膜袋砂围堰在浅滩施工项目中的设计与应用.docx
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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0.41～0.51m/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，子围堰顶宽度不得小于3米，面层铺30cm厚的碎石压平。
（3）围堰细部构造
围堰主体结构设计为“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，围堰内外侧坡度均为1︰1。
（4）围堰防渗设计
膜袋砂围堰体迎水侧从堰顶铺设两层土工布至堰脚，并深入河床3m，编织布用袋装砂梅花状压面固定；在塑料编织布搭接处；则要用砂包密铺压实。
（5）围堰横断面图
图2膜袋砂围堰横断面图
2.3.5围堰工程量
（1）南堡大桥施工现场（即围堰内区域）的长度与宽度
以桥梁中心线为基准，桥梁中心线与中线路交于K0+190，与天然河槽交于K0+587，因此，南堡大桥施工现场长度约400m；桥面宽度为（19.5+0.5×2）=20.5m，便道宽度5m，同时考虑现场要设置泥浆池、排水沟等设施，以及桥台锥护坡，因此南堡大桥施工现场宽度约90m。
（2）围堰长度
围堰起点桩号K0+190，绕经桩号K0+550，终止于桩号K0+300，围堰总长度约：
（550-190）+（550-300）+90/2=655米，计算过程中取650米。
（3）围堰的横截面积
由于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；浅滩淤泥厚度不等，自中线路至原河道西侧0.3m～2.1m；因此给围堰高度设计和计量上带来一定的困难，为简化计算量，可根据设计要求：
主围堰顶宽不得小于5米，底面宽度不得小于11.5米，子围堰顶宽度不得小于3米，主、子围堰内外侧坡度均为1︰1，子围堰顶面铺设30cm厚的碎石压平。
按照每50米为一个计算单元，围堰工程量见下表1：
表1围堰工程量汇总表
序号
项目名称
单位
工程量
备注
主围堰
子围堰
防渗处理
1
长度
m
650
640
660
2
高度
m
2.9
1.0
2.9
主围堰每50m为单元，取平均值
3
横截面积
m2
15.7
4.0
3.5
主围堰每50m为单元，取平均值
4
冲灌砂体积
m3
10205
—
—
5
袋装砂体积
m3
—
2480
2310
6
膜袋
m2
46800
—
—
采用200g/m2的晴纶土工编织布，膜袋厚度控制在0.5m左右，4～5层
7
木桩
根
1300
—
—
1根/米
8
土工格栅
m2
7475
—
—
用于第一层膜袋围堰下面
9
土工编织布
m2
—
—
8037
用于膜袋砂围堰外侧防渗，铺设2层，采用200g/m2的晴纶土工编织布
10
碎石
m3
576
—
—
30cm厚碎石压顶
三、围堰施工
3.1围堰施工工序
施工准备→测量放样→铺设土工格栅→膜袋定位铺设→抽砂冲灌膜袋→围堰合龙→防渗处理→锚固压顶（子围堰施工）。
3.2围堰施工过程
3.2.1施工准备
（1）膜袋准备：
按围堰的断面及平面布置情况，从围堰底部开始，对围堰膜袋逐层进行计算，确定膜袋的长和宽，再按设计分层高度确定膜袋的高度，为确保膜袋的充填厚度，在膜袋的定货时，需将模袋的高度适当加高，一般宜加高100mm，单个膜袋最大尺寸不宜超过60m×20m×0.8m。
（2）人员组织：
为保证膜袋顺利充填，应有12～15人进行膜袋充填施工。
（3）机具准备：
在围堰施工前，准备好吹砂所用的浮船、泵管、2套抽水泵等机具，并有可靠的电源配套系统。
（4）砂料准备：
填充膜袋的砂料，一般采用细度模数小于1.8的粉细砂，砂中宜有20%左右的淤泥。
可就地采用围堰外围浅滩上的泥沙，但在施工前，应对泥沙进行实地勘测，检测砂的细度模数及含泥量，确保充填的材料符合要求。
3.2.2测量定位
按照设计的位置，对膜袋砂围堰每层进行测量放样，保证围堰按设计进行施工。
3.2.3铺设土工格栅
施工前，应对浅滩或河床进行适度的清理，保证堰基较为平顺,没有尖锐物，避免对膜袋产生破坏。
同时在第一层膜袋下面按照测量放样的位置铺设土工格栅，目的在于避免围堰产生不均匀沉陷，保证围堰底面平顺、平整。
3.2.4膜袋定位铺设
膜袋围堰施工应先从浅滩或河床最深处开始铺设和施工，宜选择低潮平流时开始施工，以便于作业。
膜袋宜顺水流方向铺设，将膜袋按测量放样的位置进行定位铺设，并利用木桩将膜袋的四角预先进行固定。
若浅滩或河床上有水时，应先向膜袋内预充一定量的水，以保证作业中膜袋能固定在预定位置而不被水流冲在一起。
3.2.5抽砂冲灌膜袋
用人工将泵管与砂袋的灌砂口绑扎结实，将抽水泵牢固的绑扎在浮船上，把另一台抽水泵放置在清水池内，利用高压清水冲刷浅滩或河床上的泥沙，形成泥沙流体，然后将浮船漂浮在其上，利用抽水机将泥沙流体通过泵管输送到膜袋中。
在充填砂时应先充填膜袋的四个角，再充填膜袋的中部，在充填中部同时应将用来固定膜袋四个角的绳索松开，让膜袋在充填砂的同时均匀下沉，保证膜袋能准确地沉降到预定的位置。
围堰出水以后，为了保证砂袋充填饱满均匀，在充填砂同时应配备人员对砂袋进行踩压。
3.2.6围堰合龙
膜袋砂围堰施工时，则应避免出现龙口，尽可能均衡上升。
特别是围堰施工高度达到水位变化区时
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