膜袋砂圍堰施工技術在沿海淤泥地質中的應用

蔡叢海

（廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710）

1 工程概況

橫瀝工業園外江水閘泵站工程位于廣州市南沙區橫瀝鎮工業園，建設內容為新建1 座二涌西排澇泵站，泵站設計流量為56.8 m3/s，總裝機功率為3200 kW；拆除重建二涌西至四涌西3 座水閘，3 座水閘均為單孔水閘，閘孔凈寬均為8.0 m，二涌西至四涌西水閘設計排水流量分別為25.3 m3/s、22.7 m3/s 和20.2 m3/s。工程所處堤防等級為1 級，泵站穿堤建筑物、水閘主要建筑物級別為1 級，其余主要建筑物級別為2 級，泵站、水閘次要建筑物級別為3 級，臨時建筑物級別為4 級。泵站和水閘建筑物防洪（潮）設計標準為200 年一遇，設計排澇標準為20年一遇24 小時暴雨一天排干（不成災），泵站規模為Ⅱ等大（2）型工程，4 座水閘均為?。?）型工程。

2 圍堰設計

本工程導流采用一次攔斷河床圍堰導流方式，與之配合的包括穿堤箱涵、導流明渠、穿堤涵閘組成導流泄水建筑物導流。即先在河涌北側新建充泥管袋圍堰與原堤防組成導流明渠，然后在堤上、下游分別修建穿堤涵、穿堤涵閘，最后在內涌和外江分別修筑圍堰，將內涌的水流導引至導流明渠再流到外江。

水閘工程施工期間主要受海水潮漲、潮落影響。該河段潮水每天有兩次漲落，圍堰分為內涌圍堰、外江圍堰，采用膜袋砂施工。外江圍堰設計擬按20 年一遇年最高洪潮水位2.38 m考慮安全超高值，外江圍堰頂高程確定為3.40 m，外江圍堰底高程為-3.5 m，堰頂面寬3.0 m，坡比為1∶2.5。內涌圍堰高程按內涌最高水位1.00 m 考慮安全超高值，內涌側圍堰高程確定為1.60 m，內涌圍堰底高程為-3.0 m，堰頂面寬3.00 m，坡比為1∶2.5。圍堰斷面圖見圖1 和圖2。

圖1 外江側圍堰斷面圖

圖2 內涌側圍堰斷面圖

3 圍堰材料

（1）土工材料

泥管袋袋布采用克重150 g/m2聚丙烯裂膜絲機織布；防滲土工膜采用兩布一膜型式，布克重不應小于200 g/m2，膜厚度不應小于0.5 mm；圍堰基坑側充泥管袋外露面防護采用克重175 g/m2的防老化聚丙烯裂膜絲機織布；土工布軟體排采用克重230 g/m2丙綸長絲機織布；袋裝碎石采用編織袋，克重120 g/m2。

（2）碎石及拋石

護角拋石、擋墻漿砌石應選用材質良好、質地堅硬、耐磨、紋理均勻、不含鐵砂的石料，且無節理、瑕點、砂眼、裂縫、裂紋及風化皮等外觀缺陷，飽和極限抗壓強度不低于50 MPa。

（3）砂料

充填及吹填砂料原則上要求粒徑d＞0.075 mm 的含量應大于總量的85%，粘粒含量小于10%，充泥管袋充填度不小于85%，不合格的砂料，一律不得使用。

4 膜袋砂圍堰施工原理

膜袋砂圍堰是指將編織土工布縫制成一定尺寸的膜袋，頂層預留充砂口，采用水力或機械方式，以一定的壓力將中粗砂充填入膜袋形成充砂袋，多余水可從土工布孔濾出，中粗砂在自重和滲水壓力作用下形成比較密實的砂料，由砂袋交錯堆疊形成膜袋砂圍堰[1]。

5 膜袋砂圍堰施工方法

5.1 施工準備

施工前做好機械、材料、人員等的入場準備工作，同時完成人員、設備、材料檢驗報驗工作，完成安全保障體系、質量保障體系建立、現場管理規章制度建立，完成控制樁的測量復核，辦好人員、設備及現場作業場地的安全施工許可及相關水上安全作業手續。

5.2 基礎面處理

為保證底層膜袋能坐落在基本平整的基面上，在膜袋安放之前，對圍堰填筑基面深坑及凹地填砂找平。圍堰清基主要用長臂挖掘機進行作業，并配合運輸船只及時清運浮泥。清基前，根據已確定測量控制點進行放樣并測出清基線范圍的水面地形圖，在河兩岸及水中做出明顯的標記，標示清基的范圍，清基深度根據水下測量成果進行控制。

5.3 土工布軟體排鋪設

（1）軟體排的采購

軟體排尺寸根據圍堰結構斷面尺寸，選擇符合要求的生產廠家進行制作，成品經進場驗收合格后，堆放入庫或場外用塑料布覆蓋，嚴禁暴露日曬。

（2）軟體排的鋪設、砂肋灌裝

根據工程現場實際情況，軟體排鋪設方法采用低潮位時人工鋪排，鋪設范圍每邊超出圍堰2 m。

1）鋪設之前先進行清基，保證基底平整，然后將加工好的軟體排布垂直于圍堰軸線已設定區域鋪設，鋪設時用人工繃緊排布，使排布順平無褶皺平鋪于灘面上。

2）每塊排布鋪設完成后應立即開始砂肋灌裝，砂肋灌裝施工工藝為吸砂船采砂，用運砂船運至施工區域附近，然后采用泥漿泵機組進行砂肋灌裝施工。充灌時要配備人力踩踏砂肋，使砂流通暢，充灌砂肋從砂肋一側開口處充灌，保證砂肋袋充盈率在80%左右方能扎緊袋口，充分保證砂肋能滿足壓載，保證軟體排布正常工作。

3）排體與排體之間搭接長度滿足設計要求，確保工程質量。

4）排布鋪設好以后要及時檢查，每根砂肋滿足充盈率，并滿足設計壓載，發現問題及時整改，確保工程質量。

5.4 膜袋加工與布設

膜袋制作寬度根據設計斷面確定，長度取40 m～60 m，并要考慮到上下錯縫。每只膜袋視大小不同設置多個充填袖口，正方型布置。膜袋的拼接縫制必須與圍堤軸線方向垂直，平行堤軸線方向的一條接縫設在袋體的一端，拼接強度必須滿足設計要求，膜袋加工好后，堆放于陰涼干燥處，并注明尺寸及鋪放位置。

根據工程現場實際情況，膜袋鋪設方法采用低潮位時人工鋪排。袋體鋪設袖口部位朝上，泥漿泵管口與袖口連接。袋體鋪設按照測量放樣位置定位，底層袋四周用尼龍繩綁扎釬在地下的鋼管固定，上層袋鋪設時用尼龍繩與下層袋綁扎固定，防止袋體在充填時移動。

充填袋體在施工時分層鋪設，膜袋長度方向與圍堰軸線保持平行，堆迭整齊，上、下層交錯排列，不允許袋體與袋體間留有空隙、通縫。上下層的錯縫間距不小于2 m，在袋體間不得留有通縫、通孔。新充袋體不得用鋒利的塊石堆壓，以免割破袋布。袋體若出現破損或孔洞，應及時修補，修補原則采用相同材料，并且縫接寬度不小于150 cm。

膜袋施工時每層堰體兩側均用竹竿定位，每10 m 設置1根（見圖3）。膜袋采用包縫法縫制（見圖4），上、下層膜袋要錯縫，不能通縫。膜袋施工時在膜袋上方開3 個孔（每30 m 開1個孔），采用灌砂船進行充填，先對中孔灌砂，待膜袋達到一定鼓脹程度后對兩側的孔同時灌砂，充填砂時需在低潮位施工，避免水位過高影響施工[2]。

圖3 竹竿定位

圖4 包縫法示意圖

5.5 灌砂

砂料運到施工現場后，用泥漿泵抽取運砂船上的砂料分層向模袋充灌砂料，泥漿泵吹填壓力不宜過大，管路出口壓力應控制在0.2 MPa～0.3 MPa。充填袋體應分層放置，堆迭整齊，排列有序，上下層袋體之間的搭接縫必須錯開，充填后每層袋體0.4 m～0.5 m 厚，如袋體一次充填不到理想厚度，采用二次充填，每層袋吹填應在一潮水過程中完成。袋體在濾水完畢后，方可進行上一層袋體充填。沿橫斷面方向不設搭接縫，根據充填砂料情況，現場試驗情況，控制充盈度，防止爆袋，并控制平整度。充泥管袋及吹填砂吹填時應注意保持坡面穩定。

施工時注意同一層袋體的厚度基本上保持一致，以便于下一層的施工和質量控制。加強充填過程中測量工作，依據圖紙及施工情況，每層充填時均測放邊線，保證坡比。相鄰模袋接頭處應擠靠緊密，充灌搭接在另一袋體上部的袋體時，要先向接縫處充灌，使袋體在砂重力的作用下緊貼下層袋體表面，避免模袋在接縫處懸空形成三角縫，不得出現通長底部三角縫，如出現局部三角縫要用袋裝砂填塞嚴密。

5.6 反壓

內江圍堰基坑側設置頂部寬10 m 中粗砂反壓平臺，頂部高程-0.5 m，坡比為1∶3，采用吹沙船進行分層吹填至設計高程。

外江圍堰基坑側設置頂部寬30 m 中粗砂反壓平臺，頂部高程0.5 m，坡比為1∶3，采用吹沙船進行分層吹填至設計高程。

外江圍堰迎水側設置頂部寬6 m 拋石護腳，頂部高程-1 m，坡比為1∶3，拋石護腳施工采用駁船運輸合格石料到指定施工地點，利用駁船上的挖掘機進行拋石作業。

5.7 圍堰防滲施工

為了防止圍堰與圍堤接頭處滲漏，必須拆除圍堤砌石護坡，挖掉圍堤護腳拋石，使模袋與圍堤防滲土體緊密結合。

外江圍堰迎水面坡面鋪設防滲土工膜一層，土工膜在拋石范圍內向外延伸2 m，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂部鋪設防老化土工布一層，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂外江側加載500 mm 寬和500 mm 高袋裝土。

水閘內涌圍堰采用與外江圍堰相同的堰體結構以及相同的堰頂寬度，迎水面坡面鋪設防滲土工膜一層，土工膜向外延伸2 m，面上加載150 mm 厚袋裝碎石，圍堰頂部鋪設防老化土工布一層，面上加載150 mm 厚袋裝碎石[3]。

6 效益分析

1）經濟效益

沿海淤泥地質膜袋砂圍堰施工工法已在多個水利工程的膜袋砂圍堰施工中應用，具有顯著的經濟效益，其中為本工程相比普通砂土圍堰節約成本約38.6 萬元。

2）社會效益

在保證膜袋砂圍堰施工安全的同時，減少了材料的浪費，節約能耗，同時提高了圍堰施工效率、減短施工工期，使水利設施盡早發揮效益，社會效益明顯。

3）技術效益

沿海淤泥地質水利工程中膜袋砂圍堰施工過程中的安全穩定狀態能通過數據直觀體現，圍堰施工安全超過預警值時能及時的采取有效控制，保證了圍堰施工的安全性。本工法準確計算膜袋砂圍堰分層填筑時間間隔，有利施工組織，縮短工期，這是傳統膜袋砂圍堰施工方法達不到的，為以后膜袋砂圍堰施工安全提供了方向，具有顯著的技術效益。

4）節能效益

節約施工工期，減少了施工時人力、機械等的浪費，節約能耗。

7 結語

在沿海淤泥地質條件下，修建水閘、泵站水利工程時廣泛應用膜袋砂圍堰。膜袋砂圍堰相比普通砂土圍堰，可以增加圍堰的整體防護強度，還能減少圍堰自重，減少沉降。膜袋砂圍堰是一種新型的圍堰結構形式，施工速度快、造價低、結構穩定，廣泛適用于沿海淤泥地質地區。