絞吸式挖泥船主副樁橫挖法淺海區(qū)域吹砂填海造陸施工技術及質量控制

海濤 陳堃

摘要：本文通過詳細的敘述，介紹了采用絞吸式挖泥船主副樁橫挖法在廣西欽州市中港區(qū)通過吹砂來填海造陸，修建城市道路的施工過程，并簡述了質量控制的基本方法。

關鍵詞：吹砂填海；絞吸式；主副樁橫挖法

1 前言

吹砂填海工程是指利用絞吸式挖泥船等機械設備自水下開挖取土，通過泥泵、排泥管線輸送到目的地，進行沉積以達到填筑坑塘、加高地面或加固、加高堤防等為目的一種施工作業(yè)。吹砂填海施工技術，將為沿海地區(qū)解決造地填料匱乏、工程施工受雨季影響的難題，在很大程度上降低工程造價，而且還可以疏浚河道、保護生態(tài)、節(jié)約耕地、制造生活用地。因此，吹砂填海施工技術具有顯著的經濟效益和重大的社會意義，具有廣闊應用前景。

2 工程簡介

欽州港大欖坪工業(yè)區(qū)第八大街工程位于廣西欽州市欽州港中港區(qū)，是欽州港經濟開發(fā)區(qū)主干路之一，建設長度為4054.157米，道路等級為城市主干路Ⅰ級，計算行車速度60km/h，道路紅線寬度50m。路線走向為自西向東，路線起點接金鼓江航道，終點接規(guī)劃調整后的大欖坪至三墩公路。

本項目所經路段基本上為海洋灘涂地帶，全線均為填方路基，根據欽州港區(qū)內其他道路的施工經驗，設計采用吹砂填海強夯的路基施工方式。填海面積約250000平方米，吹砂體積約1800000立方米。

3 施工技術

3.1施工工藝流程

現(xiàn)場測量控制→確定施工方案→機械布置、就位→絞吸、開挖砂土方→砂土沉積造地。

3.2操作要點

3.2.1現(xiàn)場測量控制

⑴、施工用水準點利用建設單位提供的水準點進行引測，根據施工現(xiàn)場條件測設臨時水準點，并根據施工需要設立水尺，海底標高測量采用測深儀結合GPS進行。⑵、用GPS與全站儀測定，與建設單位提供的測量基準點相結合，對擬施工區(qū)域進行測量，從而形成施工平面控制網與高程控制網。⑶、施工平面控制網及高程控制網形成之后利用GPS進行校核。高程測量采用水準儀進行控制。⑷、依據施工平面控制網、高程控制網，確定砂土方的邊線與挖槽的中心線、造地區(qū)域。

3.2.2確定施工方案

進行吹砂填海造陸工程所用的船舶種類一般有抓斗式、鏟斗式、自航式、絞吸式、直吸式、耙吸式等9種船舶，而施工方法根據使用的船舶不同，也種類繁多。根據收集來的生產、生活有關的人員、設備及當地法律、法規(guī)、交通、供應、治安等施工組織資料，經過綜合比價，最終確定本項目使用絞吸式挖泥船來施工。絞吸式挖泥船的施工方法有主副樁橫挖法、雙主樁橫挖法、四錨橫挖法、五錨橫挖法、六錨橫挖法、淺區(qū)落樁法、定位樁臺車快速換樁法等，根據本工程特性與水文、氣象、地形、地質等自然條件，本工程采用主副樁橫挖法施工，并結合分段、分層、分條、順流、逆流法進行吹填造陸施工。具體要考慮下列問題：

⑴擬定開挖順序。一般按由深至淺、由遠至近的順序施工。⑵、擬定沉積造地的順序。一般按由低至高的順序施工。⑶、選定施工機械以及施工現(xiàn)場布置。將擬施工區(qū)域劃分為若干個開挖槽段。⑷、選取相應的施工方法與工藝參數。

3.2.3機械布置、就位

⑴將挖泥船拖至距離挖槽起點20～30m處，將航速減至關停，待船自然停穩(wěn)；⑵、下放主樁（挖泥船附帶）、拋設邊錨將船位固定好。⑶、依據開挖順序，將挖泥船逐步調整移動到最先開挖區(qū)域。⑷、將挖泥船調整，其船體中軸線與挖槽中心線重合，機械就位完畢。

3.2.4 絞吸、開挖砂土方

絞吸、開挖砂土步驟如圖3.2.4-1所示：⑴、下放鉸刀與吸管至水底（吸管與船頭固定）。⑵、當船舶擺正、行至開挖中心線的時候下放主樁，固定船位。利用船自身的動力系統(tǒng)，以擺動中心點1為圓心，將船頭連帶吸管，由切削點1往切削點2橫向擺動，當到達2后，往切削點3方向回擺。⑶、當船頭擺動至挖槽中心線時，下放副樁，同時升起主樁，固定船位。⑷、利用船自身的動力系統(tǒng)，以副樁所在位置，擺動中心點1′為圓心，將船頭連帶吸管繼續(xù)往切削點4擺動。⑸、當船頭擺動至切削點4的時候，校正船位，在下放主樁，升起副樁后，繼續(xù)把船頭和吸管向達切點軌點5擺動。⑹、當擺動到切削點5后，將管口移回挖槽邊線一側，即切削點6的位置。如此反復重復⑴～⑹的施工，直至這一段吹砂絞吸、開挖施工完畢。

⑺、根據主副樁位置不在同一軸線的特點，利用船體在擺動過程中，產生的角度差，交替下放船樁，宛如雙腳走路一般，使得船體可以依次向前推進。⑻、固定在船頭的吸管管口，在船頭擺動的過程中，同時開動鉸刀與泥泵，開挖、吸取水下砂土方。通過探測儀控制砂土方的開挖深度以及船頭的移動速度。⑼、待該區(qū)域取砂結束后，移至下一區(qū)域，重新固定船位，如此反復進行。

3.2.5砂土沉積造地

⑴、水上浮管敷設

在淺海區(qū)域中，采用的是水上浮管敷設。①排泥管與挖泥船上的泥泵相連接，另一端管口安放在砂土方沉積區(qū)域。利用浮管在水上敷設管線。②水上浮管間采用柔性（膠管或球形接頭）連接，以適應水流、風浪的影響。③排泥管與排泥管之間，排泥管與浮筒之間連接固定在一起。

⑵、砂土沉積

①排泥管將水下絞吸、開挖上來的砂土方輸送到沉積區(qū)域，通過自然沉淀，將水析出，使得砂土方沉積固結下來。②沉積造地施工區(qū)域，需分層、分區(qū)域進行施工。每個區(qū)域長度100～200m為宜。③第一層沉積高度宜高出最高水位0.5～1.0m，其后逐層加高，每層厚度宜控制在1.0m 左右，使其能夠均勻沉降、逐步密實。④在施工時，同一沉積層應分區(qū)施工，先填充第一個區(qū)域，再進行另一區(qū)域的施工，讓第一個區(qū)域有充分的時間排水固結。如此輪番作業(yè)，往復進行。

如果施工范圍較大，還可以采用多船只，多區(qū)段的船管直輸型的施工方法，它的生產效率更高。

4 質量控制措施

本工程吹砂填海包括兩個步驟，一個是砂絞吸開挖，另外一個是填海沉積。因此質量控制也分為兩個方面。

4.1 吹砂填海工程土方開挖質量控制方法

吹砂填海工程施工質量按控制目標可劃分為：中心線控制、挖寬控制和挖深控制三個方面。

⑴、中心線控制：設立浮標，①中心導標必須連續(xù)設置，且不少于3 個。②前后兩標志之間距離一般在一到二倍的船長。③以DGPS 測量船舶定位和船位校正。

⑵、挖寬控制：用標志進行控制，①邊線導標必須連續(xù)設置，前后兩標志之間距離一般不超過一倍的船長，質量要求較高時應加密。②放樣標志必須鮮艷醒目、牢固，發(fā)現(xiàn)丟失或移位時應及時補測、補設。③班組作業(yè)人員應熟悉地形和測量放樣標志，在控制好開挖中心線的同時根據當時水的流速、流向及風力、風向、土質等因素正確掌握橫移速度，尤其在接近開挖邊線時應控制移動速度，嚴格按放樣標志開挖。④要準確控制條與條之間的搭接面，防止漏挖形成淺埂。

⑶、挖深控制：設立水尺及水位通報站，①水尺可采用木質或鋼質材料制作。②水尺應設置在臨近施工區(qū)且便于觀測、水流平穩(wěn)、波浪影響小和不易被破壞的位置，必要時應加設保護樁與避浪設施。③水尺零點擬與開挖底高程一致。④水尺讀數應準確、清晰，讀數視角不大于45°。⑤水面橫向比降大于1/1000 時，須在施工段兩側分別設立，施工點水位與測量點水位應按水尺讀數進行內插。⑥當現(xiàn)場水尺設立有困難時可設立水位通報站，水位通報站與施工區(qū)瞬時水位應一致，否則進行校正；對于沿海受潮汐影響地區(qū)的水位通報，還應考慮漲落潮的影響。

4.2吹砂填海工程沉積區(qū)質量控制方法

吹砂填海工程沉積區(qū)質量控制包括填方總量控制、填方高程控制、沉積區(qū)平整度控制、填方流失量的控制等內容。

⑴、填方總量控制：按取砂土總量控制吹填總量。控制時應對取砂土區(qū)砂質與沉積區(qū)的流失量進行分析，取砂土總量可按下式計算：

式中：V挖 - 滿足設計沉積總量要求的所需取土量，m3；

V1 - 設計平均沉積高度下的沉積量，m3；

V2 –沉積區(qū)地基沉降量，m3；與地基砂質，地下水位高度以及砂土方密實度、厚度等因素有關。施工初期可通過試驗或參考條件較接近的同類工程計算確定。當取得可靠的地基沉降觀測數據后，應按實際觀測值計算。

V3 - 超填量，m3；可按施工技術與管理水平按設計允許超填量的百分比計入。

PL - 砂土方流失率，%；與砂土方粒徑、沉積區(qū)形狀和大小、泄水口位置與高度、吹砂填海設備的性能與數量等因素有關，一般而言，砂土方粒徑越小，流失率也就越高；沉積區(qū)面積越小、越狹窄、越淺、泄水口越低、吹砂填海設備泥泵功率越大，流失率相應也就越高，故宜采取實地取樣分析的方法求得，取樣方法可參照規(guī)范進行。

⑵、填方高程控制：①施工前在沉積區(qū)外適當位置設立不少于2 個永久性高程控制樁并妥善保護、定期校核。②沉積區(qū)內應設置沉降桿，以觀測沉積區(qū)地基沉降量，沉降桿可參照圖4.2-1制作。

③施工前應在沉積區(qū)內設立吹填高程控制標志，數量可根據砂土方沉積特性、沉積區(qū)形狀、沉積區(qū)面積、平整度要求及設備性能等因素確定，一般可按50～100m 間距布設，沉積區(qū)內可用沉降桿代替。④施工中應考慮砂土方固結與地基沉降等因素，施工控制高程可按下式計算：

HS = Hp + hg+ hj

式中：HS - 施工控制高程，m；

Hp - 設計吹填高程，m；

hg - 施工期內為抵消砂土方固結而增加的填土高度，m；計算時應考慮砂土方特性、厚度、固結時間、排水條件等因素，一般采用試驗方式確定。

hj - 施工期內為抵消地基沉降而增加的填土高度亦即地基沉降深度，m；施工初期可通過試驗或參考條件較接近的同類工程確定，當取得可靠的地基沉降觀測數據后，應進行修正。

⑤吹砂填海高程應按所設標志進行控制，并隨時對排泥管口的堆砂土高度和坡度進行測量，當堆砂土面達到預定標高時應及時變動排泥管線。施工后期的測量密度應加大。

⑶、沉積區(qū)平整度控制：①應根據吹填區(qū)幾何形狀合理布設排泥管線路，保證吹沉積區(qū)域內不留有死角。②排泥管出口前移距離及管線間距離應根據吹砂填海設備性能、砂土方落淤特性等進行控制。施工過程中應隨時對砂土方的實際落淤坡度進行檢測，并及時調整排泥管的延伸距離和分布間隔。管線分布間隔對粉質土、粉細砂一般控制在100～150m，黏土、中粗砂宜控制在30～60m，也可按下式計算：

式中：L1 - 兩相鄰排泥管線間距離，m；

h絕 - 設計允許平整度絕對高差值，m；

mL、mR - 分別為實測排泥管口左、右方砂土方平均坡度系數值；

③出泥管口應離開沉降桿不小于10m 距離，以防止水流對沉降桿地基造成沖刷，影響測量準確性，或將沉降桿埋沒。④平整度要求較高的吹砂填海工程，宜采用方格網法進行控制，方格網的邊長可與排泥管干、支線布置間距相一致。⑤粗砂、礫砂、高液限黏土等易在排泥管口堆積的砂土方，必要時應考慮配備陸上土方機械隨時平整，以保證平整度的要求，并減少接管次數。⑥平整度控制應與高程控制相結合，二項控制指標同時滿足。

⑷、砂土方流失量控制：

①施工期間應分階段定期在泄水口取樣，檢測分析并計算各階段泄水含泥濃度及土方流失量，采樣應有代表性。②施工期間應加強對施工現(xiàn)場的巡視與檢查，隨時掌握土方流失和排水系統(tǒng)的運行情況，發(fā)現(xiàn)問題應及時聯(lián)系并采取有效措施進行處理。

5、結束語

欽州市欽州港大欖坪工業(yè)區(qū)第八大街道路工程，采用絞吸式挖泥船主副樁橫挖法淺海區(qū)域吹砂填海造陸施工技術。將吹砂填海施工段均分為5個施工段，每個施工段的長度為760m～1340m不等。采用全程機械作業(yè)，做到連續(xù)作業(yè)無需停頓。挖掘、輸送、排出和處理泥漿等施工工序一次完成。大大減少了現(xiàn)有土地資源的破壞，節(jié)約施工用地；因為是一站式施工處理，形成行之有效的流水施工，所以提高了工作效率，節(jié)約經濟成本；通過造陸施工，建設了長度為4000余米、寬50米、200000余平方米的城市道路，使得地球又多了一片可供人類使用的生活用地。

參考文獻：

[1]《疏浚工程技術規(guī)范》（JTJ319-99），天津航道局，1999

[2]《疏浚與吹填工程質量檢驗標準》（JTJ324-2006），人民交通出版社，2007

[3]《疏浚與吹填工程施工規(guī)范》（JTS207-2012），人民交通出版社，2012

[4]《水利水電工程施工手冊-第二卷 土石方工程》，中國電力出版，2002

作者簡介：

海濤，高級工程師，副總工程師，Email：htbbb@163.com。