浅谈充砂管袋在青岛市唐岛湾拦海大坝龙口合拢工程中的应用
江苏省海洋工程总公司第三分公司 陈 军
唐岛湾拦海大坝工程位于唐岛湾东北部，海湾中部有一牛岛，在牛岛南、北两侧拟修建拦海大坝，将治理区与外海彻底隔开，变水下施工为陆上施工。该坝为编织土工布充砂坝。原设计方案中龙口截流方式采用冲砂管袋一次平堵：即先在南坝海沟处留一后筑段，长200m，其首次填筑高程低于其它坝段，并且海水能在该段自由进出，最后将该坝段筑至设计水位以上，即可完成堵海任务。2001年7月17日当后筑段首次填筑施工至离对岸仅有48m时，龙口处流速高达3.2m/s，上、下游落差为2.1m，巨大的水流冲击力将业已完成的后筑段部分冲毁达100m左右，导致首次合拢失败。
一、首次合拢失败原因分析
唐岛湾为半日制潮汐，平均涨潮历时5h45min，平均落潮历时6h39min，治理区蓄水面积约400万平方米，施工期间，其一日内最高水位1.87m，最小水位-1.94m，退潮时，治理区大部分滩涂均露出水面，即坝内最大存水量2037万立方米，在六个多小时内降至102万m3。该坝采用编织土工布缝制成袋，袋内充砂，逐层叠置成坝。这种形式的堤坝，在我国已广泛用作修筑防波堤和围海造陆的围堤，但其坝内蓄水量如此之大，龙口处的水流之快，在此种情况下，用冲砂管袋进行龙口合拢在国内同类型工程中尚无先例。分析此次合拢失败的原因，主要是：①后筑段首次堵筑的冲砂管袋长时间被海水往返冲刷，使编织袋破裂，袋内砂被冲刷；②单个编织袋由于其重量轻，经不住水流冲击，稳定性较差；③袋内砂的充盈度<80%，顶层袋体内砂子在水流作用下易发生搬移，将袋磨损；④编织袋强度不够。
二、合拢方案重新选择
根据现场实际情况，原方案显然不切实际，若采用平堵抛石方案，其准备工作量大，造价昂贵，工期难以保证，我们选择了立堵方法，据此，我们本着安全可靠、经济可行、施工方便的原则，对较多的立堵方案进行比较：
①块石抛投方案。该方案利用自卸汽车配合推土机等设备，由龙口一端向另一端，或由两端向中间抛投各种块石，逐步进占，缩窄龙口，直至合拢截断水流。该方案要求大坝两侧或一侧交通方便，显然新筑大坝不能满足大型自卸车的行驶要求，同时，大坝另一侧为一长50m的导流闸，同样自卸车无法行驶。
②沉船方案。利用旧驳船，装载块石将其拖至龙口，使其沉没水中，一次截断水流。由于龙口河床高程起伏较大，低平潮时，最深处为3m，最浅处局部仅40cm，无法满足船舶的吃水深度，而高平潮显然又不适宜沉船，同时“平潮”时间仅8~10分钟，可利用时间较短。
③继续利用冲砂管袋合拢，改平堵为立堵，不设后筑段，冲砂管袋由龙口一端沉放直至合拢截断水流。
经过多种方案的反复论证，权衡利弊，我们最终还是选择了方案③。
三、施工技术关键及采取的措施
3.1 材料选择
3.1.1 充砂管袋
前期施工时，充砂管袋用150g/m2的编织土工布缝制而成，由于其抗拉强度低，容易被水冲破。因此采用200g/m2的编织土工布，同时备有一定数量400g/m2的无纺土工布。土工布采用手提式缝韧机缝制，缝制线采用锦纶线，针脚间距≤5mm，强度不小于150N，接缝形式采用包缝和丁缝。单个管袋尺寸视工程情况现场加工，大致分为两种：一种是小管袋，其尺寸为8m×8m或4m×4m，充填厚＞0.6m；另一种是大管袋，顺坝轴线长一般为15m，垂直坝轴线方向宽为相应位置坝体的宽度，同样充填厚＞0.6m。充填灌口直径＞200mm，其位置视管袋尺寸的大小而定。
3.1.2 充填料
充填料采用中粗砂，含泥量<10%，此种砂排水固结快，并且可在近海直接开采，为保证砂料的连续供应，在现场设储砂池。
3.2 施工方法
拖船泥驳到取砂区，由吸砂船将砂吸入泥驳，然后由拖船拖带泥驳运抵泵船，泵船将多台泥浆泵机组吊入泥驳舱中，进行取砂，泥浆泵吸取泥驳中的砂料直接灌入充填袋，多余水份从土工布孔滤出，利用砂料的压载作用边充填边进行袋体沉放，沉放就位后，不断调整充灌袖口，使袋装砂充填均匀、饱满，并逐层叠放。在立堵进占过程中，为改善截流条件，我们采用了以下几个沉放措施：
3.2.1 当龙口流速与落差增长不明显，水流平缓时，采用全面沉放，齐头并进，以最大限度地利用抛投前沿工作面。
3.2.2 当龙口落差和流速均有明显的增长，此时工作时间选在每天二次的低平潮前后进行施工，同时利用水流的上挑角进行沉放。首先在低流速时沉放重点在上游边线，并将砂袋稳定在上游坡角处，形成水流的上挑角将水流挑离戗堤。当水流较大时，即可在上挑角的下游进行沉放砂袋。如此轮翻交替沉放，可大大减少砂袋的流失，从而戗堤得以有效地进占。
3.2.3 当龙口流速与落差达到最大值时，除采用上挑角沉放方法，还采用了锚系措施。即底层小管袋上游端用φ14mm尼龙绳与其它管袋互相连接在一起，上层大管袋用预先放于袋下的粗尼绳纵横向加箍，并锚固在已完成的大坝上，这样可将整个大坝连成一整体。为减少袋装砂表面被水流冲击的时间，在当班工作时间内必须用大管袋压住下面的小管袋，并逐层堆高出水面。
3.2.4 冲砂管袋的灌口为φ200mm的软管，原方案为冲砂结束后用尼龙绳捆扎，由于袋口扎好后竖在那里长时间被水流冲击，使管口根部被拉破，水进入袋口内，将砂袋冲破，因此在施工过程中，我们将竖封口改为平封口，即将软管剪掉，用同材料的编织土工布，手工缝补洞口。
四、质量要求
该工程为拦海堤坝工程，为确保该坝的稳定及安全，不出现漏洞等现象，袋体应堆叠整齐，上下层交叉排列，袋体之间靠紧、挤密，不得出现通缝，在施工过程中，袋体应无破损，如有破损，必须及时进行修补。
五、结语
采用上述技术措施后，该工程第二次合拢一举成功。利用冲砂管袋在较大流速的龙口中合拢，目前在国内是首次采用。实践证明，此种施工方法具有安全可靠、造价较低、工期较短等优点，对于类似工程及堤防溃口抢险，均可以借鉴。
参考资料
1、施工截流与基坑排水 吕兴祖、刘发权
2、堤防工程土工合成材料应用技术 包承纲
中国水利水电出版社 1999年