深水中土工模袋砂土围堰的设计与施工

'深水中土工模袋砂土围堰的设计与施工卢尧夫1，王立忠2(1.浙江省正邦水电建设有限公司，浙江杭州310051；2.浙江大学，浙江杭州310027)   摘 要：土工模袋砂土围堰(堤)普遍采用低潮位露滩(或浅滩)时，突击施工.而在具有一定流速的深水中，因模袋铺设定位困难，应用土工模袋围堰尚不多见.在开体驳船舱中完成土工模袋砂土填充后，定位下沉，在深水中修筑土工模袋围堰，首次在镇海发电厂(四期)循环水泵房工程围堰中获得成功应用，为潮冲深沟或险工堵口、取水头部等深水围堰施工提供了一种新的思路.   关键词：深水口；土工模袋；围堰；设计；施工1 工程概况   镇海发电厂(四期)300MW燃气—蒸汽联合发电工程的循环水泵房工程采用沉井基础，沉井为矩形，平面尺寸21.5m×19.7m，刃脚高程-8.3m，井顶高程6.2m.泵房内安装MOOL3.5—21循环水泵两台及其他附属设备.   泵房沉井座落在甬江北侧凹岩，近岸河床底高程-4.0～-1.0m，呈1：6～1：10横坡.沉井需筑堰施工.   甬江受半日潮影响，每日两潮.多年平均高潮位4.13m，多年平均低潮位0.16m，多年平均潮位2.10m，多年平均涨潮历时6小时21分，多年平均落潮历时6小时04分.经浮漂观测，近岸涨落潮最大流速在1.0m/s左右.   工程区地层为第四纪滨海相沉积土，呈水平状分布，以软粘土为主.土层主要物理力学性质指标如下：   (2—1)淤泥质粉质粘土w＝41.7%，e=1.187，Ip=13.4，直剪固快指标c=12.2kPa,Ф＝20°(峰值)，fk＝70kPa，平均层厚约3.5m.   (2—2)淤泥质沾土w＝48.1%，e=1.35，Ip=17.3，直剪固快指标c=8.7kPa,Ф＝18°(峰值),fk＝75kPa,平均层约13m.2 围堰结构造型   根据泵房沉井邻近甬江主航道，下游侧紧靠一二期循环水泵房，上游侧紧挨制氢站、危险品仓库的实际情况，分别对草包土围堰、钢板桩围堰、砼预掉桩围堰、土工模袋砂土围堰进行技术经济比较.    土工模袋砂土围堰以其断面较小，对航道影响小，适应地基变形，整体稳定性高，机械化作业程度高，受潮水影响小，工期短，造价低等显著优点，被选中.3 围堰结构设计3.1 断面设计   围堰顶高程4.5m，顶宽2.5m，由三个主要部分组成.   (1)外侧(围堰主体)采用砂土模袋，外坡高程2.0m处设2.0m宽马道，高程2.0m以下外坡1：2，内坡1：0.25；高程2.0m以上内外坡均为1：1.   (2)内侧高程2.0m以下回填土方闭气.   (3)回填土方底部设四排700水泥搅拌桩，高程3.0～11.0m以提高抗整体滑动稳定性.   同时，为了提高围堰的抗渗性，在土方与土工模袋之间增设一层复合防渗土工膜.   该围堰按Ⅳ等水工建筑物设计，要求抗滑稳定安全系数不小于1.15.3.2 围堰稳定分析   (1)承载力验算   模袋土自然容重为19kN/m3，多年平均低潮位016m以下取浮容重9.2kN/m3，地基高程平均按高程-3.2m考虑.围堰基础受力P＝62.3kPa＜Fk(70kPa).   (2)沉降计算   围堰沉降按分层总和法计算，围堰外坡脚沉降22cm，内坡脚沉降17cm，围堰中心点沉降达65cm.   (3)整体抗滑验算   模袋砂土围堰，实则上是一种加筋土坝.加筋砂土与未加筋砂土的内摩擦角相近，加筋土的准凝聚力Cp为   整体滑动验算采用简化Bishop法，分三种工况进行验算，结果如下：   工况Ⅰ：堰筑完，堰后水抽干，局部填土，最高水位时的最危险滑动面，安全系数Fs＝1.25.   工况Ⅱ：堰筑完，堰后填土，最低水位时的最危险滑动面，安全系数Fs＝1.43.   工况Ⅲ：沉井沉到设计高程，最高水位时的最危险滑动面，安全系数Fs＝1.21(未记入沉井底工程桩的抗滑效果，作为安全储备).3.3 袋布选择    土工模袋委托专业厂家制作.土工布径向抗拉强度40kN/m，横向抗拉强度20kN/m，渗透系数(1.0～4.0)×10-2cm/s，95%等效孔径0.2～0.4mm.   高程2.0m以下沉放使用的土工模袋，尺寸应由施工时使用的开体驳船的开底宽度、船舱长度确定.本工程使用350m3开体驳船，开底宽度为2.5m左右，船舱长在20m以上，土工模袋尺寸定为直径150cm(砂土充填后，形成约2.0m宽的砂被，砂被宽稍小于驳船开底宽度，便于砂被顺利沉放)，长度10m左右.为了防止土工模袋沉放触底时受冲击拉裂，沉放用土工模袋每延米加筋一道.   高程2.0m以上抢潮作业使用的土工模袋，尺寸由围堰断面确定，直径2～4m，长度40～50 m.4 围堰施工4.1 施工要求   该围堰施工之初，曾偿试用宁波北仑的中粗砂，因其在模袋内不易被均匀充填而改用细度模数1.8以下的粉细砂.4.2 充填与沉放   采用7.5kW吸砂泵充填铺设在开体驳船舱中的土工模袋，形成厚度为40～50cm的模袋砂被，袋内充填砂土应均匀，以利平衡沉放，沉放前各充填口应封闭严实，以防砂土漏失.   沉放模袋砂被，一般安排在高潮位时进行.在开体驳船舱中完成土工模袋砂土充填后，用启锚机收放设在船首、船尾的“八字锚”，使驳船准确定位后，开体下沉.   模袋砂被沉放，应依次逐层逐排进行，防止模袋砂被严重扭曲折叠.5 结语   (1)镇海发电厂(四期)循环水泵房围堰，从1995年11月开工到1996年7月拆除，经历了200多个昼夜的潮汐考验，运行可靠，未发生任何异常情况.   (2)因受环境条件限制，围堰高程20m以下砂土模袋沉放，其长度方向与围堰轴线平等，如条件允许，砂土模袋长度方向宜与围堰轴线垂直，可进一步提高围堰的稳定性.   (3)采用模袋砂被沉放修筑围堰，施工机械化程度高，受潮水影响小，施工效率高，且解决了有一定流速的深水中土工模袋铺设定位的难题.'