创新型联体式充泥管袋筑堤在促於圈围工程中的应用

来源 :商品与质量·房地产研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuheguo99
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  【摘 要】 随着沿江沿海生态资源日益加强保护,砂土资源的开采有一定限制,且可供利用的砂土资源日益匮乏。创新性地采用联体式充泥管袋方案,试试验结果各项指标已达到预期指标,联体式管状充填袋具有结构稳定,排水速率快土体密实性好等特点。承载力明显提高,能够满足施工期大型运输车辆堤上通行。筑堤结构稳定性较好,在施工载荷较大情况下,侧向位移很小,满足堤身稳定使用要求。联体式管状充填袋筑堤能充分利用滩涂可利用的资源,保护生态及航道维护所需的砂源,具有较好的社会和经济效益。
  【关键词】 联体式管状充填袋筑堤;创新;圈围工程;应用
  概述:
  淤泥质土充填袋筑堤几十年来一直是围堤工程领域中不断探索的一项课题。它的背景条件是:随着沿江沿海生态资源日益加强保护,砂土资源的开采有一定限制;几十年来由于吹填造陆工程大量开采砂土资源,可供利用的砂土资源日益匮乏,运输距离及成本日益增加,制约了沿海沿江大量工业造地需求的发展。
  目前,圈圍工程面临优质沙源日益匮乏,为解决这一问题,采用联体式充泥管袋方案,因此希望通过技术创新成果,能为同行业类似工程技术创新工作提供借鉴。
  一、创新原理
  1.1创新目的
  1.1.1目前,随着长江三峡大坝工程下闸蓄水,长江口来沙量有进一步减少的趋势,而外来沙成本高,因此需用一种新型材料替代传统充砂管袋筑堤工艺。
  1.1.2多年来人们一直试图滩上就地取土(淤泥或淤泥质粉质粘土)充填袋筑堤,但充填后排水性能差,袋体层间抗滑稳定性差,因此一直没有取得成功。
  1.1.3随着联体式管状充填土袋的开发,这一难题有望被攻克,由原来的淤泥质充填袋筑堤不可行变成可行。
  1.1.4采用此种方法筑堤,施工简便,成本低,施工后充填土袋堤坝具有与充填砂袋堤坝基本相同的功能。
  1.2联体式充泥管袋筑堤基本原理
  联体式管袋就是利用目前土工布生产厂家生产的Φ120cm,Φ180cm聚丙烯编织布管状袋,将多条管状袋缝制联成一体,逐条充灌形成一层充灌袋,然后层层错缝叠砌,在错缝处放置水平塑料排水板形成一个立体排水通道。(见下图1)
  图1 联体式充填管袋原理图
  该结构的主要特点是:
  1.2.1渗径短
  袋中软土排水渗径短,按袋的直径计算,最大渗径仅为60cm~90cm,排水速度明显加快。
  1.2.2排水畅通
  水平塑料排水板构筑了整个堤坝的立体排水通道,每条管状袋的上下左右四个方向都能排水,而且利用塑料排水板的抗压强度不会产生被压扁而阻塞通道,确保了整个堤内软土排水过程,崇明陆上充填袋施工结束后仅一个月时间,袋中土的容重已达17.5KN/m3以上,含水量为45%以下,高于滩上地基原状土指标。
  1.2.3结构稳定
  管状袋施工工艺简单、施工速率较快,每天一层袋,袋体宽度不受限制,袋体长度为20m~30m,充填软土袋层与层之间采用错缝排列,上层袋袋底部分嵌入下层袋缝道内,形成互相钳固效应,确保了施工期和使用期的结构稳定性。
  1.2.4堤顶承载力高
  充填软土袋顶上加铺袋装砂垫层后承载力高。
  1.2.5土工织物袋充填淤泥质土的几个特点
  1.2.5.1土工织物充填淤泥质土一般不会产生淤堵现象,以往担心淤泥质土充填后会在袋体壁上形成一层泥饼,产生淤堵,从试验情况看,管状袋结构袋体没有发生此现象,排水是通畅的。
  1.2.5.2目前采用的聚丙烯编织布孔径一般都在0.12mm以上,充填施工时一般不会产生泥浆泄漏现象。
  1.2.5.3管状袋之间缝道内放置塑料排水板,有利于整个堤具内排水渠道的畅通。现采用的管状袋结构具有渗径短,袋体四周都能排水的特点。
  1.2.6充填土袋成本估算
  陆上充填土袋成本:45~50元/m3
  水上充填土袋成本:50~55元/m3
  二、创新方案
  2.1概况
  2.1.1结构型式
  分两种结构形式,其中全棱体长度为44m,每段22m;双棱体长度44m,分为二个棱体,中间填砂。围堤底高程3.5m,堤顶高程7.0~7.3m,内、外边坡1:3,外侧安装封护坡块体,内侧为浆砌块石拱肋护坡。
  图2 断面图
  2.1.2充填土料
  袋内充填土采用现场就地取土充灌,附近滩地表层下面为淤泥质粉质粘土,粘粒含量30%左右,粉粒含量70%左右。
  图3 充填土颗粒粒径累计曲线
  2.1.3土工织物袋规格尺寸
  土工织物为一次性织成的聚丙烯土工织物袋,袋体直径Φ180cm,联体式管状袋是由多条管状袋缝制而成,联体式管状充填袋采用175g/m2防老化聚丙烯土工织物管状袋缝制,管状袋之间选用C型塑料排水板排水。
  图4 充填管袋加工示意图
  2.2方案
  2.2.1本次试验段采用22kw泥浆泵配15kw高压水泵充灌淤泥质粉质粘土袋筑堤。全棱体段自下而上充灌袋装土6层,每层高度40cm左右(固结后高度)袋装土上面充灌粉细砂袋3层,每层高度65cm左右。双棱体自下而上充灌袋装土5层,每层高度40cm左右(固结后高度),袋装土上面充灌粉细砂袋3层,每层高度65cm左右。充灌袋装土土料取自试验段附近滩涂淤泥质粉质粘土,充灌粉细砂砂料取自试验段附近海域。试验通过联体式管状充填袋充灌淤泥质粉质粘土,该种土粘粒含量高,排水速度慢,由于联体式管状袋具有渗径短,排水速度快,排水板构筑了整个袋体层间的纵横向通道,排水畅通,上下层管状袋互相嵌入,稳定性好,本次试验主要验证这三个特点,另外试验最后的成果指标能够满足沉降与稳定的使用要求。   图5 联体式充泥管袋施工
  2.3预期成果指标
  袋中土天然容重>17.5KN/m3。
  袋中土含水量<45%。
  堤顶铺设砂垫层后承载力>80KN/m2。
  2.4现场监测
  2.4.1观测目的
  动态掌握试验段围堤沉降、位移情况,袋内土体的排水固结情况,以动态指导和控制施工,防止堤身发生滑动或产生过大位移变形,确保施工安全和满足使用要求。
  2.4.2监测内容
  地面沉降观测、表层位移观测、孔隙水压力观测
  2.4.3监测断面
  不同堤心结构各设一个观测断面,共计2个观测断面。
  图6 监测断面图
  2.4.4埋设时间及要求
  各观测设备应在底层袋铺设前完成安装,地面沉降板的标杆及孔隙水压力管应随棱体的加高而接高,观测工作自仪器埋设(安放)并经率定后方可进行。
  2.4.5监测频率
  施工期间原则上应每天观测一次,沉降、位移量控制在10mm/d,若出现日均沉降量接近控制值则应加测2~3次/d。
  三、检测成果
  3.1土工试验
  3.1.1试验说明:
  钻孔取芯主要針对主棱体联体式管状充填袋筑堤(44m段)进行钻孔取芯,套管长度3m,清孔后分层取样,共设4个取样点,每个点取样6层,每层取样1个,共计土样24个。堤芯砂段(44m)由于自上而下基本都是粉细砂,未进行取样。
  图7 现场取样
  3.3.2取样试验结果
  堤顶钻孔于09年2月10日左右进行,堤顶以下各土层平均天然容重达到18.5kN/m3,含水量达到36.3%,干容重达到13.6kN/m3。
  内、外边坡钻孔于09年5月10日左右进行,内、外边坡各土层平均天然容重达到19.0kN/m3,含水量达到30.6%,干容重达到14.5kN/m3。
  堤外侧地基原状土钻孔于09年5月10日左右进行,地基原状土各土层平均天然容重达到17.3kN/m3,含水量达到47%,干容重达到11.7kN/m3。
  3.2沉降位移观测
  3.2.1沉降观测
  沉降观测主要观测试验堤底部天然地基的沉降和围堤堤身沉降,每小段试验堤(22m)堤底和顶部各设置一块沉降板,并采用水准法测量。观测结果表明:施工完成后试验堤地基和顶部表观沉降变化较大,而1个多月后地基和堤身沉降速率均趋缓,表明后期堤身和地基的剩余沉降量不大。
  试验期总沉降量观测结果
  测点
  编号 首次观测 结束观测 累计沉降(mm) 最近一周沉降速率(mm/d)
  时间 高程(m) 时间 高程(m)
  CJ-01 2009-2-3 2.878 2009-5-21 2.734 -144 -0.38
  CJ-02 2009-2-3 2.897 2009-5-21 2.730 -167 -0.38
  CJ-03 2009-2-3 2.816 2009-5-21 2.603 -213 -0.50
  CJ-04 2009-2-3 2.800 2009-5-21 2.583 -217 -0.62
  CJ-05 2009-1-31 7.385 2009-5-21 7.183 -202 -0.62
  CJ-06 2009-1-31 7.237 2009-5-21 7.002 -235 -0.50
  CJ-07 2009-1-31 7.064 2009-5-21 6.821 -243 -0.50
  CJ-08 2009-1-31 7.149 2009-5-21 6.907 -242 -0.88
  注:“+”表示向上反弹,“-”表示向下沉降。
  图7 各测点沉降板(地基)逐月沉降变化曲线图
  图8 各测点堤顶逐月沉降变化曲线图
  试验期地基压缩沉降量最大为24.2cm,堤身土压缩量最大为6.8cm。从沉降曲线上反映堤顶与沉降板(地基)沉降趋势(斜率)基本上是一致的,是均匀沉降。这与充填土质同一性是有直接联系的。
  3.2.2水平位移观测
  水平位移在未通车前没有变化,通车后出现较小的水平位移,最大值为1.4cm。(见下表及图9)
  水平位移数据计算汇总
  单次位移
  (mm) 观测日期 CJ01 CJ02 CJ03 CJ04 CJ05 CJ06 CJ07 CJ08
  2009-2-3 0 0 0 0 0 0 0 0
  2009-3-26 4 2 1 -3 -1 2 2 0
  2009-4-1 2 0 0 0 —— —— —— ——
  累计位移
  (mm) 2009-5-21 -2 7 10 14 —— —— —— ——
  3.3护坡不均匀沉降量
  护坡不均匀沉降量主要由两个部分产生:边坡表层袋体不均匀沉降和边坡下层袋体沉降。
  首先,边坡表层袋体不均匀沉降。这主要由边坡表层袋体外压载厚度影响。根据边坡表层袋体剩余沉降量计算结果,边坡表层袋体剩余沉降量最大不超过4cm每层,则因护坡压载造成的不均匀沉降值当小于该值,即不大于4cm每层。
  其次,边坡下层袋体沉降。由于土体对应力的扩散作用,边坡下层袋体所受应力不均匀性大大减弱,可以认为边坡下层袋体产生的沉降基本上是均匀分布的,并不会导致护坡的不均匀沉降。
  根据以上分析,我们认为护坡不均匀沉降主要由边坡表层袋体不均匀沉降引起,其不均匀沉降差值在4cm每层以下。
  此外,从边坡整体沉降来看,每层袋体表层最大沉降量与堤心各层土体沉降量(见下表)基本一致,多集中在2.5~4.0cm之间。因此,可以认为边坡沉降量与堤心各层土体的最终沉降量是一致的,也即堤身各个部位的沉降量是整体的一致的,不会出现差异沉降。
  堤心剩余沉降量计算
  土层编号 e1i e2i Hi(m) Si(m) S(m)
  3 1.03 0.87 0.4 0.032 0.211
  4 0.96 0.82 0.4 0.027
  5 0.93 0.79 0.4 0.031
  6 1.01 0.82 0.4 0.037
  7 1.02 0.83 0.4 0.037
  8 1.02 0.79 0.4 0.046
  3.4护坡措施
  根据以上分析和计算结果,充填土袋(滩地取土)筑堤护坡不会出现明显的不均匀沉降,从而影响护坡结构的作用和稳定性。在实施过程中,我们先进行堤身外侧碎石贴坡及其大方脚护脚铺设,以加快边坡袋内充填土体的固结沉降,并监测边坡沉降的变化,并根据监测结果判断护坡不均匀沉降程度,整个外护坡结构未出现问题。
  四、试验成果说明
  4.1根据以上试验检测结果及稳定分析,试各项指标已达试验到预期成果指标,应用试验表明联体式管状充填袋具有结构稳定,排水速率快土体密实性好等特点。
  4.2在充泥管袋上铺设二层充砂袋后,承载力明显提高,能够满足施工期大型运输车辆堤上通行。
  4.3采用联体式充填袋筑堤结构稳定性较好,在施工载荷较大情况下,侧向位移很小,满足堤身稳定使用要求。
  4.4采用联体式管状袋充填筑堤施工简便、施工进度不受气候、地形及水流、风浪变化影响,施工成本目前与袋装砂成本基本持平,随着大规模施工可充分体现管状袋筑堤价格的优势。
  4.5联体式管状充填袋筑堤能充分利用滩涂可利用的资源,保护生态及航道维护所需的砂源,具有较好的社会和经济效益。
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