膜袋砂围堰在十字沥水闸中的应用

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摘要：本方阐述了某工程围堰施工技术方案、施工工艺等，主要通过模袋砂在围堰施中的分析和应用，证明在淤泥地基上采用膜袋砂围堰是可行的。其最大的优点是对软土地基产生的变形和沉降适应性强，自身稳定性好。而且堰体断面较小，可就地取材，施工简单。

关键词：膜袋砂围堰施工

一、工程概况

1、基本情况

十字沥水闸应急项目为乾务赤坎大联围赤坎联围加固达标工程的一部分，主要施工内容为水闸、船闸工程，其中有一孔船闸及三孔一联排水闸2个，包括水工建筑、供配电系统、电气工程、监控工程及金属结构工程。本工程按防御50年一遇风暴潮标准设计，主要建筑物为2级，相应的次要建筑物按3级、临时建筑物按4级进行设计。

2、气象条件

工程区气候温暖湿润，日照充足，雨量丰沛，多发暴雨，热带气旋影响频繁。多年平均气温22℃，最高气温37.3℃（1990.8.23），最低气温1.7℃（1975.12.4）。多年平均湿度为81%。工程区年平均风速3.3m/s，全年大于8级风的天数多达10.4d，瞬间最大风速43m/s，最大10分钟风速为31.7m/s（1983.9.9），风向为NNW。

3、潮汐特性

十字沥水道处于“洪潮区”，即汛期洪、潮在这里相互作用和壅托。本区域潮汐属不规则半日混合潮类型，在一个太阳日出现两次潮起潮落过程，每次潮高、潮差、涨落历时均有变化，平均涨潮历时5：50，平均落潮历时6：43。在一个太阳月中亦呈周期变化，一般朔、望日（初一、十五）后2～3天出现大潮，上、下弦日（初八、二十三）后2～3天发生小潮。每逢台风侵袭并遇上大潮时，则形成台风暴潮，口门附近河段潮位会出现下游高于上游现象。年最高高潮位一般多出现在汛期6～9月或风暴潮正面袭击时，年最低低潮位多出现于枯季1～3月，即一年中夏潮高于冬潮。

本区域属弱潮型河口，潮差较小，一般1m左右，最大潮差可达3m左右，潮差的年际变化也不大。

二、工程地质条件

（1）工程区位于珠江口入海处，属三角洲平原地貌，广泛分布较为深厚的海相沉积淤泥和淤泥质软土。根据国家标准1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306―2001），工程区地震动峰值加速度为0.10kg，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为VII度。新建十字沥水（船）闸，基础座落在淤泥土层上，淤泥土层厚度一般为10.30～18.80m，局部稍厚，其地基承载力不能满足要求，建议采用复合地基或桩基处理。

（2）工程区河流以及地下空隙水对混凝具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。

（3）所选北山村土料均属于低山、丘陵区、剥离层薄，开采运输方便，平均运距15km。土料以砂、砾质粘土为主，其颗粒组成分散性较大，渗透性偏大。

三、膜袋砂围堰设计

根据本工程所处的地理位置，以及工程施工需要，围堰采用全段围堰法导流方案。在闸址上下游各修建一道围堰，用于挡内外江来水及潮水。

围堰是在流塑性淤泥软基上填筑的，采用膜袋充填砂构筑。堰顶高程3.0m，其中模袋砂施工高度2.5m，外海侧模袋砂顶部砌筑50cm厚袋装土；堰迎水面先铺防渗土工膜一层，之后用砂垫层找平，外压30cm厚砂垫层及100cm厚块石。内围堰顶高程3.0m，其中模袋砂顶部需填筑50cm厚石渣土垫层基础，再施工20cm厚泥结石路面（高程2.5m）作为施工便道。内围堰迎水侧模袋砂顶部砌筑50cm厚袋装土；堰迎水面先铺防渗土工膜一层，之后用砂垫层找平，外压30cm厚砂垫层及50cm厚块石。

四、围堰施工

4.1施工程序

铺设土工格栅、模袋铺设、抽砂船冲灌模袋砂、铺设土工膜、抛填围堰上下游钢筋笼和大块石压脚、接头处理。

4.2施工难点及措施

(1) 膜袋的定位铺放:在施工前，应对河床进行适度的清理，保证堰基较为平顺，没有尖锐物，避免对膜袋产生破坏。先施工河床最深处的铺袋，宜选择低潮平流时开始施工，便于作业。膜袋采用竹桩定位，根据堰体尺寸，在铺放处四个角插上毛竹，将膜袋的角拉环套在毛竹上，灌砂时让膜袋顺定位桩沉入河底。

(2) 围堰合龙:与其他围堰形式不同的是:一般情况下其他类型的围堰都是龙口合龙的问题，而膜袋围堰施工时，则应避免出现龙口，尽可能均衡上升。特别是围堰施工高度达到水位变化区时，在每涨退潮时，不能留下个别缺口，同一层膜袋应在一次涨退潮期间完成，避免集中水流对堰体的冲刷。

(3) 围堰防渗:围堰的渗漏主要有三个部位:堰体与原河床接触面;堰体与岸坡接触面;膜袋与膜袋之间。特别是前两个部位，是破坏力最大，也最危险的地方。防渗的主要措施有:

①利用牛皮砂含泥量大、自身致密性好、透水能力差的特点，自身防渗。

②膜袋之间容易形成渗水通道，一方面不要将牛皮砂充填得太满，让膜袋自身调整挤密;另一方面，也可在膜袋之间塞填粘性土后，再覆盖编织土包。

③在堰体迎水侧从堰顶铺设两层土工编织布至堰脚，并深入河床3m ，编织布用砂包梅花状压面固定;在塑料编织布搭接处，则要用砂包密铺压实。

(4) 局部问题处理:

①堰体与岸坡连接处，需夯填粘土，嵌入岸堤，形成嵌入式防渗截水槽。

②外堰脚宜填土压脚，作为防渗体。

③子堰施工时应分层分阶段加高。选择合理的时段，每天填筑高度30cm左右，严格控制填筑速度，加强观察。

④基坑抽水时，应严格控制水位降幅，每天50cm 左右，注意堰体脱水、渗水通道，避免集中渗水，形成管涌。

4.3结论及建议

(1) 膜袋砂围堰在此地成功运用，满足了施工要求，符合就地取材、合理利用资源的原则，是一项可行的技术。适用沿海地区软基上修筑水利工程围堰，且截流后水不高、水位差不大的工程。

(2) 膜袋砂围堰的断面尺寸要比常规砂石堰体断面小，对受场地限制的水利工程可创造更有利空间，方便施工。

(3) 具有堰型小、堰体轻、自身稳定性好、对淤泥地基变形适应性强、施工简单等特点，减少了施工难度和强度，缩短了工期，同时也节约了投资。

(4) 实践证明，防渗效果完全满足施工要求。

(5) 可进一步在运用中探索可否在堰底铺设无纺布，提高基础的承载力及堰体的整体性。

五、施工工艺

1.施工准备

模袋准备：按围堰的断面及平面布置情况，从围堰底部开始，对围堰模袋逐层进行计算，确定模袋的长和宽，再按设计分层高度确定模袋的高度，为确保模袋的充填厚度，在模袋的定货时，需将模袋的高度适当加高，一般宜加高100mm，单个模袋最大尺寸不宜超过60m×20m×0.8m。

砂料准备：填充模袋的砂料，一般采用细度模数小于1.8的粉细砂，砂中宜有20%左右的淤泥。围堰施工前，应对砂料进行实地勘测，检测砂的细度模数及含泥量，确保充填的材料符合要求。

人员组织：为保证模袋顺利充填，应有12～15人进行模袋充填施工。

机械船只准备：在围堰施工前，应准备两条200t的抽砂驳船。

2.施工步骤

（1）测量定位。按照设计的位置，对模袋砂围堰每层进行测量放样，保证围堰按设计进行施工。

（2）模袋的定位及预充水。模袋顺水流方向铺设，将模袋按测量放样的位置进行定位，将模袋靠岸的两边四角预先进行固定；并向模袋内预充一定量的水，以保证模袋能漂在预定的水域上而不被水流冲在一起。

（3）充填模袋。用人工将泵管与砂袋的灌砂口绑扎结实后，用抽砂船将砂驳上的砂料以一定的压力灌送到模袋中。在充填砂时应先充填模袋的四个角，再充填模袋的中部，在充填中部同时应将用来固定模袋四个角的绳索松开，让模袋在充填砂的同时均匀下沉，保证模袋能准确地沉降到预定的位置。围堰出水以后，为了保证砂袋充填饱满均匀，在充填砂同时应配备人员对砂袋进行踩压。

（4）围堰上游防渗措施。在围堰砂袋充填完成后，应在围堰上游侧边坡铺设土工膜并压袋装砂对围堰的模袋进行保护，并起防渗作用；在围堰顶也应压砂袋来保护面层的模袋，以保证围堰的完整。

（5）抛石压脚。用石驳运输船运输块石至抛投作业面，人工按设计要求抛投。

（三）施工注意事项及应对措施

应特别注意的问题是：由于饱和流塑性淤泥的承载力有限（一般不超过5t/m2），围堰主堰体的荷载远远大于基础承载力，基础必然会下沉甚至会滑移，施工时应如下措施：

1、防冲槽抛石完成后才进行围堰施工。

2、每天的填砂高度不宜太高。

3、围堰合拢时间应控制在连续低潮时段进行，并且上、下游堰体合拢时差应控制在最短时限。

4、施工过程中应每天进行沉降位移观测，用以指导和修正施工强度。

5、围堰在填筑过程中应注意观察，并控制速率，以免地基失稳，膜袋破裂。

六、结语

模袋砂围堰具有就地取材、方便施工及经济实用的特点，已经在珠江三角洲范围内得到广泛的应用。此类围堰适用于江河出海口一定范围内，此类河道由于水道长，砂粒较小，且由于淡水与海水汇合使水中的悬浮物沉淀，使砂中淤泥含量较大，在围堰自然沉降稳定后，使围堰具有天然的防渗功能。