淺談土工管袋在護岸圍堰結構中的設計與應用

郭國森

摘 要：隨著大型土工管袋（抗浪砂袋）結構在國內外的應用和應用年限的增加，其管袋材料強度（抗浪流）和耐久性（無防護）已得到認可，被廣泛應用；該結構的特點和優勢重點體現在不用護面和就地取沙方面，具有較大的經濟優勢。本文通過波浪荷載下土工管袋穩定性的安全核算等方面簡述了土工管袋規格及尺寸的選擇依據，并結合工程實例介紹了土工管袋在港口工程的護岸圍堰結構中的應用及施工技術要求，為土工管袋的技術推廣提供可靠性的依據。

關鍵詞：土工管袋 護岸 圍堰 抗浪流 無防護

深中通道項目北距虎門大橋約30km，南距港珠澳大橋約38km。其中，主體工程S05合同段西錨碇人工島，整體采用吹填土工管袋形成臨時圍堰，內部吹填砂形成島體的方式形成島體，圍堰護岸為斜坡式護岸結構，護岸結構為臨時工程，鑒于工程的重要性，安全等級按Ⅱ級考慮。受工期限制，需在半年內完成軟基處理并吹填完成島體主體結構，所以如何快速有效的吹填成島，并兼顧島體外側的防浪要求，是本工程設計的重點難點。

1.土工管袋結構方案簡介

臨時圍堰主體采用土工管袋結構，基礎采用水上水泥攪拌樁（DCM）進行軟基處理。圍堰為斜坡堤結構，外邊坡斜率采用1：2，上部結構采用土工管袋形成堰體，堰體內部吹填中粗砂（水下內摩擦角≥32°）。堤頂設置土工管袋防浪墻，頂高程5.8m，堤前的防護結構，采用軟體排+雷諾護墊的組合型式，其中雷諾護墊軟體排結構，寬度不小于15m（鋪設位置為土工管袋坡腳外側1m）。

2.水文條件

2.1設計水位

如表1。

2.2設計波浪

50年一遇波浪要素（SE向）波要素如表2所示。

3.土工管袋穩定性驗算

依據德爾夫特水力實驗室（1973）的實驗結果以及相關規范和文獻，砂袋在波浪作用下的穩定性可采用以下公式計算：

注：Dk = b（如果砂袋垂直于波浪沖擊的方向）[m]。

b =砂袋的充填寬度，取b=4.65m。

Hs = 設計波高，取極端高水位H1% =3.11m；

△t = 砂袋的相對密度，取0.9；

本工程采用的土工管袋尺寸細部尺寸詳見圖3。

經計算，

Hs= H1% = 3.11m ≦ △t × Dk= 0.9×4.65=4.185m

因此，該土工管袋可以抵抗4.185m波浪，滿足要求。

4.施工技術要求

（1）技術指標

本工程土工管袋采用100%PP有紡織物制作，土工管袋技術指標詳見表3。

（2）施工工序

根據單體土工管袋寬度外1～2米進行固定樁安裝→土工管袋運送到進行準備工作的場地→土工管袋攤鋪平整并采用柔性尼龍繩將固定拉環與固定樁進行錨固→土工管袋通過其中一個充填口進行充填沙漿，分別調整充填口進行充填，以達到充填充分飽和并達到設計高度。

（3）施工細節要求

土工管袋的鋪設和錨固按照圖紙所示限定來鋪設，且泵送砂漿含固率控制在20%左右；

相鄰土工管袋采用搭接形式連接，搭接長度不小于2m，砂袋的充填飽和度應不低于80%，為保證充填高度達到設計標高，可在4小時內進行二次充填；充填過程中應注意控制充填高度，可采取設置控高標桿等措施，防止因充填過度致使土工管袋爆裂；充填口應布置在袋體表面，充填口數量可根據袋體尺寸、充填料粒徑和沖填壓力確定；對于鋪設完成的土工管袋應注意保護，防止施工船舶、機械對袋體的破壞。如發現損壞，應請專業廠家及時進行修補。

5.總結

（1）土工管袋結構的設計要點在于首先應根據充填砂分資料選擇袋布指標的保土性與透水性；其次，通過結構內部穩定計算，控制充填砂粒徑，在波浪、水流作用下防止液化；最后，進行結構外部穩定計算，抗傾、抗滑。

（2）土工管袋結構適用在較低矮的結構，2～6m的經濟堤高范圍內，使工程造價更經濟，同時工程現場需有允許采砂的場地，位于水下的結構更利于延長耐久性。

（3）鑒于土工管袋結構具有抗浪流和耐久性等特優點，可以在不用護面結構的情況下，通過自身的穩定來抵抗較大的波浪，且充填砂袋時可直接就地取沙，施工方便，今后將更多的應用于護岸圍堰的防護工程中。隨著砂袋材料強度的提高和工程施工中的不斷優化，土工管袋技術在水運工程領域將產生更大的經濟效益、環境效益和社會效益。

參考文獻：

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