东海科技园排洪渠工程充填砂袋围堰的设计与施工

洪志坚

（福建省水利水电工程局有限公司 福建 泉州 362000）

1 工程概况及水文地质概况

环东海域东海科技园排洪渠延伸段工程暗涵段总长240m，为三孔拱涵结构。拱涵为带底座四圆C35预制钢筋混凝土结构，共288节，每节重达27t，单孔内尺寸为4.69m×2.97m（宽×高），壁厚0.30m，外径尺寸为5.29m×3.57m×2.5m。采用履带吊车安装施工作业。暗涵段进口内底高程-1.4m，出口内底高程为-3.80m，底坡1%。

根据工程地质勘察报告地质剖面图地质情况-0.99～-3.19为淤泥层，-3.19～-5.39为全风化凝灰岩，-5.39～-8.31为残积粘性土层。场地内岩土层中块石属强脱水层，富水性中等；淤泥和淤泥质土属极微透水层，流泥、淤泥混砂属微透水层，该几层相对隔水；残积土、全风化岩和散体状强风化凝灰岩属弱透水层，含有少量地下水。

2 工程的难点及对策

本工程暗涵段施工工期短，围堰施工时受潮汐影响，充填砂袋分段围堰的防渗要求及围堰的稳定安全难以保证，因此必须做好各项准备工作，加大资源的投入。施工中需精心安排，并合理组织流水施工，以确保工期目标的实现。本文将从围堰布置及结构设计、围堰稳定计算、围堰的施工工艺详细介绍来予以分析论证，以保证充填砂袋分段围堰的防渗要求及围堰的稳定安全问题。

3 围堰布置及结构设计

临时围堰与现有堤岸相衔接，平面呈乒乓球拍型布置。围堰最外端堤顶中心线距堤岸313m，围堰总长为715m。具体详见充填砂袋分段围堰施工平面图（图1）

根据地质勘察报告及现场实际情况整个围堰区中间以两道分隔围堰共分为三个区域，第一道分隔围堰距岸边120m，两侧围堰间距为59m，第二段分隔围堰距第一道分隔围堰100米，两侧纵向围堰间距为59m；第三区两侧围堰向两侧逐渐增宽，两侧围堰最宽处为108m，第二道分隔围堰距最外侧围堰间距为60m。

外围围堰均采用充填砂袋结构，两侧围堰的内坡坡比为1∶2.0，外坡坡比为1∶2.0。

围堰堰顶高程按2年一遇的最高潮位+3.91m设计，考虑到安全超高，堰顶高程为+5.0m。围堰顶宽度为5.0m，采用土工布包砂结构，每60cm为一层，临海侧加铺防渗膜进行防渗处理，坡脚用抛填块石固脚。围堰内坡脚处设置截渗沟，施工期可通过水泵将围堰渗水抽排至外海，确保基坑内不积水。

图1 充填砂袋分段围堰施工平面图

表1 围堰稳定计算结果

4 围堰稳定计算

根据地形、地质和水文以及施工状况等条件，选择具有代表性的断面进行稳定分析，计算在最不利荷载和最不利水位组合情况下的最小安全系数，并满足在施工最不利条件下的围堰的最小安全系数Fs>1.05的要求。

4.1 计算方法

施工围堰的整体稳定性计算采用瑞典圆弧法计算，施工期采用总应力法，交工后稳定渗流期按有效应力法计算，抗滑稳定安全系数按下式计算：

式中：w——条块重力（kN）；

Q、V——水平和垂直地震惯性力（kN）；

u——作用于土条底面的孔隙压力（kPa）；

α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间夹角（°）；

b——条块宽度（m）；

c'、φ'——土条底面的有效凝聚力（kPa）和有效内摩擦角（°）；

Mc——水平地震惯性力对圆心的力矩（kN·m）；

R——圆弧半径（m）。

计算时，选取两处典型断面（桩号K0+050、K0+200、）。

4.2 参数选取

中砂 γ=19.5kN/m3，c=0kPa，ψ=25°。

残积粘性土 γ=18.0kN/m3，c=26kPa，ψ=24°。

填筑砂 γ=17.0kN/m3，c=0kPa，ψ=28°。

块石 γ=20.0kN/m3，c=0kPa，ψ=40°。

4.3 计算结果

围堰稳定计算结果见表1。

4.4 结果分析

根据稳定计算结果，围堰能保持稳定，现场施工时需要加强监测，采取一定的工程措施确保围堰稳定。

图2 桩号K0+050外侧稳定安全系数

图3 桩号K0+050内侧稳定安全系数

图4 桩号K0+200外侧稳定安全系数

图5 桩号K0+200内侧稳定安全系数

5 充填砂袋围堰施工

5.1 充填砂袋的定位和铺放

利用低潮位时，用挖掘机将充填袋基础范围内的淤泥及杂物清除，然后根据放样的位置进行铺设及充填砂。

5.2 砂袋的充填

充填砂袋分层施工，每层充填砂袋0.6m，直至顶标高5.0m，内外侧砂袋进行找坡，围堰内坡度为1∶2，外侧坡度为1∶2。

充填砂袋采用400g/m2编织土工布，根据施工围堰要求的宽长进行缝合，土工布进行缝合时重叠至少150mm，最小缝针相距织边至少25mm,采用质量与土工布相同的缝合线。充填后的袋子边线与设计边线的水平误差不大于±10cm，高程不低于设计标高，断面总面积不得为负值。上、下层袋体的铺设应“错缝”搭接、紧靠，相邻袋之间不应有“通缝”，充填完成后对袋口对行缝合。同时应注意：

1）充填砂袋铺设前，先进行基层清理检查，铺设时力求平整且紧贴垫层，张拉不宜过紧且略有松弛。

2）每层充填厚度控制在600±10mm，充填充满度85%。

3）分层充填，当基础每天沉降小于1cm时可以填筑上一层。

4）充填袋加工后的尺度应符合设计要求，每个袋子拼接缝不宜过多，且相邻拼接缝的间距应大于2.0m。断面成型后的外露部分最好不要有拼接缝。为便于袋子加工，袋布应选择较宽布幅，拼接缝制采用锦纶线，拼接处折叠三层，宽度约不小于10cm，缝三道线（先缝一道，折叠后再缝两道）。也可采用粘结剂粘结，粘结部分宽度为10cm。

5）土工织物若出现了破损或孔洞，应及时修补。修补采用相同材料，并且缝接宽度满足设计搭接宽度。

6）充填后的袋子边线与设计边线的水平误差不大于±10cm，高程不低于设计标高，断面总面积不得为负值。

砂袋的充填是整个施工过程中的技术难点和重点。特别是水下的砂袋充填施工，因其为隐蔽施工，需要重点考虑砂袋的偏移、砂袋的排水固结、砂袋的厚度控制及平整度控制等技术要点。

围堰按要求筑成后，利用低潮时对围堰进行合拢，并在外侧3.5m高程处预埋三根10寸排水管至外侧处，现场配备三台8寸抽水泵、三台4寸抽水泵、一台120kW发电机组。架空敷设动力电缆，在围堰内两侧及中间各修建一条宽1m、深0.5m排水沟及宽2m、深1m的集水坑，控制围堰内的渗水水量，确保干地施工。

5.3 围堰的安全性监测

拟在围堰上设置十五个监测点，并定期进行监测，主要是观测围堰施工期间围堰地表沉降速率和沉降量随荷载变化的过程情况，从监测数据分析围堰地基稳定情况，确保围堰施工安全。

5.4 围堰的拆除

第一步采用挖掘机先进行水位线以上部分拆除，围堰顶宽保留满足机械行走的宽度。

第二步从围堰中间向两端最大限度地用挖掘机进行开挖装车，围堰两侧各保留50cm～80cm的小挡水堰。

第三步水下部份一部分采用挖掘机趁潮作业施工，一部份采用抓斗船、驳载船进行水下开挖。

6 充填砂袋围堰实施情况总结

根据现场施工情况，充填砂袋定位，铺袋时应尽量拉紧拉伸，定位钢管插入泥面要有一定深度，承受填充袋的拉力而不会产生位移充填饱满度宜为85%，出口压力宜控制在0.MPa～0.3MPa，施工期间，基础必然会下沉甚至会滑移，施工时每天填砂高度不宜太高，施工过程中每天进行沉降位移观测，以指导和修正施工强度，在填筑过程中应注意观察，并控制速率，以免地基失稳，膜袋破裂。

7 结束语

随着城镇化建设的推进，水利排洪工程的建设也将大力推进。在本工程的施工过程中采用充填砂袋分段围堰法施工方案是成功的实践表明：采用充填砂袋围堰施工方案机械化程度高、施工速度快，完工后自身的完整性和稳定性好，材料可回收利用，对海域无污染，且工程造价低，应用前景较好。陕西水利

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