◎ 陳志海 中交第四航務(wù)工程局有限公司

1.前言

目前國(guó)內(nèi)大部分圍海造地工程位于外海，施工過程中無掩護(hù)、受風(fēng)浪沖擊影響較大，且地質(zhì)差，淤泥層厚，淤泥是流塑狀態(tài)，具有高壓縮性能，地基承載力極差，在未加固的淤泥上采用傳統(tǒng)的充灌大砂袋工藝，層層堆疊砂袋形成砂袋圍堰，易發(fā)生較大的不均勻沉降、滑移失穩(wěn)。如何安全、快速地在無掩護(hù)的外海軟基建造臨時(shí)圍堰成為一大難題[2]。

本文以某填海造地工程為例，在未加固的水下軟土地基上采用新型復(fù)合的砂袋圍堰結(jié)構(gòu)，并采用填石反壓層施工工藝，解決了圍堰建造過程中不均勻沉降、滑移失穩(wěn)的問題。該圍堰工藝技術(shù)，可操作性強(qiáng)，造價(jià)低，已成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。

2.工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程簡(jiǎn)介

惠州某填海造地工程填海陸域形成總面積68萬m2，該工程海堤基槽疏浚產(chǎn)生淤泥達(dá)43.6萬m3，無法外運(yùn)傾卸，需在陸域回填區(qū)建造砂袋圍堰消納該疏浚淤泥。砂袋圍堰建造完成后，容納淤泥約43.6萬m3，納泥面積10.3萬m2，淤泥堆高約5m，采用抽真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固新吹填和原有淤泥土。

2.2 工程自然地質(zhì)條件

項(xiàng)目位于山地丘陵沿海淺灘區(qū)，施工水域水深較淺，平潮水深約2.5m，淤泥層厚度為5～10m，每年7～9月受臺(tái)風(fēng)侵襲。

地質(zhì)從上至下劃分為：

（1）海相沉積層（Q4m）：流泥、①1淤泥、①2淤泥質(zhì)黏土，層厚約9m～11m。

（2）沖積層（Q4al）：②1粉質(zhì)黏土、②2細(xì)中砂、②3卵石，層厚約2m～3m。

（3）殘積土層(Qel)與基巖風(fēng)化層（K2y）：③殘積土、③1全風(fēng)化沉火山角礫巖、③2強(qiáng)風(fēng)化沉火山角礫巖。

3.圍堰結(jié)構(gòu)及材料優(yōu)化

3.1 砂袋圍堰結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖1 砂袋圍堰典型斷面圖（優(yōu)化后）

圖2 最不利工況計(jì)算結(jié)果圖

通過對(duì)原有圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝、材料參數(shù)開展優(yōu)化，在圍堰底部增加土工墊和砂被墊層，并在砂被墊層上插打塑料排水板的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)，砂袋圍堰上下底寬分別縮小3m和10m。

由圖4可知，插絲率與巖棉板傳熱系數(shù)K之間近似呈一次線性關(guān)系，隨著插絲率的提高，巖棉保溫板的傳熱系數(shù)K呈上升趨勢(shì)。當(dāng)插絲率由0提高至0.2%時(shí)，巖棉板傳熱系數(shù)由0.045 W/(m2·K)提高至0.134 W/(m2·K)。由于傳熱系數(shù)K表示單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量，K值越小，則表示材料的保溫性能越優(yōu)異。因此，提高插絲率會(huì)降低巖棉保溫板的保溫性能，但是當(dāng)傳熱系數(shù)的最大值也僅為0.134 W/(m2·K)，傳熱系數(shù)仍相對(duì)較低，插絲對(duì)巖棉保溫板的保溫性能的負(fù)面影響程度較低。

圍堰長(zhǎng)度701.3m，頂高程+2.5m，頂部寬度5m（原設(shè)計(jì)8m），底部寬度25～30m（原設(shè)計(jì)35m～40m），每層厚度為0.5～1.0m。兩側(cè)邊坡為1:2，在圍堰外側(cè)、高程0m處設(shè)置8m寬肩臺(tái)。

3.2 優(yōu)化后圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析（加筋法）

分析所用土性參數(shù)如表1所示。

表1 土性參數(shù)表

采用指標(biāo)為圍堰附近鉆孔中最差指標(biāo)，并用巖土分析軟件G eo slope分析計(jì)算砂袋圍堰穩(wěn)定性，利用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算，考慮最不利工況地基加固，流泥、淤泥以及淤泥質(zhì)粘土層相應(yīng)時(shí)間段排水固結(jié)后土性參數(shù)的提升，計(jì)算結(jié)果顯示整體穩(wěn)定抗力分項(xiàng)系數(shù)1.11，滿足圍堰整體穩(wěn)定性要求。

3.3 砂袋圍堰材料優(yōu)化

砂袋圍堰原設(shè)計(jì)材料采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)為2.3～3.7，粒徑為1mm～0.25mm，顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50%，含泥量不超過5%。袋體編織袋布滲透系數(shù)大于1×10-3cm/s。通過試驗(yàn)段施工，充填工效達(dá)60m3～100m3/h，在充填過程中砂易起堆，換袖口較頻繁，一次充填平整度較差，造成砂料浪費(fèi)，施工工效較低。

為了解決以上問題，本項(xiàng)目將圍堰材料優(yōu)化為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.3～3.0，粒徑0.5mm～0.25mm顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50%，含泥量不超過5%的中砂進(jìn)行充填；袋體選用長(zhǎng)絲機(jī)織土工布，袋布滲透系數(shù)大于5×10-3cm/s；吹填施工工效達(dá)到150m3～200m3/h，充填顆粒均勻分布，無需頻繁換袖口，一次充填平整度較好，節(jié)省砂料，施工工效顯著提高。

為了加快砂袋排水，砂袋圍堰選用透水性較好的袋布，砂粒徑不宜過大，能提高水砂混合漿進(jìn)袋體的工效，袋體內(nèi)的水能快速通過袋布孔隙流走，砂在水力的帶動(dòng)下均勻分布在袋體內(nèi)。

4.設(shè)備選型

本項(xiàng)目采用自主研發(fā)非自航鋼浮箱作為定位平臺(tái)，在海上能抵抗一定風(fēng)浪影響，延長(zhǎng)了施工作業(yè)時(shí)間。

圖3 非自航定位鋼浮箱平臺(tái)

鋼浮箱設(shè)計(jì)采用Q2 3 5 鋼板焊制而成，單個(gè)尺寸為長(zhǎng)（6m）×寬(2m)×高（0.5m），可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際袋布尺寸拼接成相應(yīng)尺寸的定位平臺(tái)，達(dá)到靈活適用各種異形尺寸操作平臺(tái)，讓充填砂、展袋布實(shí)現(xiàn)流水連續(xù)施工作業(yè)，提高單位時(shí)間內(nèi)的有效作業(yè)時(shí)間。

5.施工工藝和方法

新型臨時(shí)圍堰的施工工藝流程如下：圍堰底部復(fù)合結(jié)構(gòu)施工（土工墊、砂被、塑料排水板）→膜袋加工及鋼浮箱平臺(tái)拼裝→鋼浮箱平臺(tái)、膜袋運(yùn)輸→鋼浮箱平臺(tái)定位→泵管拼接→膜袋鋪設(shè)→底層膜袋充填找平→逐層填充砂袋施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高→圍堰內(nèi)吹填淤泥→圍堰外反壓層施工。

流水施工充填大砂袋，形成閉環(huán)，分層施工，直至圍堰整體成型達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.1 圍堰底部復(fù)合結(jié)構(gòu)施工（土工墊、砂被、塑料排水板）

工廠加工成品土工墊，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用專業(yè)鋪排船鋪設(shè)至原泥面。在土工墊上進(jìn)行0.7m厚砂被墊層鋪設(shè)。在砂被墊層上采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的水上插板船打設(shè)塑料排水板[1]，排水板呈正方形布置，間距0.8m，底標(biāo)高為淤泥層底，在砂被面外露長(zhǎng)度不少于0.3m。

5.2 圍堰膜袋鋪設(shè)

①在一側(cè)的鋼浮箱上拉開膜袋并且4個(gè)袋角用麻繩系穩(wěn)，然后連接鋼浮箱。

②在攤鋪袋體對(duì)側(cè)鋼浮箱上的人員利用麻繩把袋體拉開。

③固定膜袋。

④連接充填砂管。

⑤在袋體4個(gè)袋角放置若干個(gè)小沙包，讓袋體半浮沉。

5.3 圍堰膜袋灌砂

灌砂前先將水、砂按1:0.76的比例混合，接著用泥漿泵抽取水砂混合物充灌，砂泵出口壓力為0.25～0.35mPa?；旌衔餄舛确秶?.16～0.21之間，袋體充實(shí)度約在0.8～0.9之間。

膜袋展開精準(zhǔn)定位后，先對(duì)4個(gè)袋角同時(shí)灌砂，讓袋體灌砂后緩慢向下沉，接著鋼浮箱平臺(tái)上的作業(yè)人員把連接袋體4個(gè)角的繩子慢慢地松放，袋體落底穩(wěn)定后進(jìn)行砂袋中部灌砂，待所有袖口附近灌砂厚度在0.6～1.0m時(shí)即可停止灌砂。

5.4 圍堰內(nèi)吹填淤泥

圍堰建造完成后采用兩條3000P絞吸船，將海堤基槽淤泥疏浚吹填至砂袋圍堰內(nèi)，吹填淤泥漿水混合物至+2.0m標(biāo)高時(shí)，停止繼續(xù)吹填淤泥進(jìn)圍堰，需靜置約2～3小時(shí)，讓淤泥充分沉淀落底后，再通過排水閥門排出多余清水，方能繼續(xù)吹填。反復(fù)循環(huán)步驟：吹填→靜置→排水→吹填，直至基槽疏浚完成。

5.5 圍堰外填石反壓層

砂袋圍堰施工位于外海，受潮水及風(fēng)浪影響較大，圍堰內(nèi)側(cè)吹填淤泥水混合物標(biāo)高為+2.0m，圍堰外側(cè)低水位標(biāo)高為-1.04m，內(nèi)外高差達(dá)3.04m，當(dāng)潮水處于低水位時(shí)，圍堰內(nèi)側(cè)受到淤泥水混合物擠壓力的影響，處于不平衡單向受力狀態(tài)。

為了平衡圍堰受力狀態(tài)，在砂袋圍堰外側(cè)采用回填塊石反壓層，填石反壓層施工前先鋪設(shè)一層土工布防止填石扎破砂袋。圍堰外側(cè)填石反壓層，分層填筑，每層填筑1m-2m厚，填筑完成面比最高淤泥面低0.5 m。

6.實(shí)施效果分析

圍堰施工結(jié)束后，吹填過程中對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)開展監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：沉降、深層水平位移等，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖4所示。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖（單位cm）

圖5 CX深層水平位移-累計(jì)位移曲線圖

圖6 砂袋圍堰累計(jì)沉降曲線分析圖

吹填開始后，經(jīng)過連續(xù)1個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：圍堰施工整體斷面沉降均勻，兩側(cè)累計(jì)沉降平均值為0.22m，圍堰中部的平均沉降為0.3m，兩側(cè)與中間沉降差為0.12 m。

圍堰結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，吹填施工未產(chǎn)生大滑移，沉降均勻，沉降、位移曲線逐步收斂，圍堰結(jié)構(gòu)在吹填施工過程中整體趨于穩(wěn)定。

7.結(jié)論

（1）未加固軟基設(shè)計(jì)采用新型復(fù)合砂袋圍堰結(jié)構(gòu)（底部鋪設(shè)土工墊、砂被墊層、插打塑料排水板），解決了砂袋圍堰成形過程中因不均勻沉降、滑移導(dǎo)致的失穩(wěn)破壞等問題，加快施工進(jìn)度，提高圍堰穩(wěn)定性。

（2）砂袋圍堰內(nèi)側(cè)吹填淤泥過程中，隨著吹填泥面的升高，內(nèi)側(cè)受擠壓力逐步加大，在圍堰外側(cè)采取回填石反壓層，消除了低潮水位時(shí)圍堰單向受力過大造成圍堰滑移的安全隱患，加大了圍堰施工安全穩(wěn)定系數(shù)。

（3）采用中砂、高透水性機(jī)織布并縮小砂袋圍堰斷面結(jié)構(gòu)尺寸，減少了圍堰材料用量，提高了施工工效，節(jié)省了施工成本，降低了圍堰工程造價(jià)。