沿海深水河道使用膜袋砂圍堰技術建設橡膠壩經驗略談

劉宏寬

摘 要：文章描述了膜袋砂圍堰在河北省樂亭縣二灤河楊家林段深水河道施工的成功應用，該段河道具有河寬水深、潮汐影響大的顯著特點，膜袋砂圍堰作為一種新型結構形式不僅能夠適應河道軟土地基產生的變形和沉降，而且止水效果好、施工安全性高。在沿海特殊地形地質條件下，克服降水、沉陷、穩定等難題，成功為今后河道、泵站、閘壩等水利工程建設提供了新的思路和寶貴經驗。

關鍵詞：深水河道；膜袋砂圍堰；經驗

中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0130-02

1 基本情況

樂亭縣位于唐山市東南灤河最下游，屬冀東平原的一部分。環抱京唐港，毗鄰曹妃甸，海岸線長149km，是河北第一沿海大縣。二灤河為灤河的分洪河道，根據灤河防洪體系要求，二灤河和灤河同時行洪，遇50年一遇洪水，在灤河左小埝和二灤河右堤間行洪，遇5年一遇洪水，在灤河河槽和二灤河行洪。二灤河分洪流量受分洪口附近灤河干流及二灤河的地形、水位、流量及工程等因素的綜合影響。根據《灤河下游干流河道治理工程可行性研究報告》等有關報告，當灤河發生5年一遇標準洪水時，相應設計流量為8230m3/s，灤河分流7050m3/s，二深河自然分流1180m3/s。

為防止海水沿二灤河河口上溯并涵養二灤河下游淡水資源，2017年10月，樂亭縣投資2100萬元在楊家林村東的二灤河河道上復建了二灤河楊家林橡膠壩。橡膠壩設計工程等別為Ⅳ等，壩高3米，壩長90米，1孔，底板及上下游翼墻基礎采用水泥攪拌樁處理，充水壩袋。根據工程地質資料，橡膠壩工程區地貌單元屬濱海平原，地貌發育過程中，受河流堆積作用和海洋動力因素的雙重影響，表層為河床～河漫灘相沉積，下部為淺海相沉積層。河道總體走向由北往南，地勢北高南低，地面高程1.2～4.9m，河道寬度100～220m。勘察表明，場區地表以下30m深度內，地層為人工堆積和第四系沉積層。橡膠壩壩基地質結構和工程地質單元的劃分根據地層的成因、時代、巖性、深度，同時考慮厚度及分布范圍綜合確定。鉆孔揭露深度20m范圍內由上至下分6個工程地質單元，由上至下分別為：壤土、細砂、淤泥質粘土、細砂、壤土、細砂。工程區河唇寬135米，河底寬90米，平均水深8.3米，潮汐強度中等，最大潮流速度0.5～0.6m，施工期間水流主要考慮潮汐影響。工程施工前，需首先完成壩址上下游施工圍堰。

橡膠壩復建工程計劃總工期140天，因二灤河承擔汛期灤河洪水的分洪任務，主體工程及拆除圍堰任務必須在主汛期前完成。整個工程時間緊、任務重、施工難度大，對圍堰施工工期以及質量和安全提出了更高的要求。

2 圍堰選型、排水和邊坡穩定問題

2.1 圍堰選型

圍堰按使用材料，結構形式一般分為土石圍堰、混凝土圍堰、草土圍堰、鋼板樁圍堰等。考慮樂亭縣內土石資源匱乏，橡膠壩壩址處水深較深，水位變化受河口潮水漲落影響大，工程投資有限等多因素影響。而膜袋砂圍堰具有成本低，工期短、斷面小、就地取材，使用大型機械少，施工安全方便，整體穩定性好、防滲漏效果好等優點，并且河道內河砂為粉細砂，能夠滿足膜袋砂砂料要求（細度模數不大于1.8的粉細砂，砂中淤泥含量20%左右）。經綜合考慮確定以膜袋砂圍堰作為工程上下游圍堰結構形式。

設計膜袋砂圍堰分別位于壩體上游130米、下游170米，長度120米，梯形斷面，設計頂寬3米，邊坡1：3，堰高約9.3米（高于河口處5年一遇潮位0.5米），吹填砂總量79108立方米。膜袋采用200g/m2的晴綸（PP）土工編織布，縱橫向斷裂強力≥6.5kN/m，撕破強力≥0.16kN，每個膜袋幅寬為6m，長度按實際長度確定，充填后厚度為0.6～0.8m，采用分層立體交錯鋪至設計高程。臨水側防滲結構形式因地處沿海，周邊粘土資源緊缺等原因，排除斜墻式、斜墻帶水平鋪蓋式、垂直防滲墻式、灌漿帷幕式等，決定采用黏土進行坡面找平，再用復合土工膜覆蓋（滌綸長絲針刺土工布，兩布一膜，200g/0.6mm/200g），上壓黏土。

2.2 施工排水問題

由于二灤河主河道常年有水，地下水埋藏也較淺，基坑開挖深度在地下水位以下，為保證干場作業，施工方采用每米設置一眼管井，配合圍堰內離心泵排水，做好基坑排水工作。

2.3 邊坡穩定問題

考慮地下水影響，基坑開挖深度≤5m時，基坑邊坡巖性主要為細砂，臨時開挖邊坡坡比設置為1：2.5～1：3，并采取基坑降排水措施。另外，坡頂應禁止重車通行，減少重物堆載，堆放的棄土拉運至工程區外規定地點，遠離坡肩，施工過程中有專職人員巡視邊坡的穩定性，保證工程邊坡穩定和人員生命財產安全。

2.4 不均勻沉降問題

根據設計方案，橡膠壩底板高程-1.5m左右，二灤河現狀河底高程-5m左右，即河底部分需回填夯實至設計底板高程，河底回填施工時要嚴格控制填筑質量，碾壓夯實，并應注意其與原地基結合處的沉降差異，避免不均勻沉降的發生。

2.5 地基承載力問題

橡膠壩壩高約3m，壩底板高程-1.5m左右，壩基下臥持力層主要為細砂和淤泥質粘土層，其中細砂層多呈中密～密實狀，承載力建議值140kPa，淤泥質粘士層呈軟塑～流塑狀態，壓縮系數值為0.95Mp-1，具高壓縮性，承載力為65KPa較低，屬軟土。

3 圍堰施工

3.1 施工準備及程序

（1）模袋準備：按圍堰的斷面及平面布置情況，從圍堰底部開始，對圍堰模袋逐層進行計算，確定模袋的長和寬，再按設計分層高度確定模袋的高度。為確保模袋的充填厚度，在模袋定貨時，需將模袋的高度適當加高，一般宜加高100mm，單個模袋最大尺寸不宜超過60m×20m×0.8m。（2）砂料準備：填充模袋的砂料，一般采用細度模數小于1.8的粉細砂，砂中宜有20%左右的淤泥。在圍堰施工前，應對砂料進行實地勘測，檢測砂的細度模數及含泥量，確保充填的材料符合要求。（3）人員組織：為保證模袋順利充填，應有12～15人進行模袋充填施工。（4）機械船只準備在圍堰施工前，應準備兩條的吹砂船。（5）施工程序：施工單位進場后首先進行圍堰軸線處河道實地測量，編制圍堰施工程序：施工準備→測量放線→基礎清淤→膜袋加工→膜袋鋪設→吹填膜袋砂→土工膜坡面防滲→基坑排水。

3.2 施工過程

考慮潮流對施工的影響，施工單位首先組織測量人員施工上游圍堰，用全站儀定位圍堰軸線及膜袋位置，組織抽砂機械設備進場，因工程區河底2010年前后進行過清淤，表層淤泥厚度較小，能夠滿足吹填膜袋砂要求，可不予清淤，但需對基底平整差較大處使用抽砂船及駁船配合吹砂找平，使膜袋砂圍堰基礎底面平整。將檢驗合格的膜袋進場按預定位置鋪設，鋪設位置使用預先打入兩岸及河道內的鋼管樁配合兩條運輸船固定，固定好后，人工將吹砂泵管與灌啥口連接，吹沙船以一定可調節壓力，先向膜袋內填充一定量的水，沖水方向要朝向膜袋底部隆起部位。待膜袋下沉，馬上開始灌砂，河沙進入膜袋后沉淀，水分通過排漿孔排出。在灌砂初期，應先填充膜袋四角，再填充膜袋中間，這樣能夠防止膜袋在水面受水流等因素偏移，保證膜袋能夠按照預定位置平穩下沉，保證施工質量。膜袋砂圍堰吹填至水面以上后，安排人員對砂袋進行踩壓，保證砂袋密實飽滿和均勻。

堰體填筑至水面以上0.5米后，迎水側鋪設0.5米厚黏土找平，將已經粘接好的土工膜從堰頂向河中展開，長度為坡長加5米富裕度（1米坡面褶皺、2米堰頂壓重、2米坡腳壓重），膜與膜搭接長度1米，鋪完后利用運輸車和船將碎石山皮土向土工膜上撒壓。

因基坑內外水頭差較大，為降低堰體滲透壓力，減小滲流量，保證堰體穩定安全，經設計單位測算，報請監理建設單位同意，決定在兩道圍堰內坡腳外5米增設膜袋砂副堰，副堰設計高度4.5米，分6層，每層高約0.8米，坡比1：1，頂寬2米，經上下游兩組堰體的共同作用，堰體滲流量大大減少，安全穩定性提高，切實保證了基坑內施工作業的安全。

待橡膠壩主體工程完工后，因圍堰上下游河道深度較大，在不影響泄洪的前提下，經參建各方同意，決定將膜袋砂圍堰上半部分用挖掘機挖除放置在上下游河道內。

3.3 施工排水

施工單位將施工排水按兩部分考慮，一部分為填筑圍堰后基坑初期排水，另外考慮圍堰基礎滲水及施工期間降雨。基坑初期排明水，配備ISWH100-100A型離心潛水泵共5臺（向上下游排水各2臺，備用1臺），單泵設計排水流量89m3/h，設計排水揚程10m，功率4kW。待水位下降至原水深的2/3時，上下游排水各增加2臺工作水泵增抽，為保證漿砌石、混凝土干場作業，對抽水設備備用了大型發電機可靠電源。

4 經驗分享

（1）膜袋吹填前，要對河底地形進行詳細測量，掌握河道斷面形狀尺寸，再量身定做壩袋尺寸及安放位置，減小基坑滲水隱患。在鋪設土工膜的同時就進行基坑排水，及時了解土工膜鋪設后圍堰的滲水情況，對非正常滲水處采取補鋪等補救方案，必要時可雇傭潛水員進行水下查勘，有針對性地開展補漏措施。必須對所有施工人員進行安全教育及技術交底，使施工人員提前做好準備，掌握每一道工序的施工要點，并在施工前穿戴好救生衣和安全帽，做好防護措施。（2）為確保膜袋充填厚度，在膜袋訂貨時需將膜袋的高度適當加高，一般宜加高100mm，單個膜袋最大尺寸不宜超過60m×20m×0.8m。膜袋封口線盡量設置在上下平面，避免設在膜袋立面及平立面結合處。（3）吹填時從膜袋內排出的水體泥漿含量較大，對周邊水質有污染，施工單位必須與周邊群眾協調好關系，防止阻工等現象發生。（4）在鋪設完一層膜袋后，必須用測量儀器（最好是全站儀）對膜袋偏移及頂面高差情況進行測量，便于對下一層膜袋位置及填充量進行調整。（5）施工單位必須嚴格比選橡膠壩壩袋質量，有必要時建設單位可以召集參建各方對橡膠壩廠家進行實地考察。出廠時必須附有通過國家計量認證的檢測機構出具的有關參數檢驗報告。建設監理單位也要及時抽檢。表面質量要注意觀察壩袋里外層各膠片邊與邊的接縫要平滑飽滿，不能有開裂或壓膠薄厚不均。（6）壩袋安裝時，必須由壩提生產廠家進行現場指導，按照先下游，后上游，最后岸墻的順序進行。壩長誤差應均分，避免局部褶皺。兩側岸墻拐彎處，袋布要折疊、理順、墊平，不得用剪口補強處理。