淺析砂庫供砂進(jìn)行袋裝砂水下施工過程中如何有效控制袋體厚度

馬光燦

摘? 要：筑堤工程中，控制單層袋裝砂的厚度是保證袋裝砂棱體施工質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。袋裝砂施工可分為水下袋裝砂施工與水上袋裝砂施工，水上袋裝砂施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可借助測(cè)量工具直接控制袋裝砂厚度;水下袋裝砂施工過程中，由于袋體厚度無法直接測(cè)量，因此需要通過其他方法有效控制水下袋裝砂厚度。袋裝砂灌砂主要有吹砂船從運(yùn)砂船中直接灌砂與通過大泵從砂庫中取砂進(jìn)行灌砂兩種方式。實(shí)踐表明，通過測(cè)量砂坑中的取砂量、大泵的吹砂時(shí)間測(cè)算出大泵的吹砂效率，通過測(cè)量成型袋裝砂的厚度與袋體的理論成型厚度進(jìn)行對(duì)比測(cè)定砂在袋體中的成型系數(shù)，然后根據(jù)大泵的吹砂效率確定袋體成型需要的時(shí)間，進(jìn)而有效控制水下袋裝砂的厚度。

關(guān)鍵詞：砂庫? 供砂? 袋裝砂水下施工? 袋體厚度

中圖分類號(hào)：U655.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（a）-0062-03

Abstract： Controlling the thickness of single-layer bagged sand is an important index to ensure the construction quality of bagged sand edge in embankment construction. Sand bagging construction can be divided into underwater sand bagging construction and water sand bagging construction， site construction personnel can directly control the thickness of bagged sand with the help of measuring tools during construction of water bagged sand， the thickness of the bag body can not be measured directly in the process of underwater sand bagging， therefore， other methods are needed to effectively control the thickness of sand-packed underwater. Bagged sand irrigation mainly includes two ways： direct sand irrigation by blowing ship from the sand transport ship and sand irrigation by taking sand from the sand bank by large pump. The practice shows that the sand blowing efficiency of the large pump can be calculated by measuring the amount of sand taken from the pit and the sand blowing time of the large pump， and the molding coefficient of the sand in the bag can be measured by comparing the thickness of the sand packed in the bag with the theoretical molding thickness of the bag body， then， according to the sand blowing efficiency of the large pump， the time needed for bag forming is determined， and then the thickness of the underwater bag is effectively controlled.

Key Words： Sand depot; Sand supply; Sand bagged underwater construction; Thickness of bag body

袋裝砂工藝是20世紀(jì)90年代由國(guó)外引入，該工藝主要用于圍堤、河堤等圍海造陸以及航道整治工程中，主要包括拋填砂袋、通長(zhǎng)砂袋、袋裝砂棱體這3種工藝。海堤工程通常坐落于淤泥軟土地基上，面臨潮汐、惡劣天氣等復(fù)雜的環(huán)境條件，確定海堤工程的變形控制標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)難題。

目前，該工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多項(xiàng)全國(guó)重點(diǎn)工程中，包括長(zhǎng)江深水航道整治工程、天津臨港工程、河北曹妃甸工程、洋山深水港工程以及橫沙島吹填造陸工程等諸多工程。該工藝的可行性已經(jīng)得到了大量工程的檢驗(yàn)并取得了非常好的效果，尤其解決了長(zhǎng)江三角洲地區(qū)石料不足的問題，其優(yōu)勢(shì)非常明顯。經(jīng)過30多年的發(fā)展與完善，該工藝具備了一套成熟的加工、鋪設(shè)、施工等方案，并具有一套與各流程相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，包括土工織物預(yù)制場(chǎng)、充泥泵、充泥管線、施工船舶及輔助設(shè)備以及操作規(guī)程。無文獻(xiàn)對(duì)使用大泵從砂庫取砂進(jìn)行灌砂時(shí)，如何有效控制水下袋裝砂袋體厚度進(jìn)行過探討，該文通過濱海綜合會(huì)展中心等圍填海項(xiàng)目通長(zhǎng)管袋施工過程中，使用大泵從1#砂庫取砂對(duì)袋體進(jìn)行灌砂，對(duì)砂庫供砂進(jìn)行袋裝砂水下施工過程中控制袋體厚度的方法進(jìn)行分析。

1? 工程概況

濱海綜合會(huì)展中心圍填海工程位于金山新城南部、杭州灣北岸、滬杭公路外側(cè)區(qū)域，龍泉港以西、金山城市沙灘以東灘涂，南邊界至該段水域規(guī)劃駁岸線。工程主要建設(shè)內(nèi)容為圍堤施工和圍內(nèi)吹填，總?cè)娣e2.59 km2。新建圍堤4 820 m，吹填總量約1 688.71萬m3。

該工程的主要建筑物為圍堤、吹填、道路改建等。其中，圍堤是該工程的基礎(chǔ)工程，是后續(xù)工程的施工基礎(chǔ)，而袋裝砂是構(gòu)成圍堤最主要的構(gòu)筑物[1]，水下袋裝砂是水上袋裝砂施工的基礎(chǔ)[2]，而控制單層袋裝砂的厚度是保證袋裝砂棱體施工質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)[3]，因此控制水下袋裝砂的厚度對(duì)保證圍堤的施工質(zhì)量及控制工程施工成本非常關(guān)鍵[4-5]。受臺(tái)風(fēng)、寒潮等天氣影響，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)砂的需求，項(xiàng)目部建立4個(gè)砂庫進(jìn)行儲(chǔ)砂，以保證惡劣天氣情況下現(xiàn)場(chǎng)能夠連續(xù)施工。

該文以順堤某斷面為研究對(duì)象，通過測(cè)量實(shí)際施工過程中的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)砂庫供砂進(jìn)行袋裝砂水下施工過程中控制袋體厚度的方法進(jìn)行闡述。該砂庫灌砂的施工對(duì)象為一通長(zhǎng)袋，灌砂前的袋體尺寸為：長(zhǎng)×寬=97 m×32 m。

2? 砂庫供砂進(jìn)行袋裝砂水下施工過程中控制袋體厚度的方法

對(duì)于大型袋裝砂棱體工程，通常采用砂庫備砂的方法進(jìn)行砂庫備砂[6]。該文為了方便分析砂庫供砂進(jìn)行袋裝砂水下施工過程中控制袋體厚度的方法，該工程將填充后的各層袋體截面簡(jiǎn)化為矩形斷面。由于在大泵供砂過程中，只有在施工開始時(shí)以及更換袋體袖口時(shí)的極短時(shí)間內(nèi)，切換大泵的檔位，其他正常吹砂時(shí)間固定大泵的檔位，保持大泵的輸出效率不變，因此可認(rèn)為大泵在整個(gè)施工過程中的輸砂效率為恒值。

2.1 確定袋裝砂袋體灌砂時(shí)需要的砂庫取砂量

砂庫的取砂量主要通過測(cè)量袋裝砂施工前、后取砂區(qū)域砂坑的灘面高程，通過CASS計(jì)算出砂坑的取砂量。

2.2 確定袋裝砂袋體成型后的理論厚度

該文的研究對(duì)象簡(jiǎn)化后袋體的成型尺寸為長(zhǎng)×寬×高=97 m×32 m×h，h為袋體充砂后的成型厚度（m），袋體編號(hào)DS-3-21。由于在通過大泵進(jìn)行袋裝砂灌砂過程中砂量會(huì)有損耗，主要包括管線內(nèi)部殘留、灌入袋體中的砂量流失等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)砂的成型系數(shù)f暫定為80%。因此，詳見可計(jì)算出袋體成型后的理論厚度，見表1。

袋體灌砂結(jié)束后的實(shí)際厚度，可通過分別測(cè)量袋體施工前后袋體位置的灘面標(biāo)高H1、H2進(jìn)行計(jì)算，袋體實(shí)際厚度h2=H2-H1。

袋體不同部位施工前、后的灘面標(biāo)高不完全一致，DS-3-21實(shí)際厚度h2為0.3～0.4 m，袋體的平均厚度h2為0.35 m 。這是由于袋體灌砂過程中由于灌入袋體的砂不可能完全均勻地在袋體中分布，但砂在水中可以較好地流動(dòng)，因此灌入袋體的砂可以較均勻地在袋體中分配，袋體表面高程有一定波動(dòng)。

由表2可知，袋體成型后的理論厚度h1與實(shí)際成型后的平均厚度h2基本一致，表明選取的砂的成型系數(shù)較為合理。若h1與實(shí)際成型后的平均厚度h2不一致，可通過公式f=L1×L2×h2÷V1，計(jì)算出砂的成型系數(shù)，并通過多次測(cè)量袋體成型量及對(duì)應(yīng)砂坑取砂量驗(yàn)證砂的成型系數(shù)f是否合理，最終得出一個(gè)合理的成型系數(shù)f。

2.3 測(cè)定大泵的效率

理論上，可通過直接測(cè)量砂坑的取砂量，使取砂量在袋裝砂袋體成型需要的砂量范圍內(nèi)。若通過測(cè)量砂坑的取砂量控制袋體的厚度，每次施工完成后都需要進(jìn)行一次測(cè)量，會(huì)大大地增加測(cè)量任務(wù)，且測(cè)量后需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行取砂量計(jì)算，難以保證現(xiàn)場(chǎng)的連續(xù)施工作業(yè)，如果第一次測(cè)量后未達(dá)到袋體厚度標(biāo)準(zhǔn)，則需要后續(xù)繼續(xù)測(cè)量，無法保證一次測(cè)量時(shí)袋體即滿足厚度要求。若施工過程中，通過簡(jiǎn)單目測(cè)砂坑大小對(duì)取砂量進(jìn)行估算，則可靠性較低，若取砂量較少，會(huì)造成袋體材料的浪費(fèi);若取砂量較多，袋體厚度過大，袋體施工質(zhì)量無法得到保證。此外，也存在砂庫取砂的同時(shí)砂庫進(jìn)行備砂的情形，取出的砂坑被新備的砂覆蓋，無法進(jìn)行取砂量的測(cè)量和估算。因此，需要有更加客觀、有效的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)袋體的厚度進(jìn)行有效控制。

可通過前期測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)砂坑的取砂量及袋體的成型厚度測(cè)定大泵的施工效率，然后通過控制施工時(shí)間控制袋體灌砂量，進(jìn)一步有效控制袋體的厚度。在袋體施工后測(cè)量的砂坑取砂量、施工過程中記錄大泵的吹砂時(shí)間，可通過砂坑取砂量及大泵的吹砂時(shí)間計(jì)算出大泵的施工效率，測(cè)量的砂坑取砂量、記錄的大泵有效吹砂時(shí)間及大泵的施工效率計(jì)算詳見表3。

在測(cè)出大泵的施工效率后，可通過公式t=L1×L2×h1÷f÷ω，計(jì)算出一定袋體厚度時(shí)大泵需要作業(yè)的有效吹砂時(shí)間，進(jìn)而有效控制袋體的厚度。

3? 結(jié)語

通過分析可知，袋裝砂水下施工過程中，相對(duì)直接判斷砂庫取砂量而言，通過測(cè)量沙坑中的取砂量、記錄大泵的吹砂時(shí)間、驗(yàn)證砂的成型率，測(cè)定大泵的吹砂效率，在測(cè)定大泵吹砂效率后，通過控制大泵的吹砂時(shí)間，可更有效控制袋體厚度。

參考文獻(xiàn)

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[6] 佚名.長(zhǎng)江口南槽航道治理一期工程開工[J].水運(yùn)工程，2019（1）：5.