淤泥質袋裝土擋墻技術研究和應用分析

曹旻昊

(江蘇省交通工程集團有限公司,鎮(zhèn)江 212100)

我國地域遼闊、水系發(fā)達,水路運輸具有成本低、運載能力大等優(yōu)勢,在諸多運輸方式中一直保持著舉足輕重的地位。創(chuàng)造良好的航道運輸條件是帶動經(jīng)濟發(fā)展和促進地方交流的重要前提。近年來,為適應水上貨運量變化和船舶大型化發(fā)展的趨勢,并完整、準確、全面地貫徹新發(fā)展理念,長江經(jīng)濟帶的航道轉型加快,各級航道均進行了疏浚和升級改造。但疏浚和護岸開挖會產(chǎn)生大量的淤泥質土,其含水率高、壓縮性大、強度低、工程性質差,一般做廢棄處理,不僅占用土地資源,也會造成一定的環(huán)境污染,成為建設者面臨的一大難題。因此如何將開挖出的淤泥和護岸擋墻有效結合,實現(xiàn)廢物利用,是航道工程建設的研究重點。

1 工程背景

楊林塘航道位于蘇州市東部,西起陽澄湖,東至太倉浮橋,于楊林口注入長江。楊林船閘項目位于江蘇省太倉市,設置楊林船閘和節(jié)制閘與長江相接,工程共分為主體結構、上下游引航道結構、航道疏浚工程3 部分,主體工程距離長江口約1.1 km。引航道工程中常見的護岸擋墻多為重力式或扶壁式。重力式擋墻一般要求地基有較好的承載力,需要對淤泥質地基進行加固處理,同時其圬工量大,造價高昂;而扶壁式擋墻采用鋼筋混凝土結構,圬工量小、自重輕、柔性大,對地基承載力要求不高,造價相對低廉。本文擬對現(xiàn)澆扶壁式擋墻與袋裝淤泥土墻后回填相結合的新結構形式進行研究,探討其工作性態(tài)和施工技術,并進行經(jīng)濟性評價。

2 袋裝土擋墻結構設計

2.1 墻身設計

袋裝土擋墻護岸需承受航道水體壓力、潮汐沖刷和船體的碰撞力,因此墻身采用直立式薄壁鋼筋混凝土結構,板厚60 cm;底板為鋼筋混凝土板式基礎,寬3.2 m,厚60 cm;擋墻沿航道中線方向每10 m設置一道2 cm 寬的伸縮縫。為加強墻體結構抵抗土壓力的能力,底板迎水面采用漿砌塊石碼砌,擋墻墻背(迎土面)沿航道方向每隔3.5 m 設置50 cm厚的加勁肋板。采用梅花形布置的雙向水泥攪拌樁復合地基,以提高軟土地基承載力。

2.2 袋裝土回填設計

擋墻后3 m 寬度范圍及開挖坡面(坡面設計坡比1 ∶4)上的部分區(qū)域采用土工袋裝淤泥土進行碼袋回填,其余區(qū)域直接采用淤泥質土填筑。開挖坡面處土工袋分4 個臺階依次碼砌形成錨固墩,墻后3 m 范圍內的土工袋采用墩式直接碼砌到頂。同時墩式土工袋每4 層用土工格柵拉結包裹成一個整體,穿過淤泥土回填區(qū)與錨固墩拉結,使墻后回填區(qū)形成整體結構。土工袋采用聚丙烯編織袋,尺寸分為 120 cm×120 cm×36 cm 和120 cm×60 cm×36 cm兩種,豎直方向上交錯分層碼砌,土工袋長邊方向垂直于航道軸線,層與層之間需交叉重疊[1]。擋墻結構斷面及后視圖如圖1 所示。

圖1 擋墻結構斷面及后視圖(單位:mm)

2.3 材料要求

土工袋用聚丙烯帶編織而成,單位面積質量為150 g·m-2,縱橫向拉伸斷裂伸長率≤25%,標稱縱橫向拉伸強度≥25 kN·m-1,垂直滲透系數(shù)為5×10-4～0.5 cm·s-1,等效孔徑為0.07～0.5 mm(O95);土工格柵采用TGDG150 單向高密度聚乙烯(HDPE),縱向抗拉強度≥150 kN·m-1,2%伸長率時的抗拉強度≥45 kN·m-1,5%伸長率時的抗拉強度≥96 kN·m-1,標稱伸長率≤13%,光老化等級為Ⅲ級。

3 結構特點及使用范圍

淤泥質袋裝土擋墻屬于一種輕型支擋構筑物,其抗滑性能、抗傾覆性能主要取決于墻身的自重荷載和底板以上填筑淤泥土的重力荷載。同時,墻體底板迎水面設置漿砌塊石取代以往重力式擋墻底板的凸榫結構,達到了抵抗墻體水平側移的同等效果。而擋墻墻身設置加筋帶與墻后回填土、袋裝土拉結,使墻體背面的水土壓力、袋裝土的錨固力、回填土與拉筋間摩擦力產(chǎn)生的拉力等相互作用,達到墻體整體穩(wěn)定的效果[1]。

綜上,設置淤泥質袋裝土擋墻能很好地解決淤泥土不能用于墻后回填的問題,提供長江流域航道工程淤泥的處置方法,保護施工環(huán)境。因此,該擋墻結構可大范圍推廣于土質條件差、土地資源匱乏、不宜棄置土方地區(qū)的施工。

4 施工工藝技術

4.1 地基處理

將淤泥質袋裝土擋墻設置于軟土地基上時,一般需要對軟土進行改良加固,常規(guī)的地基改良方式有漿噴樁、粉噴樁、淺層固化、拋填碎石等。本工程實例地基處理工藝采用四攪三噴雙向水泥攪拌樁。

4.2 基槽施工

水泥攪拌樁施工完成并經(jīng)檢測合格后,采用土方挖掘設備根據(jù)設計坡比依次開挖基槽。開挖前應清除草皮、雜物,并在基坑四周設置攔水槽,防止地面水流入施工區(qū)。槽底寬度應比擋墻底板寬0.8 m 左右,預留人工作業(yè)和模板安裝空間。基槽大面土方采用機械開挖,底面設計標高以上30 cm 采用人工開挖,基槽成型后及時驗槽,檢測地基承載力合格后進入下道工序。

4.3 擋墻施工

基槽開挖后及時進行封底,在封底面上測放出擋墻底板的平面位置,然后依次進行擋墻底板、墻身的鋼筋和模板施工。鋼筋在內場制作成型,運輸至施工現(xiàn)場后綁扎。模板體系采用“鋼模+型鋼圍檁”,模板、圍檁的結構形式應進行設計驗算,穩(wěn)定性需滿足結構物施工受力要求。混凝土由拌和樓統(tǒng)一拌制,運至現(xiàn)場泵送入模,采用水平分層澆筑,人工振搗密實,分層厚度30 cm。

4.4 裝袋碼袋

平整施工場地,將固袋架移入經(jīng)平整回填區(qū)域,依次套上土工編織袋,雙手拽動編織袋下端,檢查編織袋是否套牢,并使其順直。利用挖掘機挖出淤泥質土緩緩放入固袋架上的土袋中,人工刮平土袋頂面多余土體并封袋?？刂仆凉ご溆葹?5%。土工袋裝土流程如圖2 所示。

圖2 土工袋裝土流程

土工袋裝土后水平擺放,分層鋪設,袋間距小于5 cm。土工袋長邊方向垂直于航道軸線,層與層之間交叉重疊。每層土工袋錯縫排列,小土袋主要用于擋墻肋間與大土袋間隔布置,其余位置采用大土袋以提高功效。每鋪完一層,采用小型挖掘機挖土填縫,再用蛙式打夯機配合平板振動設備反復壓實土工袋兩遍,達到初平效果,最后采用小型振動壓路機壓實收面。為確保擋墻結構穩(wěn)定,防止碾壓對土工袋造成破壞,宜使用3.5～5 t 單鋼輪壓路機進行壓實,碾壓遍數(shù)根據(jù)現(xiàn)場淤泥特性及施工條件確定。土工袋碼袋施工示意如圖3 所示。

圖3 土工袋碼袋施工示意

4.5 土工格柵鋪設

土工格柵采用人工分層鋪設,格柵的垂直間距為1.2 m,坡面錨固墩土工袋由下而上包裹形成反包搭接,反包長度不小于土工袋的長度,相鄰兩塊格柵之間為平接。

4.6 淤泥質土回填

土工袋之間用淤泥質土直接回填?；靥钋?應保證土工袋已碾壓至一定強度,再進行分層填筑、分層碾壓。碾壓時需對相應坡面上的土工袋進行壓坡處理,防止錨固墩失穩(wěn)變形。臨近填土標高30 cm 處采用較好的黏土回填壓實,以便于后期地表綠化。

5 方案對比分析

5.1 工藝對比

淤泥質袋裝土擋墻是借助土工織物的物理性能改良淤泥土作為墻后回填材料,與扶壁式混凝土擋墻結合而成的航道護岸結構。該結構配置少量鋼筋,圬工量小,結構形式輕盈,對結構地基承載力要求低;袋裝土包裹土工袋碼砌成堆,整體性強,自穩(wěn)性能好,可將航道施工開挖擬廢棄的淤泥質土重復利用,節(jié)約土地資源,減少環(huán)境污染。該擋墻的回填施工需配合人工作業(yè),回填周期相對較長,人工勞動力投入相對較多;墻后回填質量和設計使用年限取決于土工袋和鋼塑格柵的材料性質與質量,是結構設計的重點。

常規(guī)護岸擋墻墻后回填土一般為透水性較好的砂類土和礫類土,回填施工時采用土方作業(yè)設備分層回填、分層碾壓成型。常規(guī)擋墻的回填施工工序簡單,人工勞動力投入少,機械化程度高,施工周期相對較短,具有“短平快”的優(yōu)點,但在優(yōu)質土源缺乏的施工地區(qū),一般要將開挖出的非適用性土廢棄,并外購優(yōu)質土方作為回填材料,增加淤泥棄運費和土源購置費的同時,也占用了地方土地資源,不僅影響環(huán)境保護,而且經(jīng)濟性相對較差。

5.2 經(jīng)濟性對比

本文結合楊林塘航道整治工程實例,對淤泥質袋裝土擋墻與航道中常規(guī)擋墻墻后填土的經(jīng)濟性進行對比分析。常規(guī)的10 m 長擋墻淤泥土開挖外運量約1 125.6 m3,淤泥土開挖、外運丟棄費按35 元/m3計,外購優(yōu)質土源方量約1 012 m3,土源到場費約24 元/m3,土方回填費約12.5 元/m3,土方回填合計施工費約7.63 萬元;而單個10 m 長淤泥質袋裝土擋墻回填淤泥土,淤泥土開挖外運量約115.6 m3,土工格柵和編織袋單個擋墻材料總價約0.6 萬元,淤泥土利用量約867.4 m3,回填費約16.5 元/m3,外購優(yōu)質土源量約142.6 m3,合計施工費約2.96 萬元。綜上所述,淤泥質袋裝土擋墻相比常規(guī)擋墻墻后填土每10 m 可降低造價4.67 萬元,經(jīng)濟效益提升明顯。

6 結語

(1) 淤泥袋裝土擋墻墻身為薄壁式鋼筋混凝土結構,圬工量小,對結構地基承載力要求相對較低,可將不良質地土壤重復利用作為墻后回填材料,可用于長江流域、沿海區(qū)域等地質條件不佳的河道防護工程,適用性較強。

(2) 擋墻為直立式L 形扶壁結構,整體造型美觀,能重復利用航道施工開挖出的淤泥質土,變廢為寶,減少了對工程當?shù)赝恋刭Y源的占用,將工程施工對周邊環(huán)境的影響降至最低,有利于土地資源保護和環(huán)境保護。

(3) 墻后回填施工采用了人工配合機械作業(yè),回填周期相對較長,人工投入較多,施工時應結合總體進度計劃做好組織安排。

(4) 由于墻后回填料多為淤泥質土,固結時間長,因此可結合擋墻用途和土質情況,在擋墻墻身后背增設橫向或縱向排水反濾設施,反濾設施一般可采用土工布包裹透水性較好的沙礫、碎石的結構形式。