王新強(qiáng),黃雙飛
(中交廣州航道局有限公司,廣東 廣州 510221)
天津?yàn)I海新區(qū)填海造地圍堤工程位于渤海灣西部的天津港北部海域,北塘永定新河入??诒辈亢S颍埧诳傞L500 m,堤頂高+6.5 m,寬度12 m,泥面高程-3.5 m,高潮水位+4.2 m,圍區(qū)面積1.2 km2,圍堤區(qū)域以淤泥質(zhì)黏土為主。
龍口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為200 m充砂袋堤心、300 m石籠堤心,充砂袋堤心段采用大型充砂袋結(jié)構(gòu),石籠堤心段為設(shè)計(jì)最終合龍段,設(shè)計(jì)堤心材料采用石籠,石籠由焊接鐵籠內(nèi)拋填塊石構(gòu)成,大小可根據(jù)現(xiàn)場情況確定,不宜小于2m3/個(gè)。內(nèi)外側(cè)上邊坡均為1∶1.5,外側(cè)上部采用400mm厚柵欄板護(hù)面,柵欄板護(hù)面下方為50~100 kg塊石;下部采用200~300 kg塊石護(hù)面。
北堤龍口處鄰近外海,受風(fēng)浪及海流影響較大,龍口底部以淤泥為主,穩(wěn)定性差[1~4],由于龍口結(jié)構(gòu)采用砂袋圍堤與石籠堤心結(jié)合的方式,砂袋堤心的穩(wěn)定性以及龍口合龍時(shí)的沖刷為本工程面臨的主要難點(diǎn),對(duì)此,采取以下措施:
1)砂袋圍堤與石籠結(jié)合部位的處理
砂袋與石籠結(jié)合部位易發(fā)生滑移及砂袋破裂問題,在砂袋外側(cè)包裹1層高強(qiáng)土工布與土工格柵復(fù)合層,對(duì)砂袋進(jìn)行有效保護(hù),砂袋施工完成后在砂袋外側(cè)及時(shí)做好護(hù)腳,增加堤心的穩(wěn)定性。
2)砂袋的保護(hù)與穩(wěn)定性
由于砂袋極易破損,同時(shí)砂袋之間的摩擦力較小容易發(fā)生滑移現(xiàn)象,采取在每2層砂袋外側(cè)鋪設(shè)高強(qiáng)土工布與土工格柵復(fù)合層,這樣既可以減少拋石對(duì)砂袋的影響,同時(shí)可以增加砂袋之間的摩擦力,土工格柵鋪設(shè)后及時(shí)采用塊石覆蓋,對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。砂袋施工完成后,圍堤外側(cè)及時(shí)采用大型壓腳塊石覆蓋,增加砂袋圍堤的穩(wěn)定性,同時(shí)定期對(duì)砂袋的沉降及水平位移進(jìn)行監(jiān)測。
3)石籠段合龍的時(shí)間與方式
合龍施工必須一氣呵成,最終的合龍寬度是本項(xiàng)工程的關(guān)鍵,龍口寬度較小,會(huì)導(dǎo)致漲落潮時(shí)水流對(duì)已建成圍堰造成較大的沖刷,寬度過大會(huì)導(dǎo)致無法在一個(gè)低潮期完成。經(jīng)過施工效率計(jì)算,最終合龍一次完成的寬度在100 m左右最為合適,其他100 m的石籠堤心段可以提前完成,完成后及時(shí)鋪設(shè)高強(qiáng)土工布并做好護(hù)面防護(hù)。合龍時(shí)間選擇風(fēng)浪較小的低平潮時(shí)間,有效作業(yè)時(shí)間在6 h左右。
4)應(yīng)對(duì)水流沖刷采取的措施
龍口合龍時(shí)隨著龍口寬度的縮小,水流會(huì)不斷加大,對(duì)石籠造成較大的側(cè)壓力,極易發(fā)生滑動(dòng)、滾動(dòng)現(xiàn)象。本工程創(chuàng)新式的采取扭王字塊結(jié)合拋石取代拋填石籠,在龍口中側(cè)約6 m寬范圍布設(shè)扭王字塊連續(xù)墻,扭王字塊由于結(jié)構(gòu)特殊,放入海底不易發(fā)生滑動(dòng),同時(shí)連續(xù)墻內(nèi)部的孔隙較大,中心湖的泄流可以順暢流出,不會(huì)造成較大的側(cè)向壓力,分散的水流對(duì)拋石的沖刷較小,所以連續(xù)墻具有很穩(wěn)定的作用。在連續(xù)墻的兩側(cè)直接拋石,從而實(shí)現(xiàn)龍口封堵。
本工程龍口較寬,一次性封堵難度很大,且無法保證龍口合龍的順利成功,為此將龍口分為收縮、封堵2個(gè)階段實(shí)施:1) 200 m充砂袋堤心、200 m石籠堤心、護(hù)面施工及交接處施工為收縮階段;2)100 m拋填扭王字塊連續(xù)墻、拋填塊石施工為封堵階段結(jié)構(gòu)(見圖1)。龍口合龍?jiān)谝粋€(gè)低平潮期間完成,工程的重點(diǎn)在第2階段。在2階段施工開始前,必須完成龍口底部鋪設(shè)高強(qiáng)土工布及軟體排,否則在水流的沖刷下鋪設(shè)土工布?jí)|層難度非常大。在護(hù)底的中部處安裝扭王字塊連續(xù)墻,實(shí)際墻體高度及寬度根據(jù)水流情況確定,接著進(jìn)行拋放石塊,石塊不小于40 kg,石塊應(yīng)按順序拋放并一次拋放至設(shè)計(jì)標(biāo)高,再接著在石塊及扭王字塊外側(cè)鋪設(shè)土工布倒濾層,最后進(jìn)行護(hù)底、護(hù)面施工。
最終合龍時(shí)必須具備以下條件:1)龍口其他堤段都達(dá)到安全高度;2)排水口能正常工作;3)各堤段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;4)龍口合龍的施工準(zhǔn)備完畢。
圖1 龍口結(jié)構(gòu)施工示意圖Fig.1 Construction sketch of closure gap structure
為防止龍口所在部位的基礎(chǔ)淘刷,增加合龍的難度,需對(duì)龍口底部加以保護(hù)處理,具體方法是:在其他堤段高度仍低于平均水位,預(yù)留龍口的地段尚未形成集中水流前,采用600 g/m2的高強(qiáng)土工布及軟體排護(hù)底。
護(hù)底高強(qiáng)土工布整塊制作及鋪放,寬度為100 m,長度為60 m,分兩塊搭設(shè)。高強(qiáng)土工布在廠內(nèi)加工后用定位船運(yùn)到鋪設(shè)現(xiàn)場,在龍口的兩側(cè)分別布置2條長度60m左右的定位船,利用定位船上的絞錨機(jī)將高強(qiáng)土工布展開并鋪設(shè)到指定位置。土工布鋪設(shè)好后,利用船載挖掘機(jī)對(duì)土工布進(jìn)行邊角壓石防護(hù),然后鋪設(shè)軟體排。
因底部土層為淤泥質(zhì)土,為防止石籠在水流的沖刷下滑動(dòng),經(jīng)研究采取新的拋填扭王字連續(xù)墻工藝,在最終合龍段的中間構(gòu)筑一道扭王字塊連續(xù)墻對(duì)石籠進(jìn)行保護(hù),在龍口的中心(或靠外邊緣)鋪設(shè)6排、8層扭王字塊(實(shí)際根據(jù)沉降情況增減),上層逐漸減少,呈梯形狀。
扭王字塊采用船載履帶式起重機(jī)施工,開工前將裝載扭王字塊的駁船??恐笼埧谕鈧?cè),根據(jù)起重機(jī)的臂展選擇潮位施工。船舶定位完畢后,將扭王字塊按底下6排、上層逐漸減少呈梯形狀,扭王字塊擺放完畢后觀察沉降情況。吊放時(shí)宜選擇低潮作業(yè),減少偏差現(xiàn)象。
由于扭王字塊結(jié)構(gòu)獨(dú)特,可以有效的與底部土體結(jié)合,大大增大了摩擦力,且扭王字塊之間可以相互嵌合,不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。
扭王字塊連續(xù)墻施工完成后,水域中形成一道穩(wěn)定的透水壩(見圖2),水流可自由穿過壩體,經(jīng)實(shí)測扭王字塊壩體在潮流的沖刷下沒有發(fā)生大的變化。在實(shí)施封堵前,應(yīng)在龍口兩側(cè)儲(chǔ)存一定的塊石(或采用平底駁船直接運(yùn)至現(xiàn)場),扭王字塊連續(xù)墻施工完成后,立即進(jìn)行塊石拋填,采用陸地鏟車將塊石順流拋填即先拋填水位高的區(qū)域,直接拋填在扭王字塊體上及兩側(cè),由于塊體將水流分散,大大降低了沖刷力,減少了拋填塊石的流失,連續(xù)墻壩體拋填完成后會(huì)形成一道狹窄的石頭壩體,然后壓實(shí)、拓寬,龍口合龍封堵主要工作已經(jīng)完成,該壩體非常穩(wěn)定。
圖2 扭王字塊連續(xù)墻施工Fig.2 Construction ofaccropodesdiaphragm wall
倒濾層施工在塊石鋪設(shè)完成后進(jìn)行,由于龍口寬度較大,需要對(duì)土工布進(jìn)行裁剪、拼接。將制作好的土工布折疊,由起重船將土工布運(yùn)至施工現(xiàn)場,由頂部向下滾動(dòng)式展開,土工布底部由船載卷揚(yáng)機(jī)拉至設(shè)計(jì)位置,然后用大塊石護(hù)底壓住,以防被水流和波浪沖開。
本工程針對(duì)天津北塘永定新河入??诒辈亢S驉毫庸r,對(duì)傳統(tǒng)合龍工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),創(chuàng)新提出構(gòu)建扭王字塊連續(xù)墻、拋填塊石工藝,簡化了龍口合龍工藝,降低了合龍的風(fēng)險(xiǎn),縮短了龍口封堵的時(shí)間,取得了較好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。
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