土工袋吹填土围堰在海塘工程中的应用

土工袋吹填土围堰在海塘工程中的应用

1保水材料在海塘场景中的应用受东海从杭州传入大海的潮波的影响，钱塘河口一天两次上升（属于日照时间）。由于河口特殊的地形和水流条件，形成了来潮的强潮。作者参与了宁海老盐场标准海塘工程的建设和质量控制，是具有最强潮汐规模的宁海观察王朝之一的“回潮”遗址。洪水高度可达2.9m，最大流速为12m。因此，在1979年至1984年期间，该段11.2km范围内，大部分硬坝和高坝受到严重破坏或损坏，大坝坍塌更为突出。为了保护海宁、桐乡、嘉兴、余杭等地区的安全，海宁市决定对海塘老盐碱段进行全面加固和重建。鉴于该地区冬季滩地高程一般为3～3.5m,局部为2m左右,而近年枯水期平均低潮位在3.63～4.26m.因而关系到海塘寿命的关键设施沉井、护坦防冲工程施工,只能采取二种方式施工,一抢潮施工,二作堰施工.抢潮施工是钱塘江河口地段惯用的古老方法.它较适用于局部少量修补工程.它比筑堰施工简便、经济.但当海塘工程量较大,施工难度较高时,这种采用小潮汛间隙,候潮作业方案,涨潮时人、机撤退,退潮时人、机卷土重来的施工方法,已不能适应时代的需要.由于有效工作时间甚短,设备、劳力效率过低,辅助工程量大,施工难度增加,工作地点随时受到潮水威胁,直接影响施工质量,而且明显拖延工期.在此情况筑堰施工将更为有利.但何种堰型更能经济有效地阻挡河口地段来势凶猛的潮水,是一个值得研究的课题.经多年摸索,我们认为土工袋吹填土围堰是一种就地取材施工方便、拆除容易,具有足够防冲、防渗能力,且较为经济的堰型.土工袋吹填土围堰实际上是从小型袋装土包围堰发展起来的.80年代海塘围垦中已出现了它的雏形,随着高强度土工布在工艺上能制作各种长度直径的管袋,并与水力冲填相结合,从而形成了这种堰型.这一改变,使得人工装土抬运的小袋,改为机械化就地吹填.而且随着管袋尺码的加大,使围堰整体稳定性、抗冲、防渗能力也大大提高.形成为土工袋吹填围堰模式是在1995年,当时笔者在浙江镇海电厂Ⅳ期工程进水口施工中,正式试用与目前相近形式的土工布吹填土围堰,所不同的是管袋内吹填的是沙.该项目获浙江省科学技术成果二等奖.从此该型围堰得到了更广泛应用,并逐渐完善、成熟.2土工袋结构及布置2.1土工进行管袋、钢管袋土工袋吹填土围堰实为结构单一的均质土坝.围堰由吹填土的管袋组成.为了节约投资,中间部位不用土工袋,为纯粉砂土吹填的堰芯.堰芯约占主堰总体积的23%～32%,占隔堤总体积的45%左右.为了便于施工,增强整体性,利于管袋定位,设有钢管构架.土工布袋一般采用200g/m2,经纬度14×14/in的聚丙烯土工布袋,管袋长50～100m,直径2～6m.视围堰结构需要,可向厂家定制.其抗拉强度>25kN/m.袋边接头及袋口采用35支三股锦纶线缝制三道.每只袋顶缝上4～6个充填口.有的施工单位考虑到围堰内侧不受到潮水直接冲击,改用120g/m2土工布管袋.钢管一般采用直径48mm型建筑脚手架钢管,通过专用夹头连接.钢管插入滩地深1.5m左右,间距约1.5m.亦有横向用8mm钢筋代替钢管作拉杆.管内填土可采用当地的粉砂土,若采用砂质粉土、细砂土,则土工布袋的技术要求应相应调整,当粒径较粗时,吹送用的泥浆泵也将由砂泵替代.2.2横向隔堤.围堰一般由纵向主堰与横向隔堤组成.纵向主堰在布置中尽可能顺直,采用长的土工管袋.由于管袋接头是防渗薄弱环节,因而围堰上、下、前、后接头应尽量依次错位.横向隔堤的设置,主要是使分段施工时,减少渗漏排水量,并对主堰起支撑加固作用.为了减少潮水对防冲工程的冲刷,海塘每隔250～300m就设有一道伸入钱塘江近百米长的丁坝,它们都在无堰状态下抢潮完工,其基础多由块石组成,实属大孔层,为了防止主堤与丁坝交接处大量渗水进入基坑,因而在丁坝两侧也往往设有横向隔堤.隔堤通常布置在纵向主堰内侧,不直接与钱塘江相依.2.3坡脚与沉井间距根据盐仓标准海塘施工经验,堰顶高程,一般为枯水期多年平均最高水位加涌浪浪高后的高程值,并考虑到围堰完工后脱水固结及堰基受压沉降,应预留30～50cm沉降量.围堰内坡脚与沉井外边缘间距是一个重要参数,沉井通常采用开挖与冲沉相结合方式沉放.遇大块石时,冲沉难度加大,若冲沉时间过长,往往使冲挖边坡范围扩大,如果围堰坡脚线与沉井间距过小,堰基易被掏空失稳.根据老盐仓各期施工经验,4.5～5m沉井,其间距应保持12～15m以上.也曾有施工单位为减少隔堤工程量与基坑排水量,将此间距缩小到了8m,结果沉井开挖出来后无处堆放要用于外侧的抛填块石,且几度出现围堰基脚不稳,幸及时采取措施,才得以渡过险情.3法律法规的吹扫和填充3.1大坝设计和施工3.2土工布管袋喷胶围堰(1)测量放样:利用小潮汛候潮水上测量,并在轴线两端设置钢管定位桩,定位桩通常用三根钢管形成三角架构成.(2)清基开挖:由于护坦及丁坝每年不断抛石加固,致使堰轴线一带常沉积有大量块石,为了防止土工管袋被挤压破损与漏渗,在滩地高程较高的地方,常用挖土机清基,退潮后水位仍较高的地段,亦可直接在堰基上吹填土,将块石覆盖住.(3)搭设钢管架:根据围堰内外边桩位置,在水位较浅部位,数名工人穿防水橡胶服合力摇入滩地中,水位高时可在驳船上打入,困难地段亦可用高压水冲孔后打入,而后连接横向钢管、斜撑、剪刀撑,形成整体,横向连接钢管随围堰升高要相应拆除.(4)铺土工布管袋:人工或驳船在退潮后将定制的土工布管袋充填口朝上,平直铺设到位,为防止充填过程中的位移,围堰两侧的土工袋有时先吹填土坎限位.(5)吹填土:围堰可从钱塘江、内河及旱地取土,由于内河与旱地取土可免受钱塘江潮汛影响,减少每日二次的船只与管道撤移,从而每方土可减少成本3～4元,故在有条件情况下为首选方案.钱塘江取土,可选用吸泥船,将泥浆泵经4英寸锦塑管,经浮子压送至土工布管袋内.内河取土,可将高压水枪设在吸泥管上20cm处,二者结合在一起通过浮筒沉放入水下,通过泥浆泵压送至土工布袋内.旱地取土,先用高压水枪冲土,粉砂土在水流作用下流入低坑,由浮筒上的泥浆泵,将浓度约25%～30%泥浆压送至土工布袋内.泥浆从设在管袋二端的进浆口自流吹入袋内,当充满至60%～70%后,可在管袋上侧戳孔,以利于排水.同时在袋两端上面人工踩压,以加快固结.一般灌满浆1小时后,已能承载.如此反复筑至一定高程,而后进行粉土堰芯充填,之后逐渐缩小断面尺寸,直至封顶围堰形成.在吹填土工袋过程中应注意泥浆压力控制,以防土工袋破裂.(6)围堰拆除:除水闸进出口等特殊地段外,一般地段不必人工拆除,因土工布在露天日照下,4个月后便开始老化变脆,在潮水的猛烈冲击下会被自然冲跨.但施工单位为了获取土工布袋的残值(1200～1400元/t),通常在围堰完成历史使命后,便人为将其划破,利用潮水冲走粉砂土,取出土工布袋.如此2～3个潮汛下来,残堰即被冲尽.3.3施工现场与施工队伍防冲及下护坡工程受潮位控制,一般要求3月底枯水期前完工.一到4月便进入梅雨季,若工程拖至此时尚在施工,将冒很大风险.尽管一般围堰都力争在11月中旬至12月上旬前施工,但留给围堰的施工工期仍甚短,通常安排二个小潮汛来完成,实际有效工期尚不足半月.而围堰断面很大,每米需吹填土约45～60m3.因而组织流水作业时通常按350～500m为一个作业段,每个标段近1000m范围,2～3个工作面同时施工.日平均施工强度达3750～5000m3左右.相应配备的施工设备与劳动力见表1.我们认为,土工袋吹填土围堰委托专业化队伍施工,较一般水电队伍施工更为经济快速与可靠.在海宁、萧山一带已有不少吹填土围堰的专业施工队伍,他们具备有各类取土地点,不同输送距离,吹填各种围堰所需要的机械设备、器材,人员操作熟练,经验丰富,除了完成围堰各环节施工外,还负责维护加固一条龙服务.4管袋被冲淤,影响渗透性钱塘江海宁盐仓标准海塘处于强涌潮地区,潮流条件复杂,特别在大潮汛期间往往夹带大量块石,以高速水流冲刷堰基,切割土工布管袋,给围堰安全带来诸多不利因素,因而这种围型要特别注重日常维护保养与加固工作,这也是土工袋吹填土围堰成败的关键之一.根据实践,其主要措施如下:(1)管袋材料聚丙烯属于易老化材料,特别在阳光长期照射下,使土工袋变脆,强度显著下降.其安全使用期一般为3～4个月(有些土工布内掺有抗老化剂,寿命可大于此值).因而要严格控制围堰使用期限.(2)吹填土管袋围堰的主要杀手是带棱角的块石切割,潮汛越大,破坏性也越大,一旦管袋被切割破裂,粉砂土将会很快被水冲散.因而平时要加强水情了解,潮后要有专人巡视,发现这一情况,要及时修补加固.(3)堰基外侧被淘刷过深时,会形成管涌渗漏,一旦围堰内侧出现大量渗漏水,应立即在围堰基脚部位及时补充填土管袋.否则多则二十几分钟,少则十几分钟都可能造成围堰坍塌,这也要求施工单位平时必须配备足够抢修设备、器材.(4)沉井冲沉过程中,要注意观察冲挖边坡是否会影响堰基稳定性.发现这种情况要立即停止冲沉,改用开挖沉放或低水位时施工,沉放完毕立即抛石回填.(5)一旦围堰出现险情,而钱塘江潮位又很高的情况下,立即要停止沉井沉放,必要时尚可堰内灌水,以防围堰遭受破坏.5主要技术经济指标不同地点、不同断面尺寸围堰材料耗量不同,今以三期工程某标段为例(见表2),以供参考.(2)潮前冲淤、下护坡、定期执法根据盐仓二、三期工程各标段资料统计值可知,土工管袋吹填土围堰在海塘工程总价款中,占很大比重.分别达临时工程价款的77%～80%,主体工程价款的12%～17%.然而实践证明,这种筑堰施工方法依然是一种经济、高速、优质的施工方案.以2000年钱塘江河口近回头潮地段工程南岸与北岸施工为例,南岸某段海塘考虑到该地段水势凶猛,担心筑堰有问题,选用抢潮施工.由于一日二潮,有效工作时间很短,每次潮后,要进行被冲毁的道路铺筑,前一次被冲毁模板的修整,浇筑仓面与淤泥冲洗,挖掘机、起重机重新进场,冲入沉井内块石的清除从而机械设备、劳动效率甚低,进度缓慢,临建与辅助费用大大增加.由于属于抢潮施工,模板、钢筋安设都难规范化,沉井沉放、护坦砼浇筑基坑排水清淤不净,平整度,沉井沉放垂直度、间隙都难以控制.每每砼才浇毕,尽管掺加了速凝剂,潮水一来表面仍被剥蚀一层,甚至局部被冲走,总之质量难以保证,有时连机械设备都来不及撤退.也正因如此,该海塘工程用了二年时间才完工,施工人员在梅雨季节与洪水季只