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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:1001—4179(2011)20—0065—03
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1—2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1—2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》(JTJ213—98)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O8—11
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.E—mail:guoxgmsh@
66人民长江2011盘
极端高水位:4.5m
极端低水位:一2.41n’l
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5.5n’l,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.一9.5～13.0m依靠坞首
450mill地连墙支护,可垂直开挖,见图2.
⑤一2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④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(⑤
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》
(DL5180—2003)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):35—38.
(编辑:李慧)
DesignofcofferdamoflargescaledockinQidongCity,
JiangsuProvince,usingsandmoldbag
GUOXiaogang,ZHUMin
(ChangjiangInstituteofSurvey,Planning,DesignandResearch,Wuhan430010,China)
Abstract:TheconstructionofcofferdamofQidonglargescaledockwouldgothrough2floodseasonsofYangtzeRiver.Inor—
dertoensurethesafetyofthestructureofdockentranceandthesmoothconstruction,thecofferdamshouldbesetforwaterretai?
ning.Accordingtothegeographiclocation,underwatertopographyandgeologicalcondition,combiningwiththeexperienceof
riversideconstruction,thekeypointsofstructuraldesignofcofferdamoflargescaledockOnthickmuddy~undationusingsand
moldbagareanalyzed,includingpreventionofsandprecipitation,reinforcementofdownstreamslopebody,constructiondewate—
ringanddeformationmonitoring.Thecountermeasureswereproposedcorrespondingly.Theresultsshowthatthecofferdamusing
sandmoldbaghasadvantagessuchasstrongadaptability,quickconstruction,lowcostandeasyremovaletc.
Keywords:muddyfoundation;dock;sandmoldbag;cofferdam;JiangsuProvince