大尺寸模袋砂围堰在某围海造陆工程中的应用

陈凌伟，周小文 ，彭卫平

(1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060； 2.华南理工大学，广东 广州 510640)

大尺寸模袋砂围堰在某围海造陆工程中的应用

陈凌伟1，2*，周小文2，彭卫平1

(1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060； 2.华南理工大学，广东 广州 510640)

随着我国社会经济的发展，沿海地区对围海造陆的需求日益增大。其中，如何在沿海软基上快速修建围堰，存在很多关键技术问题没有得到解决。模袋砂围堰具有施工效率高、造价较低、整体性能良好等优点，近年来被广泛应用。本文详细介绍了某围海造陆工程中模袋砂围堰的结构设计及其施工技术，并对其稳定性进行分析，为该技术在类似工程中的应用提供了借鉴。

围海造陆；软基；模袋砂；稳定性分析

1 引 言

在围海造陆工程中，围堰的形成是整个工程中的重要环节。随着工程规模逐渐变大，工期要求缩短，再加上施工过程中无掩护、受风浪冲击等影响，如何既安全又快速的在沿海软基上建造围堰成为一大难题。大尺寸模袋砂围堰是近年来发展起来的一项软基加固及快速修建堤围的新技术，这种大砂袋通常有十多米宽，一百多米长，袋内用水力充填砂土，一层层大砂袋铺设在软基上，形成整体性很好的围堰。由于其具有施工简便、造价较低、对环境污染小等特点，一经出现，便迅速得到重视和应用[1～5]。本文以湛江某围海造陆工程为例，详细介绍了大砂袋围堰的设计及施工情况，对施工过程中需要的事项进行了说明，可为今后类似工程提供经验。

2 工程概况

某围海造陆工程位于东海岛的北部，湛江湾南岸。工程填海形成陆域面积约为927.44万平方米；建设围堰总长 22 881.3 m。根据钻孔资料显示：场地勘察深度范围内土(岩)层按其时代、成因不同，自上而下分为：①粗(中)砂层、②淤泥及淤泥质黏土层、③细、中砂混淤泥层、④淤泥及淤泥质黏土层、⑤黄色黏土及粉质黏土层、⑥黏土及淤泥质粉质黏土层、⑦中砂及粗砂层、⑧粉质黏土及黏土层、⑨黏土及粉质黏土层、⑩中砂层、黏土及粉质黏土层、中粗砂层、黏土及粉质黏土层、中粗砂层。主要土层特性如表1所示。

土层特性 表1

3 围堰设计

3.1 围堰断面设计

围堰采用充填模袋砂结构，即用土工织物制作大型充填袋，袋内充填材料选择用排水性较好的中细砂，每层充填袋的厚度为 500 mm～800 mm，饱满度宜为80%，分层铺设形成斜坡堤心。充填袋底层最宽 45 m，堤顶宽度为 6.0 m。护面坡度为1∶2，内侧 1∶1；外侧护面块体采用 2 t扭王块和 3 t扭王块，护面块体和袋装砂之间依次设 150 kg～300 kg块石垫层、二片石垫层、混合碎石倒滤层和土工布。压脚块石分二级，第一级为 60 kg～100 kg块石，第二级为 250 kg～300 kg块石。图1为典型设计断面。

图1模袋砂围堰典型断面设计图

3.2 稳定性分析

根据本工程的实际情况，采用简化毕肖普法对围堰进行稳定性分析[1]。式(1)～式(3)如下所示：

(1)

(2)

Msd=γs[∑R(qkibi+Wki)sinαi+Mp]

(3)

式中：Fs—为安全系数；MRk—为危险滑动面上抗滑力矩的标准值(kN·m/m)；Msd—为作用于危险滑动面上滑动力矩设计值(kN·m/m)；R—为危险滑动面的半径(m)；γs—为综合分项系数，可取1.0；γR—为抗力分项系数；Wki—为第i土条的重力标准值(kN/m)，可取均值；uki—第i土条滑动面上水头超过零压线以上的孔隙水压力标准值(kPa)，可取均值Mp— 其他原因，如作用于直立式防波堤的波浪力标准值引起的滑动力矩(kN·m/m)；qki—第i土条顶面作用的可变作用的标准(kN/m2)；bi—为第i土条宽度(m)；αi—第i土条的滑弧中点切线与水平线的夹角(°)；φki—为第i土条滑动面上的固结快剪内摩擦角(°)，可取均值；cki—为第i土条滑动面上的黏聚力标准值(kPa)，可取均值。

围堰稳定性计算荷载取10 kPa均布荷载，作用于堤顶，计算水位选用极端低水位 -0.43 m。大砂袋的凝聚力和内摩擦角分别取 0 kPa和28°，重度为18kN/m3。分别取固结快剪和直剪快剪强度指标对围堰的使用期和施工期的稳定性进行分析，结果得到围堰的安全系数分别为 1.251 3和 1.058 5。计算结果满足《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)规定的4级土石围堰k值不小于1.05的要求。围堰施工期的安全系数较小，处于临界状态，虽然围堰整体运行良好，没有发生事故，但是仍存在失稳破坏的可能性。

4 围堰施工

4.1 材料选择

模袋充填材料选用中细砂，要求其容重不小于 17 kN/m3，含泥量<5%，水下内摩擦角≥30°，不得含有砾砂，充填饱满度宜为85%。模袋材料采用丙纶长丝机织土工布，技术指标如表2所示。

模袋的主要技术指标 表2

4.2 施工工艺流程

围堰主要施工流程为：测量放样，清理基础，模袋砂充填，防渗土工膜铺设，护坡护脚。关键性施工技术在于模袋充填施工[2]。

由于本工程部分围堰充填砂袋处于施工水位以下，根据施工经验，水位下的充填袋采用水上施工方法，施工时，用GPS定位，打钢管将预先加工好的充填编织袋固定在设计平面位置上再用砂泵进行充填。水位以上充填砂袋采用陆上施工方法，测量放样后，铺设预先加工好的充填袋并用钢管固定，采用泵砂船直接充填。充填袋的施工流程如图2所示，图3为模袋充填施工现场图片。

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图2 充填袋施工流程图

图3 充填袋施工照片

4.3 充填袋施工的技术要求

(1)编织袋的制作

砂袋主体材料使用抗老化聚丙烯编织物，拼接或缝制采用35 支三股锦纶线，缝制后强度不低于原织物强度的70%。充填袋在制作、运输、堆放等施工过程中，应注意保护，不得出现破损和老化现象。

(2)测量放线与模袋定位

模袋放线由全站仪定位，将模袋搬运到围堰轴线上，并使模袋摊滚方向为围堰轴向。模袋紧靠当层前一模袋放置，然后由工人剪掉线绳，拔去包捆用的无纺布，并沿轴线摊铺，摊铺时，使模袋中心点稍微向前一模袋偏移50 cm，保证充灌时的预留收缩量，使充灌后，相邻两袋能够相互贴紧，不得出现涌缝，层与层之间必须错缝施工，相邻两个砂袋搭接不得少于 1.5 m。第一级围堰充填袋位于水下，采用木桩或钢管桩固定，沿充填袋两侧进行布置，木桩采用GPS定位、人工施打，充填编织袋在水上摊铺后，用绳子将充填袋两侧系绑在木桩上固定。

(3)试冲灌砂袋

试冲灌砂袋的主要目的是确定现场砂料的排水固结时间，袋体沿纵线的宽度，充砂口大小、数量、排列，泥浆泵性能，含水量，冲灌时间等参数。当各参数配合使施工充砂处于较佳的效率，并由此设计袋的纵向长度、单个充砂袖口控制面积及泵的充灌压力。

将砂袋充砂袖口与砂泵出管口相连，砂泵管口缠一层无纺布，管口插入充砂袖口，并用铁丝绑牢。 启动砂泵，开动高压水枪对砂池中粗砂进行造浆，若砂浆含砂量太高，则有可能使砂泵管路堵塞，采用振捣器使砂浆充分液化。开启砂泵，向袋内充砂。砂袋充灌先充中间，再充边缘，使砂袋饱满密实，到达80%以上饱满度及单层充填厚度为 0.5 m～0.8 m要求。

(5)饱满度检查

冲砂后，用人工对袋装砂进行踩压，加速袋装砂的固结，考虑袋装砂为中粗砂，踩压5分钟后，若袋装砂未达到80%饱满度要求，需进行二次充灌。袋体经充填后，现场用手提缝纫机及强度不小于35支三股锦纶线以丁缝方法缝住充砂袖口，然后再加盖一层无纺土工布于缝制好后的袖口处，以防局部不平整造成砂袋因应力集中而破损。

5 结 语

围海造陆工程采用大型模袋砂围堰，由于其工程造价低、施工工作面大、速度快、对软基适应能力强、整体性能好等优点，为整个工程建设的顺利实施打下了坚实的基础。

通过对本文中模袋砂围堰的结构设计和施工技术的详细介绍以及对模袋充填施工技术要求的总结，为今后类似的工程提供了经验。

[1] 陈凌伟. 软基上大砂袋围堰的变形与失稳模式研究[D]. 广州：华南理工大学，2016.

[2] 陈凌伟，周小文，龚壁卫等. 沿海软基大砂袋围堰的离心模型试验[J]. 岩石力学与工程学报，2016(S2)：4235～4240.

[3] 董志良，张功新，李燕等. 大面积围海造陆创新技术及工程实践[J]. 水运工程，2010(10)：54～67.

[4] 董志良，刘嘉，朱幸科等. 大面积围海造陆围堰工程关键技术研究及应用[J]. 水运工程，2013(5)：168～175.

[5] 董志良，刘嘉，朱幸科等. 大面积围海造陆围堰工程关键技术研究及应用[J]. 水运工程，2015(2)：9～17.

[6] JTS 147-1-2010. 港口工程地基规范[S].

ApplicationoftheSandbagCofferdaminLandReclamationEngineering

Chen Lingwei1，2，Zhou Xiaowen2，Peng Weiping1
(1.Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China；2.South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

With the rapid economic and social development，land reclamation has been an increasingly urgent need. How to build a quick and safe cofferdam in sea is still a difficult challenge in which many technical obstacles remain unsolved. A new technology of forming a cofferdam on soft soil by stacking sandbags has been developed in recent years. With its good integrity and strong adaption to ground deformation，the sandbag cofferdam has been demonstrated an advanced technology. In this paper，the structural design and construction technology of a land reclamation project were introduced. And the stability of the cofferdam was analyzed. Insights are summarized for better understanding of the sandbag cofferdam technology.

land reclamation；soft foundation；sandbag cofferdam；stability analysis

1672-8262(2017)06-173-04

TU751

B

2017—06—29

陈凌伟(1990—)，男，工程师，主要从事岩土工程勘察与设计等方面的工作。

广州市科技项目(2015-17)