土工沖泥管袋在圍涂工程中的應用

土工沖泥管袋在圍涂工程中的應用

土木工程洪管袋是利用海岸和潮汐保護海岸工程的一種新技術。20世紀90年代，它被應用于池塘河口和高灘的垃圾填埋場修復工程，取得了良好的效果。它是采用聚丙烯、聚乙烯土工布縫制成袋體,再用泥漿泵將泥漿沖入袋體自然固結排水而成的一種技術。經過十幾年的實踐和試驗表明,它一般適用于地基承載力較高的中高灘部位,并要求沖填土體有較好的滲透性,易于排水固結。寧波市曾在慈溪四灶浦水庫施工中獲得成功。1海堤格局工程施工慈溪市四灶浦西側圍涂工程位于杭州灣南岸的慈溪市境內,處于庵東淺灘上,北臨杭州灣、西瀕西直潮溝、東依四灶浦水庫,南接九塘。圍區(qū)總面積為4307hm2,工程需新建32.7km的海堤,其中包括一線橫堤21.7km、東西直堤4.6km,隔堤6.4km。工程自2000年5月試驗堤破土動工興建以來,已完成東直堤全長2.3km,3條隔堤全長6.4km,西直堤2.3km拋石順壩及12.5km長的橫堤順壩工程施工。并于2001年10月底前完成了東Ⅰ標片及西側大橋片的龍口合龍工作。海堤建于粉砂土地基上,其地層主要由砂質粉土組成,該土層干密度為15kN/m3,含水率W=28.4%,孔隙比e=0.790,壓縮模量Es=12.00MPa,c快=5.9kPa,Φ快=29.9°,c固快=6.2kPa,Φ固快=31.6°。其水平向滲透系數(shù)為2.07×10-4cm/s,經顆粒分析,泥沙粒徑以0.01～0.075mm為多數(shù),不均勻系數(shù)d60/d10≈6。2按工況區(qū)分拋石和壓泥袋2000年5月,1km試驗直堤提前開工建設,在設計中采用了泥芯壩體的斷面方案(圖1)。所謂泥芯壩體,即以泥土為主體的壩體,該斷面施工時采用土方先行,石方后做的方法,有效地減少了拋石量,節(jié)省了工程投資。為解決土方先行時的土體受潮浪沖刷,在5年一遇潮位下采用兩側沖泥管袋封堵,中間充土的辦法。施工中要求兩側袋體的高程隨著天文潮潮位的上升而加高,潮浪只能作用于有一定抗沖能力的袋體上,阻止了潮水對中間粉砂土的沖蝕,保證了工程的安全。但由于沖泥管袋其本身的抗風浪能力有限及袋布受陽光照射易老化破壞等因素,其外側的無紡布、石碴、拋石保護必須在短時間內緊緊跟上。因此段系試驗直堤,為獲得經驗和一次成功,故設計中的沖泥管袋堆放型式及單袋尺寸取值較大,顯得安全有余、經濟不足。3合并段罪犯訴訟順壩是海堤的一期擋水體,它是為整個橫堤施工作基礎,同時該壩體還要完成各段龍口的合攏。其自身必須滿足擋潮、穩(wěn)定、防滲的要求,由于工程橫堤軸線長,順壩投資的高低將直接影響整個工程的總投資,因此順壩斷面選擇在整個橫堤的設計中至關重要。3.1泥芯壩體施工材料工程設計中采用泥芯順壩與拋石順壩兩種型式進行比較,其斷面見圖2～3。根據(jù)上述兩斷面方案比較,可得出以下結論:(1)泥芯順壩由于所需外運石料量較少,大部分以價廉的當?shù)赝磕嗉皼_泥管袋代替石方,因此節(jié)省造價。根據(jù)斷面工程量計算,泥芯壩體每m造價較拋石壩體少700元,約為拋石順壩每m造價的25%。(2)泥芯壩體施工材料主要為涂泥及土工織物,材料供應力較強,可減少石料供應及施工交通條件對進度的影響,加快施工進度。根據(jù)施工實際,泥芯壩以400～600m長為單位進展,每段完成時間為15d,日進占長度約為(27～40)m/d,而采用拋石順壩方案,按單側最大進石量計算,單拋石壩體的施工進度為31m/d,加上背坡反濾實施、土方跟進,估計日進尺為(15～20)m/d,因此施工進度相差1倍左右。3.2順壩邊坡下泥芯順壩蝦位設計根據(jù)試驗直堤的施工情況,為進一步節(jié)省投資,對沖泥管袋布置型式及尺寸進行了調整。根據(jù)本區(qū)施工條件,沖泥管袋一般充填高度為0.5～0.8m,考慮到順壩處涂面相對較低,受潮水影響較大,因此平均高潮位4.5m高程以下(吳淞高程,下同)采用直立型式。其上按邊坡1∶1.5,每筑一層,縮進0.75～1.2m,其中間沖填土方閉氣。為節(jié)省石碴用量,直立袋體外側再補沖1個三角形袋,當土方斷面達到設計外形時,兩側再加拋石碴及塊石進行保護。在已實施的東Ⅰ標和東Ⅱ標的泥芯順壩施工中,采用的就是上述順壩斷面,該兩處海堤軸線處涂面高程一般為2.0～3.0m,屬中灘。施工底部第一層袋體應選擇在天文潮位每日降低將至低谷之際,此時正當落潮露灘后,兩側袋體按設計安放定位,然后用泥漿泵充填,在次日大潮汐來臨之前須達到設計高度(高于該潮位),并固結排水完成,然后再沖填其上袋體及中間土方。這樣象趕潮一樣,天文潮位越來越高,土方斷面也越來越高,即不能出現(xiàn)斷面過水現(xiàn)象。4常見問題和對策土工沖泥管袋作為一項新技術,其理論與技術均未完全成熟,在設計、施工中應對以下問題加以重視。4.1袋布的滲透率土工沖泥管袋筑壩,要求袋布有一定的透水性,又要求有較好的保沙性,這兩者之間是相互矛盾的。因區(qū)內的沙粒粒徑大多為0.01～0.075mm,在滲透壓力的作用下一般的袋布均能滿足保沙要求。在流速較大時,實測流速(2.5～3.0)m/s,盡管局部有些漏沙,但如果兩側的無紡布、石碴、拋石保護能及時跟上,仍能使用。要是袋布的保沙性太好,而滲透性較小,則可能導致施工強度降低,固結排水時間延長。土工沖泥管袋的保沙率取決于袋布的有效孔徑O95,根據(jù)Colhun準則,應當滿足O95≤d85。袋布自身滲透系數(shù)應大于沖填土料的滲透系數(shù)。4.2袋體穩(wěn)定破壞在泥芯壩體施工時,由于處于中灘部位,水流流速較小,采用的沖管袋單個長度為50m(不包括堵流溝所用布袋),因此在施工中要保證50m長袋體的穩(wěn)定性很關鍵。袋體穩(wěn)定破壞一般有滾動和滑動兩種。滾動破壞一般出現(xiàn)在袋體沖填過高或成形過于圓整時,施工中只需控制沖灌就能避免出現(xiàn),而滑動失穩(wěn)是由于袋體自身重量不能抵抗水流沖擊引起的,因此增大袋體尺寸及加大袋布間摩擦系數(shù)尤為重要。據(jù)實測,土工布袋的摩擦系數(shù)與袋布的表面毛糙和光滑有關,一般在0.35～0.50之間變化。針對這一情況,在設計中增加了毛竹樁加固的措施,即在袋位兩側預先打設毛竹樁,竹樁間用橫檔、鉛絲互相連接拉緊,在樁間鋪設土工袋,再行灌泥沖填。4.3滲流破壞的因素由于土工袋是采用土工材料縫制而成,其自身滲透性較好,盡管沖土后有一定的防滲性,但由于上下層袋間、相鄰袋間縫隙的存在,易產生滲透破壞。通常要求沖泥管袋與沖填土體結合起來,擔當防滲體的作用,而最小滲徑長度的確定不應包括土工沖泥管袋的寬度,同時要求每一層袋按錯縫搭接。4.4袋布強度的鋪設及壓漿每個沖灌袋施工前應先確定沖灌強度,強度太低會影響施工進度,強度太高又會沖爆袋體,一般情況下,1只袋由兩臺泥漿泵充填。該工程所用袋布抗拉強度為800N/50mm>750N/50mm,故充填是安全可行的。袋布按設計鋪設好以后,將泥漿泵的輸漿管套入預先做好的沖灌口,并用鐵絲扎緊。在沖灌過程中要隨時用棍棒敲打和用腳踩振動,以保證袋內土方沉淀均勻,并借以加快排水固結。一般沖灌結束后,沖灌口處的土方高程比別處要低,在停泵后更應加強該處干擾,保證施工質量。5土工沖泥管袋駁岸(1)土工沖泥管袋在慈溪市西北部地區(qū)粉砂土地基上筑堤中得到成功應用,它具有就地取材、節(jié)省造價、加快施工進度等優(yōu)點,有著廣闊的前景,應在該地區(qū)推廣應用。(2)土工沖泥管袋適宜于中高灘部分的施工,對深水施工,由于局部流速