管袋充砂圍堰設計與施工技術研究

徐東海

摘要：文章以龍灣二期工程的中心大閘為代表，通過對海上圍墾工程中水閘圍堰工程深入分析，對常用土石圍堰結構及材料實施了優化設計，利用充砂袋為主結構，實現軟土基礎上建筑最大限度均載，提高加荷速率，加速閉氣體固結等技術優勢，滿足了基礎穩定，縮短了臨設工程（圍堰）施工時間，補充了圍堰內主體工程工期不足，保障了工程主體項目節點時間實現，且節省了該單項工程成本，為類似工程建設具有較好的借鑒意義。

關鍵詞：龍灣二期工程；圍涂工程；軟基；管袋充砂圍堰；圍堰設計；施工技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV871 文章編號：1009-2374（2015）21-0126-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.063

1 工程概況

溫州龍灣二期圍涂工程位于浙東南的甌江口南側的東海岸，東臨大海，南至瑞安市交界線，西接丁山一期圍墾、天城圍墾、永興圍墾、海濱圍墾，北與溫州淺灘工程隔江相望。圍區總面積3.445萬畝，為Ⅲ等工程。主要由海堤和水閘組成。工程概算總投資約194369萬元，計劃施工總工期48個月，其中第一階段為27個月。海堤、水閘等主要建筑物級別為3級，設計防潮標準為50年一遇。圍堰等臨時建筑物級別為5級，設計防潮標準為非汛期5年一遇標準。根據現場施工交通條件和建筑材料供應條件，經綜合研究，中心大閘圍堰結構采用充砂管袋外加大塊石壓腳及灌砌石防護的結構形式，并取得了較好的經濟和社會效益。

1.1 水文、氣象

本工程地處浙江省東南沿海，屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量豐沛，光照充足。據統計，溫州氣象站氣溫年平均氣溫17.9℃，其中7月最高為32.1℃，一月最低，為4.6℃。

1.2 潮汐特征

本工程附近海區的潮汐，屬正規半日潮。存在明顯的高潮不等和低潮不等現象，春分至秋分間夜潮高于日潮，秋分至翌年春分間反之。其潮位設計成果見表1：

1.3 工程地質

中心大閘工程地質條件根據勘探孔揭露，閘址土層結構分布如下：

灘涂表部流泥層，厚約0.10～0.50m，含水量高，孔隙比大，性質極差。

Ⅲ0層淤泥質粉質黏土：淺灰黃～灰色，飽和，流塑，高壓縮性。含有機質和細小白色貝殼碎片，夾粉土或粉砂。所夾粉砂或粉土含量分布不均，一般呈薄層狀或團塊。該層厚度一般為1.20～4.30m。物理力學指標：W=（43.1～61.6）%，ρ=（1.64～1.92）g/cm3，Es=（1.66～3.55）MPa，快剪：C=（3.6～6.3）kPa，φ=（3.3～9.8）°，W=（25.6～44.8）%，ρ=（1.74～1.99）g/cm3。

Ⅲ2層淤泥：青灰色，飽和，流塑，高壓縮性。局部含少量白色貝殼碎片，上部夾少量薄層狀粉砂、粉土。該層分布穩定，頂板高程-4.30～-11.40m。物理力學指標：W=（52.5～63.6）%，ρ=（1.60～1.72）g/cm?，Es=（1.68～2.19）MPa，快剪：C=（6.2～11.7）kPa，φ=（4.6～6.3）°，固快：C=（8.9～11.6）kPa，φ=（12.7～17.7）°。

2 圍堰設計指標

2.1 圍堰高程確定

中心大閘圍堰為臨時性建筑物，建筑物級別為5級，圍堰擋潮標準采用5年一遇非汛期最高潮位。工程處于北部區，設計潮位為：3.89m。根據《浙江省海塘工程技術規定》，外圍堰堰頂高程：設計潮位+浪高+安全超高，設計潮位為3.89m，浪高為1.8m，安全超高為0.5m。堰頂高程取：6.2m。內圍堰位于海堤保護范圍內圍區側，受風浪沖擊較小，堰頂高程：設計潮位+安全超高，取4.4m。為減少外海側圍堰工程量，外海側圍堰采用5.0高程管袋+1.2混凝土防浪墻結構。

2.2 圍堰基礎處理

圍堰基礎處理采用塑料排水插板法進行排水固結，排水板設計深度為10m。

2.3 圍堰結構設計

2.3.1 圍堰軸線確定。根據水閘設計方案，中心大閘樁基處理范圍中心大閘樁基處理范圍79.6m×88m。由于閘基開挖深度僅為0.5m，開挖穩定邊坡按1：6考慮，圍堰（基坑側）坡腳至樁基處理范圍外邊線的安全距離為12m（局部為5.0m）。從而中心大閘圍堰總長515m。

2.3.2 圍堰斷面設計。外圍堰堤頂考慮通車要求，堤頂鋪填50cm厚泥結石路面，堤頂寬度6.0m。

圍堰結構主體為：3層通長袋吹砂，至堰體鎮壓層高程，加上部袋裝砂棱體，外海側在▽1.5m高程設寬18m的鎮壓平臺，鎮壓平臺與堰頂之間用1∶1.5的斜坡連接；基坑側在▽1.0高程設寬11.6m的鎮壓平臺，鎮壓平臺至涂面1：2放坡，與堰頂之間用1∶1的斜坡連接。

2.3.3 堰體與海堤交接設計?？紤]到水閘和海堤（堤閘連接段）的過渡與穩定，在圍堰施工前，對圍堰與海堤交接處的基礎采用了插板處理。為此，在圍堰吹砂管袋施工前，對此交接處開挖一10m寬的截水槽（碎石清除干凈，開挖至原涂面以下），并采用止水砂袋截斷透水通道，后在其上鋪設吹砂通長袋。

2.3.4 堰體材料選擇。堰體管袋采用200g無紡土工布縫制，縫制時，袋體的所有接縫均采用包縫法進行縫制，采用35支三股棉線，強度大于150N/m，每條接縫縫制不少于三道（先縫一道，折疊后再縫兩道）?？p制后的袋體拼縫部位強度不低于原織物強度的70%。拼縫設置在與上下層袋體的疊合部位，盡量避免通條出現在袋體兩側，確保袋體的接縫強度。

3 圍堰安全性分析

3.1 沉降計算

軟土地基沉降計算包括以下內容：瞬時沉降Sd；次固結沉降Ss；主固結沉降Sc；總沉降S∞。

瞬時沉降是在荷載實施后立即發生的那部分沉降量，它是由剪切變形引起的。主固結沉降指的是那部分主要由于主固結而引起的沉降量，在主固結過程中，沉降速率是由水從孔隙中排出的速率所控制的。次固結沉降是土骨架在持續荷載下發生蠕變所引起的?？偝两盗繛樯鲜龀两盗恐停磉_式為：endprint

S∞=Sd+Sc+Ss

由于在計算過程中瞬時沉降和次固結沉降較難通過理論計算，所以總沉降量簡化通過經驗系數法進行計算。即通過計算主固結沉降，再用沉降計算經驗系數修正，如下式：

S∞=msSc=ms

式中：S∞——總沉降量；ms——沉降系數，一般ms=1.3～1.6，根據本工程地質條件ms取1.4；Sc——主固結沉降。

計算參數：沉降計算時采用平均低潮位作為計算水位，平均低潮位以下取浮容重，平均低潮位以上取濕容重；計算深度算至附加應力為0.1倍自重應力處；e-p曲線采用地質勘察報告提供的平均e-p曲線（垂直）。

計算結果：采用上述計算方法及計算參數，計算圍堰工后沉降約1.45m，在施工期應充分考慮沉降對圍堰結構的影響。

3.2 滲流穩定計算

圍堰基礎滲流穩定破壞主要為“流土”破壞，其計算公式為：S=∑kγwh/γ；式中k——安全系數取1.2；——土容重（kN/m?），水下取浮容重，水上取濕容重；w——水容重（kN/m?）；S——土層厚度（m）；h——水頭差（m）。

外海側取50年一遇設計高潮位，經計算，實際圍堰底寬土層寬度大于計算要求土層寬度，滿足防滲流土要求。

3.3 圍堰穩定分析

計算方法及允許最小穩定安全系數。

根據《浙江省海塘工程技術規定》，圍堰整體穩定采用瑞典條分法，最小安全系數Kmin完建期按正常運行條件考慮控制在1.05左右。其計算公式如下：

K=；式中：K——抗滑安全系數；Wi——土條的滑弧長、重量（kN）；Li——土條的滑弧長（m）；Ci——土條滑動面上的凝聚力（kPa）；i——土條滑動面上的內摩擦角（度）；αi——滑動面中點的切線與水平線的夾角（度）；T——土工織物設計強度（kN）。

物理力學參數。圍堰填筑體物理力學參數如下：

砂：重度17.5kN/m3，飽和重度21.0kN/m3；c=0kPa，=37.5°。T=35kN/m。

地基土層物理力學指標見表2：

穩定計算成果：根據本工程水閘圍堰的地基土層變化情況，本階段對各水閘圍堰典型斷面在其相應地質條件下的整體穩定情況進行分析計算，計算采用理正巖土工程軟件進行。經計算分析，圍堰最小安全系數kmin滿足規范要求。

4 主要施工工藝及施工方法

4.1 施工程序

圍堰施工程序為：施工準備→清理堤基→外海側底層鋪通長管袋吹填→內海側鋪通長管袋吹填（外海側打排水板）→鋪通長袋吹填砂（分層至鎮壓層高程）→外圍堰鎮壓層拋石→袋裝砂棱體（分層至頂，并留出龍口）→護面保護→合攏→龍口段的護面保護→堤頂路面及防浪墻。

圍堰施工前，水閘南北兩側海堤堤基排水插板各推進進尺100m以上，避免堤基排水插板施工和圍堰施工相互干擾。待通長袋施工后，圍堰南北兩側海堤拋石跟上，以利于盡快形成轉運平臺，為水閘工程施工提供相應場地。

4.2 施工方法

管袋縫制：袋體規格按設計要求在現場加工，袋體制作長度以圍堰斷面寬度為準，袋體制作寬度為20m左右。同時，根據第一個試充填情況，適當調整袋體制作寬度，使一個袋體充填在一個潮水內完成。袋體上層縱向和橫向每隔5m設置一個充填孔，充填孔縫制成“袖口”，便于充填砂。露灘部位的充填袋體的“袖口”長度宜為300～500mm?？p制時，袋體的所有接縫均采用包縫法進行縫制，采用35支三股棉線，強度大于150N/m，每條接縫縫制不少于三道。縫制后的袋體拼縫部位強度不低于原織物強度的70%。拼縫設置在與上下層袋體的疊合部位，盡量避免通條出現在袋體兩側，確保袋體的接縫強度?？p制好后，折疊成形，堆放于陰涼干燥處，并注明袋體的尺寸、充填位置和序號。

充砂：砂庫布置：在圍堰北側主堤外海部位設一50m×70m的砂庫，供砂船擱淺后將砂卸至砂庫內。

管線鋪設：低潮時段將6臺吹砂泵放到砂庫內，通過Φ150mm的輸砂軟管將充填料吹入袋體“袖口”。

袋體鋪設：在高潮時，用機動舢板船將袋體運到充填砂部位，待潮水落至約0.3～0.5m水深時，根據測量放樣的圍堰中心線、邊線位置將袋體鋪平展開，并用錨墜將袋體四周固定，防止袋體移位。然后，開機充填砂袋。

充填：將Φ150mm的輸砂軟管口與“袖口”連接。啟動水泵，用高壓水槍造漿。啟動泥漿泵充填砂袋，根據充填厚度及時移動輸砂管口至各個充砂“袖口”充填砂袋。充填砂袋時，首先沿長邊方向進行充填，避免應力集中損壞袋體，并在充填過程中經常調整輸砂管口方向，防止袋體在充填過程中受力不均而移位、變形，待袋體固定并不再發生位移時，再次充填，直至達到理想的飽滿度。在充填過程中，袋體頂面輸砂安排人工來回踩踏，當砂袋充填到一定的飽滿度后，用木棍敲打砂袋，使土顆粒重新排列趨于緊密，加快袋體排水固結速度，待整個砂袋達到屏漿階段，適當減少充填砂袋機械或停止充填，防布袋爆裂，留有一定固結脫水時間。

充填質量檢查：在充填砂袋排水沉淀完成后，檢查充填質量，對不合格處補充，直至滿足設計和規范要求。

吹填砂施工與充泥管袋交叉施工，相互形成依托。在圍堰兩側充泥管袋砂棱體形成后，即可進行吹填施工。采用采砂船將砂裝入泥駁運至施工現場，采用躉船直接進行吹填。

5 圍堰施工特點及難點

本圍堰施工具有以下幾個特點和難點，具體采取措施如下：

涂面較高：基礎處理難度較大，無論采用水上船只作業還是候潮露灘作業，有效作業時間均較短。結合本工程實際情況，圍堰基礎處理采用候潮露灘作業。

基礎差：工程地基為淤泥質軟土地基，且軟土厚度較厚。在實際施工中嚴格控制加荷速率，防止圍堰失穩。

受風、浪、潮影響大，本工程屬于候潮施工項目，不同于陸上作業，施工組織難度較大，堰體容易被水沖毀。在施工過程中外海側圍堰充填后防護跟進及時，確保了施工過程安全。

受臺風影響大：本工程地處浙江沿海，圍堰施工中需至少經歷一個臺風期。在施工和使用過程中采取了在外海側防護塊石理砌的基礎上做了混凝土灌注，內海側做了拋石石渣防護。

防滲要求較高：管袋充砂圍堰在管袋與基礎之間；管袋與管袋層間、接頭間；管袋圍堰與構筑物（主堤）間易形成滲漏通道，在本工程中采取以下措施給予解決。（1）做好建基面清理與平整工作，管袋鋪筑前將基面上的塊石、垃圾等清理干凈，保證基面盡量平整。然后垂直軸線方向鋪三層通長管袋，層與層之間管袋錯開，防止堰體與基礎之間滲漏。（2）管袋充盈系數控制在80%左右，接頭層間錯開，以便充砂結構在重力作用下自密實。確保層間防滲。（3）與構筑物（主堤）結合范圍內，挖10m寬截水溝，開挖時溝內碎石、雜物清理干凈，然后延軸線方向鋪三層通長管袋，并做好與內外圍堰接頭處理，確保主堤與構筑物之間防滲。

防滲效果：圍堰在使用過程中，滲漏量較小，滿足使用要求。

6 結論

與傳統土石結合圍堰相比，管袋充砂圍堰具有造價低、工期短、適應地基變形能力強、施工簡單等優點，在近海及河口等軟土地基、附近有砂源等條件下有較大的優勢。經優化采用管袋充砂圍堰后在實施過程中基礎穩定，施工工期大幅縮短（與同等土石圍堰相比縮短工期3個月以上）、造價較低（與傳統同規模土石圍堰相比造價低20%～30%）等優勢。其結構設計、施工等在同類型工程中有較強的借鑒意義。

參考文獻

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[2] 堤防工程設計規范（GB50286-1998）[S].

[3] 浙江省海塘工程技術規定.

（責任編輯：蔣建華）endprint