浅谈土工管袋在护岸围堰结构中的设计与应用

郭国森

摘 要：随着大型土工管袋（抗浪砂袋）结构在国内外的应用和应用年限的增加，其管袋材料强度（抗浪流）和耐久性（无防护）已得到认可，被广泛应用；该结构的特点和优势重点体现在不用护面和就地取沙方面，具有较大的经济优势。本文通过波浪荷载下土工管袋稳定性的安全核算等方面简述了土工管袋规格及尺寸的选择依据，并结合工程实例介绍了土工管袋在港口工程的护岸围堰结构中的应用及施工技术要求，为土工管袋的技术推广提供可靠性的依据。

关键词：土工管袋 护岸 围堰 抗浪流 无防护

深中通道项目北距虎门大桥约30km，南距港珠澳大桥约38km。其中，主体工程S05合同段西锚碇人工岛，整体采用吹填土工管袋形成临时围堰，内部吹填砂形成島体的方式形成岛体，围堰护岸为斜坡式护岸结构，护岸结构为临时工程，鉴于工程的重要性，安全等级按Ⅱ级考虑。受工期限制，需在半年内完成软基处理并吹填完成岛体主体结构，所以如何快速有效的吹填成岛，并兼顾岛体外侧的防浪要求，是本工程设计的重点难点。

1.土工管袋结构方案简介

临时围堰主体采用土工管袋结构，基础采用水上水泥搅拌桩（DCM）进行软基处理。围堰为斜坡堤结构，外边坡斜率采用1：2，上部结构采用土工管袋形成堰体，堰体内部吹填中粗砂（水下内摩擦角≥32°）。堤顶设置土工管袋防浪墙，顶高程5.8m，堤前的防护结构，采用软体排+雷诺护垫的组合型式，其中雷诺护垫软体排结构，宽度不小于15m（铺设位置为土工管袋坡脚外侧1m）。

2.水文条件

2.1设计水位

如表1。

2.2设计波浪

50年一遇波浪要素（SE向）波要素如表2所示。

3.土工管袋稳定性验算

依据德尔夫特水力实验室（1973）的实验结果以及相关规范和文献，砂袋在波浪作用下的稳定性可采用以下公式计算：

注：Dk = b（如果砂袋垂直于波浪冲击的方向）[m]。

b =砂袋的充填宽度，取b=4.65m。

Hs = 设计波高，取极端高水位H1% =3.11m；

△t = 砂袋的相对密度，取0.9；

本工程采用的土工管袋尺寸细部尺寸详见图3。

经计算，

Hs= H1% = 3.11m ≦ △t × Dk= 0.9×4.65=4.185m

因此，该土工管袋可以抵抗4.185m波浪，满足要求。

4.施工技术要求

（1）技术指标

本工程土工管袋采用100%PP有纺织物制作，土工管袋技术指标详见表3。

（2）施工工序

根据单体土工管袋宽度外1～2米进行固定桩安装→土工管袋运送到进行准备工作的场地→土工管袋摊铺平整并采用柔性尼龙绳将固定拉环与固定桩进行锚固→土工管袋通过其中一个充填口进行充填沙浆，分别调整充填口进行充填，以达到充填充分饱和并达到设计高度。

（3）施工细节要求

土工管袋的铺设和锚固按照图纸所示限定来铺设，且泵送砂浆含固率控制在20%左右；

相邻土工管袋采用搭接形式连接，搭接长度不小于2m，砂袋的充填饱和度应不低于80%，为保证充填高度达到设计标高，可在4小时内进行二次充填；充填过程中应注意控制充填高度，可采取设置控高标杆等措施，防止因充填过度致使土工管袋爆裂；充填口应布置在袋体表面，充填口数量可根据袋体尺寸、充填料粒径和冲填压力确定；对于铺设完成的土工管袋应注意保护，防止施工船舶、机械对袋体的破坏。如发现损坏，应请专业厂家及时进行修补。

5.总结

（1）土工管袋结构的设计要点在于首先应根据充填砂分资料选择袋布指标的保土性与透水性；其次，通过结构内部稳定计算，控制充填砂粒径，在波浪、水流作用下防止液化；最后，进行结构外部稳定计算，抗倾、抗滑。

（2）土工管袋结构适用在较低矮的结构，2～6m的经济堤高范围内，使工程造价更经济，同时工程现场需有允许采砂的场地，位于水下的结构更利于延长耐久性。

（3）鉴于土工管袋结构具有抗浪流和耐久性等特优点，可以在不用护面结构的情况下，通过自身的稳定来抵抗较大的波浪，且充填砂袋时可直接就地取沙，施工方便，今后将更多的应用于护岸围堰的防护工程中。随着砂袋材料强度的提高和工程施工中的不断优化，土工管袋技术在水运工程领域将产生更大的经济效益、环境效益和社会效益。

参考文献：

[1]JTS 154-1-2018，防波堤与护岸设计规范[S].

[2]Pilarczyk K. W. （2000），Geosynthetics and geo-system in hydraulic and coastal engineering，A.A.Balkema，Rotterdam.

[3]WL Delft Hydraulics（1973）， Breakwater of concrete filled hoses，WL Delft Hydraulics，Modelonderzoek M1085.

[4]Schiereck G.J. （2004），Introduction to bed， bank and shore protection，DUP Blue Print，Delft.

[5]林刚，土工管袋结构坝体在波浪作用下的试验研究，河海大学，2005.