膜袋砂围堰在茅龙北水利枢纽中的应用

卢泽岚

(广东水电二局股份有限公司,广州 511340)

1 工程概况

翠亨新区滨河整治水利工程(北部标段)项目位于中山市翠亨新区起步区马鞍北岛。根据水利专项规划和起步区控规要求，完善新区起步区规划红线范围内的水闸和海堤等水利设施及滨河水系景观工程，项目总投资为35.58亿元。项目主要建设内容包括海堤加固工程、河涌整治工程、水闸工程、泵站工程、水利枢纽工程和滨水景观工程等。

茅龙北水利枢纽为本工程的主要施工任务之一，是一座集排涝、防洪(潮)、通航、引水于一体的水利枢纽工程。泵站、水闸、船闸从西到东依次布置，船闸紧靠河涌东岸。新建茅龙北水利枢纽施工时，需在外河侧和内河侧修筑围堰[1]，形成封闭基坑进行施工。

鉴于本工程地处东南沿海珠江三角洲地区，地貌多为淤积、冲积平原，淤泥及淤泥质土等软土层厚度大，地势低缓平坦，施工场地又地处海床上，综合考虑建筑物的布置、站址处的地形、施工条件等，内侧围堰采用了土工膜袋砂围堰形式[2]。

2 膜袋砂围堰结构

膜袋砂围堰断面形式见图1所示。

图1 膜袋砂围堰断面示意

3 膜袋制作

3.1 膜袋质量要求

膜袋砂围堰的膜袋采用防老化裂膜丝机土工布制作,土工管袋织物的单位面积质量不小于250 g/m2,经纬向断裂强度不小于42 kN/m[3]。水面以上的膜袋需采用防老化土工布,要求自然暴露水面上或变化区2 a后的强度不小于原强度的80%。膜袋材料技术要求见表1所示。

表1 材料技术要求

3.2 制作

膜袋加工成长方形。膜袋沿围堰横轴线方向尺寸大于沿围堰纵轴线方向尺寸，一般沿围堰横轴线方向宽度尺寸比围堰横轴线方向断面设计尺寸增加3%，以备充灌时收缩量，沿围堰纵轴线方向长度以20～50 m取整制作。

膜袋加工时应选用较宽布幅，缝截处折叠3层，宽度约 100 mm，采用锦纶线缝3道(先缝1道，折叠后再缝2道)。每个膜袋拼接缝不宜太多，且相邻拼接缝的间距应大于2 m，断面成型后的外露部分不设拼接缝；考虑到膜袋砂围堰纵轴线方向层错缝不小于 1.5 m，每层需根据实际情况制作异型膜袋以满足错缝要求。充灌口直径30 cm，进砂袖口保证在水面以上，且不短于500 mm，最外围袖口距袋边的距离为3 m，袖口与袖口间距为4 m。

为保证膜袋缝制质量，统一在厂家按预先设计好的尺寸加工缝制成型，经过进场取样监测合格后用于施工。

4 膜袋砂围堰施工

4.1 膜袋砂围堰施工工艺流程

内围堰主要由基础面处理、土工格栅铺设、吹填砂、膜袋砂充填等工序构成，其施工流程见图2。

图2 膜袋砂围堰施工工艺流程

4.2 基面处理

在低潮期时进行基面清理，处理范围超出围堰结构边线0.5 m，主要处理对象为面层上的浮泥、深坑、齿槽以及河床上的垃圾。使用水陆两栖反铲沿围堰结构边线将浮泥、垃圾刮除，边刮边退，将浮泥刮在岸边堆放，并装车运走。

齿槽使用水陆两栖反铲以“后退法”开挖，因开挖距离太长，基面不能承受自卸汽车，采用多台水陆两栖反铲接力开挖，首先让第1台反铲挖开齿槽，将泥土丢弃其后，第2台反铲将泥土挖除再丢其后，以此类推，由岸边最后1台反铲装15 t自卸汽车运至弃土场。

深坑采用吹填砂回填至原河床高程，深坑数量少、范围分散，采用水陆两栖反铲接力将吹填砂由岸边运至深坑回填。

4.3 凸结点钢塑土工格栅铺设

4.3.1工艺流程

前期准备→定位→卷筒→船靠泊→铺设→自检→验收。

4.3.2船舶定位

采用双GPS定位，测量人员持仪器为铺排船定位固定在岸边，将平板驳靠拢铺排船。首先在围堰平面图上将土工格栅划分为条形区段，并在每个条形区段角点位置定上坐标，然后在两船上各设置1台GPS移动站，并连接在计算机上，施工过程中运用相应施工定位软件实时监控船体位置，施工人员根据船体位置进行铰锚移船施工作业，确保铺设土工格栅的准确度。

4.3.3水下铺设

将土工格栅固定在铺排船卷筒上，另一头固定在平板驳甲板平台上，施工人员根据船体位置进行铰锚移船，同时控制卷筒匀速转动，确保土工格栅在铺设过程中不出现重叠和撕裂的现象。当一卷土工格栅将要铺设完后，继续按照以上流程铺设下一土工格栅，并确保每幅土工格栅之间的最小搭接长度为1 m。土工格栅铺设示意见图3。

图3 土工格栅铺设示意

4.4 吹填砂垫层

为保证膜袋砂围堰在平整的基础面上施工，先对基础面铺一道垫层、整平，垫层采用吹填砂，厚度为0.5 m。

吹填前抛浮漂标记吹填砂范围，采用满底泥驳船通过拖轮将吹填砂运至施工现场，使用吹泥船直接进行吹填，经排泥管输送至仓面内，吹填完成后采用水陆两栖长臂挖机将吹填砂整平。

4.5 膜袋砂围堰充填施工

4.5.1施工工艺流程

膜袋砂围堰充填施工工艺流程见图4。

图4 膜袋砂围堰充填施工工艺流程示意

4.5.2膜袋砂围堰充填

施工前，根据现场实际地形情况，提前进行规划，划分每块膜袋的大小、位置，根据沉降量和围堰内外侧的边坡坡比，提前规划好膜袋的层数和每层膜袋的尺寸，防止围堰沉降后，挡水断面不足。布置时注意膜袋的错缝位置，严禁形成通缝。本工程经过对内围堰地面进行纵、横断面剖切，总体上围堰纵向地形起伏不大，比降为横坡，在桩号N0+70～N0+170处地形起伏较大，在-0.5～-2.5左右，该纵向桩号处的横断面起伏较大，区域较小。地形不平，对膜袋铺设造成一定的困难，因此通过纵、横断面将地形起伏较大的区域用尺寸较小的膜袋砂分层填平，施工前绘制膜袋砂围堰平面定位图，明确每块膜袋的定位坐标，方便后续施工时的定位工作。

根据现场地形测量，在桩号N0+120～N0+170处有较深的洼地，宽为63 m，底部高程为-4.3 m，与围堰底宽一致，因此在该区域采用大尺寸膜袋砂层层填筑；在桩号N0+60-N0+90处，轴线右侧地形起伏较大，因此在该区域的大面膜袋砂填筑之前先对深洼处用尺寸较小的膜袋砂分层、分块铺设至大面高程-0.5 m，然后全线(N0+00～N0+240)采用大尺寸膜袋砂从高程-0.5 m往上填筑(见图5)。

按膜袋砂围堰平面定位图布置膜袋，从地面由低到高进行，充填砂料采用一定含泥量的粉砂充填。当砂船运至就位后，作业人员将2台泥浆泵(22 kW·h)放入运砂船上适当位置。开动高压水枪，冲水到砂船舱内，当泥浆泵周围的砂水混合后再开动泥浆泵进行膜袋砂充灌。

根据工程现场实际情况，膜袋铺设方法采用低潮位时人工铺排。袋体铺设袖口部位朝上，泥浆泵管口与袖口连接。袋体铺设按照测量放样位置定位，底层袋四周用尼龙绳绑扎钎在地下的钢管固定，上层袋铺设时用尼龙绳与下层袋绑扎固定，防止袋体在充填时移动。

充填时，首先充灌四边各灌口，充砂厚度为 20 cm，将膜袋固定即可，然后由中间向四边各灌口充灌，这样既可保证膜袋的充灌厚度，也可保证膜袋不易移位，当袋体逐步充满后，注意充填压力，防止布袋破裂。

图5 分层分区横断面示意

一般充填完成固结3 d后(固结度达到80%)可以进行上一层膜袋砂围堰充填施工。膜袋的充填厚度可通过膜袋上的拉筋控制，膜袋的厚度宜控制在 0.4～0.5 m范围内，在充填过程中如一次达不到理想高度，待充填砂膜袋稍有固结后，再进行二次充填，直到达到理想的充填厚度和平整度。充填过程中经常调整管口方向，防止袋体在充填过程中受力不均而打卷变形。在充填过程中，人工视现场情况在袋体顶面来回踩踏，使砂颗粒重新排列趋于紧密，并加快袋体排水固结速度，待整个充填砂膜袋达80%的饱满度时[12]，应适当减少充填机械或停止充填，以防膜袋爆裂，并留有一定固结脱水时间，再进行充灌。充填砂膜袋的充满度控制在85%以上，充填后的干总重达到14.5 kN/m3以上。膜袋砂围堰充填示意见图6。

图6 膜袋砂围堰充填示意

膜袋砂围堰在施工时分层铺设，呈阶梯状上升，堆迭整齐，上、下层交错排列，不允许袋体与袋体间留有空隙、通缝。上下层的错缝间距不小于 1.5 m，在袋体间不得留有通缝、通孔。新充袋体不得用锋利的块石堆压，以免割破膜袋。袋体若出现破损或孔洞，应及时修补，修补原则采用相同材料，并且缝接宽度不小于 150 cm。

4.6 沉降加高

膜袋砂围堰采用膜袋砂吹填填筑而成，堰体吹填砂含水量大，会排水固结，每层膜袋吹填完成后，应留有的固结排水时间，在180 d内观测堰顶沉降情况，若沉降超过0.5 m，采用膜袋砂吹填，重新填筑一层至堰顶2.5 m高程。若沉降未超过0.5 m，采用人工填筑袋装土至堰顶高程。

若不均匀沉降，则在不均匀沉降区域人工采用袋装土补平，直到设计高程。在围堰左右岸备好袋装土，以备大潮时加高，在出现不均匀沉降时，在相应部分补填袋装土。

沉降导致膜袋撕裂，及时采用土工织物(与膜袋相同材料)缝补，防止膜袋砂流出，降低围堰稳定性，将膜袋和土工塑料格栅横向宽度预留2～3 m的沉降量。

4.7 复合土工膜防渗

在围堰迎水面铺设一层复合土工膜防渗，条带之间搭接长度不小于1 m。坡脚沿轴线方向开挖一条齿槽，底宽1 m，将土工膜埋入槽内。土工膜与岸坡接头采用“刺墙”的形式，将两侧岸坡向里各开挖1.5 m，将土工膜伸入，并用袋装土压紧，再回填土方。

土工膜铺设完成后，防止水流冲击，用袋装土反压。沿坡脚齿槽自下而上填筑1层袋装土，厚度为 0.5 m，袋装土之间镶嵌紧密、无滑动。

4.8 膜袋砂围堰的拆除

待茅龙北水利枢纽满足挡、泄水条件后，各部位土建部分全部完成后，进行膜袋砂围堰的拆除工作。拆除时，先拆内围堰，采用挖掘机自北岸向南岸后退法拆除水上部分，水下部分采用水陆两栖挖机“自上而下”分层拆除膜袋砂，直至清除到河床高程。

5 应用效果

膜袋砂围堰一般由一定尺寸的充填砂膜袋分层分块错缝堆砌而成，本工程在膜袋砂围堰底部设置格栅，增强了整体性稳定性，使膜袋砂围堰在应用过程中沉降均匀；在迎水面设置土工膜防渗层并用袋装土反压，使膜袋砂围堰有较好的抗冲刷和抗渗能力；就地取材使用粉砂进行充填，粉砂中的水分在重力的作用下通过膜袋自身的空隙自动流出，粉砂在膜袋中自然板结，具有一定强度的同时又能适应围堰在沉降过程中产生的变形，能较好适应淤泥质软基。整个施工过程机械化，施工效率高，速度快。膜袋砂围堰在使用过程中整体表现良好，即使在台风暴雨等恶劣天气下，仍然稳定使用，保障基坑安全。

6 结语

膜袋砂围堰在沿海淤泥及淤泥质土等软土层厚度大的水利工程围堰应用中，有不受雨季影响、围堰体整体性好、施工设备简单、取材方便等特点，运用广泛。在实际施工中，要注意施工方法，确保膜袋质量，及预留充足的固结排水时间，切忌一味追求施工速度，才能使膜袋砂围堰达到最佳效果。目前，各种新的围堰施工办法层出不穷，正朝着效率更高、深度更大、适应性更广的方向发展。膜袋砂围堰在临海淤泥地质围堰施工应用中有广阔的发展前景。