沿海滩涂钢构架围堰施工技术

高 勇

(中国铁建股份有限公司 北京 100855)

沿海滩涂围堰主要建基于淤质、液态海床上,这类围堰的主要特点是基底不稳和坐基条件差,同时筑堰和运行期间受潮汐影响较大,筑堰前期泥质含水量大等,由于潮水冲刷而至塌堰、倾覆和侧移等情况较多。沿海滩涂的低围堰一般有二种类型,一是采用土工袋护面,内充泥质滩涂料,形成一道低水头土坝挡水,这种类型的围堰施工简单,但因断面较大、工期较长,施工费用较高;第二种是钢板桩围堰,在二道连续的钢板桩中充填粉砂质粘土或泥质滩涂料,这种类型的围堰断面较小,工期相对较短,但耗钢量大,摊销成本较高。经过逐步探索,不断研究和实践,集合二种围堰类型的设计优点,采用连续的钢构架形成围堰骨架,内衬弹性排体与土工布,中间填充泥质滩涂料形成的临时挡水结构,即钢构架围堰。经过多个工程的实践应用,取得了良好效果。其特点是科学实用、结构简单、就地取材、施工速度快、简便易行、环保和经济效益显著等。可为同类工程项目实施提供参考借鉴。

1 围堰结构及工作原理

1.1 围堰结构

围堰断面结构由主体围堰围护结构、填充体、镇压体和排水结构等组成。见图1。

(1)围护结构。通常采用钢管桩、钢板桩、木桩和围檩拉结而构成,用于框定围堰的断面,锁定填充体,是施工筑堰的关键。

(2)填充体。采用堰址就近泥质滩涂料,要求淤质、粉细颗粒含量不低于65%,透水可逆性比大,有较好的防渗性和自稳定性是筑堰填充体的首要条件。通过一次筑堰,二次补浆密实加固,形成不透水的 “田埂”阻水体。

(3)镇压体。镇压分为堰后镇压和堰前护脚两种形式,所用材料可为碎石混合料、建筑垃圾和填充管、袋等。施工顺序在主堰修筑后镇压,也可主堰修筑前以施工通道形式均可,要视现场情况主动应变。

(4)排水体。主要由竹篱板内衬无纺土工布组成弹性排水体,竹篱板是支撑,无纺土工布起结构滤水作用。

图1 围堰结构示意图

1.2 工作原理

钢构架围堰由钢构架形成围护结构,由泥质滩涂料构成堰体结构,由弹性排水体组成排泌水体,由碎石混合料、建筑垃圾和填充管、袋材料构成镇压体。

当水位涨落时,筑堰填充体内水份可通过无纺土工布滤出,土体不会被带走,即使钢构架围堰被水淹没,水位降落,堰体也会在 “田埂、土堤”效应作用下保持足够的强度、刚度和阻水性。其自稳定性、不透水性、抗浸泡性是钢构架围堰的优点所在。

2 工艺流程及施作要点

2.1 工艺流程(见图2)

2.2 施作要点

(1)工作面平整。施工前,将筑堰区域采用机械人工配合进行表层清理,按规划修筑施工道路;水上作业利用涨落潮期清理筑堰施工区域滩涂河道。

堰体基底边轮廓线要清至淤泥质,两侧镇压体清理以方便测量布控和施工即可,有苇丛、杂木等可就地垂直堰体轴线方向平铺或简单覆盖。

(2)测量布控。测量人员设置水位标尺,按设计图纸放样,重要点位要编号,作到标识醒目准确。

(3)堰体建桩。根据设计选定的建桩材料 (钢管、型钢和松木桩)和施打方式 (沉桩机、反铲和打桩船)按照设计点位沉桩,钢管间距以0.50m为宜,并形成围护结构。

沉桩管内注入粗砂,以加强沉管桩的重度、耐击打性和竖向刚度。

(4)围堰框架加固。将围堰沉桩、水平梁、拉结梁进行整体式加固。选用型钢 (工字钢、槽钢或螺纹钢)做水平维护梁和拉结梁,焊接或螺栓连接,确保主体构架刚度稳定。

加固横向拉杆和斜向拉杆要及时跟进,拉撑结构不得使用柔性材料。

(5)围堰内衬。围堰框架经确认加固后,选用毛竹片沿沉桩内缘固定,两片毛竹片之间搭接不少于5.0cm,内衬土工布,与毛竹片形成维护反滤泌水体。

毛竹片由下至上顺序铺设,上片内叠压下片,用铅丝绑牢。土工布用钢筋绑丝缝制于毛竹片上,每平米不少于16个点。

(6)围堰填充。利用机械人工配合填充堰体,采用中心填充法,土体自然密实或机械轻压密实,填筑速度不宜过快,避免由于基底承载在加强形成过程中造成结构失稳。靠近内衬排水体部位可用袋装淤土压稳靠实。

水力冲填由于淤泥冲填沉积、滤水时间较长,要经历几个冲填、沉积过程,每次加载不宜高于堰体高的20%,以确保密实度和堰体结构受力均匀。

(7)堰体镇压。堰体镇压可与堰体填充同步进行,亦可沉桩前先形成镇压体,并作为施工道路的一部分,镇压体要具有透水性 (下部)和持力稳定性 (表、上部刚度)。镇压体施工的重点在堰体填筑和镇压的协同并进,而加载和镇压的初始阶段往往出现变形,日加载高度不宜大于0.75m,堰体高3.0m后,日加载1.5m至成堰。

(8)子堰修筑。子堰可直接采用淤土修建,迎水面采用袋装淤土镇压即可。

(9)围堰复测。围堰形成后,要设定观测点定时观测,修筑后15d内每天观测一次,第二个15d每3d观测一次,再次每10d复测一次。

(10)堰体成型后,伴随堰体含水量的减少,出现下沉、局部开裂等常规现象,可派专人进行潮后补浆 (隔3d补浆一次,持续3次),补浆水、泥(原址淤泥)比为1∶0.5。洪汛来临前半个月补浆不少于3次。

内部补浆采用机械沉压42mm钢管,间距1.00m,拔管后注浆。外部注浆可沿堰体侧壁土工布内缘自然流淌,注满即可。

3 主要材料与设备

3.1 主要材料

(1)土料。应满足 《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)的相关要求。含砂粉质粘土塑限Wp﹤18.5%,粘土Wp﹤20.0%,淤泥质粘土Wp﹤20.0%,淤泥Wp﹤28.0%。

若基地承载力及排水较好,塑限还可适度放宽。

(2)含水量控制。应控制在30%以内,以保证堰体的整体、密实和抗渗性。

(3)维护材料。毛竹片应具有一定韧性和强度,土工布抗拉和稳定性好,不易破损。

(4)钢管。围堰小于5.0m,可选用Φ 219(壁厚6mm)钢管;围堰大于5.0m,选用 Φ 219(壁厚8mm)钢管。

(5)型钢。工字钢应由计算选用,通常采用Ι 20b;拉结可采用槽钢或螺纹钢 (Φ 20)。

(6)松木桩。小河道 (跨度﹤20m)、短期围堰,可采用密排松木桩绑扎围拢筑堰,维护采用槽钢和螺纹钢 (环)加固,不宜采用铅丝和钢丝绳捆绑加固。

(7)排水材料。土工布采用。

(8)镇压体。采用碎石混合料或袋装土镇压。

3.2 主要设备

表1 主要施工设备配备表

4 质量控制

根据围堰所服务对象和应用条件的不同,就围堰的安全性、抗渗性和运行、回收等因素,堰体施工应达到以下技术要求。

(1)填充体的饱和密实度不小于95%,其整体性决定了堰体的抵抗外力能力和抗渗性。含水量减少出现堰体干裂时,喷水、振压(重振轻压)堰体以加大堰体密实度。

(2)堰体修筑过程中堰体上部变形大于2%堰高时,应停止加载。在分析变形原因后二次加固,再依次加载。如下部出现滑移,进行堰内减载,然后调整加固。

(3)围堰出现渗漏,可采用出水点逆方向压水判断漏源点法,在迎水面封阻闭气。

(4)技术、安全交底要充分,筑堰材料储备充足符合技术要求。

(5)按时填写各种施工记录,确保内容完整规范、数据真实准确。

5 适用范围

沿海滩涂钢构架围堰适用于受潮汐影响,潮位变化大,流速低于1.2m/s的,筑堰高度10m以内的沿海滩涂、滨海河口地段的码头、水闸、防护堤等的施工围堰。

6 结语

钢构架围堰以其施工速度快、结构简单实用、抗浸泡稳定性强,所需材料均为当地通用材料,且可周转使用,围堰使用后拆除彻底,环保效益明显,并具有很好的经济性和适用性,在沿海滩涂、滨海河口地段施工优势明显。其作为一种较先进的施工围堰技术,具有一定的应用和推广作用。