大型袋装砂挡水围堰在市政工程中的应用

大型袋装砂挡水围堰在市政工程中的应用

许嘉伟

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摘要：大型袋装砂筑堤技术广泛应用于沿海航道整治,港口堤防、围海造地等工程,具有造价低、施工速度快、地基适应性强等优点,但在内陆市政工程中很少采用。北京通州碧水污水处理厂在改造升级工程中首次使用大型袋装砂堤作为挡水围堰,取得很好效果。

关键词：袋装砂;市政工程;挡水围堰;施工技术

引言

北京通州碧水污水处理厂是北京东部地区最大的污水处理厂,改造前处理能力为10万m'/d。为实施北京市政府东迁通州的规划及由于周围居民增加而不断引起的环境投诉,处理厂必须尽快由开敞式污水池改造为全封闭下沉式的地下结构,面积缩小为原来的1/3,而处理能力提高到18万m3/d。节省面积将用于人工湿地和市民休闲广场建设。改造工程面临的主要问题为:①工期紧。项目总建设周期仅为13个月。市政府搬迁已进入倒计时,任何方案的制订都必须考虑时间因素。②必须同时保证改造区深基坑作业安全及现有水厂的部分污水处理作业正常运行。因此,需对污水池分区施工,有效地将改造水域与现有水厂部分处理水域分开。挡水堤坝的结构形式必须满足上述2个要求,是整个改造工程的重点和难点。

1技术要求

污水处理厂升级改造工程位于现有污水处理厂的处理三区,为保证升级改造期间厂区的正常运行及升级改造的施工需要,须设置挡水围堰将处理二区及一区进行分离,并采取相关水质保障措施保证升级改造期间出水水质达标。挡水围堰呈东西走向,长度为400m,要求高出水面1m,顶标高为21.000m，池底标高平均为9.000m,改造区平均开挖标高为2.000m。即挡水围堰在基坑施工期的挡水水头高度为18~20m。挡水围堰建成后,北侧储水区放空后进行基坑作业,南侧存水区正常使用。南北水头高差大,对围堰防渗、防塌、安全性要求高。经施工前的水下探摸,污水池底部有淤泥堆积,且有一定数量的钢筋混凝土地梁和管线支墩，为围堰的选型和施工增加很大难度。

2方案比选

在水工中常用的施工围堰可分为3大类。第1类是重力式围堰,主要采用砌筑式方法施工,常见的形式有土石围堰和混凝土围堰等;第2类是桩基围堰,主要采用水上或陆上沉桩方法施工,常见的形式有预制混凝土桩、钢板桩、钢管桩等形式;第3类是人造箱体围堰,可以是重力式,也可以和下部桩基础连接,常见的形式有钢套箱和钢吊箱围堰。从上述3种围堰形式分析:①因池底有硬化层及管线基础,无法进行沉桩作业,因此桩基围堰不适用于本工程;②如采用人造箱体,加工工程量和工期远超过要求,因此也无法采用;③综上分析,只有重力式围堰可以使用,所以选取围堰的筑堤材料和工艺成为决定堰体结构形式的关键因素。工程所在区域没有石方及黏性土来源,土石筑堤无法实现。混凝土堤的施工成本又远高于预算,在经济上无法实现。经过调查发现:施工区域通州地处古京杭大运河的终点,历史上河网较发达。在前期河道治理工程中清理出大量河砂,同时污水厂改造后需大量回填砂用于公园和市民广场建设,因此项目部在临近设置砂场囤积大量回填砂。经现场取样检测,河砂含泥量在8%~15%。基于上述分析和现场条件,决定在本工程中采用海上大型袋装砂结构和工艺,修筑挡水围堰。针对本工程的好处为:①就地取材,改造工程完成后，围堰不予拆除,成为永久回填的一部分,大大缩短工期和节约成本;②不需要大量准备工作,可立即开始施工。难点为:海上的大袋砂结构一般规模较大,挡水效果要求不高,第1次用于市政工程,断面和质量受到限制,如何保证其止水效果满足改造工程的要求是施工重点和难点。

3大袋砂结构设计

围堰沿东西向布置,主体长约400m,底部宽度为56.0m,顶宽为8.0m,高9.6m;围堰垫层宽为60m,高2.4m。围堰外侧迎水面整平后再在其上铺设2层土工防渗膜,防渗膜向垫层外延伸10m,膜上用防老化编织长袋装砂分段压实(宽度50cm,厚度30cm),每隔10m1道;堤顶防渗膜延伸至堤顶中心并用土堤(或砂袋)连续压牢。在围堰顶部修筑厚度为0.2m、宽度为6.0m的泥结碎石路面,将土工防渗膜压入路基底部,路面宽度为6.0m,坡面坡高比为1∶1,并在路面两侧修筑护栏。围堰采用大砂袋,通长砂袋、软体排砂被等加筋材料增强堤身的稳定性,减小堤身断面。围堰垫层高度为2.4m(0.4m厚砂袋+3层0.6~0.8m通长砂袋),围堰底部宽度为56m,围堰堤身用砂袋,分层铺设,每层厚度为0.6~0.8m。污水池岸壁为现浇混凝土斜坡护岸。围堰与岸壁相接的部位,在高水头作用下有可能形成绕过围堰体的透水通道,引起管涌甚至垮坝。因此,围堰两端接岸处,防水膜沿着污水池池壁方向延伸20m,先用通长砂袋压实,再用砂袋堆砌压实。同时,向外5m内施工旋喷桩进行端部止水,深度为18.0m。注浆压力从0.5MPa开始逐步加大。注浆期间严密观察袋体,防止因压力过大袋体胀破或充填砂流失。

4围堰施工

围堰堤身最长处为449.3m,最高13m,用砂量总计约19万m',而总工期目标对围堰阶段工期要求极紧。计划工期4个月,实际工期70d。平均日吹砂量达3000m,施工从东西两端同时开始。主堆砂场设置于东端,副堆砂场设置于西端。需日存砂量≥30000m的砂场,且日存砂量需保证吹砂围堰施工3~5d的供应。经初步探查,现有污水池底部主要有硬化层、地梁及管线基础、沉积淤泥等。由于地基承载力可满足围堰施工要求,因此海上施工时的软体排铺设可省略。施工前必须首先对基底进行以下处理:①现有污水池使用年代长,基底形成厚度不明的淤泥层。虽然淤泥会在重力堰体的作用下挤出,本身的透水系数较低,但如残留厚度过大,在后期高水头压力下,会对围堰整体抗滑性造成危险。处理的方法是潜水员分区进行水下探查,查清池底淤泥情况,对池底淤泥厚度>50cm的部分,用配备高压水枪的吸砂船清理,并将清理出的淤泥放置指定区域进行后续处理。②现有污水处理池底存在水厂原建设废弃曝气器﹑新建曝气管、主曝气管及基础、支管与支管基础直接阻碍围堰施工,并且会扎破袋体造成堰体塌陷。因此,为清理设计了打捞船,上面配起重机,水下配合潜水员,将曝气器、曝气管及其混凝土基础进行水下拆除及打捞。同时,将打捞上来的物体进行编号,对照原图纸,确保清理干净,仅保留地梁。在前面清理淤泥和水下障碍物的基础上,栓浮漂定位,并设立标志,用45cm×75cm小砂袋将地梁之间填平,高度与地梁平齐,1m215个左右,整体找平,同时对梁间淤泥做压实挤淤。小砂袋用装载机运至船上,用人工抛掷到指定区域,再下潜水找平。再在地梁上施作3层0.6~0.8m厚通长砂袋。基底处理工期达45d,难度超出预期,但对于重力式坝体而言十分重要,必须处理达标。

5结束语

利用海上大袋砂结构在陆上市政工程中应用,可以说是一个创新。事实证明,其具有工期短、结构稳定、止水效果好等优点,非常成功。

参考文献

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