰坡腳線與沉井間距過小,堰基易被掏空失穩(wěn).根據(jù)老鹽倉各期施工經(jīng)驗,4.5～5m沉井,其間距應(yīng)保持12～15m以上.也曾有施工單位為減少隔堤工程量與基坑排水量,將此間距縮小到了8m,結(jié)果沉井開挖出來后無處堆放要用于外側(cè)的拋填塊石,且?guī)锥瘸霈F(xiàn)圍堰基腳不穩(wěn),幸及時采取措施,才得以渡過險情.3法律法規(guī)的吹掃和填充3.1大壩設(shè)計和施工3.2土工布管袋噴膠圍堰(1)測量放樣:利用小潮汛候潮水上測量,并在軸線兩端設(shè)置鋼管定位樁,定位樁通常用三根鋼管形成三角架構(gòu)成.(2)清基開挖:由于護坦及丁壩每年不斷拋石加固,致使堰軸線一帶常沉積有大量塊石,為了防止土工管袋被擠壓破損與漏滲,在灘地高程較高的地方,常用挖土機清基,退潮后水位仍較高的地段,亦可直接在堰基上吹填土,將塊石覆蓋住.(3)搭設(shè)鋼管架:根據(jù)圍堰內(nèi)外邊樁位置,在水位較淺部位,數(shù)名工人穿防水橡膠服合力搖入灘地中,水位高時可在駁船上打入,困難地段亦可用高壓水沖孔后打入,而后連接橫向鋼管、斜撐、剪刀撐,形成整體,橫向連接鋼管隨圍堰升高要相應(yīng)拆除.(4)鋪土工布管袋:人工或駁船在退潮后將定制的土工布管袋充填口朝上,平直鋪設(shè)到位,為防止充填過程中的位移,圍堰兩側(cè)的土工袋有時先吹填土坎限位.(5)吹填土:圍堰可從錢塘江、內(nèi)河及旱地取土,由于內(nèi)河與旱地取土可免受錢塘江潮汛影響,減少每日二次的船只與管道撤移,從而每方土可減少成本3～4元,故在有條件情況下為首選方案.錢塘江取土,可選用吸泥船,將泥漿泵經(jīng)4英寸錦塑管,經(jīng)浮子壓送至土工布管袋內(nèi).內(nèi)河取土,可將高壓水槍設(shè)在吸泥管上20cm處,二者結(jié)合在一起通過浮筒沉放入水下,通過泥漿泵壓送至土工布袋內(nèi).旱地取土,先用高壓水槍沖土,粉砂土在水流作用下流入低坑,由浮筒上的泥漿泵,將濃度約25%～30%泥漿壓送至土工布袋內(nèi).泥漿從設(shè)在管袋二端的進漿口自流吹入袋內(nèi),當(dāng)充滿至60%～70%后,可在管袋上側(cè)戳孔,以利于排水.同時在袋兩端上面人工踩壓,以加快固結(jié).一般灌滿漿1小時后,已能承載.如此反復(fù)筑至一定高程,而后進行粉土堰芯充填,之后逐漸縮小斷面尺寸,直至封頂圍堰形成.在吹填土工袋過程中應(yīng)注意泥漿壓力控制,以防土工袋破裂.(6)圍堰拆除:除水閘進出口等特殊地段外,一般地段不必人工拆除,因土工布在露天日照下,4個月后便開始老化變脆,在潮水的猛烈沖擊下會被自然沖跨.但施工單位為了獲取土工布袋的殘值(1200～1400元/t),通常在圍堰完成歷史使命后,便人為將其劃破,利用潮水沖走粉砂土,取出土工布袋.如此2～3個潮汛下來,殘堰即被沖盡.3.3施工現(xiàn)場與施工隊伍防沖及下護坡工程受潮位控制,一般要求3月底枯水期前完工.一到4月便進入梅雨季,若工程拖至此時尚在施工,將冒很大風(fēng)險.盡管一般圍堰都力爭在11月中旬至12月上旬前施工,但留給圍堰的施工工期仍甚短,通常安排二個小潮汛來完成,實際有效工期尚不足半月.而圍堰斷面很大,每米需吹填土約45～60m3.因而組織流水作業(yè)時通常按350～500m為一個作業(yè)段,每個標(biāo)段近1000m范圍,2～3個工作面同時施工.日平均施工強度達3750～5000m3左右.相應(yīng)配備的施工設(shè)備與勞動力見表1.我們認為,土工袋吹填土圍堰委托專業(yè)化隊伍施工,較一般水電隊伍施工更為經(jīng)濟快速與可靠.在海寧、蕭山一帶已有不少吹填土圍堰的專業(yè)施工隊伍,他們具備有各類取土地點,不同輸送距離,吹填各種圍堰所需要的機械設(shè)備、器材,人員操作熟練,經(jīng)驗豐富,除了完成圍堰各環(huán)節(jié)施工外,還負責(zé)維護加固一條龍服務(wù).4管袋被沖淤,影響滲透性錢塘江海寧鹽倉標(biāo)準(zhǔn)海塘處于強涌潮地區(qū),潮流條件復(fù)雜,特別在大潮汛期間往往夾帶大量塊石,以高速水流沖刷堰基,切割土工布管袋,給圍堰安全帶來諸多不利因素,因而這種圍型要特別注重日常維護保養(yǎng)與加固工作,這也是土工袋吹填土圍堰成敗的關(guān)鍵之一.根據(jù)實踐,其主要措施如下:(1)管袋材料聚丙烯屬于易老化材料,特別在陽光長期照射下,使土工袋變脆,強度顯著下降.其安全使用期一般為3～4個月(有些土工布內(nèi)摻有抗老化劑,壽命可大于此值).因而要嚴格控制圍堰使用期限.(2)吹填土管袋圍堰的主要殺手是帶棱角的塊石切割,潮汛越大,破壞性也越大,一旦管袋被切割破裂,粉砂土將會很快被水沖散.因而平時要加強水情了解,潮后要有專人巡視,發(fā)現(xiàn)這一情況,要及時修補加固.(3)堰基外側(cè)被淘刷過深時,會形成管涌滲漏,一旦圍堰內(nèi)側(cè)出現(xiàn)大量滲漏水,應(yīng)立即在圍堰基腳部位及時補充填土管袋.否則多則二十幾分鐘,少則十幾分鐘都可能造成圍堰坍塌,這也要求施工單位平時必須配備足夠搶修設(shè)備、器材.(4)沉井沖沉過程中,要注意觀察沖挖邊坡是否會影響堰基穩(wěn)定性.發(fā)現(xiàn)這種情況要立即停止沖沉,改用開挖沉放或低水位時施工,沉放完畢立即拋石回填.(5)一旦圍堰出現(xiàn)險情,而錢塘江潮位又很高的情況下,立即要停止沉井沉放,必要時尚可堰內(nèi)灌水,以防圍堰遭受破壞.5主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)不同地點、不同斷面尺寸圍堰材料耗量不同,今以三期工程某標(biāo)段為例(見表2),以供參考.(2)潮前沖淤、下護坡、定期執(zhí)法根據(jù)鹽倉二、三期工程各標(biāo)段資料統(tǒng)計值可知,土工管袋吹填土圍堰在海塘工程總價款中,占很大比重.分別達臨時工程價款的77%～80%,主體工程價款的12%～17%.然而實踐證明,這種筑堰施工方法依然是一種經(jīng)濟、高速、優(yōu)質(zhì)的施工方案.以2000年錢塘江河口近回頭潮地段工程南岸與北岸施工為例,南岸某段海塘考慮到該地段水勢兇猛,擔(dān)心筑堰有問題,選用搶潮施工.由于一日二潮,有效工作時間很短,每次潮后,要進行被沖毀的道路鋪筑,前一次被沖毀模板的修整,澆筑倉面與淤泥沖洗,挖掘機、起重機重新進場,沖入沉井內(nèi)塊石的清除從而機械設(shè)備、勞動效率甚低,進度緩慢,臨建與輔助費用大大增加.由于屬于搶潮施工,模板、鋼筋安設(shè)都難規(guī)范化,沉井沉放、護坦砼澆筑基坑排水清淤不凈,平整度,沉井沉放垂直度、間隙都難以控制.每每砼才澆畢,盡管摻加了速凝劑,潮水一來表面仍被剝蝕一層,甚至局部被沖走,總之質(zhì)量難以保證,有時連機械設(shè)備都來不及撤退.也正因如此,該海塘工程用了二年時間才完工,施工人員在梅雨季節(jié)與洪水季只