吹填筑堤在圍海工程中的應(yīng)用

吹填筑堤在圍海工程中的應(yīng)用

0地資源現(xiàn)狀與圍堤結(jié)構(gòu)隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的迅速增加和城市化進(jìn)程的加快，現(xiàn)有土地資源的不斷容量已經(jīng)陷入了不平衡的世界末日，土壤資源的緊張也是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。為此,各地先后把目光投向了面積廣闊的海洋,相繼開(kāi)始了大規(guī)模的圍海造地開(kāi)發(fā),通過(guò)對(duì)沿海灘涂資源進(jìn)行改造和利用,達(dá)到緩解土地資源緊缺和不占或少占農(nóng)田的目的。傳統(tǒng)拋石筑堤的結(jié)構(gòu)形式由于受工程所在地周圍礦石資源分布、開(kāi)采運(yùn)輸方式復(fù)雜和工程造價(jià)偏高等客觀條件限制,圍堤結(jié)構(gòu)形式相應(yīng)向著更加安全、高效、低成本的方向轉(zhuǎn)變。隨著設(shè)計(jì)理念不斷成熟和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步,當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有筑壩材料逐漸得到了充分利用,圍堤斷面形式也向著復(fù)合型式發(fā)展,圍堤工程造價(jià)也得到了進(jìn)一步降低。吹填筑堤技術(shù)與傳統(tǒng)筑堤技術(shù)相比,由于是利用壓力水沖擊砂土形成泥漿,由管道輸送泥漿至作業(yè)區(qū)完成土料填筑,因此具有采運(yùn)難度低、機(jī)械化程度高、節(jié)省勞力、施工安全高效等特點(diǎn),有著非常廣闊的應(yīng)用前景。淺灘東圍堤工程位于浙江省溫州市甌江口外,距工程4.5km的甌江南口航道東南方向?yàn)┩可咸N(yùn)藏著豐富的細(xì)砂和粉細(xì)砂資源,適合作為吹填土料使用,故在圍堤結(jié)構(gòu)上采用了以吹填砂為主的斷面設(shè)計(jì),并使吹填工程量占到了土石填筑總量的78.5%。本文針對(duì)溫州淺灘的實(shí)際工況條件,結(jié)合東圍堤工程吹填具體施工情況,對(duì)充砂管袋、吹填砂的施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并對(duì)如何控制軟土地基上吹填施工加載和應(yīng)對(duì)不利因素方面的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。1靈纖維及其他工程溫州淺灘東圍堤工程位于浙江省溫州市甌江口外,介于靈昆島(原溫州市甌海區(qū))和霓嶼島(原溫州市洞頭縣)之間,在9.248km長(zhǎng)的靈霓海堤完成的基礎(chǔ)上新建東圍堤3.538km。堤頂防浪墻頂高程為7.83～8.03m,堤頂路面寬度4.5m,并與在建的溫州淺灘靈霓海堤一期工程的交通道路相接,最終與北圍堤、南圍堤連接,形成一期圈圍成陸,合計(jì)圍涂面積0.158萬(wàn)ha。東圍堤工程堤身結(jié)構(gòu)為土石混合堤,堤外側(cè)設(shè)二級(jí)鎮(zhèn)壓平臺(tái)和一級(jí)消浪平臺(tái),堤壩內(nèi)側(cè)設(shè)一級(jí)鎮(zhèn)壓平臺(tái)堤。堤外側(cè)鎮(zhèn)壓層為拋石填筑,堤身中部設(shè)充砂管袋棱體,內(nèi)側(cè)為吹填砂和涂泥閉氣,為便于填砂施工,內(nèi)側(cè)沿堤身輪廓線設(shè)充砂管袋子堤。外坡護(hù)面結(jié)構(gòu)采用灌砌石和扭王塊,內(nèi)坡護(hù)坡結(jié)構(gòu)為干砌塊石。根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件,本工程級(jí)別為Ⅲ等,相應(yīng)主要建筑物為3級(jí),按重現(xiàn)期50年防潮標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。根據(jù)工程總進(jìn)度計(jì)劃要求,堤身吹填施工時(shí)段為2006年12月開(kāi)工至2008年11月完工,總工期23個(gè)月。2混凝土吹砂制作東圍堤工程堤身吹填主要由內(nèi)棱體充砂管袋、外棱體充砂管袋、度汛充砂管袋、充砂管袋小棱體和堤芯吹填砂等五項(xiàng)內(nèi)容組成,標(biāo)準(zhǔn)斷面詳見(jiàn)圖1。其中外棱體位于基礎(chǔ)碎石墊層上部,外側(cè)二級(jí)拋石鎮(zhèn)壓平臺(tái)內(nèi)側(cè),外棱體外側(cè)坡為1∶2,內(nèi)側(cè)坡比為1∶1,頂寬10.5m,最大填筑高度為5.2m。內(nèi)棱體位于堤身內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)處理區(qū)以外,內(nèi)棱體外側(cè)坡為1∶2,內(nèi)側(cè)坡比為1∶1,頂寬3.0m,最大填筑高度為4.0m。內(nèi)坡變坡采用小棱體控制輪廓,坡比為1∶2.5,由2.63m填筑至6.92m高程。由于吹填施工橫跨2個(gè)臺(tái)汛期,為防止已完工程臺(tái)汛內(nèi)被沖損,并使吹砂與涂泥有效分隔,在外棱體2.63m高程和內(nèi)棱體、下部吹砂頂部設(shè)度汛管袋進(jìn)行防護(hù)。吹砂位于內(nèi)、外棱體和充砂管袋小棱體、干砌石擋墻之間。充砂管袋所采用的袋布規(guī)格及質(zhì)量要求詳見(jiàn)表1。本工程吹填總工程量為63.7萬(wàn)m3,其中外棱體充砂管袋20.0萬(wàn)m3,內(nèi)棱體充砂管袋13.0萬(wàn)m3(含充砂管袋小棱體),度汛管袋8.6萬(wàn)m3,吹砂22.1萬(wàn)m3。3采砂設(shè)備配置鑒于工程所在區(qū)域是強(qiáng)潮海區(qū),平均高潮位為2.58m,平均低潮位為-2.01m,工程原始涂面高程為-0.5～-1.8m,大型施工船舶和管道無(wú)法布置,同時(shí)按分層加載控制要求需薄層輪加,全堤段共需劃分為3～4個(gè)作業(yè)段同時(shí)施工,施工機(jī)械應(yīng)具有較大的靈活性,故設(shè)備配置在滿足強(qiáng)度要求的前提下以中小型駁船為主,具體配置情況如下。(1)吸砂船吸砂船采用260t駁船,配備5艘。駁船特征如下:(1)對(duì)海域的適應(yīng)性強(qiáng),作業(yè)時(shí)采用錨纜固定船位,并使用尾錨和主錨控制船位的移動(dòng)。(2)適應(yīng)性強(qiáng),生產(chǎn)能力是100m3/h,采砂效率高。(3)每艘吸砂船配置一臺(tái)210kW的發(fā)電機(jī)組,5臺(tái)離心水泵作為吸砂設(shè)備,采砂過(guò)程中利用卷?yè)P(yáng)機(jī)保持吸砂管口在取砂層頂部,邊采邊沉放吸砂管口,通過(guò)離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)使砂隨高速水流流出。(2)運(yùn)砂船運(yùn)砂船采用500t自駁船,每次平均可運(yùn)200m3砂,共配備12艘運(yùn)砂船。每艘船配2臺(tái)22kW泥漿泵,管直徑為4寸。(3)吹砂定位工作船根據(jù)本工程施工進(jìn)度安排,配備4艘500t吹砂定位工作船。每艘工作船配備250kW的柴油發(fā)電機(jī)1臺(tái),22kW的泥漿泵2臺(tái),并帶4個(gè)高壓槍,管直徑為2.5寸。4吹掃和填充設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)4.1外棱體吹砂管袋管袋堤芯吹砂全堤段劃分三個(gè)施工作業(yè)段,每個(gè)作業(yè)段配1艘吸砂船、4艘運(yùn)砂船、1艘吹填工作定位船,進(jìn)行流水作業(yè)施工。堤身充砂管袋及堤芯吹填砂采用分層加載,各層施工的程序?yàn)?外棱體吹砂管袋→內(nèi)棱體吹砂管袋→堤芯吹填砂。吹填施工采用“吸-運(yùn)-吹”的方式。吸砂船在指定砂源區(qū)通過(guò)離心泵吸取水砂混合物至運(yùn)砂駁船儲(chǔ)砂倉(cāng)內(nèi),砂沉積后其上部廢水通過(guò)砂倉(cāng)頂部排水口流出,每次采砂量按相應(yīng)時(shí)間的潮位通航能力控制。運(yùn)砂駁船自航運(yùn)砂至堤壩內(nèi)海側(cè)施工區(qū)域,施工區(qū)域輔以吹砂定位工作船,運(yùn)砂駁船?？吭诠ぷ鞔瑐?cè),然后將運(yùn)砂駁船中的砂子用泥漿泵通過(guò)塑膠軟管水力輸送至堤身吹砂管袋和堤芯吹填部位,使其自然固結(jié)。吹填用水源利用東圍堤內(nèi)側(cè)積水,每500m于堤內(nèi)側(cè)挖一積水坑。4.2施工過(guò)程堤身基礎(chǔ)排水板施工后,先進(jìn)行400g/m2無(wú)紡布的鋪設(shè),然后再進(jìn)行充砂管袋施工,充砂管袋施工工藝流程見(jiàn)圖2。4.3吸砂船充砂和填充土料高壓水槍沖刷運(yùn)砂船內(nèi)的砂土制成泥漿→通過(guò)泥漿泵吸漿輸送充填至縫制好的編制袋內(nèi)或吹砂區(qū)內(nèi)→自然固結(jié)→分層充填完成。充砂管袋施工工藝如下:(1)土工編織布管袋尺寸由棱體斷面不同寬度確定,長(zhǎng)度一般定為20～50m,袋體采用35支三股錦綸線縫制,縫三道(先縫一道,折疊后再縫兩道),保證線縫平順均勻,縫合牢固。每只袋視容積不同設(shè)置沖填袖口,每60～80m2設(shè)置一個(gè)袖口,袖口直徑12cm,長(zhǎng)40cm,成梅花型均勻布設(shè)。(2)退潮后由人工將袋體攤鋪就位,并用塑料繩將管袋固定好,以免袋體受力不均導(dǎo)致變形位移。采用吹砂船上設(shè)置的泥漿泵,通過(guò)水槍形成的高壓射流將砂料沖成水砂混合物,然后用泥漿泵抽吸,將水砂混合物源源不斷地送入砂袋中,水和泥漿從袋內(nèi)析出,砂粒很快沉積在袋內(nèi)。待砂料充滿整個(gè)袋體后,此袋充填即告結(jié)束,此時(shí)可拔出充砂管,扎緊扎牢編織袋袖口,再經(jīng)過(guò)短時(shí)間的排水固結(jié)即可。充灌過(guò)程分為:充填進(jìn)漿→二次充填→濾水成形。袋體充灌過(guò)程中,應(yīng)控制好充灌壓力,充灌壓力與土工織物袋尺寸、漿液濃度有關(guān)。壓力控制以泥漿充入飽滿,又不造成破袋或增大流失量為宜,泥漿濃度宜為20%～25%,充灌時(shí)泥漿泵管路出口壓力控制在0.2～0.3MPa。每次充灌時(shí),以4～5個(gè)充砂袖口為一個(gè)充砂區(qū)域,充砂時(shí)中間插管,兩側(cè)出水。當(dāng)一側(cè)袖口冒砂時(shí),立即調(diào)轉(zhuǎn)充砂管向另一側(cè)充砂,同時(shí)扎緊該袖口;待另一側(cè)袖口也冒砂時(shí),立即停機(jī),扎牢余下的兩個(gè)袖口。扎袖口采用上一道、反扎一道的兩道收口扎袋方法。鋪設(shè)充砂管袋時(shí),砂袋布置要盡量平順,如必須轉(zhuǎn)彎處則要成圓弧形,避免出現(xiàn)折管現(xiàn)象,影響砂流而導(dǎo)致管道堵塞。在充砂管頭插入和拔出袖口后,均要及時(shí)用制袋時(shí)已備好的系袋條將袖口扎緊扎牢。(3)充填土料取自工程指定取土區(qū)域,吸砂船采砂時(shí)須進(jìn)行平面控制,采砂取土前準(zhǔn)確定位;挖深須嚴(yán)格控制,根據(jù)土質(zhì)情況和砂源厚度分層開(kāi)挖,防止超挖。所用土料既要滿足水力填充時(shí)具有較好的排水固結(jié)效果,又要避免因砂粒過(guò)粗不利于堤身的防滲安全,因此,所選充填土料在滿足固結(jié)排水和施工進(jìn)度的條件下,盡量采用較細(xì)的材料。(4)袋體填充度控制在適宜的水平上,沖填袋體分層放置,堆疊整齊,排列有序,每層袋體以0.5～0.6m為宜。如袋體一次充填不到理想厚度,可采用二次充填或其他措施。(5)堤芯吹填砂施工工藝與上述沖砂管袋施工工藝相似。(6)堤身吹填作業(yè)考慮施工期沉降,每層按1～1.5m進(jìn)行加載,參照設(shè)計(jì)圖紙的加荷程序、加荷曲線及現(xiàn)場(chǎng)原位觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行施工,先深后淺,先點(diǎn)后線,薄層輪加,均衡上升。5充填料漿填充筑堤(1)土工織物進(jìn)場(chǎng)時(shí),逐批檢查出廠合格證和試驗(yàn)報(bào)告,并逐卷進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查;其主要物理及技術(shù)性能按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行抽查復(fù)驗(yàn),抽樣數(shù)量每批次不少于一次,抽樣檢測(cè)不合格的材料全部退庫(kù)。(2)土工織物充填袋施工過(guò)程中進(jìn)行下列檢查:(1)堤底清理、平整情況;(2)土工織物充填袋鋪設(shè)過(guò)程中損傷及修復(fù);(3)充填料土質(zhì)、顆粒級(jí)配、干容重;(4)泥漿濃度、進(jìn)漿壓力;(5)充填袋充填成形后的外形尺寸及平整度。(3)土工織物袋充填筑堤過(guò)程中,應(yīng)認(rèn)真檢查土工織物的品種、規(guī)格和技術(shù)性能、充填料土質(zhì)、顆粒級(jí)配和干容重及土工織物袋充填筑堤施工的允許偏差。(4)土工織物袋充填筑堤驗(yàn)收時(shí)提交下述資料:土工織物出廠合格證、土工織物抽樣試驗(yàn)報(bào)告、土工織物充填袋鋪設(shè)施工記錄、充填料顆粒分析、干容重試驗(yàn)報(bào)告、土工織物袋充填筑堤分項(xiàng)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定報(bào)告。(5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,用于充砂管袋的土料粘粒含量應(yīng)小于5%,中值粒徑d50為0.07～0.03mm為宜,用于堤芯吹填砂的土料,中值粒徑d50為0.03mm左右,粘粒含量一般不大于15%。(6)當(dāng)袋體逐步充滿后,在屏漿期間,注意對(duì)屏漿壓力的控制,防止布袋破裂。(7)充填管袋固結(jié)后干容重應(yīng)達(dá)到14.5kN/m3,要求沖砂管袋排列整齊、無(wú)空隙、上下錯(cuò)縫。堤芯吹填砂完工時(shí)干容重應(yīng)大于14.0kN/m3。6沉降變形破壞根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告,本工程坐落在深厚的軟土地基灘涂上,涂面以下40m范圍內(nèi)均為高含水量、高孔隙比、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度的軟土,不僅承載力低,且在堤身加載過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和不均勻沉降,且沉降變形持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì),吹填總高度為5.2m,按分層加載控制高度1.0～1.5m計(jì)算,共分為8層作業(yè),控制加載間隙時(shí)間為2～3個(gè)月,因此吹填施工過(guò)程中必須科學(xué)合理地控制施工加載速率,使堤基通過(guò)壓縮固結(jié)得以加固,充分減少施工后的殘余沉降量對(duì)堤頂高程、外形和道路的不利影響。6.1原位觀測(cè)指標(biāo)控制(1)地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)堤身加載應(yīng)嚴(yán)格按施工圖中提供的加載曲線進(jìn)行加載。由于涂泥表層有浮泥,因此第一層加載可僅控制加載高程,原位觀測(cè)指標(biāo)不予控制。以后各層地表沉降控制指標(biāo)按表2控制。施工過(guò)程中,根據(jù)原位觀測(cè)成果及原位觀測(cè)單位提出的建議,及時(shí)調(diào)整。(2)水平位移控制標(biāo)準(zhǔn):最大水平位移[Mmax]<6mm/d。(3)超靜孔隙水壓力控制標(biāo)準(zhǔn):超靜孔隙水壓力系數(shù)[Af]<0.6。(4)其它監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn),數(shù)值不出現(xiàn)急劇變化。施工期間,若上述標(biāo)準(zhǔn)中有一項(xiàng)未達(dá)到要求,應(yīng)立即停止填筑,并采取相應(yīng)措施。6.2分層加載時(shí)間間隔控制吹填開(kāi)工以來(lái),根據(jù)施工加載實(shí)際情況和原位觀測(cè)提供的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析,在各部位分層加載完成后1周內(nèi)連續(xù)3d沉降速率均可小于等于15mm/d,1～2個(gè)月內(nèi)連續(xù)5d沉降速率均可小于5mm/d,加載時(shí)間間隔控制在2個(gè)月內(nèi)完全滿足堤基穩(wěn)定要求。7管袋破損原因分析及解決措施(1)袋體材料抗老化能力差,內(nèi)棱體充砂管袋(130kg/m2裂膜絲機(jī)織土工布)和度汛管袋(200kg/m2丙綸長(zhǎng)絲機(jī)織土工布)在夏季高溫、紫外線和海水浸泡等外部條件影響下,在風(fēng)浪和其他外力作用下相繼出現(xiàn)了破損情況,尤其是E0+000～E0+700段度汛管袋更是大面積破損。由于袋布強(qiáng)度已降低到不能承受人工修補(bǔ)縫線拉力,故采用以下方法進(jìn)行處理。應(yīng)對(duì)措施一:變更袋體材料,增強(qiáng)袋布抗老化能力。經(jīng)過(guò)對(duì)130g/m2裂膜絲織機(jī)織土工布和175g/m2防老化裂膜絲織機(jī)織土工布兩種材料各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況進(jìn)行分析,130g/m2裂膜絲織機(jī)織土工布破損的主要原因是材料不具備抵抗紫外線能力,另外單位面積質(zhì)量、經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力等指標(biāo)偏低。因此經(jīng)設(shè)計(jì)同意,將內(nèi)棱體布袋130g/m2裂膜絲織機(jī)織土工布變更成175g/m2防老化裂膜絲織機(jī)織土工布。度汛管袋采用防老化丙綸長(zhǎng)絲機(jī)織土工布,雖然袋布本身具備抵抗紫外線能力,但由于表面還不具備閉氣土方的施工條件,不能及時(shí)覆蓋,在夏季高溫和海水浸泡下強(qiáng)度降低很快,管袋破損非常嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問(wèn)題,咨詢了很多生產(chǎn)廠家,查閱了大量資料,找到了一種既能抗老化又能防止抗沖刷的材料,240g/m2防老化裂膜絲織機(jī)織土工布采用粗絲工藝編織布,具有單位面積質(zhì)量高、厚度大、強(qiáng)度高、經(jīng)緯向斷裂延伸率小,變形小等特點(diǎn),抵抗不利環(huán)境能力較強(qiáng),故予以設(shè)計(jì)變更。應(yīng)對(duì)措施二:調(diào)整加載方案,繼續(xù)縮短下層管袋的覆蓋時(shí)間。原加載方案是一次吹填兩層袋體,加載間歇期為兩個(gè)月,現(xiàn)調(diào)整為一次吹填一層袋體,根據(jù)原位觀測(cè)的結(jié)果和設(shè)計(jì)加載要求,達(dá)到設(shè)計(jì)要求即可進(jìn)行上層覆蓋,加載間歇期縮短為一個(gè)月,這樣就大大縮短了管袋的暴露時(shí)間,管袋破損現(xiàn)象得到了有效控制。(2)施工區(qū)域因風(fēng)、浪、潮的綜合影響,引起外棱體和度汛充砂管袋起包、偏移現(xiàn)象比較嚴(yán)重。施工區(qū)域受季風(fēng)氣候影響,風(fēng)向和風(fēng)速季節(jié)性變化明顯,年平均風(fēng)速在5m/s以上。由于已建成的北堤隔斷,四月以前的西北風(fēng)對(duì)工程影響不大,但四月以后東南風(fēng)會(huì)造成每只管袋向西北側(cè)隆起和移位,平整度差距一般在1.0～1.5m,同時(shí)由于隆起部位袋體大量積存,受拉強(qiáng)度大增,導(dǎo)致袋體撕裂砂子流失。應(yīng)對(duì)措施一:縮小袋體尺寸,限制砂子流動(dòng)范圍。袋體隆起和移位的根本原因是潮水漲落至袋體上表面時(shí),袋中表層砂隨海水浮起,在風(fēng)浪的推動(dòng)作用下產(chǎn)生向前流動(dòng)。因此,袋體尺寸越大,袋中砂越多,隆起和移位現(xiàn)象就越嚴(yán)重。單個(gè)管袋原施工長(zhǎng)度一般定為20～50m,現(xiàn)縮短為20～35m,總寬度雖然按棱體斷面不同寬度確定,但在此方向上加縫一道不連續(xù)的分縫線,人為分隔出小的區(qū)塊,從而大大限制了砂子的流動(dòng)范圍,有效抑制了袋體隆起和移位現(xiàn)象。應(yīng)對(duì)措施二:興建拋石臨時(shí)隔堤,消弱浪潮作用。袋體隆起和移位主要發(fā)生在外棱體和