超長土工織物充灌袋對拉筑堤施工工藝

張浩棟，譚必五

（上海交通建設總承包有限公司，上海200136）

超長土工織物充灌袋對拉筑堤施工工藝

張浩棟，譚必五

（上海交通建設總承包有限公司，上海200136）

采用袋裝砂筑堤技術進行圍海造地已得到廣泛和成熟的運用，目前采用的主要施工工藝有：人工攤鋪、鋪排船鋪設、翻板拋填袋裝砂、網(wǎng)絡拋填袋裝砂等。深水圍海造地工程中的圍堤斷面大，-2 m以上及潮間帶區(qū)超長袋無法采用現(xiàn)有筑堤工藝正常施工。文章通過創(chuàng)新及應用，研究提出了采用鋪排船進行精確定位，實施超長袋對拉工藝，成功解決施工技術難題并提高了施工效率。

超長土工織物充灌袋；充砂管路；鋪排船；對拉

0 引言

采用袋裝砂進行圍海造地以其就地取材便捷、施工效率高、經(jīng)濟效益顯著等特點而被廣泛運用。自19世紀80年代我國開始采用袋裝砂筑堤以來，筑堤經(jīng)歷從人工定位攤鋪筑堤發(fā)展為21世紀初采用大型鋪排船、大型浮吊船筑堤的高速發(fā)展階段。這一跨越式的施工技術革新為沿海一帶大面積進行圍海造地帶來了機遇，袋裝砂筑堤技術也為區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展作出了巨大貢獻。

圍海造地工程中成熟的筑堤工藝主要有：人工攤鋪袋裝砂、鋪排船鋪設袋裝砂、翻板拋填袋裝砂、網(wǎng)絡拋填袋裝砂，前述筑堤工藝均是在特定工況條件下通過工程施工試驗研究后的產(chǎn)物。通過筑堤技術的不斷創(chuàng)新和應用，許多知名大型圍海造地工程如：洋山深水港工程、青草沙水庫工程、橫沙灘涂圈圍工程等，均成功實施建設。

由于經(jīng)濟發(fā)展的需要，深水圍海造地已經(jīng)逐步成為趨勢，水深、風浪、地質條件越來越差，圍堤斷面結構擴大化日益明顯。針對大斷面圍堤工程，-2 m以上及潮間帶區(qū)的袋裝砂筑堤施工遇到前所未有的瓶頸及難度。本文以長興潛堤后方灘涂圈圍工程為例，通過開展工藝的改進與創(chuàng)新，研發(fā)了超長土工織物充灌袋對拉筑堤工藝，成功試驗并運用，工程建設穩(wěn)步推進，工程施工工期提前。

1 工程概況

長興潛堤后方灘涂圈圍工程位于長興島東南角，為解決造船碼頭岸線緊張，提供岸線資源，工程圍海造地面積1.11 km2（1 666.68畝），堤線長度3 277.07 m。筑堤為典型袋裝砂斜坡堤結構，見圖1。

圖1 典型袋裝砂斜坡堤結構圖Fig.1Typical bagged sand slope embankment structure

根據(jù)工程可行性研究[1]，本圍堤工程灘面標高集中在-5~-7 m（上海市吳淞高程），施工最大水深11 m。區(qū)域灘面堤基為淤泥質黏土和粉土，具有高含水量、高靈敏度、大孔隙比、高壓縮性、低強度等特性，圍堤抗滑穩(wěn)定性差。設計增大袋裝砂堤斷面尺寸及排水板處理，抗滑穩(wěn)定性得到有效解決。增大袋裝砂堤身斷面后水下通長砂袋尺寸長達160 m，-2~1 m高程水域變動區(qū)袋體尺寸達到140 m。

2 袋裝砂筑堤工藝選擇及應用

通過成熟筑堤工藝的分析對比[2-5]，本工程水下通長砂袋采用鋪排船筑堤工藝，即采用2 000~ 3 000噸級大型鋪排船與電吹船組合，通過借鑒軟體排鋪設模式，實現(xiàn)邊充灌邊移船鋪設砂袋。充灌袋體受鋪排船翻板限制，寬度定制為32 m，按照140~160 m長，0.7 m厚度進行充灌，單個袋體實施方量高達3 200~3 600 m3。該種工藝效率平均400 m3/h，考慮施工中途泥駁換擋時間，正常需要10~12 h完成單個袋體鋪設。

長江口屬淺海非正規(guī)半日潮，一日兩潮，平均潮周期為12 h 25 min?？紤]漲落流急對袋體影響，為防止袋體偏移、撕裂及船舶走錨，一般在漲落急將暫停施工，暫停期間懸掛的袋體不可避免出現(xiàn)被水流撕裂的情況。相關文獻資料顯示，單個袋體充灌時長與單個漲落潮流期可施工時間（6 h）相匹配情況下[5]，可發(fā)揮船舶最大效率。本工程大汛一個漲落潮水期暫停約6 h，正常作業(yè)時長約6 h；小汛漲落潮水期暫停約4 h，正常作業(yè)約8 h。因此，本工程-2 m以下通長砂袋經(jīng)穩(wěn)定驗算之后，將袋分幅為70 m與90 m交錯鋪設，可滿足在6~8 h內完成單個袋體鋪設，鋪設質量得到有效保證。

當筑堤實施至高程-2 m之后，水深條件限制袋裝砂鋪設，工程水域大潮汛潮位0.8~3.6 m左右，計算水深2.8~5.6 m。小潮汛潮位1.5~3.0 m左右，計算水深3.5~5.0 m。滿載鋪排船吃水達2.8 m以上，滿載運砂泥駁吃水3 m以上。長達140 m袋體鋪設超過一個漲落潮可施工作業(yè)時長（6~8 h），采用分幅施工也無法適應水深條件，并且增加卷排移船進點頻次，降低了施工效率，還極容易導致船舶擱淺，袋體遭受破壞。

筑堤至-2 m及以上潮間帶，無論大汛與小汛，現(xiàn)有水深條件均存在可能導致船舶進點后容易擱淺情況發(fā)生。采用人工攤鋪、鋪排船、網(wǎng)絡拋填、翻板拋填等工藝均受水深條件的極大限制，效率極其低下。因此，為解決水深限制帶來的困難，亟需提出新的筑堤施工工藝。

3 工藝創(chuàng)新研究

3.1 船舶選擇分析

筑堤工程中選用的設備主要是鋪排船、浮吊船、電吹船、平板船，以及輔助運砂泥駁和吸砂船。鋪排船以其施工效率高、抗風浪水流條件好、穩(wěn)定強等特點而被經(jīng)常選用。電吹船以其出砂效率高特點而作為鋪排船鋪袋主要輔助船舶。鋪排船設置有2臺GPS及定位軟件，在施工過程中以船型文件形式實現(xiàn)精確定位。本工程-2 m以上及潮間帶區(qū)袋體仍達到140 m長，比選現(xiàn)有筑堤工藝，翻板拋填和網(wǎng)絡拋填均受砂駁吃水限制，低潮水深條件也不具備人工攤鋪。因此船舶選擇借鑒鋪排工藝，船舶選擇考慮現(xiàn)有鋪排船、電吹船及輔助運砂泥駁和吸砂船。

3.2 水深限制條件的解決

成功解決吃水問題是完成-2 m以上及潮間帶區(qū)超長袋體充灌的關鍵點之一。在天津臨港、南港圍海造地工程中，有通過平板駁船進行60~80 m的175 g/m2編織袋體對拉先例，雖然該工藝對施工條件要求相比更苛刻，在春夏季風平浪靜水域及港池實施袋體鋪設。但該種工藝可在不受水深條件限制下正常實施作業(yè)。

3.3 船舶布置

本工程處于長興島東南角開闊三角區(qū)域，受橫沙通道及長江口深水航道雙重影響，漲落潮水流可達到1.5m/s以上，漲落潮各時段存在不規(guī)律的全向水流。鋪排船具有船體大、船舶穩(wěn)的特點，將其布置于新建圍堤堤身外側可解決穩(wěn)定性問題，利用電吹船靠泊鋪排船，運砂泥駁靠泊電吹船進行充砂灌袋。工程圍堤內側受到風浪條件影響較小，利用1艘平板駁船?？颗c圍區(qū)內側，對于風浪條件較大的區(qū)域，也可選擇1艘鋪排船代替平板駁船。通過合理布置船舶，形成了對拉框架，對拉船舶布置見圖2。

圖2 對拉船舶布置示意圖Fig.2The opposite-pulling ship layout

3.4 充砂管裝置改進

袋裝砂筑堤施工均采用直徑約15 cm左右皮龍軟管插入預先設置的袖口之中進行充灌。采用平板駁、人工低潮攤鋪工藝時，充灌砂袋皮龍軟管路一般長達30 m以上，過長的軟管管路受漲落潮流水影響極易造成管路彎曲折疊，堵塞管路導致施工受阻。筑堤中解決方法是漲落急時候及時收回皮龍軟管，這種方式不利于袋體充灌成型，二次充灌難度較大。

通過不斷試驗與改進，利用電吹船直徑40 cm高密管抗風浪條件好、輸砂能力強等特點。將管路布置于平板駁船與鋪排船之間。管路上每隔30~40 m布置兩向分流閥，利用分流閥調節(jié)充砂保證袋體各部位均勻充灌砂施工作業(yè)。通過在充砂管路上設置浮筒，使管線在施工全過程漂浮于水面之上，便于人工進行充砂皮龍軟管穿插袖口作業(yè)。另外在充砂管上套設塑料軟管并一端通過鋼閥連接分流閥，解決了在漲落潮流較急時高密管彎曲過大造成管體折斷的技術問題。見圖3。

圖3 充砂管路裝置示意圖Fig.3Sand filling pipeline device

4 超長對拉工藝實施與運用

4.1 工藝流程

通過鋪排船與平板駁船或鋪排船形成對拉組合，利用設置的管路，采用電吹船進行充灌砂作業(yè)，組合實施工藝如圖4所示。

圖4 對拉施工工藝流程Fig.4The opposite-pulling technological process

4.2 過程控制

1）鋪袋袋位圖制作與定位控制和鋪排船軟體排位制作與定位基本相同。利用2臺GPS與船型文件形成的相對坐標系統(tǒng)進行袋體T字形定位。

2）袋體加工縫制與其他筑堤工藝中所加工的袋體略有不同。通過充分比較各種機織物的撕破強度、斷裂強度、等效孔徑、斷裂強度、垂直滲透系數(shù)等指標。通過施工試驗，對于超長對拉選用的土工布采用230 g/m2機織布。袖口縫制按照間距6 m左右設置。袖口采用雙袖口縫制，內袖口長度0.8 m，外袖口采用0.6 m縫制，袖口直徑25 cm，外袖口距端口25 cm處縫制1 cm扎帶，扎帶長度0.5 m。袋體兩側間隔5 m左右設置直徑15 cm拉環(huán)。

3）鋪排船移船進點到位，將袋體卷設于滾筒之后，利用丙綸繩套系袋體預留拉環(huán)，通過人工筏牽引至對面平板駁或鋪排船。啟動平板駁船或鋪排船電機，將袋體展鋪對拉，鋪排船GPS系統(tǒng)實施袋體精確對拉定位。

4）袋體展鋪對拉完成，再采用人工小筏將吹砂管路分流閥處的皮龍軟管插入袖口之中，開啟電吹船泥漿泵實施充灌砂作業(yè)。其余袖口預插入皮龍軟管，并暫固定于浮箱之上，以便于后續(xù)調換皮龍軟管。

5）充砂過程中通過袋體袖口分布和預留皮龍軟管情況，計算各皮龍軟管路覆蓋區(qū)域所需砂量，并根據(jù)電吹船施工效率及時調整閥門開關，合理控制皮龍軟管充灌時間達到控制充灌質量的效果。

5 超長對拉實施效果

超長袋體對拉施工作業(yè)見圖5。

圖5 超長袋體對拉施工作業(yè)Fig.5The opposite-pulling construction of geotextile bag

創(chuàng)新船舶平面布置及吹砂管路的設置，形成可實施140~160 m的超長土工織物充灌袋對拉工藝。通過在長興潛堤后方灘涂圈圍工程中運用，成功解決了水深條件對船舶吃水限制。-2 m及潮間帶區(qū)不再受水深條件的影響，施工期間充分利用漲落潮平潮有利時機進行袋體展布，及時利用分流閥進行各部位袋體充砂壓載，在漲落急時段仍可持續(xù)作業(yè)，大大增加了可作業(yè)時間，提高了施工效率，日均效率可達5 500 m3/d。

6 結語

1）鋪排船船型大、定位穩(wěn)，通過合理船舶布置及管路改進，創(chuàng)新性提出了超長土工織物充灌袋對拉筑堤施工工藝，成功解決了-2 m以上及潮間帶大斷面深水筑堤難題。

2）通過成功試驗和應用，采用該工藝可實現(xiàn)單個作業(yè)面筑堤方量日均達到5 500 m3/d，施工效率較常規(guī)鋪排船水下鋪設提高1.5倍。

3）該新工藝通過在長興潛堤后方灘涂圈圍工程中的創(chuàng)新應用，解決技術難題的同時提高了施工效率，工程工期大大提前。本創(chuàng)新工藝的應用可為類似圍海造地工程提供借鑒和參考。

[1]長興潛堤后方灘涂圈圍工程可行性研究報告[R].上海：上?？睖y設計研究院，2013. Feasibility study report of Changxing tidal flat enclosure in the submerged breakwater[R].Shanghai:Shanghai Survey Design and Research Institute，2013.

[2]王玉東.深水袋裝砂斜坡堤堤心筑填工藝研究及應用[D].南京：河海大學，2004. WANG Yu-dong.Study and application of core filling technology for deep water filled sand slope embankment[D].Nanjing:Hohai University,2004.

[3]劉若元，張劍.預制袋裝砂在洋山深水筑堤工程中的應用[J].水運工程，2007（6）：117-120. LIU Ruo-yuan,ZHANG Jian.Application of prefabricated sangbags in deepwater dike engineering at Yangshan[J].Port&Waterway Engineering,2007(6):117-120.

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[5]阮學成.大型土工織物充灌袋在上海洋山深水港海堤建設中的應用[J].水運工程，2006（11）：31-33. RUAN Xue-cheng.Application of large-size geotextile bags in Dams′construction in Shanghai Yangshan deepwater port[J].Port &Waterway Engineering,2006(11):31-33.

The opposite-pulling construction technology of long geotextile bag in embankment

ZHANG Hao-dong，TAN Bi-wu
（Shanghai Communications Construction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

Sandbag diking technology has been widely and maturely used for land reclamation,the main construction process currently used are:artificial paving,geotextiles-laying vessel laying,turning plate filled sand bags,network throwing and filling sand bags and etc.It has large section in deep sea reclamation project,the long geotextile bags,which are more than-2 m and in the intertidal zone,cannot use existing normal construction technology in embankment.Through the innovation and application,we presented a precise positioning method using a geotextiles-laying vessel to implement the opposite-pulling construction technology,and have successfully solved the construction technical problems and improved the construction efficiency.

long geotextile bags;sand filling line;geotextiles-laying vessel;opposite-pulling

U655.54；U656.21

B

2095-7874（2017）05-0073-04

10.7640/zggwjs201705016

2016-12-16

張浩棟（1977—），男，江蘇靖江人，碩士，高級工程師，從事港口航道工程施工管理。E-mail：471002905@qq.com