木兰溪防洪工程淤泥施工研究

木兰溪下游防洪工程淤泥施工研究摘要

福建莆田木兰溪下游防洪工程是在南方滨海淤泥软基地带进行大规模河道裁弯取直工程,工程地质复杂,技术难度大.基于工程地质特殊性,在实施大规模河道裁弯取直开挖新河道过程中,怎样利用新挖河道大量淤泥质土进行筑堤、保护环境、少占耕地、节省投资、实现土方平衡成为工程建设中关键技术问题之一.文中叙述了工程建设中利用淤泥土进行堤防填筑施工实践,总结了利用河道淤泥质土筑堤施工经验.关键词

福建;木兰溪;防洪工程;淤泥土;施工;技术研究木兰溪防洪工程概况木兰溪起源于福建泉州戴云山脉,流经德化、永春、仙游、莆田市区,迂回于南北洋,至三江口注入兴化湾,流域面积1732km2,河长105km,平均比降15%.木兰溪上游地处山区,下游木兰陂至三江口26km为感潮河段,受潮汐影响显著,河段河床平均比降2%.木兰溪是福建省现有惟一流经省辖城市未设防大河,下游河段地处滨海南北洋平原,地势平坦,河道弯曲,抗灾能力低,河道安全泄量不到1000m3/s,抗洪能力不足2年一遇,超出1000m3/s洪水即漫滩形成洪灾.下游河道蜿蜒曲折,从木兰陂至三江口河段大致分为4段:(1)木兰陂至郑坂约42km,河道弯曲不大,通常河宽为100m;(2)郑坂至港利约12km,该河段平面形态为单股蜿蜒型,有10处反向大弯,该段弯多、弯密、弯急,通常河宽仅70~100m,河道深6~7m,该段行洪断面小,冲淤改变大,河道演变猛烈,一旦发生流量大于1000m3/s洪水,加上潮水顶托,就漫溢成灾,是木兰溪治理关键河段;(3)港利至桥兜约55km,该段河面逐步开阔,宽达250~300m,河道逐步加深,通常深6~8m,最深处达14m,两岸已建有海堤防护,水位受洪潮交替影响;(4)桥兜至三江口约43km,该河段河面宽大,约300m,河道深7~10m,最深达19m,两岸也已建有海堤防护,水位关键受潮位控制.1957年开始计划治理木兰溪下游,经数次研究论证、分析比较,最终确定裁弯取直河道两岸筑堤治理方案.依据木兰溪防洪工程计划设计,工程范围为濑溪至三江口河段,分四期实施:一期工程黄厝至港利,原河道长87km,改河后河长36km,投资193亿元;二期工程木兰陂至黄厝,原河道长73km,改河后河长51km,投资38亿元;三期工程港利至三江口,河道长98km,投资14亿元;四期工程濑溪至木兰陂,河道长72km,投资16亿元.一期工程于开工建设,底全部完工,并经过验收.2工程地质情况工程区地表均为全新统长乐组海积!冲洪积层所覆盖,残积层(基岩)之上总沉积厚度最大约23m.因为受海潮和河水携带物质差异及地壳升降等原因影响,沉积物中层次多,夹有众多小薄层互层或透境体,砂中含泥量多,淤泥中常含有砂,是海陆交相互和滨海相沉积物关键特点.地质条件自上而下依次为以下几层.(1)耕植土层:褐色,组成为粘土,粉质粘土夹植物根系等,厚约02~06m.(2)粘土层(粉质粘土、粘质粉土):褐色、坚可塑~可塑,关键成份为粘粒,也可见铁锰质结核,厚约15~30m,通常约20m左右,标贯约2~6击.(3)淤泥质土∀:灰色,软塑~流塑,关键由粘粒组成,含少许有机质,含水量约35%,局部地带可有两层,厚05~47m,或夹在淤泥∀之下,或夹粉细砂薄层.(4)淤泥∀:灰色、流塑,关键成份由粘粒组成,含少许有机质,偶见贝壳,底部含少许细砂,厚约44~95m.含水量约为50%~70%.(5)含泥中、细砂:浅灰色,饱和,松散,粒度较均匀,以石英为主,含泥量约占10%,最大可达25%,厚约03~46m,最厚达107m,标贯约5~10击.呈透镜状或楔形状,局部含卵石.(6)淤泥夹砂:褐色,饱和,松~稍密,级配良好,砂粒均为中、细砂.为互层状,层厚05~2cm,系为海陆交互沉积形成,厚约05~45m,呈透镜状.(7)淤泥#:局部地段与上部淤泥之间有一层厚约03~40m含泥中、细砂层,灰色,流塑,偶见贝壳,厚约0~60m.含水量约为68%,常呈透镜状.(8)淤泥质土(2):深灰色,饱和,流塑~软塑,关键由粘粉粒组成,其中常夹有薄层、微层细中砂、粉细砂,厚度02~61m,含水量约40%~45%.(9)砂卵石层:黄褐色、褐色,稍密,饱和,卵石岩性关键为弱风化凝灰熔岩,粒径通常为2~5cm,粒间充填中粗砂及少许粘土,厚约6~12m,随原始地形坡度起伏.(10)残积土层:位于砂卵石层之下,为基底母岩全风化土,标贯击数大于13.淤泥质土∀和淤泥∀是组成新河开挖边坡关键土层;含泥中、细砂,淤泥夹砂层为新开河道底面最关键土层;淤泥#、淤泥质土#在河底之下,关键影响堤压缩沉降,详见表1.表1淤泥质土层和淤泥层关键物理力学指标项目淤泥质土淤泥含水量/%352~529546~658干容重/kN∃m-3130~109107~94孔隙比1023~14951547~1794压缩系数/MPa-1046~133115~235压缩模量/MPa416~155207~121粘聚力/kPa20~414~3内摩擦角/(%)16~310~4灵敏度大于4大于43淤泥筑堤施工技术问题提出一期工程是木兰溪下游河道治理关键工程,其中新挖河段2044m,旧河道整改段1556m,左岸新建防洪堤3569m、右岸3922m新建排涝涵闸3座,改造1座.新河道开挖土方约126万m3,旧河整改切滩土方约35万m3,工程总开挖土方约161万m3,其中:淤泥质土达120万m3以上;河道开挖过程中产生淤泥质土含有高含水率、高压缩性、低强度、高灵敏度等特点,依据&堤防施工规范∋要求,淤泥不宜用于筑堤,假如开挖中产生淤泥不能利用,就需要征用土地133多hm2进行外弃堆放.为少占用耕地,降低对周围生态环境影响,经比较设计选择土堤型式,提出利用河道开挖中产生淤泥质土,经过必需技术处理后用于堤防填筑.4淤泥、淤泥质土筑堤施工技术方法及其工艺设计单位对地基条件较差堤段采取堤基打设塑料排水带、表层铺中粗砂垫层和加筋土工布加强堤基地基处理以提升地基固结,增强堤身整体性等一系列综合技术方法.所以,研究和控制淤泥施工成为工程建设关键技术之一.关键施工技术方法以下.41主河槽开挖分区分段分层主河槽土方采取跳跃式和分层开挖,分类利用填筑堤防.堤防设计依据主河槽地质条件和可利用防渗体填筑土方量,将防洪堤断面分为防渗体和堤身两大部分.为满足软化淤泥地带开挖施工和土方分类利用,经反复论证试验,最终确定采取基坑排水降低地下水位、跳跃式和分层开挖方法,即工程设置4个抽水泵站,每个泵站配置2台强力式47cm(12英寸)15kW抽水机,每个泵站抽水量约1600m3/d,从河槽轴线开挖一条深至设计高程集水沟进入泵站集水坑,然后抽至场外原有河沟排出.依据河槽地貌投入PC-200挖掘机5台,佳友200长臂反铲3台,D85推土机6台,80型东方红推土机3台,59kW推土机2台,东风IQ-140自卸汽车30台,20t斯太尔4部,小型翻斗车18台;采取跳跃式和分层开挖,所谓跳跃式即垂直于轴线每6m为一个开挖段,每个开挖段自河道轴线至边坡顶线止,开挖一个6m段,预留一个6m段能保持在原地面运土,每个开挖段分三层开挖,第一层0~15m,土质为粘土,开挖后直接运上土堤防渗体填筑,第二层15~4m,第三层开挖至保护层面,第三层开挖采取接力法,挖掘机停放在第三层面上,后退开挖把土方传给停放于预留6m段地面上(即原地面),然后装车运上土堤内层及临时堆土区填筑.因为地质软弱,停放于第三层面上挖掘机采取12mm厚钢板垫链或采取第一层干土换填第三层表面,确保施工安全.完成以上若干个6m段开挖后回头开挖预留6m段,从河轴线处往顶坡线后退开挖,一样分层开挖和采取接力法,这么既确保淤泥开挖安全又有利于土质分类利用.42堤防分区分层填筑依据&土堤填筑分区标准断面图∋设计要求,结合现场实际,堤身填筑以堤前第一层开始,即在砂垫层边线堤前坡脚部分防渗槽先填筑粘土层30cm,按压实度大于092碾压密实,第二层在上部继续分层填筑加厚30cm并按压实度大于092碾压密实,直至将加筋土工布锚固,然后汽车尚可垂直堤轴线方向卸料,铺筑首层粘土,用小型80型东风红推土机把土料往堤轴线内坡脚方向慢慢推铺(注意不损坏土工布).首层土料铺筑厚度控制在碾压后60cm,并用推土机先往返几遍整平压实,再用12t压路机沿堤轴线平行方向振动碾压,并经检测符合压实度要求后,再填筑各层土料,每层厚度控制在30cm以内,土块粒径小于10cm,填筑时防渗体粘土与内填土料分区同时填筑碾压,防渗体压实度控制大于092,内填土压实度控制大于080,逐层分区检测压实度.纵向堤基高低不平,填筑时先从低处铺填至相邻层面齐平,然后按分段(或单元桩号)作业面填筑,相邻作业面均衡上升,段与段之间不可避免出现高差时,作斜面处相接,堤度采取1)3~1)5,在新层填筑前,上一层层面采取推土机履带对压光面作刨毛处理,确保层间粘结.在雨季施工时,填筑层表面保持i=002横向坡度,保持表面不积水,能在停雨后最短时间内继续施工.依据现场碾压试验,粘土用于防渗体填筑,含水率在25%左右,压实性能较差淤泥土用于填筑堤身背水侧和堤内部或用于临时堆土区,含水率在27%左右,即用手抓一把捏紧松手不开,在离地12m左右落表2堤身沉降情况汇总桩号填土高度/m累计沉降量/mm左中右沉降速率080压实度要求,防渗体干密度大于设计要求145kN/m3,堤身内填土和临时堆土区填土干密度大于设计要求12kN/m3.为确保施工压实度质量要求,采取100~200m一段,严格分层填筑,就地采取59kW堆土机后装犁进行翻晾晒措施,每3~5d翻一次,通常15~25d可达成最优含水量效果.43实施施工安全监测,严格控制施工速率为确保加荷与地基强度增加相适应,立刻正确掌握地基是否处于临界强度工作状态,本工程按地基情况部署了16个监测断面,300m堤段布设一个,地质较差堤段断面间距约150m,适时进行堤基地面沉降、堤脚边桩位移、堤基深层分层沉降、开挖边坡测斜、堤身孔隙水压力和工程区地下水位等项目监测,以沉降、位移、孔隙水压力等施工监测结果严格控制堆土加载速率,立刻分析异常状态,公布警报,沉降量控制在小于20mm/d,堤基无排水带沉降量控制在小于10mm/d,边桩水平位移控制在小于5mm/d,监测频度按沉降改变具体情况确定,初始每日一次,特殊断面每日两次,加载中、后期沉降改变较小,3~7d一次.5效果分析经过监测复核,本工程完成断面填筑后约5~6个月,孔隙水压力基础消失,位移、沉陷趋于稳定.表2为截至4月,一期工程堤身断面沉降情况汇总表.表3为10月经过原位抗渗试验所测得防洪堤防渗体渗透系数.表3渗透系数试验汇总桩号高程/m渗透系数/cm∃s-1原位测试室内试验从现场监测、原位抗渗试验表明,淤泥经过分区分段分层开挖利用,分区、分层填筑、严格控制施工速率等施工方法后,可用于填筑防洪堤、堤防是能满足设计要