膜袋充砂结合钢板桩施工技术在北海市合浦县总江水闸除险加固工程的应用

莫开生 闫志勇 谢育华

广西建工集团海河水利建设有限责任公司

1 前言

膜袋充砂围堰整体性强、自身稳定性好，对地基要求不高，抗水压强及冲刷好，能有效解决施工围堰在复杂的水下地质条件施工的难题，提高围堰结构的整体效果；钢板桩防渗工艺简单，施工进度快，便于质量控制及拆除，材料可以回收重复利用。

2 工程概况

广西南流江合浦县总江水闸工程位于南流江广西北海市合浦县廉州镇总江村，距合浦县城5km，距北海市33km，是南流江的出海口，海砂储藏丰富，同进受潮水影响较大。总江水闸50年一遇分洪流量5200m3/s，工程等别为Ⅰ等、大（1）型水闸，主要建筑物为1 级，次要建筑物为3 级。该水闸于2017年3 月10 日开工，计划于2019年9月10日完工。该水闸利用上游的洪潮江水闸分流，故采用全断面围堰。上游围堰轴线长250m，下游围堰轴线长260m，采用膜袋充砂围堰，防渗部分采用钢板桩。钢板桩单根长12m、6m，宽0.4m，厚25㎜。本工程施工临时围堰采用膜袋充砂结合钢板桩防渗全断面围堰结构，围堰稳定、渗漏量少。在保证质量的同时节约成本，缩短工期。

3 技术原理

该技术具有穿越透水砂层、水下施工等特点，通过在围堰中心线上游处设置钢板桩止水、就地取材逐层充装膜袋砂形成一个整体围堰。（1）通过钢板桩打入水下弱透水层，达到基础止水防渗。钢板桩采用振动压桩机植入，保证了钢板桩压入垂直度、深度、桩顶高程达到设计要求，提高了施工效率。（2）通过分层施工膜袋充砂，控制充砂进度、剖面尺寸符合要求，确保了膜袋充砂密实、材料符合要求，保证围堰整体结构稳定、可靠。（3）充砂膜袋与钢板桩形成一个防渗性能稳定的整体围堰，为水下基坑施工创造了施工条件。

4 工艺流程

施工工艺流程为：施工准备→测量定线→膜袋定位铺设→用泥浆泵向膜袋内吹填河砂→排出泥水使吹砂膜袋沉淀→在两层膜袋砂间吹填封闭砂→上、下游围堰子堰膜袋充砂完成→围堰基坑内抽排水→钢板桩轴线处覆盖层开挖→钢板桩准备→设置钢板桩施工导向装置→准备桩帽→钢板桩插打→形成钢板桩防渗墙。

5 操作要点

5.1 施工准备

（1）膜袋的准备。膜袋制作前，须根据现场实测情况，从围堰底部对膜袋逐层进行计算以确定膜袋的长和宽，再按设计分层高度确定膜袋的高度，为确保膜袋的充填厚度，在加工缝制膜袋时，需将膜袋的高度适当加高，一般宜加高100mm，单个膜袋最大不宜超过60m×20m×0.8m。（2）钢板桩的检验。锁口检查的方法：用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。钢板桩桩身有残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等问题时，采取相应措施，以确保正常使用。

5.2 测量定线

按照设计坐标进行放样，确定钢板桩防渗墙中心线、膜袋砂围堰每层的坡脚线，并打插定位钢管。

5.3 膜袋定位铺设

膜袋围堰施工应先从河床最深处开始，由于受潮水影响，宜选择低潮平流时开始施工。膜袋宜顺水流方向铺设，将膜袋按测量放样的位置进行定位铺设。若浅滩或河床上有水时，应先向膜袋内预先充一定量的水，以保证作业中膜袋能固定在预定位置而不被水流冲在一起。

5.4 逐层进行膜袋充砂

（1）用泥浆泵向膜袋内吹填河砂。人工将泥浆泵管与砂袋的灌砂口绑结扎实，将抽水泵固定在浮船上，用一台抽水泵放置在清水池内，利用高压清水冲刷浅滩或河床上的泥沙，形成泥沙流体，然后将浮船漂浮在其上。利用泥浆泵将泥沙流体通过泵管输送到膜袋中。在充填砂时应先充填膜袋的四个角，再充填膜袋的中部。（2）排出泥水使膜袋砂围堰沉淀。在填充中部同时应将用来固定膜袋四个角的绳索松开，让膜袋在充填砂的同时均匀下沉，保证膜袋能准确地沉降到预定位置。河砂吹填入膜袋后沉淀，多余的泥水则从排水孔排出，为了保证砂袋充填饱满均匀，在充填砂时配备人员对砂袋进行踩压。（3）当第一层膜袋砂填充完毕后，按膜袋顶部1/2宽度在合适位置打插一排定位钢管，将膜袋沿定位钢管展开，并在已吹填完的膜袋上按上述流程填充第二层膜袋砂。

5.5 在两层膜袋砂间吹填封闭砂

两层膜袋砂之间采用吹填砂进行封闭。用泥浆泵抽取河砂直接灌注到两层膜袋砂之间，河砂在两层膜袋砂间沉降、密实，将膜袋砂间的空隙填满，使膜袋砂围堰整体具有良好的防渗性能，形成一道防水的屏障。

5.6 围堰基坑内抽排水

围堰主体填筑完成后,用离心泵进行排水。为了防止围堰底部泥沙流失,在围堰背水面挖一截水沟,上面铺设针刺无纺布反滤。截水沟内设置4个集水井长×宽×高=2.0m×2.0m×2.0m；每个集水井中安设1台WQ型潜水式排污泵进行排水。

5.7 钢板桩施工

5.7.1 施工工序

（1）设置钢板桩施工导向装置。先由测量人员定出钢板桩中心线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线。（2）打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。（3）钢板桩打至设计标高。

5.7.2 钢板桩打入施工

（1）覆带吊停在离打桩点就近的工作平台，侧向施工，便于测量人员观察。挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。（2）待钢板桩尖离开工作面30cm时，停止上升。锤下降，使桩至夹口中，开动液压机，夹紧桩。将桩与锤上升，并移至打桩地点。（3）对准桩与定位桩的锁口，锤下降，靠锤与桩的自重压桩至淤泥以下一定深度不能下降为止。（4）试打开桩锤30s 左右，停止振动，利用锤惯性打桩至坚实地基层，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。（5）板桩至设计高程前40cm 时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。（6）防渗钢板桩施工遇到大的卵石、块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。

6 机械设备

机械应根据施工实际情况选用，具体机械配置如表1所示。

表1

7 质量控制

（1）钢板桩进场后需对锁口润滑及防渗，应及时检查、分类、编号，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干膨润土：干锯沫＝5：5：3。

（2）膜袋进场后，按照布袋需求、实际尺寸及吹砂充填袋口，安排缝纫工现场缝制膜袋，并派专人负责验收检查缝制牢固密实与否。

（3）做好膜袋砂围堰与岸坡接头处理：在围堰两端接头，将钢板桩防渗心墙刺入岸坡2m，围堰两端接头宜采用粘土直接填筑，同时碾压，形成嵌入式防渗截水槽，以延长塑性防渗体的接触，防止集中绕渗破坏，尽量减少渗漏通道。

8 结语

膜袋充砂结合钢板桩防渗全断面围堰上部采用膜袋裹砂土堆筑、下部采用钢板桩防渗，对地基适应性强，整个围堰成为一个整体,能抗御水流冲刷,即使汛期来洪水,围堰淹没过流或大水过后仍能保持完好堰型。同时结构简单、便于施工，易于保证施工质量。