新型土工管袋圍技術在滇池柳苑堆場的應用

新型土工管袋圍技術在滇池柳苑堆場的應用

用鋼筋混凝土管袋填充土壤，用傳統(tǒng)的織物整理法團，充分利用土壤，建造水庫，節(jié)約建筑材料。土工管袋圍埝以疏浚淤泥為充填材料,對充填土質(zhì)要求低,不需要進行大規(guī)模的取土和汽車運輸,保護生態(tài)環(huán)境,施工時又不受降雨等自然條件的限制,具有經(jīng)濟、靈活的特點。土工管袋圍埝技術已在國外廣泛運用多年,但國內(nèi)對于淤泥質(zhì)土作為充灌料(如滇池疏浚淤泥)尚無經(jīng)驗可借鑒。1土工管袋圍建造區(qū)簡介2000年5月,中外合資煙臺合力通環(huán)保疏浚有限公司在疏浚運糧河東堆場時對直徑3.0m的新型土工管袋進行了充灌試驗。試驗結束后,省、市政府又決定在柳苑堆場進行土工管袋建筑污染底泥堆場圍埝及吹填生產(chǎn)性試驗。試驗的設計工作于2001年2月全部完成,經(jīng)有關部門審查通過,試驗將在近期實施。柳苑土工管袋圍埝生產(chǎn)性試驗任務充分借鑒國外土工管袋圍埝的工程經(jīng)驗,以運糧河東堆場所做的土工管袋試驗為基礎,結合滇池草海的自然條件及柳苑堆場的實際情況,利用土工管袋充灌污染底泥后形成閉合的圍埝,并向圍埝內(nèi)吹填淤泥,以考察其適應性、技術經(jīng)濟指標、環(huán)境保護效果等,為土工管袋在建造圍埝方面的使用提供設計、技術、經(jīng)濟指標及施工經(jīng)驗。試驗場地位于滇池草海東南向,緊鄰柳苑渡假村的柳苑堆場,是滇池疏浚一期工程中已使用完畢的堆場。堆場埝型為編織袋裝土圍埝,圍埝長2857.5m,于1998年7月竣工建成?，F(xiàn)已堆存淤泥159.6萬m3,淤泥堆滿后于1999年4月停止使用。土工管袋圍埝將建于原編織袋裝土圍埝壓重平臺干涸的淤泥上。柳苑堆場土工管袋圍埝建造區(qū),堆場總面積34.9hm2,建成后,形成庫容43.70萬m3。土工管袋圍埝最終設計頂標高1889.57m,淤泥堆高1.2m,堆場臨時富裕水深0.1m,安全超高0.4m,圍埝長2748.32m?？紤]到圍埝僅起擋土墻作用,吹填后淤泥表面逐漸固化,該建筑物是臨時構筑物,可不考慮地震因素。2勞動管袋結構2.1土工管袋的鋪設和固結土工管袋的材質(zhì)是聚丙烯或聚脂的高分子聚和物,本次設計使用的聚丙烯土工管袋材料為GEOTEX4×6高性能機織土工織物。充灌淤泥后土工管袋的幾何形狀與充灌料的密度、充灌壓力、充灌高度及管袋材料的抗拉強度等有關,具有復雜的多變量關系。運糧河試驗管袋高隨時間變化的過程線和國外多項工程的試驗證明,管袋的穩(wěn)定高度約為管袋直徑的1/2?？紤]到土工管袋中淤泥的固結、圍埝的穩(wěn)定等因素,設計中選用的管徑為3.0m,固結后管高1.5m,滿足了設計要求的高度。在固結過程中,可通過連續(xù)觀測,發(fā)現(xiàn)管頂高程不足,可及時補充充灌,直至達到要求為止。鋪設土工管袋時,每段管袋的長度依現(xiàn)場地形而定,在圍埝直線段搭接,相鄰管袋之間接頭處的搭接長度2.0～3.0m,先充灌搭接在上部的管袋,再充灌底部的管袋。當標高達到要求時,以強聚酯繩捆扎。管袋接頭部分預先縫制用于綁扎繩的環(huán)套,然后穿繩綁扎,也可繞管袋綁扎或與地面的固定繩連接。管袋接地面積大,管袋內(nèi)充灌淤泥的濕容重γ=11.0KN/m3,比土的濕容重γ=17.0KN/m3小,壓強也相對較小,因而對基礎的強度要求不高,基礎處理較編織袋裝土圍埝簡單。軟基處理的方法很多,依據(jù)柳苑堆場的實際情況,經(jīng)多方案比選,采用簡易、經(jīng)濟、施工方便的木樁法。計算確定,木樁樁徑0.13m、長1.5m～3.0m,打入原圍埝的壓重平臺。木樁行距1.0m,列距1.0m,梅花狀布置,木樁頂部用竹排連接,用碎石找平后上鋪土工布包裹的0.3m的碎石層,再放置土工管袋,向管袋內(nèi)充灌疏浚淤泥,形成圍埝。土工管袋圍埝斷面示意見圖1。2.2堆場泥石流充灌充灌設備采用與土工管袋配套專用的美國制造的IMS4010挖泥船,半封閉絞吸結構,挖深,排壓可以準確控制。用疏浚淤泥作充灌料直接灌入土工管袋已在運糧河試驗中實踐。為驗證土工管袋適用于多性能的充灌料,并獲得更多的相關數(shù)據(jù),本次試驗選擇用柳苑堆場內(nèi)的淤泥作充灌料。充灌前,挖泥船放在堆場淤泥中間事先挖好的池內(nèi),用高壓水攪拌淤泥,提高充灌淤泥濃度至40～50%。每段土工管袋頂部設有兩個充灌口。疏浚機具在堆場淤泥中部吸泥后,水、淤泥混合液通過輸送管由充灌口進入管袋,淤泥在管內(nèi)沉淀固結,管內(nèi)混合液灌壓超過規(guī)定值(104KPa)時,從另一個充灌口的軟管排放減壓,船體上有專用設備控制進液壓力及流量。每段土工管袋需分幾次充灌,因而同時選擇幾段管袋進行連續(xù)循環(huán)充灌,既提高施工效率,又利于充灌淤泥分時段充分固結。每段土工管袋第一次充灌達到0.2-0.3m高時,要調(diào)整土工管袋的位置,以后每次充灌都要達到1.8m,然后待其排水固結,當土工管袋內(nèi)土的固結度與管袋高度達到設計要求后施工結束。2.3管袋滲流場及泄水口土工管袋充滿后,管袋內(nèi)淤泥排出大量滲透水沖涮或浸泡管袋基礎,為避免局部沉降,土工管袋及地基要進行防滲處理。管袋基礎兩側(cè)均開挖鋪有防滲土工膜(圖1所示防滲膜1#)的排水溝與基礎的碎石墊層一同起到滲透、有組織排水的作用。土工管袋充灌過程中,滲透水從管袋四周滲出經(jīng)碎石墊層流入排水溝排向基礎外,管袋中土隨之固結。充灌形成達到設計標高的圍埝后,在向圍埝內(nèi)吹填淤泥之前,為防止吹填淤泥與土工管袋接觸,管袋表面從頂部開始沿管袋向內(nèi)側(cè)(吹填淤泥側(cè))鋪設二布一膜防滲土工膜(圖1所示防滲膜2#),并埋入淤泥中。管袋在吹填過程中內(nèi)側(cè)排出的滲水,經(jīng)土工膜中緊貼管袋的一層土工布滲入下部碎石墊層,而后排出基礎外。土工膜與管袋機部連續(xù)采用土工管袋廠家提供的冷粘劑固定。土工管袋圍埝形成后,向圍埝內(nèi)吹填疏浚淤泥時,淤泥固液分離溢出的自由水,由堆場的泄水口排泄。泄水口設在盡可能遠離疏浚排泥管管口的位置,泄水口選用溢流堰——管式泄水口相結合的形式。管式泄水口具有結構簡單、施工方便、易于拆遷、經(jīng)濟耐用的特點,經(jīng)滇池疏浚一期工程使用證明比較適合沉降大的滇池軟基。溢流堰頂隨吹填高程的上升而加高,使排水管排出的余水盡量澄清。2.4土工管袋內(nèi)土體取樣土工管袋內(nèi)土體在自重下的排水固結程度、達到固結要求的時間是本次試驗必須取得的重要數(shù)據(jù),將由有關單位對土工管袋內(nèi)土體取樣測定。根據(jù)運糧河試驗的成果,暫定在土工管袋圍埝充灌施工完成,向圍埝內(nèi)堆存淤泥前,以管袋吹填口處土的固結基本完成為準,對管袋中淤泥土取樣進行物理指標測試及固結試驗,當管袋中淤泥土天然重度≥11.00KN/m3時,可視管袋內(nèi)土達到固結的要求,向圍埝內(nèi)吹填疏浚淤泥。2.5采用分層經(jīng)營法,以分層有效影響土地沉降整體穩(wěn)定計算方法為瑞典圓弧法中的總應力法,計算程序由我院編制。水平抗滑穩(wěn)定性計算方法依照《水運工程土工織物應用技術規(guī)程》,選取了多個典型斷面進行計算,取最小值列表1。管袋分幾次充灌達到設計標高,所以荷載分層、分批逐步加壓,這對減小地基沉降量十分有利。沉降計算公式采用分層求和法。根據(jù)滇池疏浚一期工程的施工經(jīng)驗,樁基圍埝沉降量的80%在施工中已經(jīng)發(fā)生,故本次試驗設計土工管袋圍埝的預留沉降量按各地段工程地質(zhì)情況不同取為0.10m～0.15m。3疏浚工程材料、思想編織袋裝土圍埝是滇池疏浚工程中已應用的工程實例,也是圍埝工程中常見的埝型。建于軟弱基礎上時,為滿足構筑物的穩(wěn)定要求,需設壓重平臺以減少位移沉降。疏浚工程筑埝材料土石方用量大,運距遠。土工管袋圍埝與編織袋裝土圍埝的技術、經(jīng)濟分析是在堆場相同面積、相同庫容、相同吹填標高的同一條件下,以兩種不同埝型的投資,獲得單位容積的費用進行比較的。今后,土工管袋大規(guī)模用于圍埝建造,造價會進一步降低,更能顯示其在工程投資經(jīng)濟效益上的優(yōu)越性。由表2可見,土工管袋圍埝技術先進,投資上較編織袋裝土圍埝經(jīng)濟,環(huán)保方面的優(yōu)越性更為突出。4堆場消能設計土工管袋圍埝建成后,圍埝及堆場布設了監(jiān)測項目,委托有關部門對圍埝的固結、沉降、位移等進行觀測,對管袋滲透水,堆場余水進行觀測監(jiān)測。水質(zhì)標準按《滇池污染底泥繼續(xù)疏浚工程余水排放標準》執(zhí)行,監(jiān)測項目為色度、SS、Pb、Cd、Cr、Cu、As、Tp、TN、COD等。堆場吹填淤泥結束后,在堆場中及土工管袋圍埝上通過人工植草,快速恢復堆場及周圍景觀,使吹填后堆場周圍環(huán)境得到改善。植草對淤泥中污染物質(zhì)有吸收作用,降低堆場淤泥污染物的含量,有利于底泥的進一步開發(fā),植草使堆場淤泥表面被覆蓋,防止地表沖刷引起二次污染。5底泥疏浚對于草海水體環(huán)境的改善云南省環(huán)境監(jiān)測中心站對運糧河試驗管袋滲透水水質(zhì)現(xiàn)場監(jiān)測結果表明,充灌淤泥滲透水經(jīng)土工管袋過濾,水體中的淤泥、懸浮物、重金屬元素等污染物含量明顯下降,淤泥、懸浮物的去除效果達到97%,重金屬元素去除效果達到90%,水質(zhì)完全符合排放要求。作為土工管袋建筑污染底泥堆場圍埝及吹填生產(chǎn)性試驗工程,同時兼顧環(huán)保工程特點,可產(chǎn)生較顯著的環(huán)境效益。其疏浚吹填工程可繼續(xù)清除草海部分區(qū)域的污染底物,有利于改善草海水體環(huán)境質(zhì)量。底泥疏浚使疏挖區(qū)水深平均增加0.8米左右,疏挖區(qū)污染底泥基本清除,可延緩草海沼澤化趨勢。底泥繼續(xù)疏浚增加草海庫容及相應蓄水能力39.45萬m3,有利于緩解水資源供需矛盾,同時草海水質(zhì)的改善,提高了水環(huán)境功能,促進了水資源的開發(fā)利用。試驗工程的實施進一步減小了草海污染底泥范圍,還將為滇池治理提供新的設計施工方法和新技術,有利于滇池的綜合治理。6圍工程建設取得了重大的突破滇池是昆明市賴以生存的水源地和多功能湖泊,也是維護昆明市生態(tài)平衡的關鍵。滇池草海疏浚清淤旨在改善水質(zhì)和區(qū)域環(huán)境,樹立良好的昆明市市容形象,已在社會上取得了巨大的反響。在疏浚工程中采用新材料、新技術、新工藝的土工管袋做圍埝,是國家有關“要求大力推廣土工合成材料在工程中的應用,并盡快為該項技術的推廣應用制定設計、施工和材料質(zhì)量要求的相應