充砂管袋技术在砂性基础围堰防渗封堵中的应用

作者:张磊 陈思 苗新锋 王国祥
单位:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
摘要:依托北支江综合整治上游水闸、船闸工程项目,根据砂性基础围堰的汛期施工、工期短、河床淤泥厚且障碍物较多且地下水位高的施工特点,采用充砂管袋护面填芯砂结构,结合双重管高压旋喷桩防渗墙形成围岩总体施工方案。重点介绍了充砂管袋填芯砂结构施工技术。实践证明,采用综合防渗方案,围堰未发生渗漏。
关键词:基础围堰充砂管袋防渗封堵
作者简介:张磊,项目总工程师,高级工程师,E-mail:zhang_l4@ecidi.com。
基金:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司课题:亚运场馆及北支江综合整治工程EPC项目水利工程基础施工工艺及设计参数研究(AC180089Y-22-FW(16))。 -页码-:43-45

0 引言

   在水利水电工程项目中,围堰工程对工程建设的顺利进行有显著影响 [1]。特别是在许多大型水利水电工程施工中,围堰工程对保证整个工程的施工质量尤为重要,如三峡工程一二期围堰 [2,3]、溪洛渡水电站上下游围堰 [4]、乌东德水电站围堰 [5]、双江口水电站围堰等 [6]。因此,应因地制宜,选择合适的围堰形式,就地取材,保证围堰的安全性及防渗性,否则极容易因渗漏而影响围堰安全 [7]

   渗漏是围堰施工中的常见问题,其不仅干扰施工环境,而且影响围堰的稳定性。因此,渗漏发生与否是围堰建成后需首要关注的问题 [8]。以北支江综合整治上游水闸、船闸工程中围堰施工为例,分析该围堰渗漏情况,并总结围堰防渗施工技术。

1 工程概况

   北支江上游水闸、船闸工程主要包括上游水闸、船闸,工程范围内的堤防工程及上、下游围堰等临时工程,其周边环境如图1所示。

图1 周边环境

   图1 周边环境  

    

   本工程导流建筑物级别为4级,上游围堰按上堵坝上游断面5年一遇洪水位8.900m设计,顶高程取10.000m;下游围堰按5年一遇洪水位8.630m设计,围堰顶高程取9.200m。上游围堰采用上堵坝作为围堰挡水,同时上堵坝上游侧及改线道路布置高压旋喷防渗墙以增强防渗性;上游围堰全长402m,顶高程10.000m,改线道路顶宽8m,上、下游坡比1∶1.8~1∶2.0。下游围堰采用充砂管袋围堰挡水,同时布置高压旋喷防渗墙,左岸与已建的补水泵站出口挡土墙衔接,右岸与东洲岛岸坡相连;下游围堰全长437m,顶高程9.200m,顶宽6m,上、下游坡比1∶1.8~1∶2.0,河道中间区域塘泥达2.9m,考虑围堰稳定性,围堰中心100m底宽适当加宽3m;围堰合计约13.16万m3,其中充砂管袋约10.70万m3,填芯砂1.79万m3,黏土0.67万m3

   围堰土源首先考虑河道取土,如河道取土不能满足围堰施工工程量要求,则其余部分考虑在距下游围堰下游侧2~3km河滩地防护林地取土,施工时需先进行防护林砍伐。根据地质资料及现场实地探挖,表层1~2m为杂填土,以下为粉细砂,取土前需先进行清表及表层土开挖,地下水位高。高压旋喷防渗墙孔距0.7m,穿过粉细砂层≥1.5m,上游围堰高压旋喷施工平台高程为8.000m,下游围堰高压旋喷施工平台高程为7.000m。

2 围堰施工特点

   1)根据进度安排,围堰应尽早施工,工程工期紧、赶工难度较大。

   2)围堰施工在汛期进行,充砂管袋只能采用水下充填施工,铺设定位存在一定难度。

   3)下游围堰施工工期短,加载速率较大,表面塘泥厚度为0.5~2.9m,易产生滑移和沉陷,需清理塘泥,并采取相应的抗滑固袋措施。

   4)左岸相邻标段泵站出水口距离围堰较近,易对围堰产生冲刷和旋流冲损,该区域围堰需按设计要求做好防淘、刷等防护工作。

   5)围堰布置区域河床淤泥较厚,在围堰施工前需对该区域淤泥进行水下清淤或高压水清理。

   6)上游围堰防渗轴线范围内块石等障碍物较多,施工工作面窄小,为保证防渗效果及施工顺畅,围堰施工前需对该区域进行清障。

   7)下游围堰右岸2km处区域现状为防护林,树木较密,地下水位较高。需根据现场实际情况采用井点降水后进行旱地开挖作业,并需在上、下游围堰附近修建临时中转场。

3 围堰总体施工方案

   围堰结构采用充砂管袋护面填芯砂结构,围堰防渗采用双重管高压旋喷桩防渗墙结构。吹填土源开采方案选择河道取土(淤砂)。

   根据地质资料,塘泥厚度0.5~2.9m,较厚塘泥主要分布在河床中间区域,考虑到围堰稳定性,防止产生滑移和沉陷,在围堰管袋施工前利用浮筒将高压水枪插入塘泥进行冲散,再进行底部管袋施工。管袋施工总体顺序为由右岸向左岸逐层加载,先管袋后填芯砂分层施工而成。待堰体填筑至高压旋喷桩施工平台高程后,进行高压旋喷桩施工形成防渗结构,而后继续加载至围堰设计高程。

4 施工关键技术

   考虑下游围堰距取料点较近,为节省投资,可暂不考虑设临时砂库,直接自取料点充填至围堰施工区。上游围堰距取料点较远,考虑在右岸设置1座临时砂库,施工流程如图2所示。

图2 施工流程

   图2 施工流程 

    

4.1 管袋制作

   1)首先需根据坝宽、滩面高程、堤坡及沉降量等综合指标确定合理的袋体宽度,同时需考虑上下错缝。

   2)袋体为筒式,采用280g/m2防紫外线抗老化土工布,断裂强度60k N/m。

   3)由于袋体的容积存在差异,设置充填管口时也应有所不同。一般要求充填作用区相等,同时保留2~3对袖管状充砂口于布袋的上片。袋体可选用35支三股锦纶线缝制,为使线缝平顺均匀牢固,建议缝3道。

   4)每30~40m2设置1个管口,管口直径为12cm,长40cm。1个充砂管袋通常设3~4个管口,呈梅花形均匀布设。充填完成后及时用绳子将吹砂管口扎紧,防止管袋中土方流失。

   5)考虑到围堰的重要性,且工程施工期较长,故管袋采用防紫外线抗老化土工布。

4.2 管袋铺设

   上、下游围堰均采用水上铺设,铺设前先进行铺设范围内清障,防止刺破管袋。施工时在拟铺设区域的两端用GPS定位,采用浮筒或小船人工进行钢管桩定位,然后与利用缆绳将四边拉环钢管桩连接,人工拖拉,将管袋拖至铺设区域,再通过收放锚绳调整管袋位置,直至符合设计要求,随后打入长6m、间距2m的钢管桩进行定位,防止管袋在充填过程中发生漂滑移位。由水上作业人员将吹填进浆袋口与进浆袖口固定,先期充填时需控制充填速度,待管袋基本稳固后再正常充填。

4.3 充砂管袋施工

   1)为确保工程质量,在大面积充填之前,在下游料源附近进行试充,其目的是通过试充得到相关参数,并对后续大规模的管袋充灌进行指导。

   2)管袋充灌采取交通船与人工铺设袋布相结合的施工方式,首先利用人工将袋体摊铺就位,做好固定及管口连接,需要注意的是编织布袋的缝合线应与轴线垂直。随之启动泥浆泵进行充填工作,充填时留意泥浆的流量、流向和流速,并随时调控输送管口的方向,避免发生因袋体受力不均而导致变形移位。

   3)水下充灌管袋中土体时难以固结成型,充灌砂袋的成型取决于取砂区域的级配,当淤泥含量超标时不能一次成型,因而水下充灌所用砂土颗粒要粗,尽量采用中砂,含泥量<10%,此种砂土排水固结快,具体技术指标根据现场试验确定。

   4)充砂管袋棱体施工时,在上游围堰右岸附近暂考虑设置1个临时砂库,上游围堰填筑需采用泥浆泵自临时砂库输送至围堰施工面;下游围堰可自取料点直接输送至围堰施工面。

   5)当袋体逐渐充满时,需特别注意对屏浆压力的控制,以防袋体破裂。充灌结束后需绑扎袖口,防止漏砂。

   6)袋体的充填高度由充填试验和土料情况综合确定,袋体的厚度控制为每层≤80cm。袋子面积较大时,厚度可稍稍增加,必要时可采取二次充填。施工时应控制同一层袋体的厚度基本相同,以方便下一层袋的施工并保证施工质量。

   7)施工过程中,需分层铺设编织袋充填棱体,并平行或垂直于围堰的轴线,上、下层交错排列,不留通缝,且袋体间不能存在空隙。

   8)袋体滤水后,方能在袋体的上部进行其他袋体的充填工作。

   9)下层管袋应尽量平整,否则将用袋装砂或袋装碎石固定,以避免上层管袋在吹填时发生水平位移。另外,棱体在固结前可踩袋,但要禁止无目标走动。

   10)吹填后,要做好棱体的保护工作,特别是平台以下,外坡可临时选用土工布覆盖保护的方式,在土工布上铺袋装碎石,同时用块石压重,避免外棱体破坏。

4.4 填芯砂施工

   吹填砂与充砂管袋交叉施工,相互形成依托。在围堰两侧充砂管袋砂棱体形成后,即可进行吹填施工,直接从储砂池中取料进行吹填。

4.5 高压旋喷防渗墙施工

   围堰堤身形成后即开始高压旋喷防渗墙施工。高压旋喷防渗墙采用旋喷套接,确保防渗效果。高压旋喷孔距为0.7m,采用双重管法施工。

5 围堰防渗效果

   北支江上游水闸、船闸工程中围堰结构采用充砂管袋护面填芯砂结构,围堰防渗采用双重管高压旋喷桩防渗墙结构。经检查,该工程围堰稳定,安全性较高,施工质量良好,未发生渗漏情况。

6 结语

   在北支江上游水闸、船闸工程中,根据地质情况及工程特点,最终采用砂性基础围堰,并确定了砂性基础围堰的施工总体方案,从管袋制作、管袋铺设、充砂管袋施工、填芯砂施工及高压旋喷防渗灌浆等方面严控施工质量。围堰施工完成后,对防渗效果进行检查,未发现渗漏,说明该砂性基础围堰防渗效果良好,可为类似水利工程施工中的围堰施工提供参考。

    

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[8]伍琪琳,焦淑贤.基于监测系统的某干施工围堰渗漏的发现及处理[J].水运工程,2018(10):189-193,206.
Application of Sand-filled Tube Bag in Seapage Prevention and Sealing of Cofferdam
ZHANG Lei CHEN Si MIAO Xinfeng WANG Guoxiang
(Power China Huadong Engineering Co.,Ltd.)
Abstract: In the upstream sluice and ship lock project of Beizhi River,the comprehensive sandy foundation cofferdam has characteristics of construction in flood season,short construction period,thick riverbed silt,more obstacles and high groundwater level. Then overall construction sheme is adopted including sand filled tube bag face protection and core sand filling structure combined with double pipe high pressure jet grouting pile cutoff wall. This paper mainly introduces the construction technology of sand filled pipe bag and core filled sand structure. The practice shows that the cofferdam is saft by adopting the comprehensive seepage control scheme.
Keywords: foundation; cofferdam; sand filled tube bag; seepage control; sealing
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