淺談充砂管袋在青島市唐島灣攔海大壩龍口合攏工程中的應(yīng)用

江蘇省海洋工程總公司第三分公司   陳  軍

唐島灣攔海大壩工程位于唐島灣東北部，海灣中部有一牛島，在牛島南、北兩側(cè)擬修建攔海大壩，將治理區(qū)與外海徹底隔開，變水下施工為陸上施工。該壩為編織土工布充砂壩。原設(shè)計(jì)方案中龍口截流方式采用沖砂管袋一次平堵：即先在南壩海溝處留一后筑段，長(zhǎng)200m，其首次填筑高程低于其它壩段，并且海水能在該段自由進(jìn)出，最后將該壩段筑至設(shè)計(jì)水位以上，即可完成堵海任務(wù)。2001年7月17日當(dāng)后筑段首次填筑施工至離對(duì)岸僅有48m時(shí)，龍口處流速高達(dá)3.2m/s，上、下游落差為2.1m，巨大的水流沖擊力將業(yè)已完成的后筑段部分沖毀達(dá)100m左右，導(dǎo)致首次合攏失敗。

一、首次合攏失敗原因分析

唐島灣為半日制潮汐，平均漲潮歷時(shí)5h45min，平均落潮歷時(shí)6h39min，治理區(qū)蓄水面積約400萬平方米，施工期間，其一日內(nèi)最高水位1.87m，最小水位-1.94m，退潮時(shí)，治理區(qū)大部分灘涂均露出水面，即壩內(nèi)最大存水量2037萬立方米，在六個(gè)多小時(shí)內(nèi)降至102萬m3。該壩采用編織土工布縫制成袋，袋內(nèi)充砂，逐層疊置成壩。這種形式的堤壩，在我國(guó)已廣泛用作修筑防波堤和圍海造陸的圍堤，但其壩內(nèi)蓄水量如此之大，龍口處的水流之快，在此種情況下，用沖砂管袋進(jìn)行龍口合攏在國(guó)內(nèi)同類型工程中尚無先例。分析此次合攏失敗的原因，主要是：①后筑段首次堵筑的沖砂管袋長(zhǎng)時(shí)間被海水往返沖刷，使編織袋破裂，袋內(nèi)砂被沖刷；②單個(gè)編織袋由于其重量輕，經(jīng)不住水流沖擊，穩(wěn)定性較差；③袋內(nèi)砂的充盈度<80%，頂層袋體內(nèi)砂子在水流作用下易發(fā)生搬移，將袋磨損；④編織袋強(qiáng)度不夠。

二、合攏方案重新選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，原方案顯然不切實(shí)際，若采用平堵拋石方案，其準(zhǔn)備工作量大，造價(jià)昂貴，工期難以保證，我們選擇了立堵方法，據(jù)此，我們本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、施工方便的原則，對(duì)較多的立堵方案進(jìn)行比較：

①塊石拋投方案。該方案利用自卸汽車配合推土機(jī)等設(shè)備，由龍口一端向另一端，或由兩端向中間拋投各種塊石，逐步進(jìn)占，縮窄龍口，直至合攏截?cái)嗨�流。該方案要求大壩兩�?cè)或一側(cè)交通方便，顯然新筑大壩不能滿足大型自卸車的行駛要求，同時(shí)，大壩另一側(cè)為一長(zhǎng)50m的導(dǎo)流閘，同樣自卸車無法行駛。

②沉船方案。利用舊駁船，裝載塊石將其拖至龍口，使其沉沒水中，一次截?cái)嗨�流。由于龍口河床高程起伏較大，低平潮時(shí)，最深處為3m，最淺處局部?jī)H40cm，無法滿足船舶的吃水深度，而高平潮顯然又不適宜沉船，同時(shí)“平潮”時(shí)間僅8~10分鐘，可利用時(shí)間較短。

③繼續(xù)利用沖砂管袋合攏，改平堵為立堵，不設(shè)后筑段，沖砂管袋由龍口一端沉放直至合攏截?cái)嗨�流�?

經(jīng)過多種方案的反復(fù)論證，權(quán)衡利弊，我們最終還是選擇了方案③。

三、施工技術(shù)關(guān)鍵及采取的措施

3.1 材料選擇

3.1.1 充砂管袋

前期施工時(shí)，充砂管袋用150g/m2的編織土工布縫制而成，由于其抗拉強(qiáng)度低，容易被水沖破。因此采用200g/m2的編織土工布，同時(shí)備有一定數(shù)量400g/m2的無紡?fù)凉げ�。土工布采用手提式縫韌機(jī)縫制，縫制線采用錦綸線，針腳間距≤5mm，強(qiáng)度不小于150N，接縫形式采用包縫和丁縫。單個(gè)管袋尺寸視工程情況現(xiàn)場(chǎng)加工，大致分為兩種：一種是小管袋，其尺寸為8m×8m或4m×4m，充填厚＞0.6m；另一種是大管袋，順壩軸線長(zhǎng)一般為15m，垂直壩軸線方向?qū)挒橄鄳?yīng)位置壩體的寬度，同樣充填厚＞0.6m。充填灌口直徑＞200mm，其位置視管袋尺寸的大小而定。

3.1.2 充填料

充填料采用中粗砂，含泥量<10%，此種砂排水固結(jié)快，并且可在近海直接開采，為保證砂料的連續(xù)供應(yīng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)儲(chǔ)砂池。

3.2 施工方法

拖船泥駁到取砂區(qū)，由吸砂船將砂吸入泥駁，然后由拖船拖帶泥駁運(yùn)抵泵船，泵船將多臺(tái)泥漿泵機(jī)組吊入泥駁艙中，進(jìn)行取砂，泥漿泵吸取泥駁中的砂料直接灌入充填袋，多余水份從土工布孔濾出，利用砂料的壓載作用邊充填邊進(jìn)行袋體沉放，沉放就位后，不斷調(diào)整充灌袖口，使袋裝砂充填均勻、飽滿，并逐層疊放。在立堵進(jìn)占過程中，為改善截流條件，我們采用了以下幾個(gè)沉放措施：

3.2.1 當(dāng)龍口流速與落差增長(zhǎng)不明顯，水流平緩時(shí)，采用全面沉放，齊頭并進(jìn)，以最大限度地利用拋投前沿工作面。

3.2.2 當(dāng)龍口落差和流速均有明顯的增長(zhǎng)，此時(shí)工作時(shí)間選在每天二次的低平潮前后進(jìn)行施工，同時(shí)利用水流的上挑角進(jìn)行沉放。首先在低流速時(shí)沉放重點(diǎn)在上游邊線，并將砂袋穩(wěn)定在上游坡角處，形成水流的上挑角將水流挑離戧堤。當(dāng)水流較大時(shí)，即可在上挑角的下游進(jìn)行沉放砂袋。如此輪翻交替沉放，可大大減少砂袋的流失，從而戧堤得以有效地進(jìn)占。

3.2.3 當(dāng)龍口流速與落差達(dá)到最大值時(shí)，除采用上挑角沉放方法，還采用了錨系措施。即底層小管袋上游端用φ14mm尼龍繩與其它管袋互相連接在一起，上層大管袋用預(yù)先放于袋下的粗尼繩縱橫向加箍，并錨固在已完成的大壩上，這樣可將整個(gè)大壩連成一整體。為減少袋裝砂表面被水流沖擊的時(shí)間，在當(dāng)班工作時(shí)間內(nèi)必須用大管袋壓住下面的小管袋，并逐層堆高出水面。

3.2.4 沖砂管袋的灌口為φ200mm的軟管，原方案為沖砂結(jié)束后用尼龍繩捆扎，由于袋口扎好后豎在那里長(zhǎng)時(shí)間被水流沖擊，使管口根部被拉破，水進(jìn)入袋口內(nèi)，將砂袋沖破，因此在施工過程中，我們將豎封口改為平封口，即將軟管剪掉，用同材料的編織土工布，手工縫補(bǔ)洞口。

四、質(zhì)量要求

該工程為攔海堤壩工程，為確保該壩的穩(wěn)定及安全，不出現(xiàn)漏洞等現(xiàn)象，袋體應(yīng)堆疊整齊，上下層交叉排列，袋體之間靠緊、擠密，不得出現(xiàn)通縫，在施工過程中，袋體應(yīng)無破損，如有破損，必須及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

五、結(jié)語

采用上述技術(shù)措施后，該工程第二次合攏一舉成功。利用沖砂管袋在較大流速的龍口中合攏，目前在國(guó)內(nèi)是首次采用。實(shí)踐證明，此種施工方法具有安全可靠、造價(jià)較低、工期較短等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于類似工程及堤防潰口搶險(xiǎn)，均可以借鑒。

參考資料

1、施工截流與基坑排水      呂興祖、劉發(fā)權(quán)

2、堤防工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)    包承綱

          中國(guó)水利水電出版社     1999年