膜袋砂圍堰在淺灘施工項目中的設(shè)計與應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計

1、膜袋砂圍堰在淺灘施工項目中的設(shè)計與應(yīng)用 摘要 ：膜袋砂圍堰具有施工簡便、機械化程度高、施工速度快、整體性能良好、造價低等優(yōu)點。在唐山冀東“南堡油田1、2號構(gòu)造貫通工程”施工中，我們首次嘗試采用了此項技術(shù)，并成功實現(xiàn)了在軟弱的海相沉積淤泥層上快速吹填砂圍堰。其最大的優(yōu)點是對軟土地基產(chǎn)生的變形和沉降適應(yīng)性強、自身整體穩(wěn)定性能好、形成的固結(jié)體強度高，而且堰體斷面較小，可就地取材，施工簡單，有效解決了工序繁多與工期緊張的矛盾，取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟效果。 關(guān)鍵詞 ：橋梁工程 淺灘施工 膜袋砂圍堰 擋水 施工技術(shù)要求 應(yīng)用一、工程簡介1.1 工程概況南堡油田1、2#構(gòu)造貫通工程，包含北堡大橋和南堡大橋兩

2、座大橋及橋梁兩側(cè)的特殊路基處理項目。兩橋是冀東油田有史以來建造跨徑最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的海上大橋，也是路橋公司首次承建的海上施工項目，北堡大橋全長275米，南堡大橋全長125米，橋?qū)?0.5米。橋梁上部為25米預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)小箱梁，下部采用座板式臺、柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，荷載標準為城-A級。1、2號構(gòu)造是今后的主要產(chǎn)油區(qū)，該工程的建成對冀東油田產(chǎn)能建設(shè)有著重要意義。南堡大橋設(shè)計為5跨，中心樁號為K0+461，該橋路線起始于中線路K0+814處，向東跨過海灘，與規(guī)劃的南環(huán)路相接。在路線K0+587處有一天然河槽，與線位交角為112，河槽寬40米，退潮時水深2米，考慮到河槽距東側(cè)填土較高的

3、大堤較近，又按通航考慮，故需將河道向西改移100米，改移長度約450米，橋軸線與新河槽交角90，橋下凈空按50年一遇高潮水位+通航高度+安全距離，確定為：3.835+4+0.5=8.335米。南堡油田1、2#構(gòu)造物貫通工程計劃總工期為7個月，即2008年3月11日正式開工，2008年9月30日完工。1.2 地理環(huán)境南堡大橋項目位于河北省唐山市南堡外淺灘，曹妃甸西北約1020公里，位于近岸淺灘，水深02.5m不等，地貌類型為淺灘潮間帶和水下淺灘地貌；該區(qū)域多年平均年降水量為646.9mm，最大年降水量為821.6mm，主要集中在夏季（7、8月份），約占全年降水量的64.3%；海水潮汐符合“漲五退

4、六”規(guī)律，24小時內(nèi)海水潮汐兩次，滿潮后有1個小時的平臺期，每月陰歷初一至廿二，每日潮汐時間滯后半小時；陰歷廿三至三十，每日潮汐時間滯后1小時，漲潮流流速為0.260.41m/s，落潮流流速為0.410.51 m/s；各月平均風(fēng)速以4月最大，約4.7米/秒，1月最小，約3.3米/秒；10月中旬至次年4月，每714天出現(xiàn)一次冷空氣活動，海面風(fēng)速一般達到6級以上，持續(xù)時間一般12天。海浪主浪向為E-SE向，100年一遇最大海浪為3.3米，潮波性質(zhì)為不正規(guī)半日潮，潮差35米。1.3 地質(zhì)特征南堡大橋項目地形地貌位于南堡外淺灘上，地勢平坦，地形、地貌簡單，沉積地層主要為古河流三角洲沉積的亞砂土及亞粘土

5、組成，夾淤泥質(zhì)粘土?？煞譃槿危荷隙沃髦饕獮榛疑珌喩巴两M成，飽和，松散中密；中段主要為灰黃褐色亞粘土組成，頂部發(fā)育一層淤泥質(zhì)粘土，亞粘土成軟硬塑狀，土質(zhì)不均，含貝殼碎片，間夾粉砂薄層；下段主要為灰褐灰色亞粘土，呈軟硬塑狀，土質(zhì)不均，間夾粉砂薄層。二、圍堰設(shè)計2.1 設(shè)計標準2.1.1 建筑物級別根據(jù)“水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范（SDJ338-89）”，膜袋砂圍堰定為級臨時建筑物，圍堰使用年限小于一個施工年度。2.1.2 設(shè)計洪水標準由于當?shù)氐姆览说虊卧O(shè)計標準采用的是30年一遇高潮水位，所以本項目中采用的膜袋砂圍堰設(shè)計標準宜采用30年一遇高潮水位。2.1.3 圍堰施工期擋水標準依據(jù)規(guī)范規(guī)定，并

6、充分考慮安全系數(shù)，確定圍堰施工期擋水標準始終滿足30年一遇高潮水位。2.2 圍堰布置2.2.1 布置原則及要求（1）首要考慮施工要求，圍堰與施工主體嚴禁交叉，以保證正常施工；（2）因地制宜，就地取材；（3）圍堰軸線輪廓滿足水流平順和防沖要求；（4）盡量避免將圍堰設(shè)置在水域或原河道內(nèi)，力爭減少工程量。2.2.2 圍堰形式選擇圍堰要求安全可靠，能夠滿足穩(wěn)定、抗?jié)B及抗沖刷要求；結(jié)構(gòu)要求簡單，施工方便，易于拆除和就地取材，并能滿足工期要求。根據(jù)施工現(xiàn)場實際，南堡大橋項目采用吹沙膜袋砂圍堰。2.3 設(shè)計過程及要求2.3.1 南堡大橋平面布置圖（1）南堡大橋橋位平面布置圖（見附圖1）；（2）南堡大橋膜袋砂

7、圍堰平面布置圖（見附圖2）。2.3.2 南堡大橋設(shè)計參數(shù)及要求（1）中線路（即防浪堤壩）頂標高為+3.15m，故圍堰設(shè)計標高宜采用+3.15m；（2）靠近中線路淺灘表面平均標高-0.35m，靠近原河道（即5橋臺底）淺灘表面平均標高-0.65m，淺灘地勢從東北向西南方向傾斜，坡度較緩；（3）淺灘淤泥厚度不等，自中線路至原河道西側(cè)0.3m2.1m；（4）考慮南堡大橋施工作業(yè)面實際情況，以減少圍堰工程量為目的，圍堰自中線路起，避開原河道且將南堡大橋主體結(jié)構(gòu)圍擋在其間，圍堰止于中線路，形成一個“U”型，詳見附圖2；（5）圍堰斷面形式采用梯形，內(nèi)外坡度設(shè)計為11，主圍堰頂面寬度不小于5m，底面寬度不得小

8、于11.5米，子圍堰頂寬度不得小于3米，圍堰兩側(cè)打簡易木樁支撐，數(shù)量1根/米，樁長2.5米；（6）圍堰內(nèi)側(cè)挖設(shè)寬1m，深0.5m的排水溝；（7）吹填圍堰參數(shù)：吸砂流失量為30%，吸砂下沉量為15%。（8）圍堰設(shè)計為“主堰+子堰”的復(fù)式斷面，下部是擴大斷面的膜袋砂堰體，上部是編織砂袋小堰體。膜袋采用200g/m2的晴綸（PP）土工編織布,縱橫向斷裂強力6.5KN/m,撕破強力0.16kN,長度按實際長度確定,充填后厚度為0.50.7m ，采用分層立體交錯鋪至設(shè)計高程。2.3.3 圍堰沉降根據(jù)專業(yè)測量人員對膜袋砂圍堰頂面標高十周來的監(jiān)測測量數(shù)據(jù)，繪制“時間-沉降量”的曲線（見下圖1），通過曲線圖顯

9、示：圍堰前三周的沉降量較大，特別是前兩周呈直線下降。如果在此期間遇大潮或水位變化較大時，沉降量不穩(wěn)定，一般需要46 周后才趨向穩(wěn)定，每周沉降量5mm。圖1 圍堰沉降觀測圖2.3.4 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）圍堰頂高程南堡大橋所在位置處的防浪堤壩頂高程為+3.15m，因此圍堰頂高程設(shè)計為+3.15m，滿足當?shù)?0年一遇高潮水位。（2）圍堰頂寬度及構(gòu)造圍堰頂寬度滿足防汛搶險、圍堰修補及交通運輸要求，主圍堰頂寬不得小于5米，子圍堰頂寬度不得小于3米，面層鋪30cm厚的碎石壓平。（3）圍堰細部構(gòu)造圍堰主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為“主堰+子堰”的復(fù)式斷面，下部是擴大斷面的膜袋砂堰體，上部是編織砂袋小堰體，圍堰內(nèi)外側(cè)坡度均為

10、11。（4）圍堰防滲設(shè)計膜袋砂圍堰體迎水側(cè)從堰頂鋪設(shè)兩層土工布至堰腳，并深入河床3m，編織布用袋裝砂梅花狀壓面固定；在塑料編織布搭接處；則要用砂包密鋪壓實。（5）圍堰橫斷面圖圖2 膜袋砂圍堰橫斷面圖2.3.5 圍堰工程量（1）南堡大橋施工現(xiàn)場（即圍堰內(nèi)區(qū)域）的長度與寬度以橋梁中心線為基準，橋梁中心線與中線路交于K0+190，與天然河槽交于K0+587，因此，南堡大橋施工現(xiàn)場長度約400m；橋面寬度為（19.5+0.52）=20.5m，便道寬度5m，同時考慮現(xiàn)場要設(shè)置泥漿池、排水溝等設(shè)施，以及橋臺錐護坡，因此南堡大橋施工現(xiàn)場寬度約90m。（2）圍堰長度圍堰起點樁號K0+190，繞經(jīng)樁號K0+55

11、0，終止于樁號K0+300，圍堰總長度約：（550-190）+（550-300）+90/2=655米，計算過程中取650米。（3）圍堰的橫截面積由于靠近中線路淺灘表面平均標高-0.35m，靠近原河道（即5橋臺底）淺灘表面平均標高-0.65m，淺灘地勢從東北向西南方向傾斜，坡度較緩；淺灘淤泥厚度不等，自中線路至原河道西側(cè)0.3m2.1m；因此給圍堰高度設(shè)計和計量上帶來一定的困難，為簡化計算量，可根據(jù)設(shè)計要求：主圍堰頂寬不得小于5米，底面寬度不得小于11.5米，子圍堰頂寬度不得小于3米，主、子圍堰內(nèi)外側(cè)坡度均為11，子圍堰頂面鋪設(shè)30cm厚的碎石壓平。按照每50米為一個計算單元，圍堰工程量見下表1

12、：表1 圍堰工程量匯總表序號項目名稱單位工程量備注主圍堰子圍堰防滲處理1長度m6506406602高度m2.91.02.9主圍堰每50m為單元，取平均值3橫截面積m215.74.03.5主圍堰每50m為單元，取平均值4沖灌砂體積m3102055袋裝砂體積m3248023106膜袋m246800采用200g/m2的晴綸土工編織布，膜袋厚度控制在0.5m左右，45層7木樁根13001根/米8土工格柵m27475用于第一層膜袋圍堰下面9土工編織布m28037用于膜袋砂圍堰外側(cè)防滲，鋪設(shè)2層，采用200g/m2的晴綸土工編織布10碎石m357630cm厚碎石壓頂三、圍堰施工3.1 圍堰施工工序施工準備

13、測量放樣鋪設(shè)土工格柵膜袋定位鋪設(shè)抽砂沖灌膜袋圍堰合龍防滲處理錨固壓頂（子圍堰施工）。3.2 圍堰施工過程3.2.1 施工準備（1）膜袋準備：按圍堰的斷面及平面布置情況，從圍堰底部開始，對圍堰膜袋逐層進行計算，確定膜袋的長和寬，再按設(shè)計分層高度確定膜袋的高度，為確保膜袋的充填厚度，在膜袋的定貨時，需將模袋的高度適當加高，一般宜加高100mm，單個膜袋最大尺寸不宜超過60m20m0.8m。（2）人員組織：為保證膜袋順利充填，應(yīng)有1215人進行膜袋充填施工。（3）機具準備：在圍堰施工前，準備好吹砂所用的浮船、泵管、2套抽水泵等機具，并有可靠的電源配套系統(tǒng)。（4）砂料準備：填充膜袋的砂料，一般采用細度

14、模數(shù)小于1.8的粉細砂，砂中宜有20%左右的淤泥?？删偷夭捎脟咄鈬鷾\灘上的泥沙，但在施工前，應(yīng)對泥沙進行實地勘測，檢測砂的細度模數(shù)及含泥量，確保充填的材料符合要求。3.2.2 測量定位按照設(shè)計的位置，對膜袋砂圍堰每層進行測量放樣，保證圍堰按設(shè)計進行施工。3.2.3 鋪設(shè)土工格柵施工前，應(yīng)對淺灘或河床進行適度的清理，保證堰基較為平順,沒有尖銳物，避免對膜袋產(chǎn)生破壞。同時在第一層膜袋下面按照測量放樣的位置鋪設(shè)土工格柵，目的在于避免圍堰產(chǎn)生不均勻沉陷，保證圍堰底面平順、平整。3.2.4 膜袋定位鋪設(shè)膜袋圍堰施工應(yīng)先從淺灘或河床最深處開始鋪設(shè)和施工，宜選擇低潮平流時開始施工，以便于作業(yè)。膜袋宜順水流

15、方向鋪設(shè)，將膜袋按測量放樣的位置進行定位鋪設(shè)，并利用木樁將膜袋的四角預(yù)先進行固定。若淺灘或河床上有水時，應(yīng)先向膜袋內(nèi)預(yù)充一定量的水，以保證作業(yè)中膜袋能固定在預(yù)定位置而不被水流沖在一起。3.2.5 抽砂沖灌膜袋用人工將泵管與砂袋的灌砂口綁扎結(jié)實，將抽水泵牢固的綁扎在浮船上，把另一臺抽水泵放置在清水池內(nèi)，利用高壓清水沖刷淺灘或河床上的泥沙，形成泥沙流體，然后將浮船漂浮在其上，利用抽水機將泥沙流體通過泵管輸送到膜袋中。在充填砂時應(yīng)先充填膜袋的四個角，再充填膜袋的中部，在充填中部同時應(yīng)將用來固定膜袋四個角的繩索松開，讓膜袋在充填砂的同時均勻下沉，保證膜袋能準確地沉降到預(yù)定的位置。圍堰出水以后，為了保證

16、砂袋充填飽滿均勻，在充填砂同時應(yīng)配備人員對砂袋進行踩壓。3.2.6 圍堰合龍膜袋砂圍堰施工時，則應(yīng)避免出現(xiàn)龍口，盡可能均衡上升。特別是圍堰施工高度達到水位變化區(qū)時，在每漲退潮時，不能留下個別缺口，同一層膜袋應(yīng)在一次漲退潮期間完成，避免集中水流對堰體的沖刷。3.2.7 防滲處理圍堰的滲漏主要有三個部位：堰體與原河床接觸面；堰體與岸坡接觸面；膜袋與膜袋之間。特別是前兩個部位，是破壞力最大，也最危險的地方。防滲的主要措施有:（1）利用泥沙自身含泥量大、致密性好、透水能力差的特點，自身防滲；（2）膜袋之間容易形成滲水通道，一方面不要將膜袋充填泥沙過滿，讓膜袋自身調(diào)整擠密；另一方面，也可在膜袋之間塞填粘

17、性土后，再覆蓋編織土包；（3）在堰體迎水側(cè)從堰頂鋪設(shè)兩層土工編織布至堰腳，并深入河床3m，編織布用袋裝砂梅花狀壓面固定；在塑料編織布搭接處；則要用砂包密鋪壓實。3.2.8 錨固封頂圍堰內(nèi)外側(cè)打簡易木樁支撐固定，間距4米一根，木樁長不得小于2.5米；膜袋砂圍堰頂面灌砂口要封堵嚴密，并在其上堆砌袋裝砂，形成子圍堰，以保護面層的膜袋，確保圍堰的完整性。3.2.9 局部問題處理（1）堰體與岸坡連接處，需夯填粘土，并嵌入防浪堤壩，形成嵌入式防滲截水槽；（2）外堰腳宜填土壓腳，作為防滲體；（3）子堰施工時應(yīng)分層分階段加高。選擇合理的時段，每天填筑高度30cm左右，嚴格控制填筑速度，同時隨時注意觀察監(jiān)測；（

18、4）圍堰兩端接頭宜采用粘土直接填筑；（5）施工過程中，要使堰體均勻上升，嚴格控制沖灌砂速度，保證膜袋不破裂。（6）加強圍堰觀測。在膜袋砂充填完成46天，待水面上部的砂袋滲水穩(wěn)定后再進行基坑抽水，抽水時應(yīng)嚴格控制水位降幅，基坑內(nèi)水位每天下降量在0.6m0.8m之間，以保證砂袋有充分的排水時間，保證圍堰穩(wěn)定。在基坑抽水及抽水完成后一周內(nèi)應(yīng)安排測量人員每天多次對圍堰的水平位移及沉降觀測，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時匯報，采取相應(yīng)措施保證圍堰的安全。四、圍堰的日常維護與管理由于本地區(qū)的潮波性質(zhì)為不正規(guī)半日潮，且影響潮汐變化的因素很多，諸如季節(jié)變化、氣象變化（包括風(fēng)向、風(fēng)力、降水等）、自然災(zāi)害等因素，均有可能

19、導(dǎo)致潮汐時間和潮水位發(fā)生異常變化，進而對膜袋砂圍堰產(chǎn)生不利影響。因此，為確保砂圍堰的完好性和有效性，有效保障圍堰內(nèi)施工人員的生命和財產(chǎn)安全，必須加強對砂圍堰的日常維護與管理。4.1 加強對砂圍堰的巡檢和潮汐的監(jiān)測首先，建立完善膜袋砂圍堰的日常管理和巡檢制度，并組織有關(guān)人員進行學(xué)習(xí)，增強廣大員工的安全責(zé)任意識。其次，在隊伍內(nèi)選派兩名專職巡視人員，負責(zé)每日潮汐后對圍堰的巡檢和高潮水位的監(jiān)測、記錄，專業(yè)測量人員每周對砂圍堰頂標高進行測量、記錄，及時掌握砂圍堰的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)圍堰頂標高低于設(shè)計標準、迎水面膜袋遭海水沖刷侵蝕破損、潮水位超過警戒線等情況時，便立即組織力量進行修補維護；緊急狀態(tài)下，組織人員

20、有序撤離危險區(qū)域。4.2 加強對氣象信息的監(jiān)測氣象變化對潮汐的影響最大，因此，我們明確一名專職氣象監(jiān)測人員，負責(zé)每天通過網(wǎng)絡(luò)媒體，對當天及未來三天的氣象信息進行收集、記錄，并于每天早上將信息傳遞到現(xiàn)場巡視員。遇有地方或上級主管部門發(fā)布的預(yù)警信息時，在做好登記的同時，第一時間通知主管領(lǐng)導(dǎo)，提前進入警戒狀態(tài)，全面做好防范措施。4.3 編制應(yīng)急救援預(yù)案，防患于未然為更有效的保證廣大員工的生命安全和財產(chǎn)安全，我們根據(jù)對潮汐、圍堰垮塌等危害風(fēng)險的了解和掌握，組織編制了專項應(yīng)急救援預(yù)案，并在廣大員工中不斷進行討論、學(xué)習(xí)和完善，確保應(yīng)急預(yù)案具有較強的針對性和可操作性。同時，購置儲備了一批救生衣、雨靴、雨衣、防水型探照燈、警報器等應(yīng)急物資，定期組織員工進行實戰(zhàn)演習(xí)，進一步提高廣大員工的安全防范意識和應(yīng)急逃生技能。五、圍堰效果在南堡大橋施工項目中采用膜袋砂圍堰取得了較理想的效果：圍堰體