抽沙充填土工織物反濾布長(zhǎng)管袋褥墊筑壩新技術(shù)

抽沙充填土工織物反濾布長(zhǎng)管袋褥墊筑壩新技術(shù)

1柳石壩壩結(jié)構(gòu)施工技術(shù)丁港是黃河下游河道整治工程的重要組成部分。水庫(kù)近萬(wàn)座，在黃河防洪中發(fā)揮了重要作用。然而，這些壩工程大多是柳石結(jié)構(gòu)。根據(jù)施工方法，可分為旱和水工程。旱工人通過(guò)人工或泥漿泵在黃河灘地挖一條溝，并在井中填充散石、柳石枕和竹籠，然后在其后面的水面上修建水庫(kù)。如圖1所示，用散石包裹土壩的基礎(chǔ)設(shè)施，并在其背后的水面上修建水庫(kù)。水工即是利用柳料、塊石、家伙樁、埽繩等結(jié)合船采用層柳層石方法修筑柳石摟廂進(jìn)行水工進(jìn)占,同時(shí)在柳石摟廂上游側(cè)拋投柳石枕防止摟廂前爬,在柳石摟廂下游側(cè)及時(shí)向水中倒土進(jìn)行摟廂閉氣,從而在水中形成一穩(wěn)定的壩體,在壩體擋洪運(yùn)用前,在壩體迎水面還要拋投鉛絲石籠和散石進(jìn)行壩體防沖裹護(hù),最后進(jìn)行蓋土壓實(shí)修筑至設(shè)計(jì)高程,如圖2所示.柳石結(jié)構(gòu)是治黃沿襲下來(lái)的壩垛結(jié)構(gòu)形式,施工簡(jiǎn)便、易操作,技術(shù)要求相對(duì)較低,一次性投資少,有一套成熟、完善的施工技術(shù)及操作規(guī)程,具有很強(qiáng)的實(shí)用性.但是,因其受歷史的局限性和投資條件的限制,作為永久性河道整治工程還存在一些缺陷,主要表現(xiàn)在:①受施工條件限制,工程基礎(chǔ)不能一次性施工到穩(wěn)定深度,需經(jīng)過(guò)多次搶險(xiǎn)加固才能達(dá)到;②工程存在隱患,柳料長(zhǎng)時(shí)間會(huì)腐爛,導(dǎo)致工程內(nèi)部空虛而生險(xiǎn);③工程被動(dòng)搶險(xiǎn)頻繁,需花費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力進(jìn)行管理與搶護(hù),勞動(dòng)強(qiáng)度大,工程維護(hù)費(fèi)用高;④水中修筑壩垛所需柳料數(shù)量巨大,又需臨時(shí)采集,供給困難,影響工程進(jìn)度.因此,探討采用新材料、新技術(shù)代替柳石結(jié)構(gòu)筑壩技術(shù),修建少搶險(xiǎn)和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求的丁壩已成為黃河下游河道整治中迫切需要解決的問(wèn)題.2黃河下游反濾布護(hù)坡土工織物反濾布以其強(qiáng)度高、柔性好、變形模量大、水下或水中耐久性好(可達(dá)幾十年)、價(jià)格低廉而在國(guó)內(nèi)外土木、交通工程中廣泛應(yīng)用.近十幾年來(lái),其產(chǎn)品種類更加豐富、齊全,尤其是在1998年我國(guó)三江發(fā)生歷史特大洪水的抗洪中,土工織物反濾布護(hù)坡及其袋制品裝土搶險(xiǎn)修堰,以攜帶輕便、儲(chǔ)運(yùn)快捷而發(fā)揮了巨大作用,被國(guó)家作為重點(diǎn)新材料在水利工程中推廣應(yīng)用,并制訂出了其應(yīng)用的實(shí)施規(guī)范,為黃河下游修壩采用新材料、新技術(shù)指明了方向.黃河下游河道中有豐富的泥沙,其中值粒徑d50大都在0.25mm以上,為選擇透水保沙的高強(qiáng)土工織物反濾布提供了可行性條件;而傳統(tǒng)上用來(lái)修壩的柳料因近十幾年來(lái)的黃河筑壩、抗洪搶險(xiǎn)和土地開(kāi)發(fā)利用,沿岸地區(qū)更加短缺,收集非常困難,加之國(guó)家“植樹(shù)造林、保護(hù)生態(tài)”的有關(guān)環(huán)境保護(hù)政策,以及黃河沿岸地區(qū)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,確定選用土工織物反濾布結(jié)合黃河河道泥沙代替?zhèn)鹘y(tǒng)柳石材料進(jìn)行筑壩新途徑的探索試驗(yàn).3程兵在路多斯支那州過(guò)償試驗(yàn)利用碴漿泵抽吸粗砂礫充填土工織物反濾布長(zhǎng)管袋進(jìn)行堤岸抗沖防護(hù).70年代美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)在路多斯支那州進(jìn)行過(guò)償試;在黃河封丘禪房37壩建設(shè)中利用混凝土輸送泵輸送高濃度泥漿充填不透水土工織物長(zhǎng)管袋筑壩試驗(yàn)獲得成功,利用泥漿泵直接從黃河河床或?yàn)┑爻槲嗌吵涮钔凉た椢锓礊V布長(zhǎng)管袋褥墊筑壩,即是在前二者的基礎(chǔ)上提出來(lái)的,分兩種情況.3.1壩基河口沖刷情況充分利用充沙土工織物反濾布長(zhǎng)管袋褥墊變形模量與河床土相同,能很好地適應(yīng)河床沖刷變形,如影隨形地貼服于河床上,保護(hù)壩基河床免受洪水直接沖刷,其抗沖刷效果明顯;再加之其施工強(qiáng)度小、外界干擾因素少、功效高、可就地取材等諸多優(yōu)點(diǎn),是設(shè)計(jì)修建黃河下游少搶險(xiǎn)壩垛的理想形式.同時(shí),為克服土工織物反濾布抗陽(yáng)光曝曬性能差的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)采用坦石裹護(hù)體和水工覆蓋對(duì)充沙長(zhǎng)管袋褥墊進(jìn)行保護(hù).丁壩平面布置及其斷面設(shè)計(jì),如圖3,圖4及圖5所示.3.2反濾布長(zhǎng)管袋培養(yǎng)利用6PL-250泥漿泵直接從河床或?yàn)┑爻槲S河泥沙,進(jìn)行水中充填土工織物反濾布長(zhǎng)管袋褥墊,在水中層層疊放鋪設(shè)形成一丁壩施工占體后,再進(jìn)行占體迎水面的坦石拋投裹護(hù)和背水面的水中倒土及其上部的蓋土壓實(shí)、坦石裹護(hù)而完成丁壩的水中施工.結(jié)構(gòu)斷面,如圖6所示.4管袋墊的鋪設(shè)抽沙充填長(zhǎng)管袋褥墊沉排壩施工首先要對(duì)壩址附近的河床地形情況進(jìn)行探測(cè)和施工水深測(cè)定,并按設(shè)計(jì)要求確定褥墊沉排加工尺寸和形狀.褥墊可在施工現(xiàn)場(chǎng)工棚中加工,也可由工廠加工.施工放樣與傳統(tǒng)丁壩相同,充沙長(zhǎng)管袋褥墊旱地泥漿泵挖槽鋪設(shè)比較簡(jiǎn)單,關(guān)鍵是水中鋪設(shè)尚無(wú)成熟、可靠的施鋪方法,在此分兩種情況著重介紹抽沙充填長(zhǎng)管袋褥墊水中鋪設(shè)的施工.1.岸邊水深較小,河床地形坡向河心,管袋充填口可放置在岸上時(shí),采用船岸結(jié)合控制褥墊位置方法施工.首先以待鋪長(zhǎng)管袋褥墊末端為卷心卷成卷(末端為袋底),并要求卷之前在褥墊沉排塊的上游邊間隔3～4m及排塊(末)端兩角拴尼龍牽拉繩,同時(shí)在設(shè)計(jì)沉排塊體位置上游邊按設(shè)計(jì)沉排長(zhǎng)位置1～2條船(沉排長(zhǎng)10～35m,單船長(zhǎng)15～20m),船體下游側(cè)距塊體上游邊4～5m拋錨(必要時(shí)采用鉛絲籠)定位.然后將既拴繩又卷成卷的未充沙待鋪長(zhǎng)管袋褥墊塊體移至設(shè)計(jì)位置,利用木樁固定充填口位置.在河岸嫩灘上或岸邊利用6PNL泥漿泵抽吸河槽泥沙,首先充填褥墊沉排塊體上游邊的第1個(gè)管袋,依靠泥漿泵的充水壓力將排體塊展開(kāi),利用排體上游側(cè)的牽拉船和牽拉繩及袋中高濃度泥水自重實(shí)現(xiàn)排體上游邊的水下定位,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沉排塊體的水下定位.待第1個(gè)管袋充滿后,將口暫時(shí)扎死,開(kāi)始依次沖第2個(gè)、第3個(gè)等,直到塊體管袋全部充完.因泥漿泵出口含沙量為400～700kg·m-3,而管袋中泥水含沙量要求1100～1300kg·m-3,為解決管袋充滿后泥水含沙量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題,在實(shí)際操作中采取循環(huán)充填4～5遍的方法來(lái)解決,但在后續(xù)充填中,要盡可能地將泥漿泵出水管口插至管袋深處.這樣充填后的管袋泥沙飽滿度在70%～80%,最后將充填口用尼龍繩扎死,即完成了沉排的鋪設(shè).2.水深較大(大于2m),管袋充填口也位于深水中時(shí),采用多船控制褥墊位置方法施工,施工布置如圖7所示.首先將所要鋪的褥墊體以遠(yuǎn)端(末端)為卷心,并在其上游邊(間隔3～4m)及四角拴尼龍牽拉繩后卷成卷,同時(shí)參照第1種情況按設(shè)計(jì)位置錨定牽拉船A,在沉排近端(即充填口端)按褥墊塊體寬度錨定充袋船B(即作為河岸),然后將既拴繩又卷成卷的待充沙褥墊沉排塊體移至B船上,錨固充填口及充沙泵管,最后借助可移動(dòng)船C和牽拉船A的牽拉及6PNL泥漿泵的出水壓力作用將卷成卷的未充沙褥墊塊體自船B外側(cè)鋪展并沉于水中固定.其他操作程序及要求同第1種情況.5頂沖回事壩體利用泥漿泵河床抽沙充填土工織物反濾布長(zhǎng)管袋褥墊技術(shù)于1998年5月及10月在馬渡下延工程分別修建了水中進(jìn)占94沉排壩和水中進(jìn)占95壩.95壩施工與傳統(tǒng)柳石水中進(jìn)占?jí)蜗啾?在未砍伐一棵樹(shù),勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低,施工人數(shù)減少一半以上的情況下,工程修筑時(shí)間縮短9～10d,節(jié)約投資1/6～1/5,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求完成了施工任務(wù);94沉排壩自1998年5月29日試驗(yàn)工程竣工發(fā)揮控溜作用,當(dāng)年即遭受3次水流頂沖考驗(yàn),累計(jì)300余h.第1次6月8日,花園口流量1110m3·s-1,89壩至94壩受拉槽水流頂沖,1995年、1997年修建的根石深達(dá)7～9m的90及93傳統(tǒng)柳石壩相繼出險(xiǎn),而剛剛竣工的94壩卻未出現(xiàn)任何險(xiǎn)情;第2次7月初流量2700m3·s-1頂沖時(shí),除兩處沉排搭接處出現(xiàn)較大沉降外,沉排外圍均按設(shè)想下沉,壩體正常運(yùn)用,而與之同樣受溜的93壩卻再次出現(xiàn)了較大的根石下蟄走失險(xiǎn)情;第3次7月中旬,大河流量4700m3·s-1,大溜淘刷灘岸,93壩再一次出現(xiàn)根石下蟄走失,而94壩前因護(hù)底沉排作用,洪水被逼離壩根,在壩外3.0～25.0m范圍內(nèi)兩個(gè)斷面上形成高1.0m左右的沖擊浪,僅在壩前頭偏上4.0m范圍內(nèi)出現(xiàn)了局部不均勻沉陷.根據(jù)沉排12個(gè)斷面水后探摸情況得知,護(hù)底沉排下沉基本符合設(shè)想要求(但遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)設(shè)值),反映出該結(jié)構(gòu)壩型良好的抗沖應(yīng)變能力.根據(jù)馬渡下延94壩、95壩的施工、運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)推斷:采用相同工程投資修建水中充沙土工織物反濾布長(zhǎng)管袋褥墊沉排壩和水工柳石壩各一道,前者可以減少搶險(xiǎn)至少2～3次,節(jié)約資金百萬(wàn)元,免除砍伐樹(shù)木3000棵左右,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,其筑壩材料容易標(biāo)準(zhǔn)化,儲(chǔ)運(yùn)方便、快捷,施工干擾因素小,且機(jī)械化施工,大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)人數(shù),提高了工作效率,縮短修筑時(shí)間5～6d;采用相同工程基礎(chǔ)深度修建水工上兩類丁壩各一道,充沙長(zhǎng)管袋褥墊水中進(jìn)占?jí)慰梢怨?jié)約資金1/5～1/4,同樣可以大幅度地降低施工難度、減少勞動(dòng)人數(shù)和提前工期9～10d.黃河下游每年都要修建丁壩近百道,按此推算可以節(jié)約資金近千萬(wàn)元,且有不可估量的社會(huì)、環(huán)