淺談圍海造陸工程中吹填黑砂的處理

淺談圍海造陸工程中吹填黑砂的處理

1加固塑料排水板的方法近年來(lái)，天津?yàn)I海新區(qū)發(fā)展迅速，城市建設(shè)規(guī)模逐漸增大。天津?yàn)I海新區(qū)建設(shè)用地緊張，大量土地必須通過(guò)海岸帶形成。不少學(xué)者致力于圍埝、吹填泥以及軟基處理的研究,劉潤(rùn)等對(duì)圍埝工程的施工方案及可行性展開(kāi)了深入的探討,通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用就地取土水力吹填方案時(shí),填充的土體應(yīng)采用塑性指數(shù)小于10的粉土,同時(shí)通過(guò)有限元模擬進(jìn)行分析,結(jié)果表明在打設(shè)塑料排水板的地基上,采用模袋固化土方案建圍埝,可以保證圍埝的整體穩(wěn)定性。部分學(xué)者針對(duì)吹填土的物理性質(zhì)進(jìn)行研究。劉瑩等通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)定了吹填土在不同土水比及不同添加劑作用下沉降后的容量、孔隙水及含水率等物理指標(biāo),得出吹填泥漿在靜水的沉降過(guò)程中可分為沉積和泥漿自重固結(jié)兩階段。張中瓊等提出了邊吹填邊加固的思路,通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),得出了分階段加固的方法在一定程度上抑制了泥皮的形成,有利于吹填土的加固。國(guó)內(nèi)對(duì)于軟土地基處理的研究已經(jīng)比較成熟,劉吉福研究了排水固結(jié)法中不同斷面砂墊層的厚度,分析結(jié)果表明,相同用砂量、相同排水速率時(shí),半凹透鏡斷面砂墊層水頭小于其他形式斷面砂墊層厚度。董志良等依托天津?yàn)I海新區(qū)軟基處理工程,提出了3種淺層超軟土加固技術(shù)改進(jìn)方案,同時(shí)研究了塑料排水板施工過(guò)程中的插板方案,得出塑料排水板施工過(guò)程中單排單管方案及加密方案要優(yōu)于常規(guī)方案。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于吹填造陸的研究已經(jīng)比較成熟,但主要針對(duì)于圍埝穩(wěn)定性、吹填泥以及軟基處理的研究,吹填黑砂屬于圍埝工程中的一部分,國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少,同時(shí)常規(guī)的吹填黑砂方法存在一定的問(wèn)題,因此,有必要對(duì)現(xiàn)存的吹填黑砂施工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。2路價(jià)格、工程內(nèi)容及工程特點(diǎn)本工程位于天津南港工業(yè)區(qū)紅旗路南側(cè),具體為北起紅旗路,南至港云路延長(zhǎng)線,西起B(yǎng)03,東至防波堤;工程內(nèi)容為紅旗路南側(cè)公用走廊用地吹填造陸,包括新建路基圍埝、二級(jí)子埝、吹填及地基處理等。吹填黑砂用于本工程新建圍埝大部分路段,吹填黑砂使用段長(zhǎng)度為4017m。3黑砂技術(shù)3.1吹填黑砂造成的流失采用常規(guī)的吹填黑砂施工方法,泵砂船通過(guò)軟管向施工區(qū)域吹填黑砂過(guò)程中,會(huì)遇到以下幾個(gè)問(wèn)題:(1)將軟管露出水面進(jìn)行吹填,則會(huì)導(dǎo)致黑砂在沉入泥面前被水流帶走,造成黑砂的流失;(2)將軟管伸入水下進(jìn)行吹填,黑砂的反沖力會(huì)導(dǎo)致軟管的反彈,導(dǎo)致管口距離泥面過(guò)高,同樣會(huì)導(dǎo)致黑砂被水流帶走,同時(shí)還會(huì)改變其吹填方向,不能有效地控制其吹填砂面標(biāo)高;(3)若將吹填管口伸入淤泥,則會(huì)很快造成吹填起堆現(xiàn)象,難以控制吹填標(biāo)高,同時(shí)導(dǎo)致砂面的平整性很差。3.2消砂吹填黑砂施工針對(duì)上述問(wèn)題,為了控制黑砂的流失率以及保證吹填后砂面的平整度,將軟管口套上5m長(zhǎng)的PVC管(高潮時(shí)水深可達(dá)6m),通過(guò)浮排加以固定并隨時(shí)調(diào)節(jié)管口的高程,管口深入水下距離泥面1m位置,有效地控制管口與泥面的距離,防止黑砂被水流帶走;同時(shí),將管口套入PVC管之后,可以根據(jù)繩索移動(dòng)浮排調(diào)整PVC管口位置,以控制吹填標(biāo)高,均勻吹填。吹填黑砂施工時(shí),根據(jù)圍埝的斷面尺寸,采用運(yùn)砂船靠駁泵砂船進(jìn)行吹填,吹填黑砂斷面示意參見(jiàn)圖1。施工中具體要求有如下幾點(diǎn):(1)基礎(chǔ)吹填黑砂施工分段一次成型,施工時(shí)勤探水深,必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)吹,確保吹填施工厚度。(2)堤心吹填砂進(jìn)行分層、分段施工,分層厚度和充砂袋鋪設(shè)的厚度一樣,均為0.5m/層,充砂袋每筑高一層,吹填砂就吹填一層。(3)2條泵砂船連接4根纜繩,每根纜繩相距10~20m,同時(shí)左右泵砂船用纜繩連接浮排,通過(guò)纜繩控制浮排,從而確定吹填黑砂的位置。(4)軟管垂直套PVC管,采用軟管管口與PVC管口固定的方式,將軟管管口伸出PVC管一部分,反向折疊,用鐵絲捆綁,見(jiàn)圖2。(5)為能夠有效地控制PVC管口與泥面的距離,將PVC與浮排相連接,浮排上裝有固定PVC的裝置,上面有刻度,在吹填黑砂施工過(guò)程中,可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺母精確來(lái)調(diào)節(jié)PVC管的上下距離。黑砂吹填之前,根據(jù)當(dāng)時(shí)的潮位,調(diào)節(jié)PVC管上下位置,當(dāng)PVC管口與泥面距離1m時(shí),將其固定,在吹填黑砂時(shí),根據(jù)吹填砂標(biāo)高的增加,同時(shí)向上調(diào)整PVC管,保證管口與泥面的距離(見(jiàn)圖3)。(6)PVC管直徑的大小根據(jù)軟管的尺寸確定,長(zhǎng)度根據(jù)泥面高程以及水深來(lái)確定。4普遍流失率分析根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,各個(gè)位置黑砂的吹填厚度不同,分為1、1.2、1.4m三種厚度,每延米所使用的量也不同,吹填黑砂分5段同時(shí)進(jìn)行施工,每段長(zhǎng)度及其每段吹填厚度以及工程量見(jiàn)表1。以天為單位對(duì)吹填黑砂施工過(guò)程中每組泵砂船泵砂數(shù)量以及每條運(yùn)砂船裝載數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),在進(jìn)行吹填后,再對(duì)實(shí)際完成的工作量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),從而計(jì)算出每段每天的黑砂流失率。其中流失率公式為:式中,Cr表示流失率;M表示每天泵砂船中黑砂使用量;D表示每天實(shí)際完成黑砂工程量。對(duì)前6d每段的黑砂流失率與后17d黑砂流失率進(jìn)行對(duì)比分析,從圖4中可以發(fā)現(xiàn),在套PVC管之前,黑砂的流失率較大,在20%~40%左右,在進(jìn)行改進(jìn)后,各段的黑砂流失率有了較大程度的降低。通過(guò)測(cè)深儀對(duì)吹填黑砂后的水深進(jìn)行測(cè)量,每20m進(jìn)行一次測(cè)量,通過(guò)測(cè)得的水深,分析其表面平整度。對(duì)吹填黑砂施工技術(shù)改進(jìn)前以及改進(jìn)后的平整度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),通過(guò)統(tǒng)計(jì)前6d與后17d吹填黑砂總體的平整度,得出表2。從表2中可以看出:在吹填黑砂施工技術(shù)改進(jìn)前,僅1段平整度較好,2段平整度一般,其他段的平整度較差,而在改進(jìn)后,所有段的吹填黑砂平整度較好。通過(guò)對(duì)每段的黑砂流失率進(jìn)行計(jì)算,得出其平均流失率,見(jiàn)圖5。從圖5中可以看出:在對(duì)吹填黑砂施工技術(shù)改進(jìn)前,1段為BE段,受風(fēng)浪影響最小,因地理位置關(guān)系,1段與潮流方向一致,所以平均流失率最小;2段靠近AF段已建圍埝,平均流失率較小;3、4、5段平均流失率較大。在進(jìn)行施工技術(shù)改進(jìn)之后,各段的平均流失率都有了很大程度的降低,控制在10%左右。5黑砂流失率及平整度針對(duì)常規(guī)吹填黑砂施工過(guò)程中存在的問(wèn)題,對(duì)吹填黑砂施工進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),提出使用PVC套管法,經(jīng)過(guò)對(duì)此法使用前和使用后的黑砂流失率以及平整度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出如下結(jié)論:(1)采