浅谈充砂枕围堰在镇江市引航道水利枢纽工程中的应用

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(镇江市工程勘测设计研究院， 江苏 镇江 212003)

浅谈充砂枕围堰在镇江市引航道水利枢纽工程中的应用

王国栋，徐骏，喻桂成

(镇江市工程勘测设计研究院， 江苏 镇江 212003)

本文结合充砂枕在镇江市引航道水利枢纽工程施工围堰中的应用，介绍了充砂枕袋围堰的布置形式、结构稳定性能、主要材料的性能要求及施工工艺，以便该项新技术在今后类似工程中得以推广和应用。

施工围堰； 充砂枕； 应用； 工艺

1 引 言

围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其主要作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，创造干地施工条件。一般主要用于水工建筑中，除作为正式建筑物的一部分外，围堰一般在用完后拆除。目前施工围堰按照筑堤材料可分为土石围堰、混凝土围堰、板桩等，其中应用最广的是土石围堰。充砂枕围堰是一种新的工艺，它主要是在土工织物袋中充填砂形成一长条形模袋，然后按照设计断面将砂枕模袋堆砌叠放以形成挡水堤坝。由于冲砂枕技术具有造价低、施工速度快、对软弱地基适应性强、能就地取材等特点，近年来被较多地应用于砂性土料较多地区的围海造地、河坡防护、施工围堰等水利工程，且均取得了较好的工程效果。

2 工程实例

镇江市引航道水利枢纽工程的施工围堰采用了冲砂枕技术，下面结合该项技术在本工程中的应用情况作一介绍。

2.1 工程概况

引航道水利枢纽工程位于镇江老港引航道内、距长江侧口门约500m处。工程由控制闸、泵站、跨河公路桥、通航船闸和管理区等几部分组成。为保证主体工程在干地施工，主体工程施工导流采用全年围堰挡水方案，需在基坑上下游引航道内各布置1道围堰，围堰总长度573m。引航道水利枢纽主体工程为Ⅱ等2级水工建筑物，施工围堰为4级建筑物，设计洪水标准为10年一遇。根据镇江北固山水位站多年实测水位分析得出，长江十年一遇水位为▽ 8.12m。

根据勘探成果，围堰底部在勘察深度范围内的土层主要为③号淤泥层和④号粉砂夹极薄层土：③号土层分布于引航道中，为近期淤积，层厚0.5～4.0m，c=7kPa,φ=12°,f=40kPa，工程力学性质极差；④号土层，层厚3.6～14.5m，稍密，渗透性大，渗透系数Kv=7.31×10-4cm/sec，Kh=3.3×10-3cm/sec，工程力学性质稍差。

2.2 围堰断面

根据规范要求，围堰最小安全超高0.5m，考虑到围堰由枕袋填筑而成，在高水位时出现越浪不会对坝身造成冲刷破坏，因此可不考虑风浪爬高，确定围堰顶高程为▽ 8.62m，取整后为▽ 8.70m。

施工水位按12月多年平均水位▽ 3.46m，并考虑一定风浪影响和安全高度，确定水下部分围堰顶高程▽ 4.00m。

为减小坝体不均匀沉降，加强坝身的整体性，防止坝体背水侧河床局部淘刷引起坝身破坏，先在闸塘侧子堰下铺设一层软体排，然后上、下游水下冲填塑枕子堰，子堰顶▽ 4.0m，宽4m,外侧坡比1∶3；内侧坡比1∶1，子堰间吹填砂至▽ 6.0m，▽ 6.0m以上采用水上冲填砂枕方法至▽ 8.70m，迎水坡、背水坡坡比均为1∶2。背水坡在▽ 6.0m处设5m宽平台。

围堰防渗采用了深搅桩与铺设防渗膜联合防渗的方案。具体做法如下：在堰体施工至▽ 6.0m后，稍加辗压确保机械有稳定的作业面，然后在中间建造搅拌桩，形成垂直截渗墙，墙身最薄处厚度不小于0.22m，桩顶高程▽ 6.00m，桩底高程▽-14.00m。在堰体施工至▽ 8.70m后，在迎水面由坝顶▽ 8.70m至坝脚铺设一层复合土工膜，迎水面土工膜表面采用一层编织袋装土或充砂枕压重保护。

引航道水利枢纽工程施工围堰典型断面如下图所示。

冲砂枕围堰典型断面图

3 围堰结构稳定性分析及计算

3.1 抗滑稳定计算

围堰整体抗滑稳定计算工况按设计洪水位▽8.12m，围堰基坑内计算水位▽-4.00m。充填砂内摩擦角考虑枕袋的加筋作用，综合取值φ=25°，长江侧围堰背水平台上面考虑通行汽车，荷载按汽-15考虑。按瑞典圆弧滑动条分法计算新筑堤滑坡稳定性。经计算堰体迎水坡和背水坡抗滑稳定安全系数分别为1.15和1.21，均能满足相关规范要求。

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在实际施工过程中，堰体在长江水位涨潮落潮及高水位运行期间均未出现滑坡、坍塌等情况。故认为，理论计算成果和实际应用效果基本相符，砂枕围堰整体性好及抵抗水流冲蚀性能较强的特点，在本工程中得以充分体现。

3.2 渗流稳定计算分析

充砂枕围堰由各土工织物袋充填砂后，堆砌叠放后组成，各袋体之间不可避免地会存有缝隙，因此必须进行防渗处理。在设计时对不作防渗和采取防渗两种情况分别进行了计算。在未进行防渗处理的情况下，坝体渗流量为1.38×10-4m3/s/m，渗流量较大。本工程采用了深搅桩与铺设防渗膜联合防渗的措施。在采取防渗措施后，经计算，坝体渗流量为6.52×10-5m3/s/m，渗流量减小了约53%。在实际施工过程中，闸塘内渗流量维持在3000～4000m3/d的水平，通过水泵抽排，基本能满足主体工程干地施工的要求。

4 主要材料技术要求

4.1 土工织物袋

土工织物袋由聚丙烯编织布制作形成。充填后厚度0.5m；编织袋分为加筋枕袋和不加筋枕袋两种。在本工程中，加筋枕袋用于▽ 4.0m以下坝体，不加筋枕袋用于▽ 4.0m以上坝体。枕袋长度均分为20m、60m两种，宽度分为4m、6m两种；枕袋上开两个直径为20cm、长15m的充砂袖口(▽ 2.0m以上坝体枕袋袖口长0.4m)，袖口处缝有系袋条。

土工织物袋所用的聚丙烯编织布的规格应为：每平方英寸的经纬数16×14根，单位面积重130g/m2，编织布的抗拉强度纵向应大于2500N/50mm，横向应大于2000N/50mm。

编织布的CBR顶破强度应大于4000N，梯形撕裂强度纵向应大于600N，横向应大于500N，布的等效孔径应满足O90=0.09～0.12m，编织袋两端的缝制应满足充填过程中在充填压力达到0.33kg/cm2时不至于被炸开的要求。

充砂袖口处系袋条单位长度重不小于8g/m，抗拉强度大于0.5kN/m。

加筋枕袋的筋条采用与枕袋相同的聚炳烯编织而成。沿袋长纵向封闭均匀加筋，筋条之间相距1m。要求筋条单位长度重量不小于46g/m，宽为0.05m，抗拉强度大于5kN/根；加强筋用两根φ0.1cm粗的尼龙线牢固且与编织布缝制在一起。

4.2 砂料

充砂枕围堰充填枕袋砂料规格为d10>0.1mm。

4.3 防渗土工膜

防渗土工膜选用二布一膜，膜材为PE，厚度0.5mm，单位面积重量700g/m2，断裂强度大于600N/5cm，CBR顶破强度大于2.2kN，撕破强度大于400N。门幅不小于6m。

5 施工工艺

5.1 施工顺序

围堰施工顺序按以下步骤进行：水下充枕筑子堰→吹填砂→打设搅拌桩→(基坑排水)→水上充枕→迎水坡吹填沙找平→迎水坡铺防渗膜→迎水面护坡→背水坡草皮护坡→管理维护与监测→围堰拆除。

5.2 施工方法

砂枕填筑可采用定制的编织袋水下充砂及水上铺设编织袋进行充砂砌筑两种方式。在本工程中，▽ 4.0m 以下砂枕采用水下充填方式施工，▽ 4.0m以上部分采用定制的编织袋在水面铺设后进行充砂堆砌。

土工织物袋充填前，应对基层进行处理，将可能有损织物的杂物清除。

土工织物袋充填所用的泥沙泵和高压水泵，应根据充灌速度、袋体大小、输送距离等要求进行选择。

充填料主要采用就地取料，不足部分用采砂船运到现场；土工织物上下袋体错缝铺设。同层相邻袋体接缝处土工织物铺设时预留收缩量，确保充填后两袋相互挤紧，不出现贯通的缝隙。水下铺设时设置定位桩以保证袋体准确就位。充填工序宜按充填→迸浆→二次充填→袋体厚度达到设计要求的次序进行，袋体充满度宜为85%，厚度宜控制在0.4～0.5m范围内。充填采用砂泵进行，管路出口压力控制在0.2～0.3MPa。为避免袋体外露部分长时间暴露日照，袋体充填后及时吹填砂或采用草帘、彩条布等进行覆盖保护。

与其他围堰形式不同的是：一般情况下其他类型的围堰都是龙口合龙，而充砂枕围堰施工时，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，在每涨退潮时，不能留下个别缺口，同一层膜袋应在一次涨退潮期间完成，避免集中水流对堰体的冲刷。

6 结 语

从引航道水利枢纽工程的使用来看，冲砂枕围堰具有就地取材、施工机械化程度高、施工速度快、形成的固结体强度高等特点，克服了普通砂围堰沉降大、难以成形、难以稳定的缺点，解决了工程的土源问题，满足了施工要求，符合就地取材、合理利用资源的原则，节省了工程造价，缩短了工程工期，值得在类似工程中推广应用。

[1] 米持平，钟作武，董建军，陈彦生.中国堤防工程施工丛书—深搅法[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] 尹云飞.镇江市引航道闸站工程临时工程—施工围堰初步设计报告[R].2006.

[3] 金良，耿雪飞，马勇.浅谈充砂模袋围堰施工[J].治淮，2010(09).

OnApplicationofSand-filledPillowCofferdaminZhenjiangApproachChannelWaterProject

WANG Guo-dong, XU Jun, YU Gui-cheng

(Zhenjiang Engineering Survey and Design Institute, Zhenjiang 212003, China)

Combined with the application of sand-filled pillow in Zhenjiang approach channel water conservancy project construction cofferdam, sand-filled pillow cofferdam layout form, structure stability performance, performance requirement of major materials and construction process are introduced, thereby the process can be promoted and applied in similar projects in the future.

construction cofferdam; sand-filled pillow; application; process

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1005-4774(2014)11-0014-03