论文部分内容阅读
摘要:通过结合工程概况,然后对龙口合拢前的水力情况分析,并且阐述该工程利用充泥管袋封堵龙口的设计和施工的情况,得出的结论是,这种新型的施工技术在围堤工程封堵龙口中是可行的,并且值得推广。
关键词:充泥管袋,龙口,水力分析
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
太仓市应急水源地工程位于太仓市长江口浏河口上游侧边滩上，新建围堤4486m，形成区域面积为220万m2的水库，其总容量1742万m3、有效容量1427万m3。主要工程内容包括：堤基处理、堤身填筑、堤坡护面、堤身防渗、新建围堤堤顶道路及防浪墙、水源地库底疏浚和工程观测设备的埋设、龙口保护与合拢、环境保护及临时工程、原长江大堤加高培厚等。工程等别为Ⅱ等，主要建筑物围堤等级为2级。
2标段位于太仓市应急水源地工程的下游，上游起于L2+200与其拟建取水泵站下游100m的连线，下游至于浏河出水口上游100m。本标段围堤由长1053m的东围堤和1233m的南围堤组成。
本工程在东围堤L2+433～L2+613之间设置排水龙口，龙口底宽180m。龙口在围堤达到+4m高程前，作为库区内进出水通道；当围堤达到+4m高程后，采用充泥管袋将其进行封堵。
龙口合拢的特点为：
1、龙口底宽180m，龙口宽度大，合拢工程量大。
2、工程位于长江口地区，水库水面面积约220万m2，受潮汐影响，按照平均涨落潮潮差2.0米计算，每次涨落潮进出库区流量在880万m3以上。
3、龙口合拢施工工期紧，任务重。合同开工日期为2010年10月20日，实际开工日期2010年12月15日，至2011年3月25日，实际有效施工天数仅60余天，每天施工强度约1.2万m3，高峰期施工强度约1.8万m3。
4、2011年5月31日为度汛节点工期，如不能按时合拢，将造成度汛节点工期目标无法实现，长江汛期来临后，新建围堤存在严重的安全隐患，汛期洪水会将已完断面全部冲垮。
二、龙口封堵时的水力计算及水力变化规律
2.1龙口合拢时的流速计算
龙口水力计算采用的是手算以及电算两种方法互校,手动算法是按水的平衡原理做图来进行试算,电算是通过平面二维有限元法的美国陆军工程师团编制的通用程序Tabs2。计算的结果整理见表1,表2。
表1
表1
2.2龙口水力测验
上海市水文总站对大堤龙口流速进行了实测,采用流速仪LS-68型,用6.2 m悬杆,在水面线以下20 cm的位置施测;实测最大落潮流速1.17 m/s~1.48 m/s,实测最大涨潮流速1.75 m/s~1.86 m/s。经相关分析,估算出龙口最大流速为2.27 m/s,与理论计算误差不大。
三、龙口合拢的施工方法及具体实施
3.1充泥管袋袋体的制作
选用幅宽4m的编织布多幅合并，接缝宽度每侧0.1—0.2m。用工业缝纫机“丁”缝二道，针脚间距≤7mm，缝制线采用强度230N的尼龙线，缝制后强度不低于原织物设计强度的70%。袋顶每10m留一个进泥口，进泥口直径0.45m。进泥口周围采用加缝一道线的方法，并穿入尼龙绳一根，使其与输泥管连接。袋体底部四个角各接一根尼龙绳，以便铺设时固定。尼龙绳选用直径为8~10mm。充填管袋随铺随充，阶梯式推进。
3.2施工方法和工艺
合拢施工时,采取平立堵结合的施工方法,先缩小龙口的范围,再采取平堵合拢,平堵初期龙口底槛较低,水流为淹没流,在底槛升高过程中,流速逐步加大,至槛顶达到标高1.5 m~2.5 m(随潮型而变)时,流速达最大值,底槛高程上升至标高2.8 m以上时,流速逐渐减小,并且此时在上、下游靠近吹泥管袋外侧,加铺碎石包作为水垫保护,减少水流对基床的冲刷。由于平堵时逐层加高,对基础为逐步加荷间歇施工,有利于地基的固结和堤身的稳定。合拢施工在2个~4个潮位完成,具体步骤如下:第一潮位施工高程0.1 m~0.55 m;第二潮位施工高程0.55 m~1.1 m;第三潮位施工高程1.1 m~2.1 m;第四潮位视第三潮位情况而定,若第三潮位袋保持完好,则施工以下各高程直至5.0 m高程,最后完成吹泥袋闭气合拢。
龙口合拢时,施工队伍需分配在龙口两侧,并投入一定数量的泥浆泵;第一层~第五层充泥袋需加工两套,作为冲失备用,充泥袋加工时纵向尺寸要达20 m以上,以防各层充泥管袋接缝形成间隙,特别是龙口宽度不能精确测量时,边侧两个袋更需放宽尺寸,编织袋规格随现场而定,质量为内侧150 g/m2和外侧175 g/m2两种,并应具有较好的防滑性,同一层袋的泥浆泵布置要基本均匀,每个袋子的充填袖口布置要均匀,使同一层充泥袋同步升高,保持平整;为了加快充泥管袋排水,在袋体出水面后充填时可由人工在袋上踩踏,加速排水。
3.3具体实施情况
在封堵龙口时,其中有一龙口,由于隔堤的决口,造成其龙口要承受两个库区容量的水量,加上充泥管袋的特点,需在吹泥后有一定的时间,否则在充泥管袋内的泥浆呈流态。对充泥管袋的定位很不利,因此采取以下措施:
合拢所用的充泥管袋,尤其是最底下4层袋体,在横向缝上进钢丝绳,以增加充泥管袋的整体强度。充泥管袋铺放前,在石龙内侧放反滤布,以阻挡石龙块石间的排水,形成缓流区。在泥库区内,打上一定数量的地锚,钢丝绳系住袋上钢丝,以便为充泥管袋定位,采用斜拉、交错的网格式发挥地锚的作用和充泥管袋形成一个整体。对已充填成形的充泥管袋及时保护,在外坡铺设反滤布,压上袋装碎石和块石。封堵龙口期间,由于预报潮位不相符合,造成在施工标高1.5 m~3.0 m封堵小龙口时,被冲走几个袋子,根据现场条件,在小龙口两侧,分别滚下槛上两个小袋子以稳定两端,再在涨平潮时,在中间铺设一个大袋子充填,截水成功,直至冲顶到要求标高。
四、充泥管袋的优点
充泥管袋筑堤是沿海筑堤挡潮的一种新技术,我国在1989年开始了水下充泥袋的研究和应用,取得了较好的效果。经过实践和试验,近几年它主要用于地基承载力较高的中高滩部位,并要求充填土体有较好的渗透性,易于排水固结。
在河海堤的建设中有许多技术问题,可采取多种方法加以解决,但近年来的多项工程实践表明,采用充泥管袋技术具有以下优点。
4.1施工速度快几小时或几天内可迅速将堤岸增高50 cm至1 m,袋体可长达30 m~50 m。
4.2就地取材
采用现场丰富的砂土资源,能够利用河底的淤沙充填管袋,增高河堤的同时达到清淤的效果,一举两得。
4.3施工工艺简单
不需要复杂的机械设备,主要材料和设备为编织布袋体,高压水枪,泥浆泵等。
4.4造价低
根据东华大学非织造布研究中心统计,190g/m2的编织布布约10元/m2,每立方米管袋土约16元,以一個袋体充高50 cm计算,每立方米造价约为86元,而采用砂石方案的话,苏州市造价约合每立方米120元。美国密西西比河的防洪堤增高工程采用充泥管袋前后在成本和工期方面形成了鲜明的对比。据美国《土工布报道》杂志报导,1973年密西西比河流域发生了一场大洪水,此后,河堤委员会计划增高跨越阿肯色州密西西比州和路易丝安那州长达488 km的密西西比河防洪堤。按照计划,在2029年前将防洪堤增高0.6 m~2.7 m。截至1997年已完成134 km,尚剩354 km,所需投资总额为6.98亿美元,约合每公里197万美元。如按已完成的防洪堤的构筑方法和进度增高余下的354 km,需要46.3 km2取土区,到2029年也只能完成一半。巨大的经济压力和过于缓慢的建设速度成为增高河堤的主要困难。运用充泥管袋新技术,难题迎刃而解。在原河堤顶部铺设土工袋,由挖泥船从密西西比河河底取土,通过送泥管注入土工袋。充泥土工袋滤水完毕,即成河堤的一部分。该技术可以利用河底的淤砂,省却购买46.3km2取土区的大笔费用,而且取土填土一次完成,不需大量机械,施工方便快速。每公里造价为96万美元,354公里总价3.3亿美元,预计可节约资金3.68亿美元,并且能够缩短一半工期。
五、结语
理论和实践证明,采用充泥管袋这一新型的施工技术,在围海造地工程封堵龙口中应用是可行的。在交通困难,运送块石、土料等材料不便的显示情况下,建造围堤工程中运用充泥管袋,从深水里取砂充填管袋,减少了材料的运输和人工堆填的工作,从而降低了工程造价。以1996年的市场价格计, 冲填充泥管袋的价格为40元/ m3,而铁丝笼块石的价格,不考虑运输费,为110元/m3,后者较前者费用增加1.76倍。由此比较,在围堤工程中采用充泥管袋,取得的经济效益十分显著,具有较大的工程价值。充泥管袋的尺寸比较固定和均匀(根据本工程的特点,龙口宽度为180 m,封堵龙口时一般采用尺寸为20 m×30 m的管袋较好),有利于控制龙口封堵时的程序。而材料只需采用聚丙烯编织布缝制成封闭袋子运进施工现场即可(甚至可以在施工现场缝制)。但采用充泥管袋封堵龙口时,一定要掌握好袋中土的固结时间和潮水位的关系。
参考文献:
[1]朱远胜. 充泥管袋技术的应用探讨[M]. 上海:2005.
[2]靳向煜. 围海造地中的充泥管袋应用研究. 上海:2006
关键词:充泥管袋,龙口,水力分析
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
太仓市应急水源地工程位于太仓市长江口浏河口上游侧边滩上，新建围堤4486m，形成区域面积为220万m2的水库，其总容量1742万m3、有效容量1427万m3。主要工程内容包括：堤基处理、堤身填筑、堤坡护面、堤身防渗、新建围堤堤顶道路及防浪墙、水源地库底疏浚和工程观测设备的埋设、龙口保护与合拢、环境保护及临时工程、原长江大堤加高培厚等。工程等别为Ⅱ等，主要建筑物围堤等级为2级。
2标段位于太仓市应急水源地工程的下游，上游起于L2+200与其拟建取水泵站下游100m的连线，下游至于浏河出水口上游100m。本标段围堤由长1053m的东围堤和1233m的南围堤组成。
本工程在东围堤L2+433～L2+613之间设置排水龙口，龙口底宽180m。龙口在围堤达到+4m高程前，作为库区内进出水通道；当围堤达到+4m高程后，采用充泥管袋将其进行封堵。
龙口合拢的特点为：
1、龙口底宽180m，龙口宽度大，合拢工程量大。
2、工程位于长江口地区，水库水面面积约220万m2，受潮汐影响，按照平均涨落潮潮差2.0米计算，每次涨落潮进出库区流量在880万m3以上。
3、龙口合拢施工工期紧，任务重。合同开工日期为2010年10月20日，实际开工日期2010年12月15日，至2011年3月25日，实际有效施工天数仅60余天，每天施工强度约1.2万m3，高峰期施工强度约1.8万m3。
4、2011年5月31日为度汛节点工期，如不能按时合拢，将造成度汛节点工期目标无法实现，长江汛期来临后，新建围堤存在严重的安全隐患，汛期洪水会将已完断面全部冲垮。
二、龙口封堵时的水力计算及水力变化规律
2.1龙口合拢时的流速计算
龙口水力计算采用的是手算以及电算两种方法互校,手动算法是按水的平衡原理做图来进行试算,电算是通过平面二维有限元法的美国陆军工程师团编制的通用程序Tabs2。计算的结果整理见表1,表2。
表1
表1
2.2龙口水力测验
上海市水文总站对大堤龙口流速进行了实测,采用流速仪LS-68型,用6.2 m悬杆,在水面线以下20 cm的位置施测;实测最大落潮流速1.17 m/s~1.48 m/s,实测最大涨潮流速1.75 m/s~1.86 m/s。经相关分析,估算出龙口最大流速为2.27 m/s,与理论计算误差不大。
三、龙口合拢的施工方法及具体实施
3.1充泥管袋袋体的制作
选用幅宽4m的编织布多幅合并，接缝宽度每侧0.1—0.2m。用工业缝纫机“丁”缝二道，针脚间距≤7mm，缝制线采用强度230N的尼龙线，缝制后强度不低于原织物设计强度的70%。袋顶每10m留一个进泥口，进泥口直径0.45m。进泥口周围采用加缝一道线的方法，并穿入尼龙绳一根，使其与输泥管连接。袋体底部四个角各接一根尼龙绳，以便铺设时固定。尼龙绳选用直径为8~10mm。充填管袋随铺随充，阶梯式推进。
3.2施工方法和工艺
合拢施工时,采取平立堵结合的施工方法,先缩小龙口的范围,再采取平堵合拢,平堵初期龙口底槛较低,水流为淹没流,在底槛升高过程中,流速逐步加大,至槛顶达到标高1.5 m~2.5 m(随潮型而变)时,流速达最大值,底槛高程上升至标高2.8 m以上时,流速逐渐减小,并且此时在上、下游靠近吹泥管袋外侧,加铺碎石包作为水垫保护,减少水流对基床的冲刷。由于平堵时逐层加高,对基础为逐步加荷间歇施工,有利于地基的固结和堤身的稳定。合拢施工在2个~4个潮位完成,具体步骤如下:第一潮位施工高程0.1 m~0.55 m;第二潮位施工高程0.55 m~1.1 m;第三潮位施工高程1.1 m~2.1 m;第四潮位视第三潮位情况而定,若第三潮位袋保持完好,则施工以下各高程直至5.0 m高程,最后完成吹泥袋闭气合拢。
龙口合拢时,施工队伍需分配在龙口两侧,并投入一定数量的泥浆泵;第一层~第五层充泥袋需加工两套,作为冲失备用,充泥袋加工时纵向尺寸要达20 m以上,以防各层充泥管袋接缝形成间隙,特别是龙口宽度不能精确测量时,边侧两个袋更需放宽尺寸,编织袋规格随现场而定,质量为内侧150 g/m2和外侧175 g/m2两种,并应具有较好的防滑性,同一层袋的泥浆泵布置要基本均匀,每个袋子的充填袖口布置要均匀,使同一层充泥袋同步升高,保持平整;为了加快充泥管袋排水,在袋体出水面后充填时可由人工在袋上踩踏,加速排水。
3.3具体实施情况
在封堵龙口时,其中有一龙口,由于隔堤的决口,造成其龙口要承受两个库区容量的水量,加上充泥管袋的特点,需在吹泥后有一定的时间,否则在充泥管袋内的泥浆呈流态。对充泥管袋的定位很不利,因此采取以下措施:
合拢所用的充泥管袋,尤其是最底下4层袋体,在横向缝上进钢丝绳,以增加充泥管袋的整体强度。充泥管袋铺放前,在石龙内侧放反滤布,以阻挡石龙块石间的排水,形成缓流区。在泥库区内,打上一定数量的地锚,钢丝绳系住袋上钢丝,以便为充泥管袋定位,采用斜拉、交错的网格式发挥地锚的作用和充泥管袋形成一个整体。对已充填成形的充泥管袋及时保护,在外坡铺设反滤布,压上袋装碎石和块石。封堵龙口期间,由于预报潮位不相符合,造成在施工标高1.5 m~3.0 m封堵小龙口时,被冲走几个袋子,根据现场条件,在小龙口两侧,分别滚下槛上两个小袋子以稳定两端,再在涨平潮时,在中间铺设一个大袋子充填,截水成功,直至冲顶到要求标高。
四、充泥管袋的优点
充泥管袋筑堤是沿海筑堤挡潮的一种新技术,我国在1989年开始了水下充泥袋的研究和应用,取得了较好的效果。经过实践和试验,近几年它主要用于地基承载力较高的中高滩部位,并要求充填土体有较好的渗透性,易于排水固结。
在河海堤的建设中有许多技术问题,可采取多种方法加以解决,但近年来的多项工程实践表明,采用充泥管袋技术具有以下优点。
4.1施工速度快几小时或几天内可迅速将堤岸增高50 cm至1 m,袋体可长达30 m~50 m。
4.2就地取材
采用现场丰富的砂土资源,能够利用河底的淤沙充填管袋,增高河堤的同时达到清淤的效果,一举两得。
4.3施工工艺简单
不需要复杂的机械设备,主要材料和设备为编织布袋体,高压水枪,泥浆泵等。
4.4造价低
根据东华大学非织造布研究中心统计,190g/m2的编织布布约10元/m2,每立方米管袋土约16元,以一個袋体充高50 cm计算,每立方米造价约为86元,而采用砂石方案的话,苏州市造价约合每立方米120元。美国密西西比河的防洪堤增高工程采用充泥管袋前后在成本和工期方面形成了鲜明的对比。据美国《土工布报道》杂志报导,1973年密西西比河流域发生了一场大洪水,此后,河堤委员会计划增高跨越阿肯色州密西西比州和路易丝安那州长达488 km的密西西比河防洪堤。按照计划,在2029年前将防洪堤增高0.6 m~2.7 m。截至1997年已完成134 km,尚剩354 km,所需投资总额为6.98亿美元,约合每公里197万美元。如按已完成的防洪堤的构筑方法和进度增高余下的354 km,需要46.3 km2取土区,到2029年也只能完成一半。巨大的经济压力和过于缓慢的建设速度成为增高河堤的主要困难。运用充泥管袋新技术,难题迎刃而解。在原河堤顶部铺设土工袋,由挖泥船从密西西比河河底取土,通过送泥管注入土工袋。充泥土工袋滤水完毕,即成河堤的一部分。该技术可以利用河底的淤砂,省却购买46.3km2取土区的大笔费用,而且取土填土一次完成,不需大量机械,施工方便快速。每公里造价为96万美元,354公里总价3.3亿美元,预计可节约资金3.68亿美元,并且能够缩短一半工期。
五、结语
理论和实践证明,采用充泥管袋这一新型的施工技术,在围海造地工程封堵龙口中应用是可行的。在交通困难,运送块石、土料等材料不便的显示情况下,建造围堤工程中运用充泥管袋,从深水里取砂充填管袋,减少了材料的运输和人工堆填的工作,从而降低了工程造价。以1996年的市场价格计, 冲填充泥管袋的价格为40元/ m3,而铁丝笼块石的价格,不考虑运输费,为110元/m3,后者较前者费用增加1.76倍。由此比较,在围堤工程中采用充泥管袋,取得的经济效益十分显著,具有较大的工程价值。充泥管袋的尺寸比较固定和均匀(根据本工程的特点,龙口宽度为180 m,封堵龙口时一般采用尺寸为20 m×30 m的管袋较好),有利于控制龙口封堵时的程序。而材料只需采用聚丙烯编织布缝制成封闭袋子运进施工现场即可(甚至可以在施工现场缝制)。但采用充泥管袋封堵龙口时,一定要掌握好袋中土的固结时间和潮水位的关系。
参考文献:
[1]朱远胜. 充泥管袋技术的应用探讨[M]. 上海:2005.
[2]靳向煜. 围海造地中的充泥管袋应用研究. 上海:2006