大圍區(qū)吹填工程中的施工管理與質(zhì)量控制

趙 健，陳巍巍

(中交上海航道局有限公司，上海 200136)

由于大面積吹填工程吹填土質(zhì)差異性很大，憑借預(yù)留沉降等經(jīng)驗來控制吹填施工難以達到工程質(zhì)量要求。隨著工程體量的增大，現(xiàn)場施工船舶設(shè)備和管理人員增多，工程成本和施工質(zhì)量管控壓力也隨之增大。橫沙六期工程作為很有代表性的大圍區(qū)吹填工程，施工過程中面臨吹填施工區(qū)面積擴大、施工土質(zhì)狀況差的問題，工程施工管理和質(zhì)量控制較為困難，通過優(yōu)化施工工藝，采取預(yù)留沉降、設(shè)立控制標桿、架管隔堤等方法，有效地控制了施工質(zhì)量，降低了施工成本。

1 工程概況

橫沙東灘促淤圈圍六期工程圍內(nèi)吹填工程(簡稱“本工程”)位于橫沙島尾的東端，長江口深水航道北導(dǎo)堤以北，北港以南，成陸面積約28.11 km2，其內(nèi)部通過1#、2#、3#隔堤將圍區(qū)由西至東分隔為1#、2#、3#和4#圍區(qū)，圍區(qū)面積分別為9.774、7.654、8.484和6.444 km2。吹填圍區(qū)平面布置見圖1，各吹填區(qū)面積及施工工程量見表1。

表1 橫沙六期吹填施工工程量

圖1 橫沙六期吹填工程施工平面布置

本工程利用長江口航道維護疏浚土吹填至長江口深水航道北導(dǎo)堤以北吹填區(qū)域進行陸域形成施工，采用絞吸挖泥船挖吹與耙吸挖泥船拋坑相結(jié)合的施工工藝。自2012年9月開工，到2015年11月完成全部吹填施工，施工工期38個月。

驗收要求：1#～4#圍區(qū)吹填工程高程驗收分2次，第1次為吹填施工結(jié)束半年后的完工驗收，為階段驗收，要求各圍區(qū)吹填平均高程分別大于等于3.30、3.40、3.60、3.50 m；第2次為完工驗收半年后的交付使用驗收，為最終驗收，要求各圍區(qū)吹填平均高程分別大于等于3.15、3.20、3.30、3.25 m。吹填高程最大偏差均為驗收測量平均高程的±0.50 m?？⒐を炇諘r，圍區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)超過1萬m2以上獨立區(qū)域的集中積水[1]。

2 工程重點和難點

2.1 以平均高程驗收，驗收時間跨度長

本工程以圍區(qū)平均高程及平整度作為驗收標準，圍區(qū)高程控制是吹填施工的關(guān)鍵。同時，最終驗收時間在吹填施工完成后1年，吹填土固結(jié)、地基沉降對吹填高程影響較大。為確保施工質(zhì)量，必須在施工中充分考慮地基沉降、吹填土固結(jié)，預(yù)留部分超高[2]。

2.2 單個圍區(qū)面積大，平均吹填厚度小

本工程吹填圍區(qū)為橫沙促淤區(qū)域，以促淤形成的淤泥質(zhì)灘涂為主。泥塘分為4個圍區(qū)，面積較大(表1)，同時多為淤泥層很厚的有水灘地，不具備直接向內(nèi)延伸排泥管線的施工條件。根據(jù)工前高程測量數(shù)據(jù)計算，1#圍區(qū)工前平均高程約為2.61 m，2#圍區(qū)約為1.96 m，3#圍區(qū)約0.82 m，4#圍區(qū)約1.09 m。按照平均高程施工，吹填平均厚度較小，同時各圍區(qū)之間吹填厚度相差較多，不利于工程施工質(zhì)量控制。

2.3 吹填土質(zhì)差別大

本工程吹填施工土方包含C1-1#吹泥站基建土和深水航道D3.1～D3.3工程標段疏浚土兩部分，2種土質(zhì)差別較大。疏浚土以淤泥質(zhì)黏土為主，含20%左右粉細砂；基建土以深水航道北側(cè)壩田區(qū)淤積的淤泥為主，在-9.0 m以下部分含有較多黏土。在吹填土的來源發(fā)生變化時，隨著泥沙顆粒組成變化，圍區(qū)內(nèi)的成陸情況及泥面縱橫方向坡比都有較大變化。

3 工程技術(shù)管理手段

針對上述難點問題，必須嚴格進行施工質(zhì)量控制，以保證施工質(zhì)量達到設(shè)計和技術(shù)標準要求[3]。如何通過全面、有效的質(zhì)量控制手段保證在合同工程量6 378.92萬m3上限的前提下，使面積3 234萬m2的圍區(qū)在經(jīng)過1年的沉降、固結(jié)后能保證達到平均驗收高程，并滿足圍區(qū)高程最大偏差±0.50 m的平整度要求是本工程施工管理的關(guān)鍵。施工質(zhì)量指標主要是吹填高程和平整度，施工中施工管理與質(zhì)量控制手段也主要圍繞這2個內(nèi)容開展。

3.1 科學(xué)測量觀測

3.1.1工前測量和放樣

工前對整個圍區(qū)高程情況進行測量和吹填控制邊線放樣，與設(shè)計交底資料進行比對。特別是測量數(shù)據(jù)的比對、校驗尤為重要，通過數(shù)據(jù)比對、控制點校驗，及時掌握圍區(qū)內(nèi)的高程數(shù)據(jù)、地形資料和施工工況，為后續(xù)施工布置安排提供指導(dǎo)。

3.1.2設(shè)置沉降觀測點，控制預(yù)留超高

施工完成到竣工驗收有1年的沉降期，須充分考慮完工后吹填土的固結(jié)和圍區(qū)地基的沉降影響，施工中須預(yù)留合適的超高。以往小型工程預(yù)留超高主要是根據(jù)吹填土的土質(zhì)、原灘地地基情況及吹填厚度并結(jié)合經(jīng)驗進行定性分析。

在橫沙六期工程施工前期，選擇在3#圍區(qū)一塊小區(qū)域進行吹填沉降觀測試驗，試驗結(jié)果見圖2。結(jié)果顯示：吹填結(jié)束后的6個月內(nèi)固結(jié)沉降速率最大，至2013年6月29日，該觀測點的沉降基本穩(wěn)定，累計沉降量約為25 cm。根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)，確定1#圍區(qū)和2#圍區(qū)預(yù)留超高分別為15、20 cm，吹填厚度相對較厚的3#、4#圍區(qū)預(yù)留超高30 cm。

圖2 圍區(qū)沉降板沉降觀測記錄曲線

施工過程中，選擇性地布設(shè)48處沉降板，每15 d對沉降進行觀測，并根據(jù)吹填土加載的日期進行沉降分析，得出不同區(qū)域隨時間及高程之間的關(guān)系，從而為吹填預(yù)留超高的確定提供依據(jù)，及時動態(tài)調(diào)整預(yù)留超高，確保吹填的竣工驗收高程。同時，在施工過程中密切注意施工現(xiàn)場的工況變化、吹填土質(zhì)情況和測量觀測成果分析，及時調(diào)整好局部預(yù)留超高(現(xiàn)場泥土取樣，黏性土預(yù)留量增加，砂土預(yù)留量減小)。

3.1.3標桿法控制吹填高程

在吹填區(qū)內(nèi)插標桿，標桿上標注設(shè)計吹填高程和預(yù)留沉降超高。標桿主要設(shè)置在管架頭出口、水門等關(guān)鍵位置，方便及時記錄水位、泥面高程變化情況。一旦吹填泥面達到預(yù)留沉降超高位置即及時調(diào)整管線。

3.1.4現(xiàn)場參照物定性檢查吹填高程

由于圍區(qū)范圍較大、灘地深陷，難以進入泥塘中間位置進行高程測量或者設(shè)置標桿，所以對該部分區(qū)域高程的跟蹤觀測主要靠附近參照物的高程比較。參照物可以選擇泥塘的水面和塘中較低矮的野生紅柳、野生茭白如圖3所示，這些植物一般生長在水深淺的灘地，高20～50 cm。施工中如發(fā)現(xiàn)泥面已經(jīng)出水，則表示該區(qū)域泥面高于水面；如泥面還在水下，但有野生植物生出，則泥面略低于水面。這種方法主要作為施工中對泥面高程的定性檢查，還需要結(jié)合測量數(shù)據(jù)進行比對、校正。

圖3 圍區(qū)中的野生植物

3.2 布設(shè)排泥管線

布設(shè)排泥管線是控制平整度最為重要的方法[4]。特別在以本工程為代表的泥塘面積大、土質(zhì)條件復(fù)雜的水力吹填工程中，通過合理布設(shè)排泥管線充分利用泥漿的液體流動性將吹填土輸送到圍區(qū)內(nèi)的指定位置是保證吹填施工質(zhì)量、降低施工成本的重要手段。

圍區(qū)地形以淤泥質(zhì)灘地為主，吹填土質(zhì)既有基建土又有航道疏浚土，吹填土以淤泥質(zhì)黏土和粉細砂為主，吹填土呈現(xiàn)坡度為1:300～1:500。排泥管線須根據(jù)不同位置、不同地形和吹填成陸情況采取直接延伸和構(gòu)筑吹填子堤延伸2種形式。由于疏浚土含沙量較高、易堆積，排泥管出口附近位置可采用較輕的φ710 mm×4.5 m鋼質(zhì)短管，通過鋪竹排、壘沙袋直接向圍區(qū)內(nèi)延伸(圖4)；泥塘中間區(qū)域淤泥層較厚，大型機械和人工都難以進入，在反復(fù)比較搭排架、挖地壟固定浮管等幾種延伸工藝后，選擇構(gòu)筑袋裝砂吹填子堤的方法，即先在管線計劃位置填筑頂高4.2 m的吹填子堤，再沿著吹填子堤將排泥管線直接延伸到圍區(qū)內(nèi)(圖5)。

圖4 圍區(qū)內(nèi)直接延伸的排泥管線

圖5 圍區(qū)內(nèi)吹填子堤上延伸的排泥管線

根據(jù)現(xiàn)場出口吹填土堆積情況，綜合考慮各圍區(qū)的地形、不同土質(zhì)的吹填土邊坡、不同區(qū)域的吹填厚度及出口位置泥漿的流淌范圍，選擇設(shè)置排泥管出口的間距，在出口高程達到設(shè)計高程上限時及時進行延伸，在保證吹填施工質(zhì)量的同時盡量減少產(chǎn)生超高廢方。1#圍區(qū)施工中布設(shè)2條吹填子堤、17個排泥管出口，出口附近位置高程控制在3.8～4.0 m；2#圍區(qū)施工中布設(shè)4條吹填子堤、24個排泥管出口，出口附近位置高程控制在4.0～4.2 m；3#圍區(qū)施工中布設(shè)5個吹填子堤、35個排泥管出口，出口附近位置高程控制在4.2～4.4 m；4#圍區(qū)施工中布設(shè)3個吹填子堤、20個排泥管出口，出口附近位置高程控制在4.1～4.3 m。

通過吹填子堤將排泥管線延伸泥塘中心位置(圖1)，減輕各圍區(qū)北側(cè)排距較遠位置吹填施工的工作量，根據(jù)吹填施工成陸情況及時對排泥管線進行延伸、改線，一方面控制吹填超高，提高泥塘成陸的平整度、減少廢方，另一方面減少吹填施工排距，提高吹填施工效率，加快施工進度，降低施工成本。

3.3 施工保障措施

3.3.1控制水位

本工程排水口設(shè)置在圍區(qū)北側(cè)，工程前期管架頭位置距離水門位置較遠，須加快吹填區(qū)的水位排放，加大流淌面積，達到圍區(qū)灘面整體抬高的目的。工程后期排泥口向水門逐漸靠近或?qū)植繀^(qū)域進行補吹時，及時加高水門板，減緩尾水排放，抬高圍區(qū)內(nèi)水位，減少泥漿的流淌面積，從而抬高局部區(qū)域高程，同時減少吹填土的流失。

3.3.2控制挖深

由于本工程吹填土既有深水航道疏浚土又有吹泥站基建土，不同來源的吹填土土質(zhì)差別較大，同時在絞吸挖泥船施工中發(fā)現(xiàn)在取土區(qū)-9.0 m高程以下含較多黏性土。在吹填施工中，根據(jù)不同來源吹填土質(zhì)，安排吹填不同區(qū)域、采用不同的排泥管出口間距。由于圍區(qū)南部吹填厚度較小，吹填初期絞吸挖泥船進行施工時分層進行開挖、控制挖深在-9.0 m以上，利用流淌性較好的上層淤泥和耙吸挖泥船拋沙將吹填灘面進行整體抬高；后期當(dāng)吹填區(qū)內(nèi)高程達到一定高度時逐漸增加挖深，同時利用坡比較大的黏性土堆積，減少管架頭尾水對平整度的影響。

4 施工管理與質(zhì)量控制效果

4.1 控制吹填高程，動態(tài)調(diào)整預(yù)留高程

通過對每月高程檢測和每周沉降觀測的測量數(shù)據(jù)進行比較與分析，結(jié)合各圍區(qū)不同的施工條件和沉降固結(jié)時間，及時調(diào)整吹填控制高程。由于4#圍區(qū)施工期、沉降固結(jié)期相對較短，將4#圍區(qū)的吹填控制高程由開始的3.5 m調(diào)整到3.4 m，既保證吹填施工質(zhì)量，又減少超高工程量，節(jié)省工程成本。

4.2 優(yōu)化管線布設(shè)方案，降低工程施工成本

應(yīng)用袋裝砂筑堤鋪設(shè)排泥管線的工藝將排泥管線直接鋪設(shè)到圍區(qū)中心區(qū)域，通過14條吹填子堤鋪設(shè)5個吹泥站的10條吹泥管線。經(jīng)工程階段性高程檢測分析，本工程圍區(qū)吹填超高在使用該工藝延伸排泥管線后平均減少約10 cm，減少吹填廢方285萬m3，有效控制了吹泥總量，在提高吹填平整度的同時減少了廢方。本工程各圍區(qū)吹填管線布設(shè)基本從南向北直線為主，不需要繞道布設(shè)至圍區(qū)北側(cè)，減少了吹填施工排距和排泥管線使用數(shù)量，最長排距縮短了2.3 km，有效減少了絞吸船施工油耗、提高施工效率、降低吹填施工成本。

施工過程中，沿袋裝砂隔堤鋪設(shè)的排泥管線未發(fā)生被泥漿掩埋、沖毀等現(xiàn)象，保證了絞吸挖泥船的施工時間利用率及工程結(jié)束后的管線材料回收利用率。

5 結(jié)語

1)大圍區(qū)吹填工程中因平均高程驗收、驗收時間跨度長，必須在施工中充分考慮地基沉降、吹填土固結(jié)，預(yù)留部分超高；單個圍區(qū)面積大、平均吹填厚度小，各圍區(qū)之間吹填厚度相差較大，不利于工程施工質(zhì)量控制；多種吹填土質(zhì)來源發(fā)生變化時，隨著泥沙顆粒組成變化圍區(qū)內(nèi)的成陸情況及泥面縱橫方向坡比都有較大變化。

2)大面積吹填工程施工管理和質(zhì)量控制宜采用設(shè)立控制標桿、預(yù)留沉降、架管隔堤等方法，嚴控吹填高程，動態(tài)調(diào)整預(yù)留高程，優(yōu)化管線布設(shè)方案，在滿足工程要求的同時，降低施工成本。

3)該措施不僅保證本工程施工充分滿足質(zhì)量要求，還減少了吹填施工的超高廢方，降低了施工成本，提高了工程效益。