粉砂地基上模袋砂围堰设计与施工

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摘要:为实现在粉砂地基上修建闸坝，保证基坑开挖安全，可采用模袋砂围堰施工技术。模袋砂围堰技术本身具有工期短、结构整体强度大、取材便利等特点。本文结合笔者水利工程施工的丰富经验，以湛江市某工程为例，深入阐述了模袋砂围堰施工要点，满足了在粉砂基础修建围堰的功能性需求，消除工期漫长、工序复杂等问题，从而为在粉砂地基上采用模袋砂围堰设计来修建水利工程提供参考。

关键词：粉砂地基；模袋砂围堰；施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：

前言：

该工程距离鉴江出海口1.7km，是集供水、灌溉、蓄淡、挡潮、排洪、航运于一体的多功能枢纽工程。按实际施工要求，在其河流外侧需要分左、右岸2期修建围堰。其中Ⅰ期围堰整体长度为2327.66m，分为上游围堰下游围堰，上下游围堰于同一侧陆岸向江中延伸，于半江处闭合，平面呈“V”型，围堰处地面高程-0.2～-5.50m（珠江基准高程系）。由于该工程受地质、水文气象条件影响，具有粉砂土层承载能力较差、工期短、施工复杂等诸多难点。对此，笔者认为选择科学的施工方案来完成围堰填筑任务，是工程顺利竣工的重点。

1.工程地质实际条件

笔者根据该工程的地质勘查报告，闸坝工程所处围堰的地质基础②-2及③层砂土层，呈松散状，局部夹水泥及淤泥质土，承载力较低，厚度为1.3m~13.4m，分布不均，变化大，该土层基础的承载力较低、内部松散，除此以外该工程地基受海水涨落潮影响耐冲刷性差，由于淤泥质粘土呈软塑状，具高压缩性，承载力及抗剪强度较低，施工时应分期填筑，控制施工填筑速度，对上部夹层淤泥须作适当处理，增强基础稳定性。否则围堰建筑高度一旦过高，其工程施工速度必然加快，而粉砂地基的排水固结时间缩短，同时地基可能出现管涌以及塑形流动，最终对围堰造成剪切破坏埋下隐患。

2.模袋砂围堰设计

2.1处理围堰地基具体方案

粉砂地基处理方案基于地基状态的改善效果来分析，主要分为预压真空结合排水固结、模袋砂反压成堰平台方案。

预压真空结合排水固结方案，主要是通过基坑土体填充 产生真空预压的施工空间，在负压真空的影响下，土体中的水分经过排水板排出，地基内部出现排水固结，逐步增强其强度，实现了加固目的，该方案在经济与技术方面较为科学，但可操作性不强，地基总体达到设计强度，至少需要近5个月的时间，对此在工期方面无法使用要求；模袋砂反压成堰平台方案，通过水力设备来施加压力将砂料填入模袋，泌水固结后产生具有密实性构筑体，通过层层叠加后形成围堰，该方案充分利用了就地取材的优势，具有机械化水平高、速度快，同时对模袋的加筋与包裹，充分发挥地基的变形能力，从而增强围堰的整体及局部稳定性，对此本工程选择模袋砂反压成堰平台方案。

2.2围堰堰体设计

根据湛江的地理环境和水文气象条件来确定堰体结构的主体形式，模袋砂堰体与其他堰体比较，笔者认为传统堰体出现造价成本高、周期长、抗渗要求高等问题，因此笔者确定模袋砂作为堰体的设计形式。该堰体形式能适应粉砂土层要求，同时整体施工造价偏低、周期短，有利于现场工程的施工，且便于围堰工程截渗工作持续开展。

2.3围堰边坡防护

本工程位于黄海区域，所在地潮汐属于弱潮型和不规则全日潮，汛期潮差就比较大，平均潮差达到3米。根据历年的气象资料，每年受台风影响1~3次，对工程施工影响较大，因此加强围堰边坡防护对保证围堰以及基坑的施工安全具有重要意义。

笔者根据当地水利工程边坡防护的工作经验，确定以下防护方案进行对比：第一，迎水面±0.00m以下采用干砌块石护脚，±0.00m以上采用砼护坡，背水面采用土工布袋内装砂土。该方案能够改善海浪影响效果，在施工过程中也较为简便，能够缩短施工工期。第二，模袋混凝土抗潮护坡，笔者对该方案进行计算与分析，认为该方案的防护边坡施工环节简单，在施工过程中混凝土具有流态特性，因而能够快速适应边坡的工程环境，然而该方案的抗风浪水平较低，且造价较大超过2倍的砼护坡方案造价。结合上述方案进行对比，笔者本着安全有效、合理经济、便于施工原则，选择第一种防护方案进行施工。

3.模袋砂围堰施工要点

3.1选择材料

在围堰施工中对模袋材料通常采用具有良好透水性的粗砂，粒径不得低于0.08mm其含量应高于80%以上。并采用每平米200g的土工布作为抗老化模袋材料，其渗透系数应高于35cm/s，伸长率应少于20%，模袋的纵向抗拉强度应高于50KN/m。

3.2制作袋体与铺设

模袋规格应根据设计要求在加工厂加工成型，模袋长度按L≦10m控制，模袋的宽度根据不同的层决定，厚（高）度按50cm，模袋的实际加工宽度（平铺宽度）=（横断面周长+150cm）/2。施工人员在模袋体沿着纵、横向布置充填孔，同时将“袖口”与充填孔进行缝接，以便于填砂。模袋四周应缝制加筋带，加筋带应采用5cm宽的丙纶加筋带，并至少缝制2道，针距小于10mm。袋体缝合过程时，施工人员应采取包缝法来进行缝制，缝接方向平行于长度方向，长度方向不允许出现接缝，接缝应采用35支三股锦纶绳包缝，其强度不低于土工布强度的70%，完成袋体缝制后，袋体拼缝部位强度应高于袋体强度的90%以上。模袋在加工制作、运输、堆放、铺设、充填等施工过程中，注意保护，防止出现破损和老化现象，如有破损及时修补。按照围堰放样测量的中心线，将袋体进行平铺展开，并用钢管插入模袋四周布置的加劲环来固定袋体，从而避免袋体发生移位。保证充填砂袋在围堰横断面方向连续铺设，不得出现分袋，搭接或缝接现象。上下层模袋有足够的错缝长度，每层袋的充填厚度均匀一致，厚度在0.4～0.5m之间，并做到层次分明。（模袋样图如下图所示）

3.3充填模袋砂

完成模袋安装作业之后，向模袋中灌砂。潜水员将采砂船的吹砂软管插入土工模袋的袖口中，绑紧袖口后开始向模袋中灌砂，充灌压力控制在0.2～0.3MPa。施工人员应沿袋体长度方向进行充填，来传递均匀应力，以消除应力过度集中而对袋体造成破坏，在施工过程中实时调整软管方向，均匀分布充填袋体，避免在充填袋体过程由于受力不均匀而发生移位变形，确保袋体达到预期的饱满度。在模袋充填中施工人员先用弯钩在模袋顶面戳一小口，除此以外施工企业应组织人工在袋体顶面进行反复踩踏，来加快袋体固结与排水的速度。当模袋的饱实度超过85%时，并使用木棍对模袋的边角进行敲打，将砂土颗粒进行排列增强其密实性。当模袋填充达到屏浆程度，施工人员应逐步减少软管的充填量，并保留脱水、固结时间，避免袋体发生爆裂，模袋的充填厚度应对保持在0.5~0.6m，在此过程中袋体充填没有达到设计厚度，施工人员应选择复冲法，且保证在潮差内完成这一工序，袋体完成充填后将其保证挤密状态，袋体间不能产生明显的通缝，将袋体进行错开布置。灌砂袋按前进方向呈阶梯型连续推进，逐层加高；每个砂袋充灌完后，则对袋体的位置及高程进行检测，不在局部段一次性加高两层以上；在下层袋体滤水固结之前，不在其上充灌另一层砂袋。注意保护已铺设完成的砂袋体，防止施工船舶机械等对砂袋的破坏。

3.4施工测量

模袋砂围堰立面控制测量，由于每层砂袋的中心位置各不一样，其中线是变化的，故棱体砂袋的中线控制标志的设置，应采取移动式，或根据每作业段的棱体断面，按底层砂袋和顶层砂袋的中线，设置中线变动范围标志作为粗定位标志，另以仪器作为准定位控制。模袋砂围堰施工具有工期短、多层填筑、施工环节少等特点，此外由于受到涨落潮的影响，地基出现明显的位移、沉降。为了保证施工安全，在加载堰身过程中施工人员应定期测量土层的水平与沉降位移。施工人员在完成围堰施工后，定期测量沉降位移变化情况，并且根据实际情况调整观测时间与次数，一旦变形量超过施工标准，应迅速暂停施工，同时增加观测次数，直至水平位移速率与沉降量满足设计要求后，从而恢复闸坝工程的施工。

结束语：

综上所述，根据围堰工程的完工情况，选择的模袋砂围堰设计与施工方案不仅科学、合理，能够有效解决了围堰填筑问题，而且在经济与社会效益方面产生理想的效果，对类似的水利工程具有重要的借鉴意义。

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