冲灌袋围堰在西园水闸中的应用

李 斌

(福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概况

石门澳西园片区防洪防潮排涝一期工程——新建西园水闸位于福建省莆田市南部，湄洲湾北岸。水闸按1级建筑物设计，相应防潮标准为100年一遇，防洪标准为100年一遇，水闸7孔宽76 m(净宽56 m，单孔宽8 m×高4.0 m)。

工程区处于海岸、水下浅滩地貌，滩涂高程-3～0 m，地形平缓，两侧与已建的石门澳产业园堤防连接。

水闸围堰建于海域内，根据工程实际情况，采用冲灌砂袋围堰。冲灌袋围堰先进行纵向围堰填筑，再进行内、外港侧(横向围堰)填筑，逐层填筑至设计防浪墙高程5.43 m。

2 围堰淤泥地基的特点与施工的难点

2.1 围堰淤泥地基的特点

(1)淤泥的承载能力及强度低。标准贯入度击数极小，故自身承载力小、灵敏度高；故在这种地基上施工围堰应尽量减少对土结构的扰动，如果采用进占法填筑堰体，易导致堰基土方下切而失稳；故采用吹填方式填筑围堰，均衡上升比较合理。

(2)淤泥的压缩性高。通过淤泥中水分逐步挤压出来，基础沉降较明显，考虑到在围堰完工运行后需不断加高围堰，故在施工初期需留有填筑余量。

(3)淤泥的透水性弱。渗透系数一般在10-6～10-8cm/s，因此，淤泥地基固结时间较长，所以淤泥地基上的围堰施工周期长。

2.2 围堰施工的难点

(1)因围堰的基础为淤泥，强度低承载力低，加载后基础的沉降量大，所以对围堰自身稳定要求高，施工要考虑到围堰填筑强度对堰基稳定的影响。

(2)围堰地处海边，受涨退潮影响，要考虑到围堰施工时段与水上作业的安全性。

(3)西园水闸位于湄洲湾北岸，每年5～10月为台汛期，所以围堰的抗冲、抗风浪的要求高，需做好防洪防台准备。

3 水闸围堰形式设计

在施工期内，水闸围堰主要用来抵挡海水、围护水闸基坑和确保干地施工的作用。

3.1 结构型式设计原理

根据实际地质条件，本工程施工围堰需对填堰基础的承载力、围堰堰体自身稳定性进行有效的改善。

经综合比较，采用冲灌袋围堰，堰底砂料直接筑于基础的淤泥层，该结构形式能够形成有效的排水层，并缩短了淤泥层的排水距离。通过冲灌砂袋(堰体)的逐层加高，在基础淤泥层上不断加载，能持续地排出淤泥层中的水份，使基础淤泥层有效的固结。通过加载—排水—固结的循环工序，大大改善了淤泥基础的承载能力。

在堰体袋装围堰不断加载下，会对基础淤泥层局部产生破坏。为防止破坏，在堰体两侧设置反压平台，约束基础，保证了冲灌袋围堰体的稳定。

3.2 水闸围堰结构形式设计

(1)围堰砂垫层坡比

水闸围堰在清除堰底淤泥后，垫层采用驳船拉外购砂作为主要填筑材料，垫层厚度控制在1.5 m以内。根据砂的无粘性特性，以及现场潮水位的变化(-0.5～2.5 m)，水下砂按其自然坡度1∶5设计。

(2)冲灌袋堰体坡坡比

围堰在砂垫层以上为冲灌袋形式，冲灌袋内填充为砂料，潮水位变化区的堰体边坡按m=1∶3，低水位范围的堰体边坡按m=1∶5。

(3)堰体填筑速率

为安全起见，围堰必须分级加载，填筑速率控制在0.5 m/周以内。现场由专人严密测量、监控围堰堰体沉降情况，在堰体基础稳定后，再进行顶层冲灌袋的填筑。

4 冲灌袋的选用

4.1 冲灌袋的尺寸设计

冲灌袋在顺水流位置采用单幅，垂直于水流采用多幅搭接(搭接长度0.5～1.0 m)增加抗冲能力，堰体的有效施工范围按50 m控制，在施工条件好的位置应适当加大尺寸；每层冲灌袋冲灌成型后厚度控制在0.5～0.6 m(见图1)。

图1 冲灌袋搭接示意

堰体冲灌成型规整的逐层叠加状，在冲灌袋上采用正方形布设冲灌袖口，间距为4 m(见图2)。

图2 冲灌袋围堰立体图

4.2 材料的质量要求

冲灌袋采购较高强度的土工织物，采用缝制的连接方式，工程工期为20个月。为在工期有效时间内使用，选用机织土工布，基本规格型号为200 g/m2，最靠近堰基两层的受拉力最大，采用了250～300 g/m2规格型号的土工布。

5 冲灌袋围堰的施工

水闸围堰施工流程如下所示(见图3)。

(1)测量定位。根据设计轴线位置，采用全站仪测定围堰位置，船只配合在放样点位置打入定位桩，准确标注桩位作为施工控制点。定位桩采用竹竿，定位桩应稳固，施工过程中采取保护措施并及时复测。

(2)采用水上挖机将围堰基底的浮淤清除，并将河床底部以及两岸接头部位的抛石清理干净。

(3)清除基后及时吹填砂垫层找平，并将砂垫层逐层加厚加宽，使砂垫层高程和平整度达到工人可以进行冲灌袋铺设作业的条件。砂垫层采用皮带卸砂船向基槽填砂或者通过管道吹填方式，填筑材料采用海砂。

图3 水闸围堰施工流程

(4)在砂垫层填筑完成之后，进行冲灌袋堰体的吹填，先施工顺水流方向，再进行垂直水流方向内、外港侧，逐层回填至设计堰顶高程。每层冲灌袋的厚度在0.5 m左右。堰体加高过程中，速度初步控制在0.5 m/周，同时加强围堰坡角的位移观测。如果出现失稳现象，则立即停止填筑，采取卸荷及增加反压平台措施，并减小填筑速度。

(5)冲灌袋采用高强度土工织物，采用缝制连接，冲灌袋上留正方形冲灌袖口若干个，间距4 m。根据工程所在地潮汐特性，选在每日低潮位时，测量定位铺设冲灌袋并及时固定。铺设时冲灌袋与冲灌袋间搭接须紧密(搭接长度0.5～1.0 m)，上下两层冲灌袋错缝布设，相邻袋体间的接缝预留有效收缩余量，确保冲填后两袋相互挤紧，并保证冲填后两袋间不出现贯通裂缝。在施工时尽量避免土工织物在铺设的损伤，若有损伤，应及时进行袋体的修补。

(6)堰体填充通过预留的袖口采用泥浆泵灌入冲灌袋内，冲灌后积水逐渐流出，砂留在袋内排水固结形成砂枕；由于灌袋吹砂排水固结的不均匀性，需对灌袋内凹部进行回冲砂，以确保砂枕的整体均匀性。

(7)考虑到围堰使用周期较长，避免冲灌袋过早老化，在围堰完工后，在堰体表面覆盖1层无纺土工布进行防护。此外，如果堰体初期有渗水现象，可在迎水面加铺土工膜，形成水平向防渗铺盖。

6 基坑抽水

围堰封堵合龙后，根据基坑抽水面积大的特点，抽水设备主要由离心式水泵和潜水泵组成。基坑分为初期抽水和施工期抽水。

初期抽水通过设置在水闸围堰上的临时抽水泵站进行，临时抽水泵站由若干台离心式水泵组成，水泵具体数量由现场实际情况确定。初期抽水基坑内的水位下降速度控制在0.5 m/d以内，水位不能下降过快，以免引起围堰失稳。

施工期基坑积水主要由施工排水、降雨及土体渗漏水组成，这时段抽水主要通过潜水泵将基坑内积水抽排至集水坑内。集水坑设置在水闸围堰靠东堤外海侧，尺寸为长10 m×宽10 m×深1 m，周边填筑砂包并打木桩防止土体溜滑。

7 监控量测

对填充后的堰体进行严密监控，沿填充后的围堰50～100 m设置1个监控点，测量水平、沉降等数据。针对每次测量的数据进行分析，以观察围堰是否运行安全。

8 质量控制措施

(1)冲灌袋要选用经过检测合格的耐酸碱、耐腐蚀、渗透性好、强度高的土工织物，以保证使用寿命，确保围堰稳定与基坑安全。

(2)施工前应根据海域地形及砂枕标高、设计边坡绘制冲灌袋断面图，根据不同部位断面合理配置各种规格的砂袋。施工中经常对已冲灌砂袋进行测量，及时掌握砂袋的实际位置、标高和边坡形成情况，以便施工顺利进行。

(3)冲灌袋采用水力灌砂，冲灌成型缝合后，灌入袋中的水慢慢渗出，冲灌袋中的砂慢慢固结成型。填充的砂均匀无杂质，每层施工完成前应确保冲灌袋预留袖口封闭严实，无漏失。冲灌袋沉放应逐层有序逐排的进行，避免冲灌袋发生折叠、扭曲、损坏等现象。砂袋冲灌的饱满度应控制在75%～85%之间。砂袋冲填过于饱满，冲灌袋受到较大张力，容易使其在不均匀沉降时折断。砂袋冲填至60%袋容时，施工人员穿雨鞋在砂袋上适当踩踏，让砂料均匀分布于砂袋内。

(4)上下两层冲灌袋错缝布设，相邻袋体间的接缝预留有效收缩余量，确保冲填后两袋相互挤紧，并保证冲填后两袋间不出现贯通裂缝。在施工时尽量避免土工织物在铺设的损伤，若有损伤，应及时进行袋体的修补。围堰下层袋体在潮时铺设，用吹砂泵冲填。

(5)在堰体充填加载过程中，堰底基础淤泥水份逐渐的排出，使基础固结，在施工期间通过监控、测量数据在筑堰时预留适当高度后期沉降、固结。局部堰体，可采用袋装砂加高至设计高程。

9 结 语

冲灌袋围堰在本工程上合理的使用，有效地抵挡了海水、潮汐对工程施工的影响，使主体工程施工进度得以保证；同时有效解决了淤泥质基础筑堰的问题。

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