管袋充砂圍堰如何設(shè)計(jì)與施工

　　以龍灣二期工程中心為代表，通過深入分析海上圍堰工程閘壩圍堰工程，實(shí)施了常用土石圍堰結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 采用填砂袋結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)軟土地基。達(dá)到最大裝載量，提高裝載率，加快煤氣加固的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿足了基礎(chǔ)穩(wěn)定性，縮短了臨時(shí)工程(圍堰)的施工工期，接下來小編簡(jiǎn)單介紹一篇優(yōu)秀水利工程論文。

　　1 工程概況

　　溫州龍灣二期圍涂工程位于浙東南的甌江口南側(cè)的東海岸，東臨大海，南至瑞安市交界線，西接丁山一期圍墾、天城圍墾、永興圍墾、海濱圍墾，北與溫州淺灘工程隔江相望。圍區(qū)總面積3.445萬畝，為Ⅲ等工程。主要由海堤和水閘組成。工程概算總投資約194369萬元，計(jì)劃施工總工期48個(gè)月，其中第一階段為27個(gè)月。海堤、水閘等主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，設(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。圍堰等臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)，設(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)為非汛期5年一遇標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工交通條件和建筑材料供應(yīng)條件，經(jīng)綜合研究，中心大閘圍堰結(jié)構(gòu)采用充砂管袋外加大塊石壓腳及灌砌石防護(hù)的結(jié)構(gòu)形式，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　1.1 水文、氣象

　　本工程地處浙江省東南沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，雨量豐沛，光照充足。據(jù)統(tǒng)計(jì)，溫州氣象站氣溫年平均氣溫17.9℃，其中7月最高為32.1℃，一月最低，為4.6℃。

　　1.2 潮汐特征

　　本工程附近海區(qū)的潮汐，屬正規(guī)半日潮。存在明顯的高潮不等和低潮不等現(xiàn)象，春分至秋分間夜潮高于日潮，秋分至翌年春分間反之。其潮位設(shè)計(jì)成果見表1：

　　1.3 工程地質(zhì)

　　中心大閘工程地質(zhì)條件根據(jù)勘探孔揭露，閘址土層結(jié)構(gòu)分布如下：

　　灘涂表部流泥層，厚約0.10～0.50m，含水量高，孔隙比大，性質(zhì)極差。

　�、�0層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：淺灰黃～灰色，飽和，流塑，高壓縮性。含有機(jī)質(zhì)和細(xì)小白色貝殼碎片，夾粉土或粉砂。所夾粉砂或粉土含量分布不均，一般呈薄層狀或團(tuán)塊。該層厚度一般為1.20～4.30m。物理力學(xué)指標(biāo)：W=(43.1～61.6)%，ρ=(1.64～1.92)g/cm3，Es=(1.66～3.55)MPa，快剪：C=(3.6～6.3)kPa，φ=(3.3～9.8)°，W=(25.6～44.8)%，ρ=(1.74～1.99)g/cm3。

　�、�2層淤泥：青灰色，飽和，流塑，高壓縮性。局部含少量白色貝殼碎片，上部夾少量薄層狀粉砂、粉土。該層分布穩(wěn)定，頂板高程-4.30～-11.40m。物理力學(xué)指標(biāo)：W=(52.5～63.6)%，ρ=(1.60～1.72)g/cm?，Es=(1.68～2.19)MPa，快剪：C=(6.2～11.7)kPa，φ=(4.6～6.3)°，固快：C=(8.9～11.6)kPa，φ=(12.7～17.7)°。

　　2 圍堰設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　2.1 圍堰高程確定

　　中心大閘圍堰為臨時(shí)性建筑物，建筑物級(jí)別為5級(jí)，圍堰擋潮標(biāo)準(zhǔn)采用5年一遇非汛期最高潮位。工程處于北部區(qū)，設(shè)計(jì)潮位為：3.89m。根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》，外圍堰堰頂高程：設(shè)計(jì)潮位+浪高+安全超高，設(shè)計(jì)潮位為3.89m，浪高為1.8m，安全超高為0.5m。堰頂高程�。�6.2m。內(nèi)圍堰位于海堤保護(hù)范圍內(nèi)圍區(qū)側(cè)，受風(fēng)浪沖擊較小，堰頂高程：設(shè)計(jì)潮位+安全超高，取4.4m。為減少外海側(cè)圍堰工程量，外海側(cè)圍堰采用5.0高程管袋+1.2混凝土防浪墻結(jié)構(gòu)。

　　2.2 圍堰基礎(chǔ)處理

　　圍堰基礎(chǔ)處理采用塑料排水插板法進(jìn)行排水固結(jié)，排水板設(shè)計(jì)深度為10m。

　　2.3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.3.1 圍堰軸線確定。根據(jù)水閘設(shè)計(jì)方案，中心大閘樁基處理范圍中心大閘樁基處理范圍79.6m×88m。由于閘基開挖深度僅為0.5m，開挖穩(wěn)定邊坡按1：6考慮，圍堰(基坑側(cè))坡腳至樁基處理范圍外邊線的安全距離為12m(局部為5.0m)。從而中心大閘圍堰總長(zhǎng)515m。

　　2.3.2 圍堰斷面設(shè)計(jì)。外圍堰堤頂考慮通車要求，堤頂鋪填50cm厚泥結(jié)石路面，堤頂寬度6.0m。

　　圍堰結(jié)構(gòu)主體為：3層通長(zhǎng)袋吹砂，至堰體鎮(zhèn)壓層高程，加上部袋裝砂棱體，外海側(cè)在▽1.5m高程設(shè)寬18m的鎮(zhèn)壓平臺(tái)，鎮(zhèn)壓平臺(tái)與堰頂之間用1∶1.5的斜坡連接;基坑側(cè)在▽1.0高程設(shè)寬11.6m的鎮(zhèn)壓平臺(tái)，鎮(zhèn)壓平臺(tái)至涂面1：2放坡，與堰頂之間用1∶1的斜坡連接。

　　2.3.3 堰體與海堤交接設(shè)計(jì)�？紤]到水閘和海堤(堤閘連接段)的過渡與穩(wěn)定，在圍堰施工前，對(duì)圍堰與海堤交接處的基礎(chǔ)采用了插板處理。為此，在圍堰吹砂管袋施工前，對(duì)此交接處開挖一10m寬的截水槽(碎石清除干凈，開挖至原涂面以下)，并采用止水砂袋截?cái)嗤杆�通道，后在其上鋪設(shè)吹砂通長(zhǎng)袋。

　　2.3.4 堰體材料選擇。堰體管袋采用200g無紡?fù)凉げ伎p制，縫制時(shí)，袋體的所有接縫均采用包縫法進(jìn)行縫制，采用35支三股棉線，強(qiáng)度大于150N/m，每條接縫縫制不少于三道(先縫一道，折疊后再縫兩道)�？p制后的袋體拼縫部位強(qiáng)度不低于原織物強(qiáng)度的70%。拼縫設(shè)置在與上下層袋體的疊合部位，盡量避免通條出現(xiàn)在袋體兩側(cè)，確保袋體的接縫強(qiáng)度。

　　3 圍堰安全性分析

　　3.1 沉降計(jì)算

　　軟土地基沉降計(jì)算包括以下內(nèi)容：瞬時(shí)沉降Sd;次固結(jié)沉降Ss;主固結(jié)沉降Sc;總沉降S∞。

　　瞬時(shí)沉降是在荷載實(shí)施后立即發(fā)生的那部分沉降量，它是由剪切變形引起的。主固結(jié)沉降指的是那部分主要由于主固結(jié)而引起的沉降量，在主固結(jié)過程中，沉降速率是由水從孔隙中排出的速率所控制的。次固結(jié)沉降是土骨架在持續(xù)荷載下發(fā)生蠕變所引起的。總沉降量為上述沉降量之和，表達(dá)式為：　　S∞=Sd+Sc+Ss

　　由于在計(jì)算過程中瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降較難通過理論計(jì)算，所以總沉降量簡(jiǎn)化通過經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。即通過計(jì)算主固結(jié)沉降，再用沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)修正，如下式：

　　S∞=msSc=ms

　　式中：S∞——總沉降量;ms——沉降系數(shù)，一般ms=1.3～1.6，根據(jù)本工程地質(zhì)條件ms取1.4;Sc——主固結(jié)沉降。

　　計(jì)算參數(shù)：沉降計(jì)算時(shí)采用平均低潮位作為計(jì)算水位，平均低潮位以下取浮容重，平均低潮位以上取濕容重;計(jì)算深度算至附加應(yīng)力為0.1倍自重應(yīng)力處;e-p曲線采用地質(zhì)勘察報(bào)告提供的平均e-p曲線(垂直)。

　　計(jì)算結(jié)果：采用上述計(jì)算方法及計(jì)算參數(shù)，計(jì)算圍堰工后沉降約1.45m，在施工期應(yīng)充分考慮沉降對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)的影響。

　　3.2 滲流穩(wěn)定計(jì)算

　　圍堰基礎(chǔ)滲流穩(wěn)定破壞主要為“流土”破壞，其計(jì)算公式為：S=∑kγwh/γ;式中k——安全系數(shù)取1.2;——土容重(kN/m?)，水下取浮容重，水上取濕容重;w——水容重(kN/m?);S——土層厚度(m);h——水頭差(m)。

　　外海側(cè)取50年一遇設(shè)計(jì)高潮位，經(jīng)計(jì)算，實(shí)際圍堰底寬土層寬度大于計(jì)算要求土層寬度，滿足防滲流土要求。

　　3.3 圍堰穩(wěn)定分析

　　計(jì)算方法及允許最小穩(wěn)定安全系數(shù)。

　　根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》，圍堰整體穩(wěn)定采用瑞典條分法，最小安全系數(shù)Kmin完建期按正常運(yùn)行條件考慮控制在1.05左右。其計(jì)算公式如下：

　　K=;式中：K——抗滑安全系數(shù);Wi——土條的滑弧長(zhǎng)、重量(kN);Li——土條的滑弧長(zhǎng)(m);Ci——土條滑動(dòng)面上的凝聚力(kPa);i——土條滑動(dòng)面上的內(nèi)摩擦角(度);αi——滑動(dòng)面中點(diǎn)的切線與水平線的夾角(度);T——土工織物設(shè)計(jì)強(qiáng)度(kN)。

　　物理力學(xué)參數(shù)。圍堰填筑體物理力學(xué)參數(shù)如下：

　　砂：重度17.5kN/m3，飽和重度21.0kN/m3;c=0kPa，=37.5°。T=35kN/m。

　　地基土層物理力學(xué)指標(biāo)見表2：

　　穩(wěn)定計(jì)算成果：根據(jù)本工程水閘圍堰的地基土層變化情況，本階段對(duì)各水閘圍堰典型斷面在其相應(yīng)地質(zhì)條件下的整體穩(wěn)定情況進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算采用理正巖土工程軟件進(jìn)行。經(jīng)計(jì)算分析，圍堰最小安全系數(shù)kmin滿足規(guī)范要求。

　　4 主要施工工藝及施工方法

　　4.1 施工程序

　　圍堰施工程序?yàn)椋菏┕��?zhǔn)備→清理堤基→外海側(cè)底層鋪通長(zhǎng)管袋吹填→內(nèi)海側(cè)鋪通長(zhǎng)管袋吹填(外海側(cè)打排水板)→鋪通長(zhǎng)袋吹填砂(分層至鎮(zhèn)壓層高程)→外圍堰鎮(zhèn)壓層拋石→袋裝砂棱體(分層至頂，并留出龍口)→護(hù)面保護(hù)→合攏→龍口段的護(hù)面保護(hù)→堤頂路面及防浪墻。

　　圍堰施工前，水閘南北兩側(cè)海堤堤基排水插板各推進(jìn)進(jìn)尺100m以上，避免堤基排水插板施工和圍堰施工相互干擾。待通長(zhǎng)袋施工后，圍堰南北兩側(cè)海堤拋石跟上，以利于盡快形成轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，為水閘工程施工提供相應(yīng)場(chǎng)地。

　　閱讀期刊：中國(guó)水利

　　《中國(guó)水利》(半月刊)創(chuàng)刊于1950年，由中華人民共和國(guó)水利部主管,是水利系統(tǒng)最權(quán)威的指導(dǎo)(綜合)類科技期刊。以宣傳黨中央、國(guó)務(wù)院的治水方針,宣傳水利部黨組的治水思路,探討水利發(fā)展對(duì)策,指導(dǎo)、服務(wù)水利改革與發(fā)展,交流水利科學(xué)研究新進(jìn)展.推廣水利新技術(shù),溝通水利與社會(huì)為宗旨。