膜袋砂围堰在浅滩施工项目中的设计与应用

膜袋砂围堰在浅滩施工项目中的设计与应用

[ 摘要 ]：膜袋砂围堰具有施工简便、机械化程度高、施工速度快、整体性能良好、造价低等优点。在唐山冀东“南堡油田1、2号构造贯通工程”施工中，我们首次尝试采用了此项技术，并成功实现了在软弱的海相沉积淤泥层上快速吹填砂围堰。其最大的优点是对软土地基产生的变形和沉降适应性强、自身整体稳定性能好、形成的固结体强度高，而且堰体断面较小，可就地取材，施工简单，有效解决了工序繁多与工期紧张的矛盾，取得了良好的技术和经济效果。

[ 关键词 ]：桥梁工程浅滩施工膜袋砂围堰挡水施工技术要求应用

一、工程简介

1.1 工程概况

南堡油田1、2#构造贯通工程，包含北堡大桥和南堡大桥两座大桥及桥梁两侧的特殊路基处理项目。两桥是冀东油田有史以来建造跨径最大、结构最复杂的海上大桥，也是路桥公司首次承建的海上施工项目，北堡大桥全长275米，南堡大桥全长125米，桥宽20.5米。桥梁上部为25米预应力混凝土先简支后连续小箱梁，下部采用座板式台、柱式墩、钻孔灌注桩基础，荷载标准为城-A级。1、2号构造是今后的主要产油区，该工程的建成对冀东油田产能建设有着重要意义。

南堡大桥设计为5跨，中心桩号为K0+461，该桥路线起始于中线路K0+814处，向东跨过海滩，与规划的南环路相接。在路线K0+587处有一天然河槽，与线位交角为112°，河槽宽40米，退潮时水深2米，考虑到河槽距东侧填土较高的大堤较近，又按通航考虑，故需将河道向西改移100米，改移长度约450米，桥轴线与新河槽交角90°，桥下净空按50年一遇高潮水位+通航高度+安全距离，确定为：3.835+4+0.5=8.335米。

南堡油田1、2#构造物贯通工程计划总工期为7个月，即2008年3月11日正式开工，2008年9月30日完工。

1.2 地理环境

南堡大桥项目位于河北省唐山市南堡外浅滩，曹妃甸西北约10～20公里，位于近岸浅滩，水深0～2.5m不等，地貌类型为浅滩潮间带和水下浅滩地貌；该区域多年平均年降水量为646.9mm，最大年降水量为821.6mm，主要集中在夏季（7、8月份），约占全年降水量的64.3%；海水潮汐符合“涨五退六”规律，24小时内海水潮汐两次，满潮后有1个小时的平台期，每月阴历初一至廿二，每日潮汐时间滞后半小时；阴历廿三至三十，每日潮汐时间滞后1小时，涨潮流流速为0.26～0.41m/s，落潮流流速为0.41～0.51 m/s；各月平均风速以4月最大，约4.7米/秒，1月最小，约3.3米/秒；10月中旬至次年4月，每7～14天出现一次冷空气活动，海面风速一般达到6级以上，持续时间一般1～2天。海浪主浪向为E-SE向，100年一遇最大海浪为3.3米，潮波性质为不正规半日潮，潮差3～5米。

1.3 地质特征

南堡大桥项目地形地貌位于南堡外浅滩上，地势平坦，地形、地貌简单，沉积地层主要为古河流三角洲沉积的亚砂土及亚粘土组成，夹淤泥质粘土。可分为三段：上段主主要为灰色亚砂土组成，饱和，松散～中密；中段主要为灰～黄褐色亚粘土组成，顶部发育一层淤泥质粘土，亚粘土成软～硬塑状，土质不均，含贝壳碎片，间夹粉砂薄层；下段主要为灰褐～灰色亚粘土，呈软～硬塑状，土质不均，间夹粉砂薄层。

二、围堰设计

2.1 设计标准

2.1.1 建筑物级别

根据“水利水电工程施工组织设计规范（SDJ338-89）”，膜袋砂围堰定为Ⅳ级临时建筑物，围堰使用年限小于一个施工年度。

2.1.2 设计洪水标准

由于当地的防浪堤坝设计标准采用的是30年一遇高潮水位，所以本项目中采用的膜袋砂围堰设计标准宜采用30年一遇高潮水位。

2.1.3 围堰施工期挡水标准

依据规范规定，并充分考虑安全系数，确定围堰施工期挡水标准始终满足30年一遇高潮水位。

2.2 围堰布置

2.2.1 布置原则及要求

（1）首要考虑施工要求，围堰与施工主体严禁交叉，以保证正常施工；

（2）因地制宜，就地取材；

（3）围堰轴线轮廓满足水流平顺和防冲要求；

（4）尽量避免将围堰设置在水域或原河道内，力争减少工程量。

2.2.2 围堰形式选择

围堰要求安全可靠，能够满足稳定、抗渗及抗冲刷要求；结构要求简单，施工方便，易于拆除和就地取材，并能满足工期要求。根据施工现场实际，南堡大桥项目采用吹沙膜袋砂围堰。

2.3 设计过程及要求

2.3.1 南堡大桥平面布置图

（1）南堡大桥桥位平面布置图（见附图1）；

（2）南堡大桥膜袋砂围堰平面布置图（见附图2）。

2.3.2 南堡大桥设计参数及要求

（1）中线路（即防浪堤坝）顶标高为+3.15m，故围堰设计标高宜采用+3.15m；

（2）靠近中线路浅滩表面平均标高-0.35m，靠近原河道（即5﹟桥台底）浅滩表面平均标高-0.65m，浅滩地势从东北向西南方向倾斜，坡度较缓；

（3）浅滩淤泥厚度不等，自中线路至原河道西侧0.3m～2.1m；

（4）考虑南堡大桥施工作业面实际情况，以减少围堰工程量为目的，围堰自中线路

起，避开原河道且将南堡大桥主体结构围挡在其间，围堰止于中线路，形成一个“U”型，详见附图2；

（5）围堰断面形式采用梯形，内外坡度设计为1︰1，主围堰顶面宽度不小于5m，底面宽度不得小于11.5米，子围堰顶宽度不得小于3米，围堰两侧打简易木桩支撑，数量1根/米，桩长2.5米；

（6）围堰内侧挖设宽1m，深0.5m的排水沟；

（7）吹填围堰参数：吸砂流失量为30%，吸砂下沉量为15%。

（8）围堰设计为“主堰+子堰”的复式断面，下部是扩大断面的膜袋砂堰体，上部是编织砂袋小堰体。膜袋采用200g/m2的晴纶（PP）土工编织布,纵横向断裂强力≥6.5KN/m,撕破强力≥0.16kN,长度按实际长度确定,充填后厚度为0.5～0.7m ，采用分层立体交错铺至设计高程。

2.3.3 围堰沉降

根据专业测量人员对膜袋砂围堰顶面标高十周来的监测测量数据，绘制“时间-沉降量”的曲线（见下图1），通过曲线图显示：围堰前三周的沉降量较大，特别是前两周呈直线下降。如果在此期间遇大潮或水位变化较大时，沉降量不稳定，一般需要4～6 周后才趋向稳定，每周沉降量≤5mm。

图1 围堰沉降观测图

2.3.4 围堰结构设计

（1）围堰顶高程

南堡大桥所在位置处的防浪堤坝顶高程为+3.15m，因此围堰顶高程设计为+3.15m，满足当地30年一遇高潮水位。

（2）围堰顶宽度及构造

围堰顶宽度满足防汛抢险、围堰修补及交通运输要求，主围堰顶宽不得小于5米，