砂被铺设技术在长江边滩治理工程中的应用

长江口江面宽阔，河道多级分叉，江中沙洲密布，在径流、潮流、波浪作用下河势演变复杂。随着该地区经济的快速发展，对长江口的开发和综合利用提出了越来越迫切的要求。2008年3月国务院批准了水利部长江委《长江口综合整治开发规划》，从河势控制、深水航道治理、淡水资源条件改善、河口地区生态环境保护等多个方面提出了整治开发目标，总投资逾500亿元。边滩工程施工项目一般主要包括：砂被堤基处理、袋装砂围堤填筑、栅栏板护坡、抛石护脚、围堤吹填等项目。目前，长江口常熟徐六泾段、太仓段、南通段已先后施工，后续开工项目日益增多，因此对类似长江边滩治理施工工艺进行探讨就有一定的必要性，成果可为后续工程建设积累经验并提供参考。以下以常熟徐六泾段的边滩整治为例，浅谈砂被铺设技术在长江边滩治理工程中的应用。

1 工程概况

常熟徐六泾段的边滩整治工程区位于长江口南支上段，金泾河与白茆河之间，工程区总长5km，主要工程量包括吹填砂507.6万m3、袋装砂56.6万m3、混凝土栅栏板1.19万m3、抛石护脚37.76万m3、塑料排水板311.40万m、砂被44.14万m2，，吹填形成陆域面积约1800亩。该工程的重要意义在于工程完工后，为常熟港的进港航道贯通创造了条件，为当地的经济开发区提供了近5公里的深水岸线，可建造万吨级泊位近20个，为常熟经济开发区的增量发展创造条件。

2 砂被设计方案

长江口地区年输砂量高达4.86亿吨，较粗颗粒都沉积在长江口区的边滩、沙洲和口外三角洲区域，为筑堤提供了价廉且丰富的砂源。由于该地区丰砂少石，近年来在沿岸边滩治理中广泛采用了以砂被作为排水层，以袋装砂为棱体的筑堤形式。该工程5km范围内地层岩性为第四系全新统长江冲积（Q4a1）的淤泥粉质粘土、一般粘性土、沙壤土及粉、细砂等组成，需进行软基处理，铺设砂被和打塑料排水板，以加快软弱层的固结，提高结构施工期的稳定。砂被材料采用150g/m2织造土工织物，极限抗拉强度20kN/m，断裂伸长率≤25%，等效孔径0.05

3 铺设工艺

砂被铺设拟采用静止水压力法进行充灌砂，即高压水枪破碎砂船上的砂土，利用泥泵将砂浆通过砂管向土工布袋内输送。施工流程如图2。

4 砂被铺设的技术难点及解决方法

4.1 技术难点

砂被充填砂的质量直接影响到砂垫层的排水效果，从而影响软土地基加固效果，故铺设应按设计要求严格控制。而长江口工程施工现场水深、流急、施工船机作业受风浪和涌浪影响较大。在砂被铺设施工中，确保砂被的边线位置、砂被铺设后实际充灌厚度和充灌效率是需要解决的主要技术难点。

4.2 难度解决及检验情况

（1）砂被的边线位置

砂被的边线位置主要是指被体首尾位置和相邻被体的衔接。

在现场工况下作业，要保证砂被首部准确就位，尾部铺设到位，就要做到被体头尾下水时受水流影响最小且正确到位，首部不被移船时拖动，尾部不被水流冲移位，采取措施如下：①选取最佳作业时段，即低平潮时段，此时段水流较缓，对施工影响小；②根据现场作业水深加宽铺排船滑板，减短被体悬空长度，滑坡宽度由10 m增为12m；③铺设时即时测量水深，保证充灌前被体首部已到达泥面，测深采用测深仪并用水砣相校核的方法；④首部采用周长2m隔仓，尾部用3根Φ50mm砂助作为压载，使之顺利沉底；⑤GPS的精确定位，根据作业时滑板的倾角a，滑板长度L=cosa，在电子图上准确反映首部下水时的位置，如偏移则纠正；⑥被体沿长度方向2m一档做好记号，先松被体再移船，移船要缓慢、平稳，避免船舶惯性拖动袋体且行距不大于被体下底长度；⑦制作长35.5m被体，采取上述措施后，检测铺设后砂被首部偏差≤50cm，铺设实际长度>34m，首尾位置能保证。

相邻砂被铺设后，要保证砂被间紧密无缝隙。在每块砂被铺设时，在被体两侧各拴若干浮漂，在铺设完成后GPS检测其位置，即砂被体实际边线位置，以此来计算相邻被体的叠合情况和下一相邻被体的边线起始位置，铺设时考虑被体收缩，取搭接叠合量2m，现场法潜水探摸后，证明砂被间无缝隙，搭接良好。

（2）砂被铺设后实际充灌厚度

砂被铺设厚度是保证排水畅通的重要质量控制指标，不允许出现负公差，鉴于砂被是直接在软基上铺设，铺设后会有一定的沉降，故不采用GPS测深的方法控制充灌厚度。单块砂被理论充砂量25m*34m*0.7m*1.1=650m3。因被体收缩，铺设实际宽度21m左右，最终充灌方量以600m3控制。根据塑料排水板施工后，潜水探针抽检，砂被厚度均≥60cm。

（3）充灌效率

根据施工区域流水流向旋转的特性及铺设工艺对流向的特殊要求，砂被铺设在平潮时段进行，大潮汛考虑充砂时间3.5h每一个涨落潮，小潮汛考虑充砂时间4.5h每一涨落潮。在如此短时间完成单块砂被的铺设，充灌率要高。首先选用3台6in的泥浆泵（效率约750m3/h）在甲板分流成6根4in输砂管和6台15kW高压水枪用于运砂船上正常施工，能满足单块袋体一个涨落潮施工充砂量。设备要经常检修并各有一台备用，避免设备故障而影响作业。其次加工被体时袖口布设定20m2左右一个，袖口纵向间距在5m，横向布置6个，主要根据输砂管数量和单次移船距离确定，且袖口均匀布置。便于甲板上有限作业面的充分利用和减少充砂的换袖口次数，充分利用施工用的粉细砂的流动性较强的特性，考虑移船间隔和移船距离的最佳关系。典型施工中移船距离和间隔的关系为2m/3～4min，因粉细砂的流动性强造成首部堆高尾部砂量少。其后改为首部快充，尾部下底后继续充灌的施工方案，即首部起充灌2～3min立即移船2～3m直到尾部下底，继续充灌45min左右使之达到控制充灌方量。这一方案实施，减短了水面充灌作业时间，即减短了砂被铺设时段受水流影响的时间，有利于提高铺设的质量。现场潜水探摸砂被较平整，堆积现象消失。上述几点提高充灌效率的方法结合作业船只的性能，操作人员的熟练性，保证砂被在有利作业时段铺设完成。