本發明涉及一種軟土地基上的船型大砂袋圍堰結構及其施工方法。主要適用于近海工程、圍海造陸領域。

背景技術：

在離岸水域的軟土地基條件下，通過修建圍堰以進行吹填造陸，是普遍采用的圍海造陸的方法。通常沿海的海洋軟土中，淤泥質軟土層較厚，地基處理難度大、造價高、安全度難以保障，再加上工程常處于深水、強潮流、強臺風、河流交匯等惡劣環境中，使得軟土地基問題更是突出，加大了圍堰施工建造的難度。

為解決超軟地基和水下建造圍堰的難題，例如整體穩定性較差、沉降不均勻、抗海浪臺風等能力較低等。大砂袋圍堰應運而生，并在實際工程中迅速得到重視和應用。但大砂袋圍堰的實踐領先于其理論，目前相應的工程設計主要是依靠經驗和工程類比。現有大砂袋圍堰工程案例中，大砂袋圍堰的變形破壞模式主要是因軟土地基在大砂袋圍堰填充施工過程中，受到大砂袋圍堰自重荷載和外部環境波浪力的影響，產生塑性變形，引起大砂袋圍堰底部砂袋的不均勻變形，導致砂袋自身受到張拉作用，超過了砂袋所用土工織物材料的極限抗拉強度，出現圍堰底層砂袋被拉斷的情況，進而影響到上層砂袋，形成連鎖效應，圍堰砂袋自下而上依次被拉斷形成貫通的滑動面。這種現象業內稱之為局部滑動斷裂破壞(如附圖1所示)。這種大砂袋圍堰的破壞模式嚴重影響到圍堰上部結構的安全穩定，而且失穩沒有可預見性，極易造成人員傷亡和財產損失。

技術實現要素：

針對上述情況，本發明要解決的技術問題是：提出一種軟土地基上穩定的船型大砂袋圍堰結構及其施工方法，目的在于加強圍堰底層砂袋強度和剛度，控制大砂袋圍堰變形破壞，從而保證圍堰的安全穩定。

本發明所采用的技術方案是：軟土地基上穩定的船型大砂袋圍堰結構，其特征在于，所述圍堰結構由順圍堰長度方向布置的大砂袋尺寸由大到小逐層疊加而成，其中圍堰底層砂袋外包土工格柵，該土工格柵的底部下方依次為砂墊層和塑料排水板；所述砂墊層外圍設土工管袋擋埝作為圍擋結構；所述圍堰底層砂袋與土工格柵之間由錨桿固定成整體。

上層砂袋的外緣相對于其下一層砂袋內縮尺寸不小于二倍圍堰底層砂袋厚度D。

所述圍堰底層砂袋采用高強土工布制作，高強土工布的極限抗拉強度N≥50kN/m；拉伸模量EA≥300kN/m。

所述土工格柵由下而上反包住圍堰底層砂袋，反包長度不小于圍堰底層砂袋橫截面長度方向尺寸的一半。

所述土工格柵的極限抗拉強度不小于100kN/m；拉伸模量不小于600kN/m。

所述錨桿的加固位置距離圍堰底層砂袋外緣不小于二倍圍堰底層砂袋厚度D。

所述錨桿為錨固端頭可折疊型的錨桿。所述錨桿的抗剪強度不小于150N。

本發明軟土地基上穩定的船型大砂袋圍堰結構的施工方法，步驟包括：

1、土工管袋擋埝施工；

2、水下拋填砂墊層；

3、水上插設塑料排水板；

4、土工格柵鋪設定位；

5、圍堰底層砂袋的土工布排列并鋪設；

6、圍堰底層砂袋的充填施工；

7、將土工格柵反包住圍堰底層砂袋；

8、按權利要求6的要求固定錨桿；

9、在圍堰底層砂袋上面逐層鋪設圍堰上層砂袋并逐層充填各層砂袋。

本發明的有益效果是：

1)、通過高強度土工布制作圍堰底層砂袋、土工格柵外包圍堰底層砂袋和錨桿固定土工格柵三個措施來增加大砂袋圍堰底層砂袋的強度和剛度。使得圍堰下軟土地基在大砂袋填筑過程中出現塑性變形時，圍堰底層的大砂袋不會被拉斷。從而保證了大砂袋圍堰自身不會因軟土地基的變形而出現貫通的滑裂面，在填筑過程中作為一個整體隨著地基的沉降而下沉。

2)、大砂袋圍堰底層砂袋強度和剛度的提高，令大砂袋圍堰底部形成一個整體性優異的類鋼板結構，由于大砂袋圍堰尺寸長達數十米甚至上百米，圍堰置于軟基上，如一艘船浮在淤泥上。以這種船型理論設計建造的圍堰，即便是在地基產生大的變形甚至破壞，上部圍堰也不會類似邊坡的滑裂破壞。在這種情況下，大砂袋圍堰的填筑高度就可根據相應的地基極限承載力計算方法進行控制，保證施工過程中大砂袋圍堰的整體穩定性。

3)、填補了以往大砂袋圍堰缺乏理論基礎的缺陷，本方法切合實際、操作簡單、行之有效。

附圖說明

圖1是本發明背景技術的結構示意圖。

圖2是本發明的結構示意圖。

圖3是本發明結構底部位置的局部放大圖。

圖4是本發明中錨桿的錨固端頭收攏時的結構示意圖。

圖5是本發明中錨桿的固定端擋板錨固端頭的結構示意圖。

圖6是本發明中錨桿的錨固端頭撐開時的結構示意圖。

圖7是本發明中錨桿使用的流程示意圖。

具體實施方式

如圖2、圖3所示，本實施例軟土地基上穩定的船型大砂袋圍堰結構，由順圍堰長度方向布置的大砂袋尺寸由大到小逐層疊加而成，大砂袋的尺寸在長度方向有幾十米甚至上百米，因此每層一般布置兩個或數個大砂袋。其中，圍堰底層砂袋6外包土工格柵3，土工格柵3的底部下方依次為砂墊層4和塑料排水板5，砂墊層外圍圍擋為土工管袋圍埝7，最后圍堰底層砂袋6與土工格柵3之間用錨桿2固定，形成整體性優異的類鋼板結構。

上層砂袋的外緣相對于其下一層砂袋內縮尺寸不應小于二倍圍堰底層砂袋6厚度D(內縮≥2D，D為圍堰底層砂袋厚度)。同時，圍堰底層砂袋6采用高強土工布制作，也就是圍堰底層砂袋6土工布的抗拉強度和剛度不得小于圍堰上層砂袋1土工布的抗拉強度，該高強土工布的極限抗拉強度N≥50kN/m；拉伸模量EA≥300kN/m。

所述土工格柵3(土工格柵可以折彎并帶有孔隙)由下而上反包住圍堰底層砂袋6，反包長度不小于圍堰底層砂袋6橫截面長度方向尺寸的一半(即兩個方向的反包長度剛好可以合圍包裹整個砂袋)。所述土工格柵3的極限抗拉強度不得小于100kN/m；拉伸模量不得小于600kN/m。

如圖4－7所示，所述錨桿2的加固位置距離圍堰底層砂袋6外緣不小于二倍圍堰底層砂袋6厚度D(≥2D，D為圍堰底層砂袋厚度)，所用錨桿2為錨固端頭2－1可折疊撐開的錨桿(可外購)，錨桿2的抗剪強度不小于150N。錨桿2使用前，錨固端頭2－1折疊緊貼于錨桿，錨桿打入需要錨固的對象后，反向拉錨桿，錨固端頭如折疊傘般被撐開，形成抗拉錨固端頭。反向拉緊錨桿后，安裝固定端擋板和錨具2－2。

本實施例軟土地基上穩定的船型大砂袋圍堰結構的施工方法，步驟包括,：

1、土工管袋擋埝7施工；

根據砂墊層區域定位，在砂墊層外側順圍堰長度方向建立土工管袋擋埝，形成砂墊層的圍擋結構。

2、水下拋填砂墊層4；

施工機械采用皮帶砂船及平板駁船，皮帶船主要進行粗拋及材料運輸，平板駁上配挖掘機進行細平補拋，在拋填過程中要充分考慮水流、波浪對砂料產生漂流的影響，確保砂料落點的準確，拋填時先粗后細，勤探水深，必要時候進行補拋，保證砂墊層的連續及均勻。

3、水上插設塑料排水板5；

水上塑料排水板施工采用塑料排水板插板船進行打設，同時按200m～300m為一施工段布置排水板插板船，進行流水作業，利用GPRS定位系統控制插板的平面位置，通過插板機上的標尺及潮位遙報儀提供的潮水信息控制插板的深度。

4、土工格柵3鋪設定位；

土工格柵采用施工船舶鋪設，利用測量海上放線浮標定位。土工格柵徑向(縱向)應平行堤的寬度方向鋪設，即抗拉強度大的方向沿堤的橫斷面方向，兩側余量要考慮沉降后滿足設計圖紙要求。土工格柵在橫向內不得接長縱向應采取可靠措施進行連接，邊鋪設邊平整，防止出現皺褶。

5、圍堰底層砂袋6的土工布排列并鋪設；

6、圍堰底層砂袋6的充填施工；

充填砂袋施工采用海運砂船靠駁泥漿泵船進行充袋，充填砂性土，其粒徑小于0.075mm的粘粒含泥量小于10％；充填厚度一般控制在0.5m左右，充填完成后必須將袋口扎緊，施工時按200m～300m分段，在圍埝兩側布置一定數量的泵砂船進行充填并采用流水作業。

7、將土工格柵3按權利要求4的要求反包住圍堰底層砂袋6；

8、按權利要求6的要求固定錨桿2；

9、在圍堰底層砂袋6上面逐層鋪設圍堰上層砂袋1并逐層充填各層砂袋。