袋装砂棱体夹防水土工膜临时围堰设计与施工

袋装砂棱体夹防水土工膜临时围堰设计与施工
摘要：太仓市汽渡码头工程的施工必须修建临时围堰，原设计围堰标准偏低、结构型式复杂、不便施工，为此我们提出了充填砂袋棱体夹防水土工膜临时围堰方案。

优化方案经专家论证可行，设计审批后实施，从运行情况来看，效果良好，为今后类似工况条件下修建临时围堰提供了借鉴。

关键词：临时围堰长江滩涂淤泥质粉质土袋装砂棱体防水土工膜1工程概况
太仓市汽渡码头工程位于长江口南支河段南岸、白茆河闸下游、长江大堤外侧河漫滩地段，包括引堤、防波堤、斜坡道码头和辅助设施等工程。

2004年4月底开工，2005年6月30日主体工程完工，2005年8月31日全部工程完工。

工程造价5200万元。

2问题的背景
2.1修建临时围堰的必要性
由于太海汽渡码头地处长江口区的河漫滩地，受潮汐影响，斜坡道均需在干地条件下进行施工，而该项目的部分或全部工作量均在平均低潮位以下，无法进行侯潮施工。

为此必须修建临时施工围堰，利用水泵排水降低水位进行施工。

2.2 水文及地质情况
2.2.1水文资料
（1）主体工程设计水位（85国家高程）：
（2）白茆站潮位（换算为85国家高程）：
2004年（10～12）月白茆站潮位（依据长江委设计院统计资料和白茆站潮位站观测分析数据修正后）为：
（3）风浪影响
根据本工程开工以来(2004年5月)的实际观测，风浪影响为0.2～0.5m。

2.2.2 地质资料
临时围堰处地基表层为淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土及粉质粘土，其厚度一般为10～14m。

2.3原设计围堰的结构形式
原设计围堰顶高程为3.5m（黄海高程）、项宽为1.5m。

堰身分两级：第一级为两侧充填砂袋、中间为吹填砂，第二级为充填砂袋，迎水面为膜袋砼，背水面坡脚为粘土压脚。

3.问题的提出
鉴于目前在长江口区长江滩地上修筑类似结构的围堰，尚无成功的先例，经对本工程所在地地质、潮汐水文资料认真分析和多方调查研究，并参照SDJ217-87《水利水电工程施工组织设计规范》相关要求，发现原设计围堰标准偏低，达不到本工程施工安全要求，主要存在以下几方面的问题：
3.1地基为淤泥质粉质粘土，原设计围堰没有地基处理要求；
3.2行期基坑内外水位差大（最高6m），原设计围堰断面尺寸偏小，不能满足安全渗径要求，发生流砂和管涌的可能性较大；
3.3堰迎水面虽筑有膜袋砼可起到抗御波浪的作用，但施工难度大、生产成本高、不易拆除，且在围堰运行过程中不利于对围堰的维护和对管涌的处理。

针对以上问题，我们通过监理向业主和设计单位提出了进一步优化围堰施工方案的要求，并同时提交了优化了的围堰施工方案即《充填砂袋棱体夹防水土工
膜临时围堰施工方案》，经专家论证、完善后实施。

4围堰方案的优化与实施
4.1 优化措施
4.1.1部采用铺设砂肋软体排的方法进行护底，以使其保持整体性，沉降均匀与原长江滩地结合密实；
4.1.2行期最大内外水位差，按5倍水头重新选取断面尺寸；
4.1.3铺设防水土膜以防堰体渗漏，并用袋装砂镇压，防浪淘涮；
4.1.4堤修建时不仅对临时围堰进行防渗处理，还要对东、西防波堤和斜坡道南端隔堰进行防渗处理，以形成四周封闭的基坑；
基坑排水采用梯级降水法，尽量减小围堰的渗透破坏。

4.2围堰施工标准
（1）围堰顶高H
H=Z+△
2+△
3
其中：Z——最高潮位，取3.33m；
△
2
——风浪高度，0.1～0.5m；
△
3
——安全超高，0.5m；
故：H=3.93～4.33m，取4.0m。

（2）围堰顶宽B
按SDJ217-87《水利水电工程施工组织设计范》要求，本工程围堰属4级临时建筑物，堤顶宽度采用3.0m。

4.3围堰结构型式
（1）边坡
围堰内、外边坡均为1：1.5，在+1.5m高程处设平台。

围堰迎水面平台宽1.5m，背水面平台宽1.0m。

（2）围堰体
采用袋装砂棱体结构，中间夹防水土工膜。

4.4围堰材料
（1）砂肋软体排所选用材料是230g/m2丙纶机织布＋150g/m2聚酯短纤无纺布复合，砂肋管袋采用130g/m2聚丙烯编织布。

（2）围堰棱体砂袋迎水面压防水膜部分袋体在围堰运行期要承受经常性的风浪淘涮，所以采用强度较高的380g/m2（即230g/m2聚丙烯编织布＋150g/m2聚酯短纤无纺布）针刺复合布，其他部位采用150g/m2 聚丙烯编织布。

（3）防水土工膜需有较好的防水性，为便于铺设，最好选用质地较软的产品。

经对市场调查，我们选用了太仓市璜泾篷布厂生产的涂塑布。

该材料质地柔软、防水效果好、价格便宜、强度和耐久性能够满足要求。

充填用砂取自长江内规定采砂区的粉细纱，粒径d>0.075mm的颗粒超过75％，粘粒(d<0.005mm)含量小于10％。

4.5防波堤防渗处理
东、西段防波堤起着侧向围堰的作用，为避免防波堤在斜坡道施工期间渗水过多，对防波堤（0+000～0+150）段堤身结构进行调整，类似围堰采用袋装砂棱体夹防水土工膜型式。

棱体砂袋迎水面（西防波堤为上游面、东防波堤为下游面）压防水膜部分袋体采用380g/m2复合布，其他采用设计编织布。

4.6 优化方案的实施
4.6.1施工准备
（1）材料准备：根据围堰断面结构，并考虑施工的方便性确定护底软体排、袋装砂棱体用袋体、防水土工膜的尺寸，然后委托生产厂家进行加工制作。

（2）测量放样：采用全站仪进行定位放样，用Φ50钢管直接插入原始泥面标出护底软体排的铺设外边线。

此外边线同时可作为上面各层棱体袋施工的控制线，各层边线位置可根据断面图进行计算。

（3）设备准备：主要施工设备包括采砂船、运砂船、定位船、泥浆泵、工作平台（可浮在水面上供施工人员进行工作的平台）等。

4.6.2 主要施工程序和方法
（1）程序
（2）施工方法
软体排、棱体袋、防水土工膜及压膜袋体均由人工进行铺设，铺好后由泥浆泵进行充砂。

（3）主要技术要求
软体排、棱体袋、压膜袋体制作时，接缝均采用“包缝”。

防水土工膜采用热熔焊法拼接。

软体排铺设时,块间搭接不小于2m ，棱体袋、压膜袋体铺设时,块间搭接水下不小于2m 、水上不小于1m ，充砂时接缝处需人工踩踏密实。

棱体袋充填厚度控制在0.4～0.6m ，不能过厚，上下层袋体应错缝铺设。

防水土工膜搭接不小于2m ，铺设时需紧贴棱体袋成阶梯形铺设，不能张拉过紧。

4.6.3 基坑排水
基坑来水包括五部分：
（1）围堰合垅后的初期积水、（2）排水过程中围堰四周及基础的渗水、（3）围堰体充填及基坑覆盖层中的含水、（4）斜坡道充填砂来水、（5）施工期雨水。

其中，（1）、（4）、（5）部分为一次性来水，（2）、（3）部分为经常性来水。

4.6.3.1 基坑水位
a 、初期水位：按合垅时平均潮位，为1.16m 。

采砂船采砂
运砂船运砂 泥浆泵充砂
软体排铺设
砂肋充填
棱体袋完成 棱体袋铺设
棱体袋充填
软体排未完成
软体排完成
棱体袋未完成
防水土工膜铺设 压膜袋体铺设
b、施工水位：按施工需要，前沿墩台施工水位-2.4m，基坑现有底标高-3.2m，港池墩台前沿防护施工标高-4.6m。

4.6.3.2排水量估算
a、基坑初期积水
基坑面积：S=（200+220）×150.35/2=31574m2
各水位情况下积水如下表
b、基坑日渗水量
基坑周长：L=150.9+150.9+220+200=722m
围堰渗透系数：K=(3×10-3)cm/s（按土工布渗透系数）
地基渗透系数K=(5*10-6)cm/s，渗透量很小，略去不计。

则，基坑日渗水量如下表
围堰外水位与地面高差计。

4.6.3.3 排水设备配备
采用90kW柴油发电机，NL150-15型泥浆泵抽水进行围堰运行期内的排水，每台发电机可供3台泥浆泵用电。

4.6.3.4截水沟和集水井
围堰内脚设截水沟，深1m，边坡1：1.5，底宽0.8m。

围堰四角各设集水井一个，以便抽水，集水井距围堰内脚15m。

4.6.4 围堰运行情况
临时围堰于2004年11月8日开始施工，由于优化方案施工程序较原方案大大简化，并且所用材料与主体工程便于结合，2004年12月中旬围堰胜利合拢，比原计划工期提前15天，为主体工程的施工争取了宝贵的时间。

在2004年12月至2005年4月主体工程施工期间，围堰运行良好，没有出现大的管涌、渗漏等问题，运行效果良好，达到了预期目标。

5结束语
在以粉土为主的长江滩涂上修建临时围堰形式多样，但成功的先例不多，完全闭气更属首例，我们提出的充砂袋夹防水土工膜临时围堰经过在太仓沿江开发项目新泾闸和太海汽渡码头工程中的应用证明是可行而经济的。

它的主要优点表现在以下几点：
（1）所用材料容易获得
充砂袋用聚丙烯编织布、防水土工膜在市场上很容易采购，可根据使用期长短选取规格，确定尺寸后可直接从厂家定制。

充填用砂为粉细砂，可就近从长江沿岸取砂区采取，通过驳船运至施工现场后用泥浆泵充灌砂袋。

（2）充砂袋可抵挡潮水漫顶时的冲刷，不至造成已完工程量的流失。

（3）采用外侧迎水面设防水土工膜防渗比通常设闭气吹填砂效果更好，尤其是在潮水不断漫顶时，吹填砂不宜成形、固结，流失量也大。

（4）独立的袋体增加了围堰的安全系数，遇有发生决口的情况时不致造成较大范围的溃坝。