基于沿海河口围堰坡面防护工程中模袋砂的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huiz_CSU
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   摘要:在围堰的坡面防护中采用土工模袋砂结构,代替传统的柳枕、抛石等做法,是土工织物在水利工程中的一项应用新技术,具有技术先进性和经济合理性。本文结合工程应用实践,介绍了土工模袋砂护坡设计的要点和施工的方法,以及应用中需要注意的问题。
  关键词:模袋砂; 护坡; 应用
  Abstract: in the cofferdam slope protection in the mold bag sand soil structure, in place of the traditional liu pillow, the ripped-rock procedures and so on, is geotextiles in water conservancy engineering application of a new technology, has technology advanced and economic rationality. Based on the engineering application practice, this paper introduces the design of slope sand soil mold bag of points and the construction method of application, and the problems to be pay attention to.
  Keywords: mold bag sand; Slope protection; application
  
  中图分类号:TU473.5 文献标识码:A文章编号:
  
  在土石料来源丰富的地区修建水工建筑物,土围堰是经常采用的一种围堰形式。在土围堰的上、下游坡面,一般均受到外河风浪和水流的淘刷。而位于沿海河口工程中的围堰,则受到海潮涨落的影响和海浪的淘刷,往往冲刷更为严重。由于土粒抗冲蚀能力差,工程中对于土围堰的坡面需要采取防冲措施,以确保围堰的安全。鉴于围堰一般为临时性工程,使用时期相对较短,故对围堰的防护,要求综合考虑安全、经济、施工方便等因素。实践中土围堰坡面防护的传统做法,根据水流速度、风浪等级等工况条件和防护材料的来源,一般采用沉排、柳枕、抛(砌)石、混凝土护坡等形式。近年来,随着土工织物在工程中的应用,模袋混凝土、模袋砂浆、土工织物充填袋等新材料和新工艺在沿海河口围堰坡面防护工程中的应用。在土围堰防护中也得到了较为广泛的应用。在海边施工的环境中,选择适应沿海工况条件,具有抗海浪冲刷能力强、适应变形能力好、经济和施工方便的围堰防护技术措施,是沿海河口工程围堰防护方案优选的重要内容。采用模袋砂护坡在沿海工况下围堰的防冲防浪具有良好的适应性。模袋砂是由土工模袋充填砂料而形成的土工合成材料制品,围堰坡面设置模袋砂的作用,可以有效地在围堰坡面上消杀风浪和水流的动能,防止对围堰坡面的冲刷和侵蚀,保护围堰结构的稳定和安全。在江苏苏北沿海河口工程,如淮河入海水道海口樞纽围堰
  工程、石梁河水库围堰工程中采用模袋砂防护,取得了良好的技术和经济效果。
  1 围堰护坡模袋砂的设计
  (1) 围堰坡面应经稳定性验算,围堰坡度应不陡于1 :1 . 5;围堰填筑密实度应符合设计要求,坡面平整、密实。
  (2) 护坡土工模袋的选型。模袋的基本结构可参考混凝土或水泥砂浆作充填物的土工模袋。选择土工模袋,需要考虑的问题,首先要进行模袋分块的设计,
  模袋布置要与围堰坡面相适应,分块要考虑受力因素且施工方便,围堰与河坡接界部位需用异形模袋,模袋的几何尺寸要考虑模袋之间适当的搭接宽度和在堰顶部位的固定的需要。模袋材料一般采用有纺土工布,需具有足够的强度和抗老化的性能,土工布的孔眼尺寸要与所采用的砂料粒径相适应,防止在使用过程中模袋内的砂料逐渐被水流淘刷掉。
  (3) 选用的土工模袋材料应具有一定的抗拉强度,合适的透水性能;以及根据围堰使用时间的长短,选择的土工织物的耐老化性能必须与其相适应。
  (4) 按土工合成材料应用相关规范进行模袋砂护坡的设计, 包括模袋砂厚度、抗滑稳定性计算等内容。
  (5) 模袋护坡的细部构造和边界的处理。包括顶部的固定、底端的压脚、相邻模袋接缝和模袋护坡侧翼的处理。对于有防渗要求的围堰坡面,尚需按土工膜防渗结构设计,模袋砂用作坡面防渗体系的防护层。
  2 模袋砂护坡施工工艺
  模袋砂护坡的施工是将土工模袋铺设在需要防护的围堰迎水坡面上,用灌砂
  机械向土工模袋内灌注黄沙材料形成模袋砂结构。
  对用于防护的土工模袋材料,按规定的频率取样复试,其力学性能、耐久性能等性能指标必须符合设计和相关规范的规定。
  模袋砂护坡的施工工艺流程一般为:土围堰整坡→模袋铺设、固定→向模袋
  内充填砂料→模袋砂成形。其施工工艺要点如下:
  (1) 围堰整坡
  围堰填筑应按事先制定的施工方案实施,确保密实、稳定;按设计坡比做足
  边坡,水上坡面采用机械结合人工整坡,做到坡面平整密实;水下采用抛填施工的围堰,应结合围堰水下断面测量,由潜水工配合水下坡面的整坡。
  (2) 坡面上土工模袋铺设、固定
  土工模袋用钢管卷成布卷,放置于设计坡面之上的坡顶位置,顶部固定后由坡顶顺坡面向坡脚铺设,水下展铺由潜水工配合实施。铺设好的模袋四周用钢管固定牢固,同时沿模袋底端由潜水员用编织袋装碎石压牢。顶部的固定可采用固定桩。
  (3) 模袋内砂料的充填
  填充砂料可采用中粗砂,细砂易被淘刷。砂料应根据就近取材的原则,以降低工程成本。沿海施工的工程,可就近取用海砂。
  模袋铺好后应立即充填砂料,充填机械一般用砂泵。为保证模袋充填的均匀,要严格控制充填的速度,让水及时从模袋内排出,留有充分的时间保证砂的沉淀密实,待密实后再继续充填。模袋充填时,因膨胀原因往往会导致定位好的模袋收缩下滑,要严格控制袋体在施工过程中的下滑,方法是在岸上安装多台手拉葫芦,根据冲填方量计算出袋体下滑速度,使袋体徐徐下滑。充填过程中潜水员及时检查模袋充填的成形情况。如一侧已达设计要求,则移至另一侧继续充填,确保模袋充填速度保持一致,使之沉降稳定。模袋充填定位后,将模袋进砂口和排水口同时扎紧,防止袋体跑砂,然后潜水员将模袋四周的钢管拔除,已形成模袋的扣绳与另一块即将施工模袋的扣绳系紧,确保第二块模袋充填时不移位,同时也能保证模袋间空隙控制在最小范围内。水下充填模袋内砂料,由潜水工配合进行,同时控制充填速度和充填量。
  3 应用实例
  某工程的下游围堰是在原潮汐河口新填筑的土围堰,堰高约5.6 米,顶宽8 米,边坡1 :5 ,围堰轴线长约1 8 0 米。围堰临海侧潮差约4 米-5 米。
  (1) 筑堰材料和围堰断面结构
  均质土围堰,梯形断面,筑堰土料采用壤土。围堰底部垫300 克/ 平方米的
  土工布一层,围堰临海侧坡面设计20 厘米厚模袋砂护面。由于下游堰基为新近沉积的粉砂土和砂土,渗透性较强,为防止渗透变形危及堰基稳定,采取在堰纵轴线位置插土工膜的防渗措施。在落潮露滩时突击用水枪冲槽,人工插土工膜。
  土工布采用工业缝纫机机工缝制,人工现场铺设和固定。在下游围堰清基完成后土方填筑前利用落潮时突击进行,土工布固定用钢钎插入土中,钢钎用直径8毫米的钢筋制作,钢钎梅花型布置,间距3 * 3 平方米。钢钎固定后再用块石压脚。
  下游围堰用挖掘机从取土区挖土,自卸汽车运土,推土机推土填筑。水下抛填从南、北坝址处向坝中间进占,合龙选择平潮或落潮露滩时突击进行。围堰水上部位填筑,自卸车运土上坝,推土机平整、碾压密实。水上围堰填筑密实度指标达到90%,即达到1.65 克/ 立方厘米。
  (2) 模袋砂护坡
  模袋采用机织土工布制作,外层迎水面和内层分别采用380克/平方米和300克/ 平方米的土工布。充填砂料采用围堰下游海堤外侧海砂,利用落潮时用砂浆泵冲灌。施工时,严格控制模袋内的水量,让水及时从模袋内排出,留有充足的时间保证砂的密实,待密实后再继续充填。充填过程中严格控制袋体下滑,采用在岸上安装多台手拉葫芦,使袋体徐徐下滑。模袋充填定位后,扎紧模袋进砂口和排水口。
  为保持围堰的稳定,围堰施工完成后,架泵排水,控制排水的速率,保持水位下降每天不超过5 0 厘米。明水排除后,在堰内坡脚外设立集水坑,抽排围堰内坡渗积水。
  (3) 运行维护
  围堰使用期间,定期检查观测围堰及坡面稳定及安全情况。海口南闸下游
  围堰模袋砂护坡工程安全运行约9 个月,其间并经历了多次大潮和大风浪的袭击,围堰保持稳定和安全。经测量和检测,模袋砂防护的围堰坡面坡度、平整度均符合设计要求。
  4 效果评价
  土围堰的坡面防护,关键是防浪防冲,维护围堰的安全。对于沿海河口受潮
  汐、海浪冲刷的挡潮围堰或河面较宽阔、风浪较大的内河围堰,其坡面防护采用模袋砂结构形式,主要有以下优点:
  (1) 较好地适应坡面的变形。由于模袋砂系柔性結构,其覆盖在土围堰的坡面上,对于新筑的土围堰,水下部位的堰体,一般采用抛填施工,水上部位虽然采用分层铺土碾压的方法施工,但围堰的工作特点是在围堰的施工期往往其坡面即受到外河风浪的淘刷,在施工的过程中或填筑完成后即要及时的采取防护的工程措施,在土围堰运用过程中,随着时间的延长,土围堰有一个固结沉降的过程,柔性结构的模袋砂能较好地适应土围堰的沉降变形,护面效果较好。而不会出现刚性结构护坡发生的裂缝、脱落等危及工程安全的情形。同时,在堰外水(潮)位变化比较频繁的情况下,模袋砂结构能较快地排除袋内积水,保持坡面的稳定。
  (2) 施工方便。土工模袋可根据坡面设计分块,由工厂化生产;模袋铺设和
  固定由人工结合机械进行;模袋充填砂料可用砂泵、泥浆泵等机械灌注;水面下模袋铺设和灌砂,可由潜水工配合施工。
  (3) 防冲稳定性能好,维护工作量小。模袋砂为整体结构,其质量相对较大,在外河较大风浪对围堰产生冲刷和撞击的工况下,能有效地抵御风浪对护坡冲刷的动能,保持护坡的稳定和围堰的安全。因而在运用期护坡维护工作量小。而对于散粒结构的护坡形式,如土袋、抛石等护坡,在冲刷力较大的情况下,则容易出现袋体移位、局部护坡损坏的不利情形,增加了维修加固的工作量。
  (4) 施工经济。采用模袋砂结构护坡,与模袋混凝土、模袋砂浆护坡相比,由于冲填料为砂料,并可就地取材,因而能显示出其优越的经济性,能有效地降低工程措施费用。
  5 模袋砂护坡需要注意的问题
  (1) 对于在迎水面设置防渗结构的,可与坡面防护结构模袋砂结合布置。在模袋砂护坡的内侧,设置复合土工膜等土工防渗结构,模袋砂兼作防渗结构的防护层。
  (2) 围堰的使用期要与土工织物的耐老化性能相适应。由于模袋砂护坡的使
  用寿命与模袋材料的耐老化性能直接相关,一般需选择耐老化的土工织物品种
  用作模袋材料,其耐老化性能与工程使用期相适应。
  6 结语
  土工模袋砂用于土围堰坡面的防护,具有防冲刷效果好,适应变形能力强,工程投资省的特点,对于沿海河口风浪大、受潮水影响和水位变化幅度大的工况条件更为适宜。
  参考文献
  [1] SL/T225-98 水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].
  [2] GB50290-98 土工合成材料应用技术规范[S].
  
  
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