袋裝充填砂土在東營港海堤圍堰工程中的應(yīng)用研究

徐振坤，劉 銳

（東營港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理委員會，山東 東營 257237）

引言

為了降低成本，提高施工效率，沿海工程在采用當(dāng)?shù)赝镣猎醋鳛槌涮畈牧系募夹g(shù)應(yīng)用研究和充填袋施工控制方面已開展了相關(guān)研究[1-3]，趙長偉[4]通過天津港南疆南圍埝工程施工實例，從充填袋的材質(zhì)、充填材料、施工方法、質(zhì)量控制、施工沉降控制等方面對大型充填袋在天津港圍埝工程施工中的應(yīng)用問題進行了充分分析，認(rèn)為大型充填袋在天津港圍埝工程施工中的應(yīng)用已具備成熟的條件；何寧等[5]以連云港徐圩港區(qū)圍堤建設(shè)作工程實例，通過穩(wěn)定性分析計算、室內(nèi)離心模型試驗論證了大型疏浚土（高黏粒含量的砂性土）充填袋筑堤技術(shù)的理論可行性；何斌等[6]針對高含泥量疏浚土大型充填袋袋體受力及變形監(jiān)測等工程實踐問題，通過室內(nèi)標(biāo)定試驗和現(xiàn)場原型試驗，開展了一系列實驗進行了分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于高含泥量疏浚土大型充填袋受力及變形測量的可行性研究；謝榮星等[7]通過在連云港徐圩港區(qū)西護岸西段，采用埒子口外航道疏浚土（細(xì)粉砂混泥）為充填材料，開展土工織物充填泥袋筑堤現(xiàn)場試驗研究，分析比較各方案施工期整體沉降及排水固結(jié)過程，論證土工織物充填泥袋替代砂石料筑堤的技術(shù)可行性。

采用不同的充填材料，對袋裝充填體的性質(zhì)有較大的影響，更會對圍堰工程整體能否滿足設(shè)計要求產(chǎn)生影響。本文結(jié)合東營港海堤圍堰工程實際情況，針對當(dāng)?shù)厣巴镣猎炊倘边@一問題，對當(dāng)?shù)厝齻€地段砂料土的物理參數(shù)特征進行分析，并對這三個地段的土樣進行比選，最終找到了適合作為充填材料的土源。同時，本文結(jié)合圍堰施工過程，對使用的新技術(shù)、新方法進行了總結(jié)，以期對之后的工程有參考和借鑒之用。

1 工程概況

東營港在水深-2～-3.5 m的海域內(nèi)建設(shè)一條長7 600 m的斜坡拋石堤，頂寬6 m，堤頂高程5.0 m，形成陸域36 km2，為滿足海堤的設(shè)計要求，達到防洪標(biāo)準(zhǔn)，需在堤外側(cè)吹填寬度100 m的土壩。

2 充填砂土料的選擇

東營港的海堤建設(shè)中需要大量的砂石料資源，由于政策、經(jīng)濟、環(huán)境限制，筑堤工程所需的砂石料資源難以得到滿足，而將充填袋技術(shù)應(yīng)用于東營港海堤工程建設(shè)，可以有效解決這一問題。東營港附近有三處砂料較為充足地段，分別是當(dāng)?shù)睾Ｓ驗?、曹妃甸、東營港附近。

適合做充填材料的標(biāo)準(zhǔn)為：砂性土，粒徑小于0.005 mm的黏粒含量小于 10 %，粒徑大于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)大于50 %[8]。可以根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn)來對這三處的土質(zhì)選取土樣進行粒徑分析和粘土含量分析，進而結(jié)合經(jīng)濟效益判斷土樣是否適合做灌裝砂袋的材料，得到適合作充填材料的砂土區(qū)域。

2.1 當(dāng)?shù)睾Ｓ驗┏练e物特性

在當(dāng)?shù)睾Ｓ驗┏练e物中，水深在-18 m以內(nèi)的區(qū)域以砂質(zhì)粉砂和粉沙為主，僅局部分布有粘土質(zhì)粉沙，水深在-18～-20 m之間以粘土質(zhì)粉沙為主，局部有粉沙分布。

中值粒徑范圍在 0.007～0.050 mm，粘土含量10 %～39 %；-13 m附近中值粒徑范圍為 0.03～0.04 mm，粘土含量15 %左右；-20 m附近中值粒徑范圍為0.01～0.015 mm，粘土含量30 %左右?？梢婋S著水深的增加，泥沙中值粒徑逐漸變小，粘土含量逐漸增加。

以上數(shù)據(jù)表明，海內(nèi)取土作為充填袋的充填材料是不理想的。

2.2 曹妃甸沙土特征

曹妃甸可取土樣進行分析，對其進行粒徑分析，得到了曹妃甸砂土顆粒組成百分?jǐn)?shù)（如表1所示）。

表1 曹妃甸砂土顆粒組成百分?jǐn)?shù)

由表1可以看出，土樣的粒徑小于0.05 mm顆粒含量小于10 %，大于0.075 mm的顆粒含量大于50 %。因此，此砂作為充填料是理想的，但由于距東營港較遠(yuǎn)，需外購加海上運輸，成本費用很高。

2.3 東營港附近土樣特征

東營港區(qū)附近選擇三個土樣，分別是航道疏浚吹填出泥口處的土樣、岸邊土樣和神仙溝口北岸土樣。在三個地點選取土樣進行粒徑分析，得到三個地點土樣的顆粒組成百分?jǐn)?shù)表（如表2、3、4所示）。

表2 吹填出口處砂土顆粒組成

表3 岸邊砂土顆粒組成

表4 神仙溝北岸砂土顆粒組成

從表2、表3、表4數(shù)據(jù)看出，航道疏浚吹填出泥口和神仙溝口北岸土樣適合作充填料，符合粒徑大于0.075 mm的細(xì)砂與少量顆粒含量>50 %，粒徑小于0.005 mm粘粒含量<10 %的基本要求。岸邊土樣不滿足要求，舍棄。

結(jié)合實際情況，航道疏浚吹填出泥口和神仙溝口北岸土樣的土場分布在海堤內(nèi)側(cè)兩段，且土量充足，決定采用。

3 充填袋制作及袖口處理

3.1 充填袋制作

充填袋材料為聚丙烯 T30S編織布，其基本參數(shù)如下：單位面積質(zhì)量≥200 g/m2，經(jīng)、緯向斷裂強度分別≥36 kN/m、≥32 kN/m，伸長率≤28 %，垂直向滲透系數(shù)＞2.0×10-3cm/s，等效孔徑 0.08～0.5 mm。充填袋橫向縫制成長方形，連成一個整體。長30～50 cm，其中1～3層30 m，4～7層40 m，8層以上50 m，縱向?qū)娱g錯縫大于5 m；寬13～30 m，每5 m設(shè)4根拉筋控制厚度，最底層0.7 m，以上各層0.5～0.6 m。上、下層邊緣每2 m設(shè)扣環(huán)和緊固定位帶，沿布袋縱向設(shè)置固定位帶，以便連接和固定上下層袋[9]。充灌口d=12 cm，每袋設(shè)6個灌口，位于上層，距邊緣3 m平行等間距分布；寬度小于5 m時，中心線上設(shè)3～4個灌口。

3.2 袖口處理

圖1 水面以下袖口長度示意

水面以下各層充填袋的袖口長度以到水面高度為準(zhǔn)，把進泥管用浮筒升至水面，這樣可以利用泥漿自重加壓力更快捷的充灌，如圖1所示。水面以上長40 cm。

4 充填袋施工

4.1 充填袋鋪設(shè)與定位

使用交通船配合，人工按軸線在底層袋寬兩側(cè)用高壓水槍埋設(shè)鋼樁（油田廢鉆桿），間距為2 m，將有明顯標(biāo)記中線及鋪設(shè)方向的袋子放在鋼樁之間，把扣環(huán)和緊固袋固定于鋼樁上，鋪設(shè)完成。充填袋的軸向應(yīng)與埝體的軸向位置一致，上下層充填袋之間必須用拉筋系牢并有3 m的搭接，同層充填袋之間搭接應(yīng)緊湊。

4.2 填充袋材料充灌

采用泥漿泵充灌，對距離超1 000 m的地方采用大泵送小泵接力方法完成。先充4個角，當(dāng)袋內(nèi)基本充盈時，再由一端充灌。為加快泥漿中砂土的沉淀速度，利用較長的袖口（水下層）用小泵向外抽濃度級低的渾水，如圖2所示。利用虹吸管將上層水排出，需掌握抽水、排水的時機，以及控制抽水管口的深度，如圖3所示。這是本次工程中采用的簡單易行且作用效果較好的一項措施。

圖2 水下層材料充灌示意

圖3 水上層材料充灌示意

5 施工質(zhì)量控制

5.1 浪損問題

圍堰主體外側(cè)直接面對開闊性水面，如果遇到大潮，波浪可能會卷蝕至圍堰頂部，對圍堰整體結(jié)構(gòu)造成極大的破壞。可采用強度高、耐波浪淘刷材質(zhì)的充填袋[10]、在充填袋上加拉筋使上層與充滿的下層扎在一起等措施。定期對充填袋施工的沉降速度和土體深層側(cè)向位移進行觀測和監(jiān)控，控制充填袋的充灌厚度和埝體的整體軸向位移，確保袋的中軸線與埝體軸線在同一位置上。

5.2 施工沉降

施工前認(rèn)真分析施工作業(yè)區(qū)的地形地勢情況，并結(jié)合荷載情況計算出施工沉降量及工程完工后的沉降預(yù)留。在施工過程中的沉降控制是關(guān)鍵，沉降速率要控制在允許范圍內(nèi)，若超出允許范圍，應(yīng)立即停止施工?？蓮氖┕に俣取⒕植康鼗€(wěn)定性和施工工藝上加以控制。施工過程中，每天需對沉降速率和沉降量進行監(jiān)控，施工單位及時對施工方案進行調(diào)整。

6 效益對比

若用外購砂（從曹妃甸）經(jīng)設(shè)計系統(tǒng)測算需費用5 368萬元；利用當(dāng)?shù)赝镣瓿蓢吖こ?，實際費用2 200萬元，節(jié)約費用約59 %，效益可觀。

工程經(jīng)過完成后一年通過觀測驗證，完全滿足設(shè)計要求，達到預(yù)期目的。

7 結(jié)語

通過利用當(dāng)?shù)赝凉嘌b充填袋在東營港海堤工程中的應(yīng)用表明：東營港區(qū)域利用當(dāng)?shù)赝猎醋鞒涔嗖牧希ㄟ^對東營港附近土樣進行粒徑分析，經(jīng)比較后選定了適合作充填材料的土樣，并且從充填袋的制作、施工措施方面進行了改進，應(yīng)用效果理想。這一技術(shù)可在東營港區(qū)圍堰工程中推廣應(yīng)用。