深水急流区围堰体充填袋装砂施工技术

摘要：本文主要介绍在澳门大学新校区专用隧道围堰工程中，实施深水急流区围堰体袋装砂充填的施工布置、设备配置、工艺流程和质量控制等施工技术，为类似工程提供经验参考。

关键词：深水急流区；围堰体；充填袋装砂；施工技术

1工程概况

横琴岛澳门大学新校区海底专用隧道围堰工程总长1027m，分南北两道，北侧挡水围堰长494m，南侧挡水围堰长533m，两个围堰相距约260~350m，所处十字门水道总宽约500m，水深约0.7～3.8m，通道航道宽约180m。围堰体采用斜坡式充填袋装砂堤结构，堤顶袋装砂高程为2.58m，宽度为6m。深水区围堰于十字门水道的航道内，南侧长约160m，北侧长约130m；根据实测水深资料计算，在未包括沉降的情况下，深水区袋装砂体断面堤高约为4.7m~8.6m，按设计要求需要进行四级加载，其余为浅水区，只需要进行三级加载，图一。

图1 围堰加载分区图

2施工难点分析

现场施工的难点：地质条件差、航道窄及涨退潮水流流速大，不利于常规施工。根据钻探显示，该处的地质条件较差，工程所在位置地基土层的表层主要为淤泥，厚度约10.6m，呈注塑性，扰动易失水离析，具高压缩性、高含水、欠固结、低强度、低承载力的特点。施工时若砂袋体加载过快容易造成滑移，且在该施工水域，由于十字门水道主要受潮流控制，出口（夹马口）断面较窄深，流速较大，遇大潮时一般达1.1m/s 左右，砂袋在铺设时由于水流急是非常难以控制及固定的，砂袋体在充填时容易折叠起来，导致不平整；充填后的砂袋厚度较难达到设计要求。

根据现场的施工条件，结合潮汐及水深，把砂袋充填施工分为浅水区及深水急流区两大部分。浅水区采取常规的施工方法，受潮汐的影响不大，人工在原地面上铺设砂袋，固定后采用普通冲砂泵泵砂入袋，砂袋平整度及轮廓线可目测，充填时可随时通过人工来调整至充填完成；而在深水区因水深砂袋铺设后不可见及急流等因素，需要采用泵船来配合充填，砂袋的平整度无法直接观测，充填时只能通过多次更换砂袋袖口来尽量调整砂袋充填的平整度，采用水下探摸的方法来测定砂袋充填的平整度、标高及轮廓线，而且作业时间不分昼夜，需要根据潮汐的时间来调整。

3深水区充填袋装砂施工

3.1施工方法

根据现场水深以及潮汐情况，深水区充填砂袋分水上施工采用在断面范围内用浮排运送，人工乘平潮时间铺设预先缝好的土工砂袋，并由自吸自泵船进行砂袋充填的方法。

3.2砂袋制作及铺设方法

（1）砂袋制作加工

根据围堰性质、规范要求、设计意图等要素，本工程砂袋采用240g/m2长丝机织土工织物。砂袋按设计要求采用通长的袋体，为保证围堰体加载沉降后仍能满足设计要求的断面宽度，砂袋制作时在原设计断面宽度的基础上两边各加宽100厘米。也就是砂袋长度尺寸为围堰体的断面宽度+2×100cm，加工时预留充填砂袋高度。采用“包缝”法进行缝制，袋体表面布置直径30cm、间距5m的充灌袖口，袖口高度根据水深情况而变化，材料采用砂袋剩余边角原料；为保证砂袋质量，在砂袋四周缝制加筋带，加筋带采用5cm宽的丙纶加筋带，要求至少缝制2道，针距小于10mm。编织布缝接方向平行于长度方向，即长度方向不允许出现接缝。加工时要考虑砂袋铺设的不均匀性及下部沉降，并满足规范平面偏位要求及其连接的紧密性。每个砂袋体在加工场完成加工验收合格后，均写有编号并与实际施工断面相吻合，由浮排转运至施工现场铺设。

（2）砂袋铺设

根据潮汐水流情况，铺设前在距砂袋边线2~3 m处以间隔10m左右打设一排D600mm钢管桩，以避免砂袋在铺设过程中因潮水流速时导致折叠或偏位过大。定位采用前方交会法，插设12m长D60mm的镀锌钢管定位砂袋四角，再按5m的间隔沿砂袋边线加密插设定位并稳固，以便在铺设砂袋时，能精确定位。然后将已加工好的袋体卷起搬上专用浮排，施工期间需观测核对潮汐表的时间和潮汐变化与实际变化情况，待潮水的流速接潮的流速后，运至铺设区段将砂袋顺着潮水流动方向徐徐展开，并用尼龙绳穿过砂袋的扣环将砂袋边与定位钢管绑好固定完成铺设。砂袋铺设采用在围堰横断面方向通长、纵断面方向搭接的方式进行搭接，搭接长度大于1m，深水区砂袋布置见图2。

图2 深水区砂袋布置图

3.3砂袋充填

（1）选择设备

在充分考虑了潮水流速较大的因素后，选择了6艘功率300匹、泵管为8寸的自吸自泵砂船作为充填设备。主要原因是：首先船的机动性比较好，可以较近的距离靠近砂袋，最大程度的缩短泵管，并可快速的在砂袋的各个袖口拆卸更换；其次现场的水域较狭窄，同时施工的船机有插排船，起重船等，相互干扰大。自吸自喷船可以在完成充填后撤离到施工区域外，不占用其他船机的施工位置，减少相互干扰；同时可以充分种用涨退潮水时间差，轮换着充填，深水区砂袋充填布置见图3。

图3 深水区砂袋充填示意图

（2）充填砂袋

充填砂由运砂船运至离施工点约300m的区域，然后将砂转卸至自吸自泵船上，通过泵船运至施工段充填砂袋。泵船停靠在预先打好的钢管桩上，以抵抗潮水的冲击力，避免船只被潮水带入砂袋内。首先由人工把船的泵砂管与砂袋袖口连接绑扎牢固，开始泵砂到袋体里，慢慢展开袋体，使袋体慢慢入水。每充填约15min左右就更换砂袋袖口，保证砂袋的平整。具体施工作业顺序如下：

①定位：利用前方交会法定位砂袋铺设边线，并插镀锌钢管作为边线控制点。

②卷袋：施工前，为利于人工搬运及铺设过程便于展开，须将对应铺设位置的砂袋卷好。

③展开砂袋：由船机或浮排装载砂袋到铺设位置，然后人工定位并按潮水流动方向展开；要求砂袋长度方向与围堰轴线方向垂直、边线对齐、保证搭接1～2m。

④固定边角：展开砂袋后用边桩（即镀锌钢管）固定袋体，防止平面位置偏移，并及时进行充填砂将砂袋边角处压实。

⑤充填砂：利用泵船将符合设计要求的砂，通过袖口泵灌入砂袋，采取分层充灌的方式保证砂袋平整度；砂袋充填厚度50~60cm；充灌时须防止局部出现夹泥现象。砂袋充填砂的含泥量需不大于5％，并在现场和砂源取样以检验砂料的质量。相邻砂袋的搭接应该靠紧，防止通缝，当铺设两层以上砂袋时，上下层砂袋的通缝应错开，两条缝之间距离应5m。

⑥检查验收：整体充灌完毕后，检查验收铺设质量，厚度不均匀或平整度超过偏差时必须补填砂或充水整平；砂袋平整度必须满足相应规范要求。

3.3施工质量控制

（1）铺设砂袋，摊铺时应拉直、平顺，紧贴底面，不得出现扭曲、褶皱、重叠，搭接处用U形钉或联接件固定。

（2）进入现场的作砂袋用的长丝机织土工布应备有出厂合格证及自检报告，且长丝机织土工布应用塑料包装，保护织物不损伤并适于储运；成品出厂时每卷土工材料的合格证上应注明执行标准号、批次、规格、数量、检验的代号、制造厂和生产日期。进场前，必须对产品逐批检验，其中主要物理和技术性能的抽样检验应由监理见证取样，送国家或部门对其资质认可的检测单位进行检测。进场后，必须存放在通风遮光的仓库内。严禁暴露、日晒；出现老化破损现象的土工材料一律不得使用。

（3）在横断面方向即垂直围堰轴线方向一般不搭接，在纵向即堤轴线方向则需搭接，搭接的宽度取1.0m。

（4）加强专业技术工种岗前培训制，提高实际操作工艺水平。

（5）建立严格的原材料、成品及半成品的检验工作，坚决杜绝不合格材料进场。

（6）土工材料铺设完后，应尽快进行充填砂施工。

（7）砂袋在制作、运输、堆放、铺设等施工过程中，应注意保护，不得出现破损、老化现象。

（8）施工过程中加强对围堰体深层位移、沉降的监测，必须满足位移＜4mm/天，沉降＜10mm/天；超过以上警戒值时必须停止加载，待围堰体稳定后方可继续加载。

4质量分析及结论

由于设计采用的砂袋充填材料为含泥量不超过5%的中砂，充填的难度较大，效率低，无法根据陆上施工用人工调平的砂袋面方式平整，但在水下充填砂袋的时候需通过提高更换袖口的次数来调整充填方量，也基本可达到平衡砂袋的目的，在袋体露出水面后，再可以进行局部细调整，仍可达到要求的平整度，可符合设计要求的摩擦系数。实际上从施工过程中进行的几次探摸与水下袋体面标高测量看，相邻断面没有大的起伏，袋体面高差最大值约为20cm左右，比较容易调整；同时围堰体的边轮廓线也能达到设计要求。对于大型围堰施工，需要对围堰基础进行适当处理，同时根据堰体高度，严格控制堰体各级加载、静载时间，并通过监控量测数据，调整加载速度，才能够控制好堰体总体沉降量，避免出现堰体局部滑移，确保堰体总体稳定。

另一方面，澳大围堰工程针对航道较窄、水流急，需要截流的情况下，采用自吸自泵船作为充填设备，船机的费用较高，但综合其他充填砂设备，有速度快、便于作业面布置等优点，从工期、质量、安全等总体要求比较，选用的施工设备配备是适合的。

参考文献：

［1］四航局澳大围堰项目部.施工组织设计［R］. 四航局澳大围堰项目部，2010；

［2］中铁第四勘察设计集团有限公司.澳门大新校区海底专用隧道围堰工程施工图纸.［R］. 中铁第四勘察设计集团有限公司.2010；

［3］广东核力工程勘察院. 横琴岛澳门大学新校区C标段隧道工程岩土工程勘察报告.［R］. 广东核力工程勘察院..2010；

［4］GB50286-98. 堤防工程设计规范.［S］.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。