抽沙充填土工织物反滤布长管袋褥垫筑坝新技术

抽沙充填土工织物反滤布长管袋褥垫筑坝新技术

1柳石坝坝结构施工技术丁港是黄河下游河道整治工程的重要组成部分。水库近万座，在黄河防洪中发挥了重要作用。然而，这些坝工程大多是柳石结构。根据施工方法，可分为旱和水工程。旱工人通过人工或泥浆泵在黄河滩地挖一条沟，并在井中填充散石、柳石枕和竹笼，然后在其后面的水面上修建水库。如图1所示，用散石包裹土坝的基础设施，并在其背后的水面上修建水库。水工即是利用柳料、块石、家伙桩、埽绳等结合船采用层柳层石方法修筑柳石搂厢进行水工进占,同时在柳石搂厢上游侧抛投柳石枕防止搂厢前爬,在柳石搂厢下游侧及时向水中倒土进行搂厢闭气,从而在水中形成一稳定的坝体,在坝体挡洪运用前,在坝体迎水面还要抛投铅丝石笼和散石进行坝体防冲裹护,最后进行盖土压实修筑至设计高程,如图2所示.柳石结构是治黄沿袭下来的坝垛结构形式,施工简便、易操作,技术要求相对较低,一次性投资少,有一套成熟、完善的施工技术及操作规程,具有很强的实用性.但是,因其受历史的局限性和投资条件的限制,作为永久性河道整治工程还存在一些缺陷,主要表现在:①受施工条件限制,工程基础不能一次性施工到稳定深度,需经过多次抢险加固才能达到;②工程存在隐患,柳料长时间会腐烂,导致工程内部空虚而生险;③工程被动抢险频繁,需花费大量人力、物力和财力进行管理与抢护,劳动强度大,工程维护费用高;④水中修筑坝垛所需柳料数量巨大,又需临时采集,供给困难,影响工程进度.因此,探讨采用新材料、新技术代替柳石结构筑坝技术,修建少抢险和适应社会发展要求的丁坝已成为黄河下游河道整治中迫切需要解决的问题.2黄河下游反滤布护坡土工织物反滤布以其强度高、柔性好、变形模量大、水下或水中耐久性好(可达几十年)、价格低廉而在国内外土木、交通工程中广泛应用.近十几年来,其产品种类更加丰富、齐全,尤其是在1998年我国三江发生历史特大洪水的抗洪中,土工织物反滤布护坡及其袋制品装土抢险修堰,以携带轻便、储运快捷而发挥了巨大作用,被国家作为重点新材料在水利工程中推广应用,并制订出了其应用的实施规范,为黄河下游修坝采用新材料、新技术指明了方向.黄河下游河道中有丰富的泥沙,其中值粒径d50大都在0.25mm以上,为选择透水保沙的高强土工织物反滤布提供了可行性条件;而传统上用来修坝的柳料因近十几年来的黄河筑坝、抗洪抢险和土地开发利用,沿岸地区更加短缺,收集非常困难,加之国家“植树造林、保护生态”的有关环境保护政策,以及黄河沿岸地区工农业经济发展需要,确定选用土工织物反滤布结合黄河河道泥沙代替传统柳石材料进行筑坝新途径的探索试验.3程兵在路多斯支那州过偿试验利用碴浆泵抽吸粗砂砾充填土工织物反滤布长管袋进行堤岸抗冲防护.70年代美国陆军工程兵团在路多斯支那州进行过偿试;在黄河封丘禅房37坝建设中利用混凝土输送泵输送高浓度泥浆充填不透水土工织物长管袋筑坝试验获得成功,利用泥浆泵直接从黄河河床或滩地抽吸泥沙充填土工织物反滤布长管袋褥垫筑坝,即是在前二者的基础上提出来的,分两种情况.3.1坝基河口冲刷情况充分利用充沙土工织物反滤布长管袋褥垫变形模量与河床土相同,能很好地适应河床冲刷变形,如影随形地贴服于河床上,保护坝基河床免受洪水直接冲刷,其抗冲刷效果明显;再加之其施工强度小、外界干扰因素少、功效高、可就地取材等诸多优点,是设计修建黄河下游少抢险坝垛的理想形式.同时,为克服土工织物反滤布抗阳光曝晒性能差的缺点,设计采用坦石裹护体和水工覆盖对充沙长管袋褥垫进行保护.丁坝平面布置及其断面设计,如图3,图4及图5所示.3.2反滤布长管袋培养利用6PL-250泥浆泵直接从河床或滩地抽吸黄河泥沙,进行水中充填土工织物反滤布长管袋褥垫,在水中层层叠放铺设形成一丁坝施工占体后,再进行占体迎水面的坦石抛投裹护和背水面的水中倒土及其上部的盖土压实、坦石裹护而完成丁坝的水中施工.结构断面,如图6所示.4管袋垫的铺设抽沙充填长管袋褥垫沉排坝施工首先要对坝址附近的河床地形情况进行探测和施工水深测定,并按设计要求确定褥垫沉排加工尺寸和形状.褥垫可在施工现场工棚中加工,也可由工厂加工.施工放样与传统丁坝相同,充沙长管袋褥垫旱地泥浆泵挖槽铺设比较简单,关键是水中铺设尚无成熟、可靠的施铺方法,在此分两种情况着重介绍抽沙充填长管袋褥垫水中铺设的施工.1.岸边水深较小,河床地形坡向河心,管袋充填口可放置在岸上时,采用船岸结合控制褥垫位置方法施工.首先以待铺长管袋褥垫末端为卷心卷成卷(末端为袋底),并要求卷之前在褥垫沉排块的上游边间隔3～4m及排块(末)端两角拴尼龙牵拉绳,同时在设计沉排块体位置上游边按设计沉排长位置1～2条船(沉排长10～35m,单船长15～20m),船体下游侧距块体上游边4～5m抛锚(必要时采用铅丝笼)定位.然后将既拴绳又卷成卷的未充沙待铺长管袋褥垫块体移至设计位置,利用木桩固定充填口位置.在河岸嫩滩上或岸边利用6PNL泥浆泵抽吸河槽泥沙,首先充填褥垫沉排块体上游边的第1个管袋,依靠泥浆泵的充水压力将排体块展开,利用排体上游侧的牵拉船和牵拉绳及袋中高浓度泥水自重实现排体上游边的水下定位,进而实现沉排块体的水下定位.待第1个管袋充满后,将口暂时扎死,开始依次冲第2个、第3个等,直到块体管袋全部充完.因泥浆泵出口含沙量为400～700kg·m-3,而管袋中泥水含沙量要求1100～1300kg·m-3,为解决管袋充满后泥水含沙量达不到设计要求的问题,在实际操作中采取循环充填4～5遍的方法来解决,但在后续充填中,要尽可能地将泥浆泵出水管口插至管袋深处.这样充填后的管袋泥沙饱满度在70%～80%,最后将充填口用尼龙绳扎死,即完成了沉排的铺设.2.水深较大(大于2m),管袋充填口也位于深水中时,采用多船控制褥垫位置方法施工,施工布置如图7所示.首先将所要铺的褥垫体以远端(末端)为卷心,并在其上游边(间隔3～4m)及四角拴尼龙牵拉绳后卷成卷,同时参照第1种情况按设计位置锚定牵拉船A,在沉排近端(即充填口端)按褥垫块体宽度锚定充袋船B(即作为河岸),然后将既拴绳又卷成卷的待充沙褥垫沉排块体移至B船上,锚固充填口及充沙泵管,最后借助可移动船C和牵拉船A的牵拉及6PNL泥浆泵的出水压力作用将卷成卷的未充沙褥垫块体自船B外侧铺展并沉于水中固定.其他操作程序及要求同第1种情况.5顶冲回事坝体利用泥浆泵河床抽沙充填土工织物反滤布长管袋褥垫技术于1998年5月及10月在马渡下延工程分别修建了水中进占94沉排坝和水中进占95坝.95坝施工与传统柳石水中进占坝相比,在未砍伐一棵树,劳动强度大大降低,施工人数减少一半以上的情况下,工程修筑时间缩短9～10d,节约投资1/6～1/5,严格按设计要求完成了施工任务;94沉排坝自1998年5月29日试验工程竣工发挥控溜作用,当年即遭受3次水流顶冲考验,累计300余h.第1次6月8日,花园口流量1110m3·s-1,89坝至94坝受拉槽水流顶冲,1995年、1997年修建的根石深达7～9m的90及93传统柳石坝相继出险,而刚刚竣工的94坝却未出现任何险情;第2次7月初流量2700m3·s-1顶冲时,除两处沉排搭接处出现较大沉降外,沉排外围均按设想下沉,坝体正常运用,而与之同样受溜的93坝却再次出现了较大的根石下蛰走失险情;第3次7月中旬,大河流量4700m3·s-1,大溜淘刷滩岸,93坝再一次出现根石下蛰走失,而94坝前因护底沉排作用,洪水被逼离坝根,在坝外3.0～25.0m范围内两个断面上形成高1.0m左右的冲击浪,仅在坝前头偏上4.0m范围内出现了局部不均匀沉陷.根据沉排12个断面水后探摸情况得知,护底沉排下沉基本符合设想要求(但远未达到预设值),反映出该结构坝型良好的抗冲应变能力.根据马渡下延94坝、95坝的施工、运用经验推断:采用相同工程投资修建水中充沙土工织物反滤布长管袋褥垫沉排坝和水工柳石坝各一道,前者可以减少抢险至少2～3次,节约资金百万元,免除砍伐树木3000棵左右,保护生态环境,其筑坝材料容易标准化,储运方便、快捷,施工干扰因素小,且机械化施工,大大降低了劳动强度和劳动人数,提高了工作效率,缩短修筑时间5～6d;采用相同工程基础深度修建水工上两类丁坝各一道,充沙长管袋褥垫水中进占坝可以节约资金1/5～1/4,同样可以大幅度地降低施工难度、减少劳动人数和提前工期9～10d.黄河下游每年都要修建丁坝近百道,按此推算可以节约资金近千万元,且有不可估量的社会、环