龙 胜

(葛洲坝集团第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 概 述

珠海南门涌水闸为南门河涌段的一座新建水闸。水闸施工前,必须先在闸址上下游填筑内外围堰以拦截外江和内河来水,实现水闸内外封闭并进行干地施工。

南门涌水闸临时工程包括导流明渠及围堰。其中围堰分为内围堰和外围堰。笔者主要阐述了该围堰的设计、施工工艺和方法。

2 工程地质条件及围堰设计

2.1 工程地质条件

南门涌水闸河涌段原始地面高程为 -1.8～1.5 m,沟渠底高程一般为 -1.5～-1.8 m,堤外为虎跳门水道。

闸址区地层岩性自上至下为:①淤泥(Q4m),深灰色,局部含少量粉砂及贝壳,厚 3.2～14.7 m左右,底板高程为 -4.35～-4.2 m;②淤泥质粘土(Q4

m),深灰色,局部含少 量粉 砂及 贝壳,厚12.6～14.7 m,底板高程为 -14.3～-11.1 m;③残积土(Qedl),黄褐色、深灰色、墨绿色,硬塑状;厚度大于 3.5 m,顶板高程为 -14.3～-11.1 m;④强、弱风化花岗岩(γ),厚度较大。

闸址区淤泥、淤泥质粉质粘土抗剪强度低,具高压缩性,允许承载力低,存在沉降变形、抗滑稳定等问题。

2.2 围堰设计

2.2.1 堰顶高程的确定

经查,外江 10年一遇频率潮位,10～次年 4月闸外高潮水位高程为 2.22 m,加上安全超高和风浪超高,可取外围堰堰顶高程为 3 m;内河侧围堰设计标准根据排涝区设计最高蓄水位及河道两侧地形确定,内围堰采用模袋砂砌筑而成,内围堰顶部高程为 2.8 m。

2.2.2 围堰结构及断面形式

围堰的设计结构、断面形式根据围堰所处位置进行不同的布置。围堰主要采用膜袋砂为主,袋装土为辅的结构形式。

围堰内地基均为淤泥,含水量大,承载能力差,围堰宜采用重量轻、沉降小、能防渗、施工方便的经济实用形式。根据当地的成功经验及目前一些较先进的方法,外围堰采用膜袋砂填筑而成。膜袋砂围堰堰顶高程为2.5 m,顶宽 3 m;围堰迎水面采用防渗土工膜防渗。外江侧堰脚及护坡采用 10 c m厚砂垫层、40 c m厚块石压载。考虑到安全超高和风浪超高,外江迎水面堰顶均采用袋装土加高至 3 m,袋装土顶宽为 1 m,高度为 0.5 m。内河侧围堰结合现场条件采用模袋砂进行填筑,模袋砂顶部高程为 2.3 m,宽 5 m,而后采用袋装土加高至 3 m,袋装土顶宽为 1 m,高度为 0.5 m。施工完毕堰顶高程为2.8 m。

(1)外海侧围堰。

由于围堰内地基均为淤泥,含水量大,承载能力差,围堰宜采用重量轻、沉降小、能防渗、施工方便且经济实用的形式。根据当地成功经验及目前一些较先进的方法,外围堰采用膜袋砂填筑复合土工膜防渗而成。外围堰的断面结构形式有两种。膜袋砂围堰部分采用消浪式两级边坡填筑,迎水面、背水面侧均设反压平台,平台顶高程为0.5 m,顶宽均为 8 m,采用膜袋砂填筑。膜袋砂堆积体内、外侧上层边坡坡比均取 1∶1.5,下层边坡坡比为 1∶3。其余断面均位于外海侧的滩地上,围堰的结构形式均为膜袋砂,堆积体内、外侧边坡坡比均取 1∶1.5。膜袋砂围堰堰顶高 程为2.5 m,顶宽 3 m;围堰迎水面采用土工膜防渗。外江侧堰脚及护坡采用 10 c m厚砂垫层、40 c m厚块石压载,以防风浪冲刷。外围堰考虑到安全超高和风浪超高,外江迎水面堰顶均采用袋装土加高至 3 m,袋装土顶宽 1 m,高度为 0.5 m。

(2)内河侧围堰。

根据内河侧围堰设计标准排涝区设计最高蓄水位与河道两侧地形查外江 10年一遇频率潮位可得 10～次年 4月闸外高潮水位高程为 2.22 m,加上安全超高和风浪超高,考虑内围堰堰顶高程为 2.8 m。内围堰采用模袋砂填筑,主河道内模袋砂围堰部分采用消浪式两级边坡填筑,迎水面、背水面侧均设反压平台,平台顶高程 0.5 m,顶宽均为 8 m。两侧滩地原始地面高程较高处采用边坡为 1∶1.5的模袋砂填筑而成。内围堰模袋砂的顶部高程为 2.3 m。考虑安全超风浪超高,采用袋装土加高至 2.8 m高程。袋装土加高部分的结构尺寸为顶宽 1 m,高度为 0.5 m。由于南门涌闸基坑右侧小涵窦及排洪泵站征地事宜无法落实,故内围堰需进行优化调整。

3 围堰填筑施工方案

3.1 膜袋砂围堰施工方法

膜袋砂围堰施工程序见图 1。

图 1 膜袋砂围堰施工程序图

3.1.1 测量放样

在围堰施工前,根据设计图纸放出围堰轴线和堤基边线并插上样标,以控制清基范围和围堰断面。

3.1.2 清理基面并找平

测量放样定出清基范围后,在两岸有抛石及边坡有杂物的部位,采用 P C 200反铲人工配合清理,清除基层及两侧可能有损织物的凸出物、杂物。人工清理出与防渗膜边贯通的通道并回填土料,以减少渗漏量。

基础面清理完成后,根据实际地形测量情况,对围堰布置区域及深沟槽段采用牛皮砂吹填找平,其作用是增加整个基础面的承载力,使围堰荷载能均匀分布,以减少沉降和发生滑移。

3.1.3 膜袋的充填

(1)土工膜袋的铺设及张拉定位。

清基报验合格后进行充填膜袋施工。土工膜袋按照设计图纸要求垂直于堰轴线纵向铺设,底层袋的铺设采用立竿(φ 50钢管)定位,铺设前根据测量放样定出膜袋的边线并在袋体耳环相对应的位置插入立竿(φ 50钢管),然后将膜袋展开平铺在面上,并将膜袋上的耳环绑在立竿(φ 50钢管)上精确定位,以免袋体发生位移。铺设时需注意不同断面、不同层膜袋型号的变化。

由于底层袋施工的不可预见性,在其充填口上绑有泡沫或其它漂浮物使其露出水面,以便于充填砂时寻找充填口。

(2)膜袋砂膜袋。

膜袋砂膜袋采用扁丝编织土工布,在使用期受日晒水浸不易发生老化破坏。其指标要求:纵、横向抗拉强度大于、等于 20 k N/m;纵、横向断裂强度大于等于 30 k N/m;单位质量不小于 300 g/m2;断裂伸长率小于 30%。

袋内充填牛皮砂(粉细砂),每个膜袋宽度为6 m,长度按实际长度定,围堰高度不等,充填后厚度为 0.5 m左右,采用分层交错铺至设计高程。

(3)充灌填料。

土工膜袋砂充填施工流程见图 2。

图 2 膜袋砂充填施工流程图

充填砂料由砂船从砂场运至施工现场。充填前,首先将充填管接入充填袖口内并往砂料中灌水使其形成砂水混合物,再将混合砂浆利用砂船配备的高压泵通过充填管充入袋内。

整个充填过程严格按照施工流程进行。一次充填完成以后,必须经过泌水迸浆后方可进行二次充填,其泌水迸浆时间要根据袋型和实际情况决定,但最少不得少于 20 m in。二次充填时必须注意控制充填厚度和平整度,同时要根据施工时的潮位控制膜袋的袋顶高程。充填过程中要注意多次更换充填袖口以保证充填袋体的平整度和饱满度,避免局部充填过高。

充填完成后,要利用高压水枪将局部超高部位扫平,以保证袋体平整度偏差满足设计要求。土工织物袋充填完成后必须通过验收,方能进行上一层膜袋的施工。

3.2 围堰边坡防护的施工

(1)围堰防渗土工膜的铺设。

围堰顶层土袋经验收合格后进行防渗土工布的铺设。铺设前,先将基面上的杂物清除干净,然后以轴线为准、结合图纸对土工布的铺设进行定位。土工布铺设前,要根据所需要的长度在仓库进行缝制加工并打卷运至施工现场。铺设时,垂直堰轴线从上至下进行,搭接时的搭接长度不小于 0.5 m。铺设应平顺、松紧适度,避免张拉受力、折叠、打皱等情况出现,铺设后立即采用碎石垫层压置,以防风浪冲打造成位移。

(2)护坡及护脚的施工。

当反压平台的膜袋砂施工完毕,将膜袋砂外侧边坡用10 c m厚的砂垫层找平,然后采用 40 c m厚块石护坡。

护脚块石的运输方式视水位情况而定,水位以下采用船抛方式,水位以上可采用 5 t自卸车运输端抛或人工抛投。

护坡的施工顺序为:碎石垫层、砂砾石、石渣料、抛石、干砌石护坡。水位以上碎石垫层采用 5 t自卸车运输、人工摊铺。砂砾石、石渣料、抛石采用 5 t自卸车运输直接卸料。干砌石护坡采用5 t自卸车运输,人工砌筑。

4 围堰拆除

当水闸的底板、边墙、闸墩混凝土及相应的金属结构安装工程完成且闸门调试完成后,即可进行围堰的拆除。各围堰的拆除时间均限制在次年5月前。

外围堰使用反铲采取后退法直接进行拆除,拆除的合格料可用作堤身及压载平台的填筑料,不合格的则弃于业主指定的场所堆放。

内围堰拆除拟采用反铲直接进行挖除。

5 施工过程的质量及安全控制

5.1 土工膜袋的铺设及充填质量控制

土工膜袋铺设以轴线为准,堤顶轴线允许偏移量小于 30 c m,边线允许偏移量小于 1 000 c m。土工膜袋的厚度控制在 650～750 m m,袋体充填饱和度不大于 70%,充填后的干土重度应达到14.5 k N/m3。严格控制充填袋的表面平整度,并保证扫平后袋顶高程满足设计要求。土工膜袋上、下袋体应错缝铺设,错缝距离不小于 3 m。

同层相邻袋体接缝处土工膜铺设时需预留收缩量,确保充填后两袋相互挤紧,充填后的两袋之间不得有贯通缝隙,如有袋缝,中间作填土处理。

膜袋在铺设、充填过程中以及充填后需注意保护袋体完好,若出现破损,应及时修复并采用外覆式缝接,粘贴膜大小应超出破孔边缘 10～20 c m。

底层袋充填完成后必须扫平并让其固结后才能进行第二层袋的铺设,第二层袋充填完成扫平并让其固结后方能进行第三层袋的铺设,依此类推。

膜袋砂袋在进行充填排水固结后,禁止一切机械行走,防止破坏。

5.2 防渗土工膜铺设质量控制措施

防渗土工膜应选择产品质量符合要求的厂家并报监理审批,对运到工地的每批防渗土工膜均需按规范要求进行抽样检验。

对于准备铺放防渗土工膜的工作面必需先行检测其合格并报监理机构批准后方可进行铺放。

铺设顺序:由下游侧开始,依次向上游侧进行铺设,作业人员应穿无钉鞋或胶底鞋。

尽量选用宽幅的防渗土工膜。若需拼接,应按施工图纸要求在后方仓库内进行,采用胶结法粘结或热粘法焊接。胶结法搭接宽度应不小于 5～7 c m,热粘法焊接叠合宽度不应小于 1～1.5 c m。

防渗土工膜面应平整光洁,厚度均匀,不允许有针眼、裂纹、裂口和孔洞。

5.3 护坡质量控制措施

采用人工摆砌,紧靠密实,不得松动;施工过程中应防止垫层受到损坏。铺砌时,视石料形状进行挑选,搭配使用,按错缝原则铺砌,以使其密实稳定,不得有通缝现象。块石间的缝隙用适合缝口大小的石块嵌实,避免出现缝口不紧和块石底部架空现象;在封边部位,用较大块石嵌紧,避免块石移动变位。

由低向高逐层铺砌,需嵌紧、整平,铺砌厚度应达到设计要求。

5.4 围堰挡水后对边坡的保护

围堰形成后,势必对岸坡形成冲刷造成滑坡。在基坑开挖完成后,拟在坡脚堆放砂包护坡、护脚,以保证边坡的稳定。坡面用反铲铲斗压实,防止雨水浸泡堤身和冲刷坡面。

6 结 语

沿海地区河涌段地基均为软质淤泥,含水量大,承载能力差。采用膜袋砂围堰结构形式具有工序简单、固结快、沉降小、施工方便等优点,非常适用于软土地基及河口段的施工,该围堰形式在当地得到了广泛应用,且效果显著。