沿海深水河道使用膜袋砂围堰技术建设橡胶坝经验略谈

刘宏宽

摘 要：文章描述了膜袋砂围堰在河北省乐亭县二滦河杨家林段深水河道施工的成功应用，该段河道具有河宽水深、潮汐影响大的显著特点，膜袋砂围堰作为一种新型结构形式不仅能够适应河道软土地基产生的变形和沉降，而且止水效果好、施工安全性高。在沿海特殊地形地质条件下，克服降水、沉陷、稳定等难题，成功为今后河道、泵站、闸坝等水利工程建设提供了新的思路和宝贵经验。

关键词：深水河道；膜袋砂围堰；经验

中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0130-02

1 基本情况

乐亭县位于唐山市东南滦河最下游，属冀东平原的一部分。環抱京唐港，毗邻曹妃甸，海岸线长149km，是河北第一沿海大县。二滦河为滦河的分洪河道，根据滦河防洪体系要求，二滦河和滦河同时行洪，遇50年一遇洪水，在滦河左小埝和二滦河右堤间行洪，遇5年一遇洪水，在滦河河槽和二滦河行洪。二滦河分洪流量受分洪口附近滦河干流及二滦河的地形、水位、流量及工程等因素的综合影响。根据《滦河下游干流河道治理工程可行性研究报告》等有关报告，当滦河发生5年一遇标准洪水时，相应设计流量为8230m3/s，滦河分流7050m3/s，二深河自然分流1180m3/s。

为防止海水沿二滦河河口上溯并涵养二滦河下游淡水资源，2017年10月，乐亭县投资2100万元在杨家林村东的二滦河河道上复建了二滦河杨家林橡胶坝。橡胶坝设计工程等别为Ⅳ等，坝高3米，坝长90米，1孔，底板及上下游翼墙基础采用水泥搅拌桩处理，充水坝袋。根据工程地质资料，橡胶坝工程区地貌单元属滨海平原，地貌发育过程中，受河流堆积作用和海洋动力因素的双重影响，表层为河床～河漫滩相沉积，下部为浅海相沉积层。河道总体走向由北往南，地势北高南低，地面高程1.2～4.9m，河道宽度100～220m。勘察表明，场区地表以下30m深度内，地层为人工堆积和第四系沉积层。橡胶坝坝基地质结构和工程地质单元的划分根据地层的成因、时代、岩性、深度，同时考虑厚度及分布范围综合确定。钻孔揭露深度20m范围内由上至下分6个工程地质单元，由上至下分别为：壤土、细砂、淤泥质粘土、细砂、壤土、细砂。工程区河唇宽135米，河底宽90米，平均水深8.3米，潮汐强度中等，最大潮流速度0.5～0.6m，施工期间水流主要考虑潮汐影响。工程施工前，需首先完成坝址上下游施工围堰。

橡胶坝复建工程计划总工期140天，因二滦河承担汛期滦河洪水的分洪任务，主体工程及拆除围堰任务必须在主汛期前完成。整个工程时间紧、任务重、施工难度大，对围堰施工工期以及质量和安全提出了更高的要求。

2 围堰选型、排水和边坡稳定问题

2.1 围堰选型

围堰按使用材料，结构形式一般分为土石围堰、混凝土围堰、草土围堰、钢板桩围堰等。考虑乐亭县内土石资源匮乏，橡胶坝坝址处水深较深，水位变化受河口潮水涨落影响大，工程投资有限等多因素影响。而膜袋砂围堰具有成本低，工期短、断面小、就地取材，使用大型机械少，施工安全方便，整体稳定性好、防渗漏效果好等优点，并且河道内河砂为粉细砂，能够满足膜袋砂砂料要求（细度模数不大于1.8的粉细砂，砂中淤泥含量20%左右）。经综合考虑确定以膜袋砂围堰作为工程上下游围堰结构形式。

设计膜袋砂围堰分别位于坝体上游130米、下游170米，长度120米，梯形断面，设计顶宽3米，边坡1：3，堰高约9.3米（高于河口处5年一遇潮位0.5米），吹填砂总量79108立方米。膜袋采用200g/m2的晴纶（PP）土工编织布，纵横向断裂强力≥6.5kN/m，撕破强力≥0.16kN，每个膜袋幅宽为6m，长度按实际长度确定，充填后厚度为0.6～0.8m，采用分层立体交错铺至设计高程。临水侧防渗结构形式因地处沿海，周边粘土资源紧缺等原因，排除斜墙式、斜墙带水平铺盖式、垂直防渗墙式、灌浆帷幕式等，决定采用黏土进行坡面找平，再用复合土工膜覆盖（涤纶长丝针刺土工布，两布一膜，200g/0.6mm/200g），上压黏土。

2.2 施工排水问题

由于二滦河主河道常年有水，地下水埋藏也较浅，基坑开挖深度在地下水位以下，为保证干场作业，施工方采用每米设置一眼管井，配合围堰内离心泵排水，做好基坑排水工作。

2.3 边坡稳定问题

考虑地下水影响，基坑开挖深度≤5m时，基坑边坡岩性主要为细砂，临时开挖边坡坡比设置为1：2.5～1：3，并采取基坑降排水措施。另外，坡顶应禁止重车通行，减少重物堆载，堆放的弃土拉运至工程区外规定地点，远离坡肩，施工过程中有专职人员巡视边坡的稳定性，保证工程边坡稳定和人员生命财产安全。

2.4 不均匀沉降问题

根据设计方案，橡胶坝底板高程-1.5m左右，二滦河现状河底高程-5m左右，即河底部分需回填夯实至设计底板高程，河底回填施工时要严格控制填筑质量，碾压夯实，并应注意其与原地基结合处的沉降差异，避免不均匀沉降的发生。

2.5 地基承载力问题

橡胶坝坝高约3m，坝底板高程-1.5m左右，坝基下卧持力层主要为细砂和淤泥质粘土层，其中细砂层多呈中密～密实状，承载力建议值140kPa，淤泥质粘士层呈软塑～流塑状态，压缩系数值为0.95Mp-1，具高压缩性，承载力为65KPa较低，属软土。

3 围堰施工

3.1 施工准备及程序

（1）模袋准备：按围堰的断面及平面布置情况，从围堰底部开始，对围堰模袋逐层进行计算，确定模袋的长和宽，再按设计分层高度确定模袋的高度。为确保模袋的充填厚度，在模袋定货时，需将模袋的高度适当加高，一般宜加高100mm，单个模袋最大尺寸不宜超过60m×20m×0.8m。（2）砂料准备：填充模袋的砂料，一般采用细度模数小于1.8的粉细砂，砂中宜有20%左右的淤泥。在围堰施工前，应对砂料进行实地勘测，检测砂的细度模数及含泥量，确保充填的材料符合要求。（3）人员组织：为保证模袋顺利充填，应有12～15人进行模袋充填施工。（4）机械船只准备在围堰施工前，应准备两条的吹砂船。（5）施工程序：施工单位进场后首先进行围堰轴线处河道实地测量，编制围堰施工程序：施工准备→测量放线→基础清淤→膜袋加工→膜袋铺设→吹填膜袋砂→土工膜坡面防渗→基坑排水。

3.2 施工过程

考虑潮流对施工的影响，施工单位首先组织测量人员施工上游围堰，用全站仪定位围堰轴线及膜袋位置，组织抽砂机械设备进场，因工程区河底2010年前后进行过清淤，表层淤泥厚度较小，能够满足吹填膜袋砂要求，可不予清淤，但需对基底平整差较大处使用抽砂船及驳船配合吹砂找平，使膜袋砂围堰基础底面平整。将检验合格的膜袋进场按预定位置铺设，铺设位置使用预先打入两岸及河道内的钢管桩配合两条运输船固定，固定好后，人工将吹砂泵管与灌啥口连接，吹沙船以一定可调节压力，先向膜袋内填充一定量的水，冲水方向要朝向膜袋底部隆起部位。待膜袋下沉，马上开始灌砂，河沙进入膜袋后沉淀，水分通过排浆孔排出。在灌砂初期，应先填充膜袋四角，再填充膜袋中间，这样能够防止膜袋在水面受水流等因素偏移，保证膜袋能够按照预定位置平稳下沉，保证施工质量。膜袋砂围堰吹填至水面以上后，安排人员对砂袋进行踩压，保证砂袋密实饱满和均匀。

堰体填筑至水面以上0.5米后，迎水侧铺设0.5米厚黏土找平，将已经粘接好的土工膜从堰顶向河中展开，长度为坡长加5米富裕度（1米坡面褶皱、2米堰顶压重、2米坡脚压重），膜与膜搭接长度1米，铺完后利用运输车和船将碎石山皮土向土工膜上撒压。

因基坑内外水头差较大，为降低堰体渗透压力，减小渗流量，保证堰体稳定安全，经设计单位测算，报请监理建设单位同意，决定在两道围堰内坡脚外5米增设膜袋砂副堰，副堰设计高度4.5米，分6层，每层高约0.8米，坡比1：1，顶宽2米，经上下游两组堰体的共同作用，堰体渗流量大大减少，安全稳定性提高，切实保证了基坑内施工作业的安全。

待橡胶坝主体工程完工后，因围堰上下游河道深度较大，在不影响泄洪的前提下，经参建各方同意，决定将膜袋砂围堰上半部分用挖掘机挖除放置在上下游河道内。

3.3 施工排水

施工單位将施工排水按两部分考虑，一部分为填筑围堰后基坑初期排水，另外考虑围堰基础渗水及施工期间降雨。基坑初期排明水，配备ISWH100-100A型离心潜水泵共5台（向上下游排水各2台，备用1台），单泵设计排水流量89m3/h，设计排水扬程10m，功率4kW。待水位下降至原水深的2/3时，上下游排水各增加2台工作水泵增抽，为保证浆砌石、混凝土干场作业，对抽水设备备用了大型发电机可靠电源。

4 经验分享

（1）膜袋吹填前，要对河底地形进行详细测量，掌握河道断面形状尺寸，再量身定做坝袋尺寸及安放位置，减小基坑渗水隐患。在铺设土工膜的同时就进行基坑排水，及时了解土工膜铺设后围堰的渗水情况，对非正常渗水处采取补铺等补救方案，必要时可雇佣潜水员进行水下查勘，有针对性地开展补漏措施。必须对所有施工人员进行安全教育及技术交底，使施工人员提前做好准备，掌握每一道工序的施工要点，并在施工前穿戴好救生衣和安全帽，做好防护措施。（2）为确保膜袋充填厚度，在膜袋订货时需将膜袋的高度适当加高，一般宜加高100mm，单个膜袋最大尺寸不宜超过60m×20m×0.8m。膜袋封口线尽量设置在上下平面，避免设在膜袋立面及平立面结合处。（3）吹填时从膜袋内排出的水体泥浆含量较大，对周边水质有污染，施工单位必须与周边群众协调好关系，防止阻工等现象发生。（4）在铺设完一层膜袋后，必须用测量仪器（最好是全站仪）对膜袋偏移及顶面高差情况进行测量，便于对下一层膜袋位置及填充量进行调整。（5）施工单位必须严格比选橡胶坝坝袋质量，有必要时建设单位可以召集参建各方对橡胶坝厂家进行实地考察。出厂时必须附有通过国家计量认证的检测机构出具的有关参数检验报告。建设监理单位也要及时抽检。表面质量要注意观察坝袋里外层各胶片边与边的接缝要平滑饱满，不能有开裂或压胶薄厚不均。（6）坝袋安装时，必须由坝提生产厂家进行现场指导，按照先下游，后上游，最后岸墙的顺序进行。坝长误差应均分，避免局部褶皱。两侧岸墙拐弯处，袋布要折叠、理顺、垫平，不得用剪口补强处理。