李田書

(中國水利水電第五工程局有限公司第二分局，四川雙流 610225)

1 工程概況

溫州市龍灣區(qū)海濱圍墾工程經(jīng)浙江省圍墾局浙圍建(2005)32號文件批準(zhǔn)實施，圍涂面積為9 860畝(1hm2=15畝)，投資約為1.81億元，計劃3年建成。溫州市龍灣區(qū)海濱圍墾工程位于龍灣區(qū)甌江口南側(cè)的東海岸。工程區(qū)域東臨大海，南接永興北片圍墾，西靠海濱，北接溫州淺灘工程，隔江相望，水陸交通便利。圍區(qū)南北長約4.5 km，東西寬約2 km，圍涂面積9 860畝。

工程主要由北堤、主堤、南堤及三座水閘組成。堤線總長5 297 m，其中北圍堤長1 955 m，主堤長2 841 m，南堤長501 m。三座水閘分別為北閘、南閘和中閘，其中北閘和南閘為進(jìn)水閘，閘孔為2孔，寬4 m;中閘為排水閘，閘孔為2孔，寬5 m。本標(biāo)段包括南堤、主堤南段(樁號Z0+938～Z2+841)、中閘和南閘等，堤線長2 404 m。

該工程屬臺州灣-沙埕港低山丘陵河口堆積平原區(qū)所屬甌江口～沙埕港低山丘陵河口堆積平原區(qū)，區(qū)內(nèi)基巖多為晚侏羅世火山沉積巖，早白堊世紅色巖層，燕山期侵入巖，全新世中瀉湖或海灣、湖沼淤泥(粉質(zhì)黏土)層，全新世晚期海積(粉砂土)層及沖積、海積粉砂土。

根據(jù)“中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.65 g(軟土場地)，相應(yīng)地震基本烈度Ⅵ度。

本工程沿堤線海涂多在高程 －1～1.5 m(1985國家高程基準(zhǔn))之間。

根據(jù)初步設(shè)計勘探資料，沿堤線第四系沉積物主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土和淤泥夾沙等海相沉積地層，涂面土層物理力學(xué)指標(biāo)如下:W=49.6%～65.5%;ρ=1.62～1.72 g/cm3;ρd=0.98～1.14 g/cm3;Es⊥=1.599～2.287 MPa;快剪 C=3.4～4 kPa，φ =0.6°～4°;fk=50～65 kPa。

該海堤工程設(shè)計等級為4級，海堤結(jié)構(gòu)為復(fù)合式土石堤，堤基采用塑料排水板排水固結(jié)、土工布加筋處理(圖1)。

堤頂寬度:堤頂路面凈寬度為5 m，不包括防浪墻寬度。

路面結(jié)構(gòu):堤頂路面采用抗沖刷和穩(wěn)定性較好的混凝土路面，并設(shè)混凝土路肩。

堤頂防浪墻:堤頂C25混凝土防浪墻為反弧挑浪式，高度一般為0.8 m(高出堤頂路面)，頂寬均為0.5 m，基座埋深0.45 m，位于直立式擋墻頂部。

背坡防護(hù):與堤頂相連的背水坡(4 m高程以上)采用干砌塊石護(hù)坡，下設(shè)無紡布一道和碎石墊層20 cm;4 m高程及其以下坡面種植草皮護(hù)面。

迎潮面灌砌石棱體防護(hù):迎水側(cè)采用灌砌石棱體，頂寬約 0.7 m，外坡面為 1∶0.4，底部寬 1 m。棱體外側(cè)采用整體性較好的鋼筋混凝土防護(hù)面板，面板厚40 cm。

迎潮坡面防護(hù):外側(cè)鎮(zhèn)壓層不設(shè)二級鎮(zhèn)壓平臺，鎮(zhèn)壓層輪廓線為擋墻底部3.5 m高程漸變至3 m高程(寬7.4 m)，再放緩坡至2 m高程(寬12 m)，橫向坡比分別為1∶15和1∶12;2 m高程以下邊坡為1∶4，坡腳設(shè)頂寬2 m的縱向拋石護(hù)腳平臺，平臺高程1 m。

海堤迎潮坡面受海潮直接沖擊。該工程護(hù)面設(shè)計采用大拋石平整護(hù)面，在墻腳6 m范圍和2 m轉(zhuǎn)角處設(shè)C20混凝土灌砌石加強，砌石護(hù)面厚40 cm，并在末端設(shè)1 m×1 m的縱向齒槽。

閉氣土是海堤的重要組成部分，也是海堤工程關(guān)鍵的分部分項工程。本工程的拋石棱體內(nèi)海側(cè)設(shè)有毛石砌筑，碎石墊層、土工布構(gòu)成倒濾層，閉氣土方緊挨著倒濾土工布填筑。

閉氣土工程量為281 796 m3，寬度范圍從公路內(nèi)海側(cè)向內(nèi)海方向47 m，高程從涂面0 m高程到堤頂公路基層底面6.75 m高程。其工程結(jié)構(gòu)詳見圖1。

2 桁架式筑堤機

圖1 海堤標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(展示閉氣土斷面)

2.1 施工機械的選用

該工程地處溫州市沿海，當(dāng)?shù)厝鄙兖ね临Y源，僅有部分城市建設(shè)的基礎(chǔ)棄土和地下室開挖土可供利用，但運距遠(yuǎn)，不能連續(xù)均衡地供應(yīng)，且總量也不能保障。為此，采用近堤海涂泥作為閉氣土成為較好的閉氣工程解決方案。

涂泥作為閉氣材料，須使用筑堤機。目前我國筑堤機的應(yīng)用仍處在不斷完善階段。根據(jù)龍灣圍墾工程的特點，考慮機械制造難度和經(jīng)濟性，該工程最終選定桁架式筑堤機作為工程閉氣土填筑工程的主要機械。

2.2 桁架式筑堤機簡介

桁架式筑堤機見圖2。

圖2 桁架式筑堤機

2.2.1 桁架式筑堤機的組成

該工程使用的桁架式筑堤機由斜拉鋼索桁架、浮箱、動力系統(tǒng)、行進(jìn)系統(tǒng)、輸運系統(tǒng)組成。

(1)斜拉鋼索桁架。由斜拉鋼索、型鋼桁架構(gòu)成。型鋼桁架正面成“艸”字型，側(cè)面呈“A”型，由橫梁(包括懸臂)、索塔、支腿構(gòu)成。斜拉鋼索由索塔引至懸臂端和橫梁中部，為加強懸臂和橫梁剛度所必需。

該設(shè)備總長150 m，兩個懸臂分別為44 m和37 m。桁架橫梁安裝有2條水平鋼軌，作為兩個抓斗的運輸軌道。還安裝有一條橡膠輸油管，以便從海堤側(cè)向動力系統(tǒng)貯油罐輸油。同時，橫梁亦作為上下班人行和簡易維護(hù)材料的運輸通道。

(2)浮 箱。桁架座落在兩個鋼制浮箱上。浮箱為整個桁架工作提供必需的浮力，并作為動力設(shè)備及其它設(shè)施的基座，也是桁架的工作平臺。

(3)動力系統(tǒng)。該設(shè)備的動力系統(tǒng)為電動，由于其附近無動力用電，因此該設(shè)備采用發(fā)電機發(fā)電。為此，在浮箱上設(shè)柴油發(fā)電機和柴油貯油罐以及各種配電設(shè)備。加油時，海堤上的運油車直接由橫梁上的輸油管向貯油罐泵油。

(4)行進(jìn)系統(tǒng)。該設(shè)備的行進(jìn)系統(tǒng)由錨、導(dǎo)向索、絞錨機、滑輪系組成。導(dǎo)向索固定在海堤上，可用人工配合挖掘機固定于海堤拋石中。工作中通過卷揚機收放導(dǎo)向索，配合拋錨和收錨動作實現(xiàn)筑堤機的行進(jìn)和定位。

導(dǎo)向索一般長200 m，一次定位后可施工130 m堤段長度。

(5)輸運系統(tǒng)。該設(shè)備輸運系統(tǒng)由抓斗、輸送小車、滑輪系、鋼索、導(dǎo)軌、電控系統(tǒng)、控制電機組成。抓斗容量為2 m3，輸送小車和鋼軌為定型產(chǎn)品，行走電機由沿桁架布置的動力電纜供電?；喯到y(tǒng)以及電控系統(tǒng)保證抓斗運行平穩(wěn)，動作準(zhǔn)確。

(6)中心控制室(即駕駛室)。中心控制室為該設(shè)備的操作和控制中心，由司機控制行進(jìn)系統(tǒng)、輸運系統(tǒng)，實現(xiàn)整個工作流程。控制室內(nèi)設(shè)有三個控制屏，操作簡單、醒目、舒適。

(7)組 裝。該設(shè)備在近海涂邊的平臺上進(jìn)行組裝，先制成浮箱、桁架、中心控制室等部件，然后用8 t汽車吊進(jìn)行組裝，最后安裝動力系統(tǒng)、輸運系統(tǒng)、行進(jìn)系統(tǒng)的零部件。

2.2.2 桁架式筑堤機施工工藝

桁架式筑堤機從內(nèi)側(cè)灘地取土填筑，其輸送距離為150 m，鋪料半徑37 m，月生產(chǎn)能力28 000 m3/月。上述設(shè)備施工期間不受潮汐影響，除8級以上大風(fēng)外，可全天候進(jìn)行。

筑堤機施工工藝為:拋錨(固定導(dǎo)向鋼索)→行進(jìn)及調(diào)整→定位→填筑作業(yè)→起錨(解除定位)→下一工作循環(huán)。

首先將導(dǎo)向索固定于海堤巨石上，然后用挖機進(jìn)行加固。啟動導(dǎo)向索，卷揚機桁架即被拖向前行，配合浮箱錨系統(tǒng)可以進(jìn)行位置調(diào)整，直到測定位置后將浮箱錨拋出定位。

該設(shè)備采用兩個2 m3的抓斗作為挖泥、運泥工具。抓斗通過滑輪系固定在行走小車上，挖泥時放松起重鋼索，張緊控制鋼索，抓斗張開并借自重切入涂泥中，提升時起重鋼索將抓斗閉合，滿載涂泥并將其提高至合適的高度，起動移動小車將抓斗送往海堤。

一般情況下，兩個抓斗對稱運行，以使桁架處于良好的受力狀態(tài)。

抓斗到達(dá)卸泥位置后，開啟料斗，泥料靠自重卸出，卸泥后一般無需清洗料斗即可空斗返回取泥區(qū)開始下一斗填筑。

該機位填筑完畢后，通過收放錨索移動至下一機位作業(yè)。待整個施工區(qū)域填完第一層后，移動到最初的機位開始第二層填筑，如此多層填筑，直至填筑到設(shè)計高程。

3 閉氣土施工方法

3.1 閉氣土施工的設(shè)計要求和施工強度

閉氣土方施工應(yīng)遵循“流水作業(yè)”和“薄層輪加”的原則。根據(jù)設(shè)計圖紙，取土區(qū)應(yīng)離開堤軸線150 m。一般要求土方填筑滯后于干砌塊石擋墻高度1 m左右，加荷時間依照加荷間歇圖進(jìn)行。為適應(yīng)堤身后期沉降，保證海堤設(shè)計標(biāo)高，堤身土方施工時應(yīng)預(yù)留超高暫定為30 cm。回填閉氣土方的滲透系數(shù)＜1×10－4cm/s。

根據(jù)現(xiàn)場取樣的試驗結(jié)果，近堤海涂泥滿足閉氣土方設(shè)計要求。

根據(jù)施工組織設(shè)計，需要在540 d內(nèi)完成整個閉氣土施工。平均月施工強度為1.6萬m3/月。實際施工效率見表1。

表1 龍灣圍墾工程桁架式筑堤機分月施工強度統(tǒng)計表

3.2 閉氣土工程的施工程序

閉氣土施工程序框圖見圖3。

圖3 閉氣土施工程序框圖

(1)測 量。

閉氣土方料場布置在圍區(qū)內(nèi)平行于海堤且離海堤內(nèi)坡腳150 m以外。測量主要是確定采泥場位置和清基范圍。

該工程采用全站儀進(jìn)行放樣，以3 m長竹竿做邊線樁，定樁時盡量深插入涂泥，防止潮水破壞。

(2)清 基。

根據(jù)測量確定的范圍，采用鋼絲繩拖鐵鏈的方式自遠(yuǎn)處向海堤清理，將清出的樹根、雜物等不合格物運出施工區(qū)，嚴(yán)禁將不合格料用于工程施工。

(3)筑堤機定位。

筑堤機利用鉸錨機自行至測量確定位置，將錨拋下，導(dǎo)向索張緊。

(4)設(shè)置沉降板。

沉降板底盤直徑60 cm，測桿長5 m，一般100 m埋設(shè)一個，龍口段50 m一個。

(5)填筑作業(yè)。

一般情況下，在土工布鋪設(shè)完畢、人工將土工布用土鋪蓋后即可開始閉氣土的填筑施工。

取泥本著“遠(yuǎn)取近用，近取遠(yuǎn)輸”的原則進(jìn)行，不得在某一地點重復(fù)取泥，避免形成深坑或深溝，防止筑堤機移位困難和造成泥土流失。

卸泥宜由遠(yuǎn)及近依次進(jìn)行，以形成自然坡比，減少海泥流失。

必須貫徹“流水作業(yè)”和“薄層輪加”的原則，每層填筑厚度應(yīng)控制在0.5 m以內(nèi)。

土方上堤后難以壓實，必須采取自然固結(jié)。填筑上一層時，下層要有足夠的自然固結(jié)時間，禁止在同一部位、連續(xù)不斷地豎直方向上加土，以防塌滑。

在土方填筑過程中，為便于閉氣土的盡快固結(jié)，對于露出高潮位的閉氣土，必須做好填筑面的排水工作，每填筑一層即大致平整，必要時開設(shè)排水溝，排除積水。

為適應(yīng)堤身后期的沉降和防滲要求，土方施工時應(yīng)預(yù)留超高30 cm，待土體沉降穩(wěn)定、密實后利用人工整坡，使其達(dá)到設(shè)計斷面要求。

(6)筑堤機移位。

填筑一層涂泥后將浮箱底錨用絞錨機提起，啟動導(dǎo)向索卷楊機將桁架拖行到下一區(qū)位，拋下浮箱底錨定位，開始新一輪作業(yè)。

(7)測量沉降量。

筑堤機離開本區(qū)位后即進(jìn)行沉降量測定，沉降量應(yīng)小于設(shè)計設(shè)定的最大沉降量，否則必須采取措施。

以上程序完成后，筑堤機進(jìn)入下一個區(qū)位，直到工區(qū)內(nèi)的第一層填筑完成后，方可進(jìn)行第二層施工。這是因為海涂泥需要一定的固結(jié)時間以增加強度，如果不等涂泥固結(jié)到一定強度時即加第二層涂泥，將導(dǎo)致泥土流失，徒勞無功。

4 閉氣土方施工的質(zhì)量安全控制

4.1 質(zhì)量控制

閉氣土方施工的關(guān)鍵是防止其產(chǎn)生滑坡，一旦產(chǎn)生滑坡，處理將十分困難，并將對質(zhì)量、工期、工程安全等產(chǎn)生較大影響，因此，控制加荷速度是閉氣土方施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。根據(jù)以往的施工實踐及正在施工項目的控制情況，本工程主要采取以下方法進(jìn)行質(zhì)量安全控制。

(1)嚴(yán)格按照施工圖紙設(shè)計及招標(biāo)文件的有關(guān)技術(shù)要求控制施工和加荷。

(2)加強施工沉降觀測，用實測數(shù)據(jù)為施工提供控制依據(jù)。按設(shè)計要求埋設(shè)沉降板，施工期間每三天觀測一次，如發(fā)現(xiàn)沉降量超過正常值，則每天觀測一次并繪制沉降量、荷載與時間曲線、沉降速率隨時間和荷載變化圖，同時埋設(shè)側(cè)向位移觀測點，觀測水平位移情況。

(3)根據(jù)類似工程的施工實踐，在土方出現(xiàn)失穩(wěn)之前，其沉降速度、水平位移均明顯超過控制指標(biāo)。通過觀測，及時掌握穩(wěn)定情況，以便及時采取措施，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即采取措施。一般常用的有以下幾種措施:①降低分層加荷厚度，增加加荷層數(shù);②停止加荷，延長間歇時間;③特殊情況采取卸荷措施，或在外側(cè)填設(shè)鎮(zhèn)壓層。

4.2 安全控制

4.2.1 安全管理措施

(1)建立以項目經(jīng)理為安全第一責(zé)任人的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)，健全安全管理系統(tǒng)，設(shè)置專職安全員，閉氣土班組設(shè)置兼職安全員。

(2)加強對職工進(jìn)行施工安全教育，編制適合本工程需要的安全防護(hù)手冊，以及桁架筑堤機操作規(guī)程。上崗前應(yīng)進(jìn)行安全操作的考試和考核，合格者方可上崗。

(3)加強對危險作業(yè)的安全檢查，對不安全因素制訂具體的限期整改措施，落實到人。

4.2.2 安全技術(shù)措施

(1)按照國家勞動保護(hù)法的規(guī)定，定期發(fā)給現(xiàn)場施工的工作人員必需的勞動保護(hù)用品。

(2)加強用電安全檢查?，F(xiàn)場電線一律按規(guī)定架設(shè)，用電器接地良好，用電設(shè)備配置觸漏電保護(hù)器。

(3)確保工地照明安全，在施工作業(yè)區(qū)、施工道路要設(shè)置足夠的照明設(shè)施，其照明度不應(yīng)低于有關(guān)規(guī)范的要求。

(4)桁架式筑堤機實行專人使用，定期維修保養(yǎng)，杜絕機械安全事故的發(fā)生。桁架移位時應(yīng)統(tǒng)一指揮，保持堤上作業(yè)人員同桁架操作人員的信息暢通，防止桁架行進(jìn)中發(fā)生危險。

(5)現(xiàn)場人員必須嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)規(guī)章制度，嚴(yán)禁酒后作業(yè)。

(6)禁止非施工人員及附近居民任意進(jìn)入施工區(qū)域。

(7)項目部派專人負(fù)責(zé)收集海情和氣象信息，做好大潮和氣象災(zāi)害的防護(hù)工作。當(dāng)有8級以上的大風(fēng)時要拋下所有箱錨、張緊導(dǎo)向索，禁止作業(yè)，人員離開桁架。

5 結(jié)語

閉氣土施工是圍墾工程海堤施工的關(guān)鍵性工程，對海堤工程的質(zhì)量和安全性都具有重要意義。桁架式筑堤機是海涂圍墾工程中缺乏可靠閉氣土源時的專用機械，也可運用在沼澤、淺水中軟黏土的機械化施工。桁架式筑堤機整機由絞錨機驅(qū)動沿海堤移動，完成土方的沿堤挖掘、運輸、筑堤工作，具有淺水、灘涂兩用，挖土填筑并進(jìn)，移動靈活，布料面大，全自動控制，生產(chǎn)效率高，拆裝運輸方便等特點。在龍灣圍墾項目中，筑堤機的應(yīng)用不僅解決了閉氣土源的難題，還解決了控制加荷的速率，分工序分階段施工等施工難題，保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。