【DOC】江苏省启东市大型船坞砂土模袋围堰设计.docx

江苏省启东市大型船坞砂土模袋围堰设计第42卷第2O期 2011年10月 人民长江 YangtzeRiver Vo1.42.No.20 Oct.2011 文章编号:10014179(2011)20006503 江苏省启东市大型船坞砂土模袋围堰设计 郭晓刚,朱敏 (长江勘测规划设计研究责任有限公司,湖北武汉430010) 摘要:由于江苏省启东丰顺大型船坞口围堰工程施工需跨越12个长江汛期,为了保证坞口结构安全及施工 顺利,必需设置围堰挡水.根据工程地理位置,水下地形及地质条件,结合以往江边工程施工经验,分析了在 厚层淤泥质地基上建造砂土模袋围堰的结构设计难点,包括防止袋体析砂现象,背水坡坡体加固和施工降水 和变形观测等,并提出了相应的对策.结果表明,工程选择的砂土模袋围堰具有适应能力强,施工速度快.造 价低和易拆除等优点. 关键词:淤泥质地基;船坞;砂土模袋;围堰;江苏省 中图法分类号:U655.541文献标志码:A 1工程背景及平面布置 启东丰顺大型船坞口围堰工程项目建设地点位于 江苏省启东市惠萍镇的启东市船舶制造工业园内,建 设期2.5a,占地面积60.5hm.工程由水工设备区, 船体区,舾装区,动力设备区,办公与生活设备区等组 成.水工建筑物主要包括2.5万t级船台2座,7万t 级船坞1座,总组平台1座,材料码头1座,临时堆场3 处及7万t级舾装码头1座. 该工程施工须跨越12个长江汛期,为保证船坞 坞口结构安全顺利施工,必须设置围堰挡水,围堰平面 布置见图I.本文根据工程地理位置,水下地形条件, 地质条件,水文资料及以往江边工程施工经验,分析了 在厚层淤泥质地基上建造砂土模袋围堰的结构设计要 点和难点,提出了确保施工安全的工程对策,以期为类 似船坞工程建造坞口围堰提供借鉴与参考. 2设计条件 2.1地形地貌 拟建场地东面为五效港,西面紧邻三条港.现状 长江二道大堤内侧隶属惠萍镇长兴村十七组,长江一 道大堤(防洪堤)外侧即为长江段,岸线长约700m. 地貌类型属长江三角洲冲积平原河口相新近沉积区, 地貌单一,现状长江二道大堤内侧多为农田,局部为民 居,沟,槽,人工开挖的塘较多,地表水体发育,多呈南 北向展布.地形起伏稍大,现状陆地高程一般为1.40 2.50m;长江水域部分高程一般为一3.50一一8.00 m.地势总体由北向南微倾. 图1丰顺船坞坞口围堰平面布置 2.2水文条件 (1)按照海港水文规范(JTJ21398)计算工 程点的设计潮位如下. 设计高水位:2.8m(高潮10%) 设计低水位:一1.43in(低潮90%) 收稿日期:2011一O811 作者简介:郭晓刚,男,高级工程师,博士,主要从事岩石工程与地铁工程方面的工作.Email:guoxgmsh 66人民长江2011盘 极端高水位:4.5m 极端低水位:一2.41nl 工程区100a一遇防洪设计水位:4.72m (2)2003年6月和2005年2月对拟建工程附近 区域进行了水文原型观测,结果表明,工程附近区域潮 流主要属于不规则半日潮流,涨潮最大流速2.28 m/s,流向313.;落潮最大流速2.20m/s,流向103. 2.3工程地质与水文地质条件 根据地质勘探,场址深度一68.30m以浅揭示的 地层均为第四纪松散沉积物,主要由粉土,淤泥质粉质 黏土,粉质黏土,粉砂组成.根据其物理力学性质差 异,成因,岩性等划分为7个工程地质层14亚层,各土 层水平及垂向分布多欠均质,且浅部土体变化复杂. 其中淤泥和淤泥质土层最大厚度达到40II1. 各土层主要物理力学参数见表1. 表1土层物理力学参数 3围堰方案设计 本工程船坞坞口场地较开阔,水下地形平缓,地下 为深厚的软弱淤泥和淤泥质地层,场区附近粉细砂料 源丰富,适合于采用砂土模袋建造挡水围堰. 3.1堰顶高程的确定 船坞坞口结构施工时,需要挖除长江大堤局部堤 段,围堰在施工期必须满足防洪要求.因此,围堰堰顶 高程确定为5.5nl,堰顶砌筑浆砌石防浪墙,墙顶高程 6.8m,与长江大堤现状堤顶防浪墙高程一致. 3.2围堰断面设计 根据场区地质条件和类似工程经验,确定砂土模 袋围堰迎水侧边坡坡比一般为1:2,2m高程处设5m 宽马道,边坡脚部抛填石笼压脚;背水侧边坡2/高程 以上坡比为1:2,其余一般为1:3,局部淤泥和淤泥质 土开挖时,坡比可放缓至I:4,2.2m高程处设2.5m 宽马道,一3.81TI高程处设3m宽马道,一9.5nl高程 处设2m宽马道.围堰内基坑开挖最深处为船坞坞 墩,开挖高程为一13.0m.一9.513.0m依靠坞首 450mill地连墙支护,可垂直开挖,见图2. 一2粉土夹淤泥质粉质黏土 一溃菇瓣 一一一一一一一汪荚 图2围堰横断面设计 3.3堰体防渗设计 由于浅部人工吹填土层和层等为透水土层,必 须采取合适的防渗措施.本工程选用二重管高压摆喷 水泥土墙进行防渗.摆喷防渗墙伸入不透水地层( 一 I)层不小于2.5m.摆喷防渗墙沿围堰轴线布置, 上游侧接至长江大堤,下游侧接至材料码头800mill 地连墙,形成封闭式防渗体系. 3.4边坡护面设计 为防止风浪冲刷,迎水坡采用30em厚C20灌砌 块石护面.背水侧边坡采用20em厚干砌片石或10 cm厚现浇C20混凝土进行坡面防护. 4稳定计算及边坡加固 4.1边坡抗滑稳定标准 根据水电枢纽工程等级划分及设计安全标准 (DL51802003),本工程围堰为4级临时性水工建筑 物,其洪水设计标准可采用潮位重现期20a.在基本 组合(正常运用)和特殊组合(非常运用)工况下,围堰 上下游边坡最小抗滑稳定安全系数分别为1.15和 1.05. 4.2边坡稳定计算 采用理正边坡稳定分析软件简化Bishop法进行 稳定计算,工况及结果如下: (1)临水坡.江水位为设计低水位一1.431/1,岸 坡以上为自然岸坡,未开挖,最小安全系数为1.382. (2)临水坡.江水位为设计高水位2.8m,岸坡 以上为自然岸坡,未开挖,最小安全系数为1.387. (3)背水坡.江水位为设计高水位2.8m,基坑 开挖至最大深度一13.0m,最小安全系数为0.963. (4)背水坡.江水位为设计高水位2.8m,基坑 开挖至最大深度一11.5m;三轴深层搅拌桩加固坡脚 第20期郭晓刚,等:江苏省启东市大型船坞砂土模袋围堰设计67 地层,最小安全系数为1.267. (5)背水坡.江水位为极端高水位4.5nl,基坑 开挖至最大深度一13.0m,最小安全系数为1.236. 4.3背水坡加固设计 稳定计算成果表明,在江水位为设计高水位2.8 m,基坑开挖至最大深度一13.0m时,围堰背水坡最小 抗滑稳定安全系数仅为0.963,边坡处于不稳定状态. 为提高背水坡抗滑稳定性,经综合比选,采用深层 搅拌桩对坡体进行加固.深层搅拌桩设置在船坞坞口 120m范围背水坡高程327m,共布置11排,搅 拌桩桩径0650him,桩长24m. 围堰背水坡深层搅拌桩加固后,基坑开挖至最大 深度一13.0121时,各种江水位工况下围堰背水坡抗滑 稳定性最小安全系数均满足规范要求. 5工程难点分析及对策 (1)围堰形式的选择应因地制宜.本工程围堰下 卧深厚的软弱淤泥和淤泥质黏土层,压缩性高,固结速 度慢,加荷以后地基沉降量大.这要求所设计的围堰 结构应能确保整体稳定性,适应地基沉降变形大和不 均匀沉降的要求.砂土膜袋围堰具有对深厚软弱地基 适应能力强,施工速度快,造价低,易于拆除等优 点,特别适合于本工程采用. (2)护坡设计应防止袋体析沙现象发生.本工程 附近河段位于长江口段,风浪大.由于土工膜袋有一 定的延伸率,在波浪动荷载作用下,编织布孔径会发生 变化,而砂袋填料较细,如果砂料与土工膜袋孔径不匹 配,风浪冲刷作用下充填料易被析出.经比选,本次设 计选用300g/nl无纺布编织砂袋,采用灌砌块石护坡 防浪,可有效防止袋体析沙现象发生. (3)围堰背水坡坡体稳定性加固.稳定计算成果 表明,基坑开挖过程中围堰背水坡抗滑稳定性不足,必 须进行边坡加固.首先,方案设计时,因地制宜选用工 程材料,通过优化堤身结构,充分利用场地空间,尽可 能将坡度做缓,可提高围堰抗滑稳定性,降低边坡加固 成本;其次,由于加固深度较大,设计采用三轴搅拌桩 进行深层土体加固,以确保加固效果. (4)施工中应加强降水和工程变形监测.工程场 地地质条件差,软弱地层分布厚度大,承压水水头标高 与长江水位关系密切.在坞首基坑开挖至基底标高 时,围堰需承受约17m的水头,为了确保坞首基坑开 挖和坞首结构施作的安全,必须对围堰进行深层土体 变形及表层土体位移和沉降观测.在基坑开挖过程 中,应加强施工降水和变形监测,做好应急预案,确保 工程安全,顺利进行. 6结语 本工程船坞坞口场地较开阔,水下地形宽缓,地下 为深厚的软弱淤泥和淤泥质地层,适合于采用砂土模 袋建造挡水围堰. 实践表明,砂土膜袋围堰对深厚软弱地基具有很 强的适应能力,同时施工技术简单,施工速度快,工程 费用低,在类似工程条件下非常利于推广使用. 参考文献: 1石小强,阮龙飞.上海外高桥造船基地船坞围堰工程的设计与施 工J.水利技术监督,2001,(1):3538. (编辑:李慧) DesignofcofferdamoflargescaledockinQidongCity, JiangsuProvince,usingsandmoldbag GUOXiaogang,ZHUMin (ChangjiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch,Wuhan430010,China) Abstract:TheconstructionofcofferdamofQidonglargescaledockwouldgothrough2floodseasonsofYangtzeRiver.Inor dertoensurethesafetyofthestructureofdockentranceandthesmoothconstruction,thecofferdamshouldbesetforwaterretai? ning.Accordingtothegeographiclocation,underwatertopographyandgeologicalcondition,combiningwiththeexperienceof riversideconstruction,thekeypointsofstructuraldesignofcofferdamoflargescaledockOnthickmuddyundationusingsand moldbagareanalyzed,includingpreventionofsandprecipitation,reinforcementofdownstreamslopebody,constructiondewate ringanddeformationmonitoring.Thecountermeasureswereproposedcorrespondingly.Theresultsshowthatthecofferdamusing sandmoldbaghasadvantagessuchasstrongadaptability,quickconstruction,lowcostandeasyremovaletc. Keywords:muddyfoundation;dock;sandmoldbag;cofferdam;JiangsuProvince