砂被鋪設(shè)工藝在圍堤中的應(yīng)用——以小洋山北側(cè)圍堤工程為例

吳偉偉

（浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315042）

1 問題的提出

隨著灘涂圍墾不斷向外海推進(jìn)，圍堤軸線布置位置的水位也越來越深。圍堤的地基處理由原來可露灘作業(yè)變成了水上作業(yè)，水上作業(yè)受氣候、潮位和外部環(huán)境等因素影響更多，這對(duì)水上的施工管理、工藝和設(shè)備進(jìn)一步提出了要求。

一般圍墾工程的地基處理到堤身吹填，都為涉水作業(yè)，施工均需船舶作業(yè)，而下半年的寒潮氣候?qū)λ献鳂I(yè)的影響極大，涉水作業(yè)的功效極低。圍堤地基處理由于不受加荷間歇的限制，是最有可能通過科學(xué)組織、加大投入來縮短工期，從而減少惡劣氣候?qū)淌┕さ挠绊憽６讓由氨?（底層土工材料）的施工工藝的采用能有效減少惡劣氣候?qū)淌┕さ挠绊?，取得顯著的效益。以下以小洋山北側(cè)圍墾工程為例，對(duì)底層砂被施工工藝進(jìn)行闡述。

2 工程概況

小洋山北側(cè)圍堤位于浙江省嵊泗縣境內(nèi)、小洋山島至薄刀嘴之間的海域，地處上海國(guó)際航運(yùn)中心洋山深水港區(qū)北側(cè)，東接已建2號(hào)堤，西接大指頭島。工程區(qū)域?qū)儆趤啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，季風(fēng)交替明顯，4月—9月份多以偏南風(fēng)向?yàn)橹鳎?0月至次年3月份多以偏北風(fēng)向?yàn)橹?，?—10月份為臺(tái)風(fēng)多發(fā)期；北至東方向直面東海，外無山體遮攔，東北向風(fēng)浪對(duì)水上作業(yè)影響極大，尤其是對(duì)吹砂作業(yè)影響更甚；該海域平均高潮位＋3.88m，平均低潮位＋1.14m；最大潮差5.03m，平均潮差2.74m；灘涂標(biāo)高＋2.50～-4.00m。地基處理采用塑料排水板加碎石墊層橫向排水固結(jié)方式，根據(jù)水深底層鋪設(shè)土工布或底層砂被。

3 水下底層砂被施工工藝

底層砂被指在圍堤填筑時(shí)，最先在淤泥表層鋪設(shè)的一層砂被。作用是阻隔碎石墊層、拋石等擠入淤泥，并起到部分的水平排水作用［1］。在本工程中，樁號(hào)K0＋900～K1＋800m區(qū)段 （灘涂高程在＋1.60～-2.50m），設(shè)計(jì)為500mm厚底層砂被，垂直堤軸線方向上長(zhǎng)108～134m范圍。樁號(hào)K0＋000～K0＋900m范圍內(nèi)，由于泥面高程較高，采用230g／m2編織布代替底層砂被。根據(jù)潮位、灘涂情況，砂被鋪設(shè)采用人工鋪設(shè)、鋪排船鋪設(shè)和對(duì)拉船鋪設(shè)3種工藝。由于人工鋪設(shè)灌袋可歸至露灘作業(yè)范疇，施工進(jìn)度質(zhì)量較可控，下面著重介紹水下砂被船鋪工藝及對(duì)拉船鋪設(shè)施工工藝在小洋山北側(cè)圍堤中的應(yīng)用。

3.1 鋪排船船鋪工藝

砂被鋪設(shè)施工流程見圖1，鋪設(shè)工藝流程見圖2。

圖1 鋪排船鋪設(shè)流程圖

圖2 鋪排船鋪設(shè)工藝示意圖

3.2 對(duì)拉船船鋪工藝

對(duì)拉船船鋪施工流程見圖3，施工工藝見圖4。

圖3 對(duì)拉船船鋪施工流程圖

圖4 對(duì)拉船船鋪施工工藝示意圖

3.3 袋體制作

3.3.1 砂被尺寸

砂袋制作，長(zhǎng)度方向 （垂直堤軸線方向）采用定尺通長(zhǎng)，即只出現(xiàn)一個(gè)縫袋接頭，接頭部位設(shè)置在砂被上層靠近內(nèi)側(cè)1／3處；結(jié)合充砂施工時(shí)間 （考慮在一個(gè)潮水完成施工，砂袋容量不超過一條運(yùn)砂船運(yùn)砂量為宜），寬度采用4張6m門幅或7張4m門幅的編織布進(jìn)行縫制而成。

3.3.2 加筋帶布置

為加強(qiáng)管袋的橫向強(qiáng)度和減少插板作業(yè)對(duì)管袋的破損面，管袋設(shè)置加筋帶，間距根據(jù)袋體長(zhǎng)度設(shè)置4m和6m兩種。

3.3.3 充砂袖口設(shè)置

由于水下砂被袖口無法做到人工綁扎，因此底層砂被設(shè)置雙袖口，密度按20～30m2設(shè)置一個(gè)袖口，材料采用同袋體強(qiáng)度的200g／m2的編織布。原理是利用砂袋內(nèi)水和砂的壓力使砂袋內(nèi)層袖口受反向壓力自行封閉。在充灌砂時(shí)，先把雙層袖口的內(nèi)層袖口置入袋內(nèi)，插入充砂管；當(dāng)袋內(nèi)充灌滿后，內(nèi)層袖口在水和砂的壓力下自動(dòng)封閉，無須進(jìn)行綁扎。雙層袖口的工作原理見圖5。

3.4 船舶選型

小洋山北側(cè)施工區(qū)域工況較內(nèi)江惡劣，受風(fēng)浪、潮流影響大，因此在選用鋪排船時(shí)，除加大錨系設(shè)施外，為減少風(fēng)浪、流水對(duì)砂被的作用，采用加寬鋪排船滑板，使砂被懸掛長(zhǎng)度縮短。為此將滑板長(zhǎng)度加寬至6m，使其具有更好的擋流作用，有利于提高砂被鋪設(shè)速度和質(zhì)量；考慮鋪排工作連續(xù)性，不至退潮時(shí)擱淺，選擇鋪排船吃水在2m左右。在選用對(duì)拉船時(shí)，為穩(wěn)定船身，除單艘船采用前后八字錨外，2條船還相向采用纜繩拉緊，同時(shí)，根據(jù)受東北風(fēng)向影響最大的工況下，將主吹砂管線布置在管袋的東側(cè)，以減少風(fēng)浪對(duì)袋體鋪設(shè)、接軟管的影響。

圖5 雙層袖口工作原理圖

3.5 鋪設(shè)施工季節(jié)、時(shí)間選擇

在小洋山，10月至次年3月初，為寒潮頻發(fā)期。圍堤工程由于多方因素，導(dǎo)致砂被鋪設(shè)施工從9月底正式開始作業(yè)，項(xiàng)目采取對(duì)拉、鋪設(shè)2線同時(shí)作業(yè)，至12月中旬結(jié)束800m的底層砂被鋪設(shè)，累計(jì)完成約4.6萬m3，每月單船吹填量?jī)H為1萬m3左右，遠(yuǎn)低于正常的3萬～4萬m3／（月·船）。分析原因主要是受到寒潮的影響，由于8級(jí)風(fēng)及以上的天氣船舶無法作業(yè)，從施工記錄看，在寒潮期間，實(shí)際船舶月有效作業(yè)天數(shù)不到10d，多數(shù)時(shí)間為船舶退場(chǎng)避風(fēng)和進(jìn)場(chǎng)恢復(fù)生產(chǎn)，從9月底至12月中旬，受風(fēng)浪影響船舶進(jìn)退場(chǎng)超過20次，砂被鋪設(shè)功效極低，且安全風(fēng)險(xiǎn)加大。但對(duì)整體工期來說，為來年后續(xù)的施工贏得了時(shí)間。因此，從施工季節(jié)選擇的合理性上說，在小洋山北側(cè)海域，3月份或4月份開始水下砂被的鋪設(shè)，加速地基處理的施工時(shí)間，盡可能減少船舶在寒潮的作業(yè)，無論是從進(jìn)度還是從安全角度都是有利的。

袋體充灌一般選擇在平潮期開始，在本工程區(qū)域，經(jīng)過多次實(shí)踐論證，最終選擇在高平潮砂船靠泊定位船，并開始充灌作業(yè)。袋體設(shè)計(jì)容量為1000～1500m3，常規(guī)充灌時(shí)間控制在3～4h，基本上可在下個(gè)漲潮期來臨前完成，并撤離運(yùn)砂船。

3.6 鋪設(shè)質(zhì)量保證措施［2-3］

（1）保證袋體無破損。砂被袋卷上卷筒前應(yīng)檢查有無破損.船上配備手提縫紉機(jī)和230g／m2編織布，發(fā)現(xiàn)破損處經(jīng)修補(bǔ)后才能使用。

（2）袋體采用J字型包縫縫接，針距控制10cm／10針為宜，縫接袋體強(qiáng)度大于袋體本身強(qiáng)度的70%。

（3）每5000m3取1個(gè)充填砂砂樣，保證充填用砂的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

（4）袋體之間搭接寬度大于2m，使用竹竿垂直插設(shè)或潛水探明砂被袋體間搭接情況，如有搭接縫產(chǎn)生應(yīng)及時(shí)補(bǔ)填砂袋。

（5）施工過程中及時(shí)測(cè)量充灌厚度，保證袋體充灌的厚度及平整度。

（6）應(yīng)根據(jù)流向、流速調(diào)整充灌順序。保證袋體鋪設(shè)平整，保證袋體之間搭接良好。

（7）對(duì)拉船袋體橫向設(shè)置拉繩對(duì)減少袋體橫向收縮有明顯效果。要求施工過程中拉繩受力均勻，既要防止拉繩過松導(dǎo)致袋體產(chǎn)生過大收縮，也要防止拉繩過緊將拉環(huán)拉斷。

（8）嚴(yán)格控制砂漿濃度，防止堵管，保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成充砂。

（9）施工過程中注意監(jiān)測(cè)潮位變化，觀察袋體在水流作用下的受力情況，防止袋體破壞。

4 結(jié) 語

4.1 鋪設(shè)工藝合適

小洋山北側(cè)圍墾水下砂被鋪設(shè)，由于水深變化較大，利用對(duì)拉船和鋪排船特性，針對(duì)性選擇相應(yīng)鋪設(shè)方案，在K1＋000～K1＋400m采用了對(duì)拉船鋪設(shè)工藝，在K1＋400～K1＋800m區(qū)域采用鋪排船鋪設(shè)工藝。經(jīng)水底探摸、水下測(cè)深和竹竿檢測(cè)砂被搭接情況來看，砂被總體施工質(zhì)量良好，水下鋪設(shè)工藝的選擇是合適的。

4.2 施工季節(jié)選擇正確

在小洋山，10月至次年3月初，為寒潮頻發(fā)期，砂被鋪設(shè)功效極低，且安全風(fēng)險(xiǎn)加大。施工季節(jié)選擇3月份或4月份開始水下砂被的鋪設(shè)，達(dá)到加速地基處理的施工時(shí)間，為來年后續(xù)的施工贏得了時(shí)間，無論是從進(jìn)度還是安全角度都是有利的，并且實(shí)踐證明選擇正確。

4.3 砂被作為水平排水層的應(yīng)用效益顯著

小洋山北側(cè)圍堤工程用砂取于長(zhǎng)江口，以細(xì)砂粉細(xì)砂為主，從砂體土工試驗(yàn)結(jié)果來看，干密度為1.29g／cm3，滲透系數(shù)達(dá)到5.2×10-3cm／s，從滲透性來講滿足水平向排水墊層的要求。由于礦山的開采對(duì)環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重，且碎石價(jià)格也越來越高，因此，積極開展長(zhǎng)江口砂源用作水平排水墊層的試驗(yàn)論證及應(yīng)用，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.JTS206-1—2009水運(yùn)工程塑料排水板應(yīng)用技術(shù) ［S］.北京：中國(guó)人民交通出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)水利部.SL／T 225—98水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范 ［S］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.

［3］中華人民共和國(guó)交通部.JTS 154-1—2011防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范 ［S］.北京：中國(guó)人民交通出版社，2011.