土工膜袋吹砂围堰在桥梁工程中的应用

丁 武 聚

(中铁三局集团有限公司，山西 太原 030001)

水中桥梁基础施工主要方法有搭设草(麻)袋围堰、筑岛加钢板桩围堰、钢栈桥加双壁钢围堰等，这些传统施工方法存在成本投入高、对环境影响大、施工周期长等缺点。吹砂围堰作为一种施工简便、快速的围堰形式被广泛应用于水利工程建设中。由于土工膜袋吹砂围堰具有安全性好、整体稳定性高、成本低等优点，特别是对砂土、软土、淤泥与淤泥质河床具有较强的适应性，所以也被逐渐应用到铁路、公路桥梁工程建设中。杭甬客运专线某标段穿越萧绍平原水网密集区，系钱塘江流域，设计多为水中桥墩，通过采用土工膜袋吹砂围堰技术，既确保了安全、又加快了施工进度、降低了施工成本，取得了良好的工程效果。

1 工程概况

杭甬客运专线某标段铁路改线全长4.95 km，其中特大桥1座、大桥5座、中桥2座，共计7次跨越河网，38个水中桥墩。设计水位5.47 m，通航水位4.32 m，枯水水位3.92 m，河床底标高1.76 m～1.98 m。

2 工艺原理

土工膜袋吹砂围堰是充分利用砂土混合物易排水固结，而有纺土工膜袋扁丝间的空隙又具有良好的渗水性能，利用泥浆泵将粉细砂土和水混合物充填进土工膜袋，边冲进边滤水，砂土混合浆液经排水固结形成一定宽度的扁圆形长条状袋装砂土带；经自下而上分层分段吹砂填筑，形成一层层带状砂土墙。两道砂土墙中间填充粉细砂、粉土隔水层，进一步加强了围堰的防渗性能，达到隔水效果，然后在围堰内排水，进行桥梁基础施工，最后拆除围堰。

3 围堰结构选择

施工时河网实际水位3.96 m，最大水深2.2 m，桥梁施工水位按通航水位4.32 m考虑，同时考虑预留下沉量0.4 m，堰顶高出施工水位0.5 m，确定围堰高度为4.32-3.96+2.2+0.4+0.5=3.46 m。为保证围堰的隔水防渗功能，确定围堰宽度为8.0 m(其中袋装砂土带共6.0 m，中间隔水层2.0 m)。打设四排定位钢管导向架，钢管横断面间距3.0 m,2.0 m,3.0 m，定位钢管打入河床下2.0 m～3.0 m。

3.1 断面形式

围堰横断面见图1。

考虑围堰高度不大、充填粉砂土质较轻，地基承载力易于满足，同时为尽量减少占用河道，围堰采用矩形断面。

3.2 围堰稳定分析

围堰宽度B=6.0 m、围堰高度H=3.46 m，水深hw=2.56 m。

1)地基承载力验算。

围堰对地基的压力：σ=rh=15.6×3.46=53.68 kPa<[σs]=60 kPa，地基承载力满足要求。

2)抗滑移稳定验算。

围堰抗滑移力为围堰地基土对围堰的摩擦力：R=(G-umB)tanφ+cB。

其中，c，φ分别为围堰底地基土的粘聚力和内摩擦角;um为围堰底面上的水压力，取um=rw(hwn+hww)/2=14.8 kPa;B为围堰宽度。

则：R=(G-umB)tanφ+cB=63.64 kN。

3)圆弧滑动稳定验算。

整体滑移稳定分析图见图2。

其中，Ks为圆弧滑动稳定安全系数；cj为第j土条滑弧面处土的粘聚力，kPa；φj为第j土条滑弧面处土的内摩擦角，(°)；bj为第j土条的宽度，m；qj为作用在第j土条上的附加分布荷载标准值，kPa；ΔGj为第j土条的自重；uj为第j土条在滑弧面上孔隙水压力，kPa；θj为第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角，(°)。

经计算最小Ks=1.33≥1.3，满足稳定要求。

4 材料要求

砂袋选用标准：土工膜袋材料选用聚丙烯扁丝编织布，经纬向断裂弹力不低于14.7 kN/m，延伸率20%，渗透系数大于0.01 cm/s。膜袋接缝处应折叠缝合牢固，缝宽不小于5 cm，缝线不少于3道。

填料的选择：根据SL 260—98堤防工程施工规范，填料选择原则上应是无粘性土和少粘性土，粘性较大的土料因不易固结一般不宜做堤防吹填。粉砂土颗粒的大小和泥浆的粘滞性是充灌效果的关键。钱塘江流域粉砂土以粉细砂为主，颗粒均匀，在编织袋内的滤水速度和沉降速度适中，适宜做吹砂围堰填料。

定位钢管导向架：采用外径48 mm、壁厚3 mm的普通钢管。

5 施工工艺流程

施工准备→测量放样→基底清理→打设定位钢管导向架→土工膜袋铺设→泥浆泵充填灌砂→逐层加高至围堰成型→抽灌中间无袋芯土→围堰验收→基坑抽水、清淤→桥梁基础施工→围堰拆除。

5.1 基底清理

施工前首先清理河道中的废弃鱼网、木桩、块石等杂物，整平河床面，以确保吹填土工膜袋整体平整度，同时避免膜袋被杂物损伤。

5.2 定位钢管导向架

定位钢管主要对土工膜袋铺设起到导向和定位作用，钢管沿河道垂直方向纵向每排间距1.0 m，打入河床面以下2.0 m～3.0 m，每排在顶部设三道纵向平连钢管，横向在顶部设一道连接钢管，形成井字型，确保钢管导向架牢固稳定。定位钢管采用小船人工打设，定位钢管导向架施工要点如下：

1)打设钢管时,应保证钢管的垂直度偏差不大于1%；

2)测量人员现场指挥准确定位，避免纵向连接安装不到位；

3)每侧钢管施工完毕后要立即进行平联，平联钢管搭接长度不少于1.0 m。

5.3 铺设土工膜袋、充填灌砂

1)围堰修筑从上游开始向下游合龙。土工膜袋沿河道垂直铺设在钢管导向架内，同层相邻膜袋接缝处预留收缩量，确保吹填后两袋之间相互挤紧不出现缝隙。

2)用泥浆泵将砂土浆液充灌至袋内。砂土浆液在土工膜袋中边冲进边滤水，排水固结形成砂枕，逐层加高至围堰设计高度。由于砂袋较长，难以一次形成砂枕，每层整条砂袋按2段～3段逐段充灌成枕。充灌速度在6 m3/min左右，冲灌压力控制在0.2 MPa～0.3 MPa。

3)两侧围堰土工膜袋充灌完成后，抽灌中间无袋芯土部分。

5.4 围堰检查验收

围堰搭设完成后，由技术人员对围堰进行检查验收，发现质量或安全问题及时组织人员进行补强或纠正。当围堰全部完成，并将围堰内水抽干后，需对围堰进行一次全面的检查验收。围堰基坑抽水时，应严格控制水位降幅，水位每下降1 m要停止12 h，等待吹填砂土初步固结，并且在降水过程中要设专人值班观测围堰的沉降及位移变化情况。

5.5 围堰拆除

待桥梁墩台施工完毕后即可进行围堰的拆除。围堰拆除时一边用高压水枪冲刷砂土，一边用泥浆泵抽排泥浆至泥浆堆弃点，最后拆除钢管导向架。

6 结语

在桥梁工程中采用土工膜袋吹砂围堰施工技术，有效解决了水中桥墩基础施工难度大、成本高等技术问题，取得了良好的技术经济效果。该方法具有技术成熟，工效高，造价低，取材容易，利于环保等特点，在水中桥墩基础施工中，对于少粘性易固结土质河床，当围堰高度适中时，该施工方法具有较强的适用性。

参考文献：

[1] JGJ 120—2012,建筑基坑支护技术规程[S].

[2] SL 260—98,堤防工程施工规范[S].