桔园洲防洪沙堤工程施工技术特点

【摘要】福州桔园洲吹填沙防洪堤设计新颖，为吹填透水沙堤，施工采用的工艺先进，生产效率高，干密度控制指标合理，围堰修坡方法经济实用，文中对施工中关键技术进行总结，供相关工程参考。

【关键词】 吹填沙 防洪堤 施工

[ Abstract ] Fuzhou orange Chau blowing sand filling embankment design for hydraulic fill sand, water, used in the construction of advanced technology, high production efficiency, dry density control indicators of rational, cofferdam slope mending method is economical and practical, the key technique during construction were summarized, for relevant engineering reference.

[ Key words ] blowing sand filling embankment construction

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1工程概况

福州闽江下游南港桔园洲防洪工程中的堤防工程位于闽江下游南港建新南堤外侧的沙洲上，起点位于建新镇洪塘，终点位于建新镇湾边，堤线全长9.15km，为新建堤，防洪标准采用百年一遇，除与金山大桥交叉段共400m长的防洪堤采用钢筋混凝土外，其余均为沙堤，堤防工程等级为2级。

根据标段划分，C5标全长1560m(桩号7+450- 9+010)，终点位于湾边，处于强潮陆相河口，潮型为规则半日潮，多年平均高潮水位为罗零5.0m，沙堤位于闽江下游的冲积平原，地形平坦。堤基主要是松散状中沙层，局部(桩号8+ 250 ~桩号8+952)位于夹薄层淤泥、淤泥层。河槽宽浅，大多河段宽达1200 ~2000m，是泄洪、泄沙和储沙河段，经建材地址相差，沙均为中沙，储量300万m3以上，完全能满足本项目的需要。块石需外购，主要由陆运、水运解决。

2沙堤结构型式

2．1设计堤型

设计堤型断面如图l所示，堤脚用抛石棱体挡水冲刷，堤身用反滤体碎石、土工网格、土工布包裹，用边长25cm正六边形C20混凝土预制块干砌作护坡，为透水沙堤。

图1沙堤设计横剖面示意

为增加堤后内河高水位时的渗径，堤后压载部分也为吹填沙，即罗零8.0m高程以下至基底全部吹填沙。为了改善水流条件，避免对堤身迎水坡抛石冲刷，在桩号8+600、8+725、8十850布设三条潜丁坝，长50m，抛石8000 m3，设计堤形新颖，充分利用当地材料，造价省、工期短，原计划用两年工期，实际仅用了六个半月，主体工程具备设计防洪挡水能力。

3施工方法说明及附图

根据设计特点，总体施工顺序为：①清基②抛石棱体底部土工布、卵石及袋装卵石施工③抛石棱体施工④抛石棱体背水坡土工网、袋装卵石、土工布、袋装卵石施工⑤吹填沙⑥堤身迎水坡、背水坡反滤 体土工布、碎石施工⑦护坡混凝土预制干砌施工。

3.1清基

根据设计要求，主要清除了堤身范围内的耕土层、草皮、树根等杂物，除桩号8+250~ 8+980为淤泥、夹沙地基外，其余均为沙基。

3 2抛石棱体护岸RT坝施工

棱体抛石要求孔隙率小于30%，单块石重20 ~100kg，石料容重应大于2.5t／m3。抛右前先铺一层土工布和30cm卵石滤层，水下部分先铺一层50cm厚袋装卵石，然后进行抛石，断面形成后背水坡理砌至无棱角，迎水坡干砌。本标段共抛石80000 m3，抛石强度大，采用陆运、水运，高峰期达1200 m3/d。

丁坝施工采用陆运、船运块石抛投和少量利用道路拆除混凝土块抛投，三条丁坝共抛石8000 m3，低潮位水上部分理砌成型，坡比l：1.5。

3.3反滤体施工

反滤体按部位不同，设有土工布、土工网格、袋装卵石、卵石、碎石。

3.3.1土工布

3.3.1.1土工布技术指标

用于反滤体的土工布既要透水，又不能漏沙，是保证沙堤安全的关键结构，共铺设100000 m2土工布。由江苏省宜兴市非织造布厂生产，主要技术指标参数见表1，每次进货2.0万m2后同检一次，共检验四次，均符合要求。

3.3.1.2土工布搭接、缝制

土工布连接采用上海产的Gkg手提式电动缝包机(净重4.5kg)缝制，供电采用小型发电机供电。缝制厚度最大9mm（相当于3层），针脚长度5 ~9mm，用涂纶线。缝制接头强度经检验大于母材强度。

在水下和接头缝制有困难时，设计采用搭接，搭接长度4m。另外，在岸坡和与水闸边墙连接处，增加一层附加层，成L形布置，每边长度2m。

3.3.1.3土工布铺设

铺设前首先在加工厂缝制，单幅规格（长×宽）为50x5(m)，长边缝制后运至铺设面，短边在铺设工作面现场缝制或搭接。铺设时基层面的硬物或者其它带棱角的杂物要清除掉，并且尽可能宽、皱。接缝预折叠40cm，斜坡面铺设时，伸缩接头多余40cm部分朝向坡脚，以防止堤身变形时被拉裂。

铺设过程中，如发现有被淤泥污染现象，及时用高压水冲洗干净，以免降低土工布透水性能，铺设完后及时进行下一道工序，以防长时间爆晒老化，降低使用寿命。

桩号8+250至湾边岸坡边水下土工布铺设时，采用低潮水位人工涉水作业，工序安排时充分利用低潮水位、袋装卵石和块石挡水反铲整理作业，以保证搭接长度和水下带棱角杂物清除干净。

3.3.2土工网

设计要求在抛石棱体背水坡理砌后铺设土工网，网格性能满足以下要求，单位面积质量600g/m2，网眼尺寸不大于25×25mm，纵横向最大拉伸强度不小于5 .8kN/m，最大拉伸强度时的伸长率不小于15%，采用江苏丹用鼎泰工程材料有限公司提品，经现场抽检，全部符合要求。

土工阿格单幅为长x宽为30×2.55(m)，连接接缝搭接20cm，接头处用直径4mm尼龙绳梅花形绑扎，对尼龙绳质量每次进料都必须检查，绑扎点间距7 - 8cm，绑扎时打死结。铺设时与理砌面紧密结合，最上端伸入压顶混凝土底部Im。本标段共铺设土工网格15000m2。

3.3.3卵石、碎石反虑体

用于本项目反滤体粒径范围见表2。

卵石、碎石均外购，进货时控制含泥量和粒径大小。

分层铺设时，分层明显，上、下层不混层。袋装时要求用新编织袋，严禁使用回收袋。斜坡铺设时装袋饱满，错缝搭结，紧密靠拢。

堤身迎水坡、背水坡铺设反滤体时，先用高压水冲洗干净，并冲洗碎石石粉，以免石粉堵塞渗透途径，致使高水位过后，沙堤积水流不出去，防止产生液化现象，影响沙堤稳定。

3.4吹填沙施工

C5标所处河岸两岸地形平坦，河槽宽浅，为保证抄堤安全，吹沙要求取沙后形成的沙坑边缘距堤轴线不小于300m，沙坑底高程不得低于罗零1.0m。颗分试验参数见表3所示为中沙，不良级配。沙层渗透系数在1.9 ~2.4×10-2cm/s之间，属强透水性沙土。

本标段共吹填沙68万m3。工期从2000年12月25日至2001年5月4日结束。

3.4.1吹沙船布置、吹沙工艺

3.4.1.1吹沙船吹沙能力

吹沙船为绞吸式挖泥船，自装柴油机，主要布置420、600、1200HP三艘吹沙船吹填，高峰期增加1000、300、250HP各一艘，吹沙船吹填能力见表4。

3.4.1.2吹沙船布置、吹填工艺

江面开阔水面平稳，冬季风浪不大，吹填期内无台风，吹沙船沿堤脚外300m以外布置，架浮管浮筒，吹沙管水陆结合处用柔性接头，避免死弯和水位变形拉开吹沙管，架好后直接吹沙。

吹填工艺流程：测量放线清基压实抛石棱体及护岸施工棱体背水面理砌、铺土工网格、铺袋装卵石、铺土工布吹沙船就位安装浮筒、架吹沙管、接出沙口弯头吹填施工。

3.4.2吹沙体质量技术指标

本工程设计堤型新颖，国内无类似工程，《堤防工程施工规范》(SL260 ~98)用相对密实度和干密度控制压实质量，仅对吹填粗颗粒土有规定，工程实践中，福州马尾、江滨大道曾经采用过，但工程规模不大。在施工中业主曾多次邀请福建省内有关专家审查咨询，一是对堤型合理性进行论证，二是提出压实质量控制指标，同时业主技术负责人广泛征求国内堤防工程设计和施工规范编委专家的意见，最终结合本工程实际提出，并经设计、监理工程师认可，采取的沙堤施工质量控制措施为：

（1）对于常水位(C5标为罗零5.0 m) 以下部分，考虑到潮水位作用和上部堤身压载及碾压效果，以水力进行吹填沙筑堤，可不实施碾压。

（2）对常水位以上部分，采用水力吹填为主，机械碾压为辅的施工方法。

（3）为确保筑堤工程质量，堤身吹填沙时应严格控制每次上升高度（即吹填厚度），一般不大于l.2m。施工单位要派专人经常移动喷沙管的出口。

（4）部分堤身采用机械碾压，其碾压机具应采用16t以上的振动碾，分层碾压，灌水量不小于填筑方量酌20%．碾压不小于6遍（其中振碾不少于4遍）。

（5）吹填沙体或碾压沙体质量，暂按于密度1.45g/cm3控制，即其干密度不得小于1.45g/cm3，并据此制定吹填和碾压的工艺参数。同时还需作占总量20%的沙体相对密度试验。个别标段干密度指标视具体情况另行研究决定。

（6）吹沙填区土料固结干密度检测数量为200 - 400 m2取一个土样。

根据实际工期和质量控制指标，我们用于密度测定仪和相对密度仪作了大量的试验，实测干密度共测832个点，最大值1.52g/c m3，最小值1.43g/ cm3，最小值达设计干密度的98.6%，相对密实度最大值0.68，相对密实度与干密度是非线性关系。

干密度试验合格率为98.4%，符台施工规范和评定标准及业主补充通知要求。沙堤总体评定为优良。

3.4.3吹沙分医、分段、分层

（1）分区施工遵循先抛石棱体，再吹沙原则：平面分区如图2、图3所示。吹填顺序：一区二区三区四区五区六区。

（2）分段

分段吹填主要是在同一区内不同型号的吹沙船吹填时，便于计量，排水时沙不被冲走为原则，即遵循每一艘分一段，结合部位采用同时吹填和交错方法，吹沙船之间双方认可，便于计量和结算。

（3）分层

堤后压载部位的沙不分层，即从基底吹至罗零8. 0m高程。

堤身罗零5.0m高程常水位以下从基底吹填至罗零5.0m高程，不分层，由振动碾沿吹沙形成的斜坡面(1：10)碾压。

堤身罗零5.0m高程至堤顶分层吹填、分层碾压，分层高度与围堰相结合不超过1.2m，分层碾压取样合格后才能吹填下一层。

3.4.4 围堰、砍填、碾压、修坡

根据分区、分段、分层吹填方法，堤后压载和堤身罗零5.0m高程以下不做围堰，仅在堤身罗零5.0m高程至堤顶做围堰分段分层吹填。

（1） 围堰

分区、分段均需做围堰，现在两端堤脚处各做一道纵向围堰，然后根据吹沙船马力和吹沙管长度，一艘吹沙船为一区，长度200m左右做横向分隔，构成分区分段闭合围堰进行吹填。

横向围堰垂直于堤轴线，用沙体分隔。

纵向围堰结合“减法”修坡和吹填面大小，采用第三种方法。

第一种：在靠近坡脚3m以外用推土机垂直于堤轴线方向推吹填面上的沙，堆积在靠坡脚3m以内的沙面上，边堆边洒水，边线大于设计边坡线1~1.5m，堰高1~1.2m，振动碾压6遍后形成纵向围堰。每个仓设排水口，宽度一般50~70cm，用沙袋、塑料彩条布防渗做成泻槽排入闽江，在罗零5.0~8.5m高程吹沙面积比较大时采用，如图4所示。

第二种：在吹抄面上取沙，装入编织袋，沿设计坡面线堆码，宽度0.5m，高度1m，最下层嵌入吹沙面0.2~ 0.3m，表层用塑料薄膜贴面，端头设一出水口接人闽江。吹填接近堤顶，断面小时采用，密实度容易保证，但吹沙速度快时容易垮堰，“减法”修坡工作量偏大，如图5。

第三种：用推土机、反铲将吹填碾压后的吹填面中间的沙移至两侧，形成V型槽，槽内靠上端用塑料彩条布铺盖形成围堰，坎填至靠上层时，拉起彩条布，周转使用，端头设出水口。效率比较高，修坡后多余的沙移至压载部分，但围堰下部靠边坡一侧机械扰动后的沙体密实度受影响，吹填后大量灌水以提高密实度如图6。

（2）吹填、碾压、修坡

吹沙管居中布放出沙口弯头垫高，距吹沙面1m以下，采用端进法直至吹填仓末端（出水口设在对边靠江一侧），每层吹填厚度l.0~1.2m，吹满后移动吹沙管，16t振动碾行走平压一遍，强压5遍，取样测干密度，达不到要求的点，再用水泵抽水灌水碾压，直至达到要求，一般第一循环都能达到要求，局部区段粉细沙，要重复一次。碾压时振动碾平行于堤轴线行走，痕迹重叠不小于碾宽的1/3。

碾压后修坡采用二种方法，均为“减法”：一种用袋装沙成坡，按预留沉降后的坡比放样挂线，作围堰时，袋装沙内边与斜坡面基本相交，用碾压后多余的沙装成袋，堆码时错缝挤密，按挂线尺寸要求斜铺于沙体斜坡面，铺袋前先用高压水充分冲灌后再压沙袋，铺码堆压后用高压水冲洗一道沙袋。

另一种为直接用机械修坡，即收填至第二层后，将多余的斜坡面沙用反铲浩斜坡面挖至堤内，平铺后浇水碾压。斜坡面用平板振动器沿斜坡面上下拖动振捣密实，可达到作业人员行走时无脚印的效果。

3.4.5提高沙体密去皮的措施

结合围堰施工方法采用以下措施，提高沙体成坡后的密实度。

（1）召开班组长会议，提出技术要求、操作要求，交底至班组内每一个作业人员。

（2）加强现场管理，项目部质检科长负责施工现场检查，达不到干密度1. 45g/cm3要求的工作面，不能进行下一层吹沙，特别是斜坡部位，人工堆码袋装沙堤和机械修坡后斜坡面部分更要严格要求。

（3）具体技术措施：

①成坡：

按设计要求放线，堆坡前，推土机堆积表层沙体，厚度控制在120cm以内，宽度为3m，振动碾振动碾压6遍以上，不能出现漏振。成坡采用削坡的办法，只能“减”，绝对不允许“加”，严禁用松沙垫高斜坡。

②增加3台80mm水泵，使水泵总数达到6台，特别是斜坡部分要用高压水浸透以后才能堆压沙袋。

③局部不密实斜坡部位，采用平板振动碾补充碾压。

④成袋的沙，堆在坡面后，人工挤压靠紧，袋与袋之间缝隙，用沙填平后，再冲洒一遍高压水。

⑤围堰内吹沙积水，要超过振压过的工作面30 - 50cm，浸泡后振动碾压，任意一点的干密度达到要求后，才能进行下一道工序。

⑥达到堤顼后，前后坡堆码形成沙袋60 ~70cm围堰。用吹沙船喷水，使成型的沙堤顶部积水达50 ~60cm深，当渗水量达到饱和状态后再振动碾压2~3遗，前后坡再喷洒一遍高压水。如前后坡局部出现“鼓包”，则人工翻开沙袋，局部用平板振动器振动、成型，进行下一道工序施工。

4混凝土预制块预制与铺砌施工

按设计要求，堤身背水坡、迎水坡铺设C20混凝±预制块，共30万块，其中20cm厚的16.8万块，l0cm厚的8万块，混凝土预制和铺设强度大，实际施工中，采用多项措施，既满足工期要求，又保证了度汛要求。

4．1混凝土预制块预制

4.1.1 预制厂

根据现场条件，为满足预制件生产强度要求，布置3个预制厂，共占地7000m2，安装0.25m3三台拌合机，配备3个大班组，高峰期生产量4800块/日，平均每班人员（包括搬运人员）30人。另外，为了雨天不中断施工，加工制作了组合式雨棚架，备有防雨彩条布近l000m2。

4.1.2定型铜模

委托金结厂加工定做，20cm厚钢模2000个，平均每天周转两次，l0cm厚的1100个，每天周转三次。每个班组生产20cm厚的1200~1400块，10cm厚的300~400块。另外，安排专人对变形模板进行校正，以保证预制件误差符合要求。

4.1.3水泥、备料、配合比、混凝土强度检验

用于本工程的水泥采用普通硅酸盐425#、525#袋装水泥，标号符合要求，细骨料用吹填堤上洁净的中沙。粗骨料外购，由闽江船运后经两次转运至预制厂使用，全部用二级配，配合比如表5所示。

混凝土强度检验现场成模，委托福州市水利局试验室试压。共取122组，平均值23.5MPa，Cv(均方差)= 0.053．强度符合规范要求。混凝土强度符合优良标准。

4.2混凝土预制件铺设

4.2.1坡面整理、特设反滤体

混凝土预制块铺设之前，首先进行放样、整理，即按加高后坡比放样挂斜线，对于表层密实度不够和破损的袋装沙整理，然后再铺一层10~ 30cm厚的沙，用靠尺刮平后洒一遍水，再用平板振捣器沿斜面上、下拖动振压，上、下搭接缝10~20cm，振动后作业人员在工作面上走动无脚印。铺完沙后依次铺设土工布10cm厚0.5 ~2.0cm小石子（迎水坡）20cm厚2.0~0. 4cm大石子，背水坡铺15cm厚1.0~ 2.5cm碎石反滤体。

4.2.2混凝土预制块的运输

从预制厂至铺设面之间运输采用农用拖拉机运输至堤顶，堤顶先铺设沙包土，然后人工搬运至工作面，运输过程中，特别注意不能将混凝土棱角破损。

4.2.3混凝土预制块铺设

铺设前首先进行预铺，目的是确定分仓尺寸，分仓宽度为21.25m为最佳，平行于堤轴线为最顶层一条通缝，放线从顶部向下量测，然后将半块首先从下向上铺设，形成21. 25m挡格，便于挂线。

为了控制混凝土预制块铺设后形成缝隙平行于堤轴线、缝隙大小均匀，经试验预制块铺设时，缝内用白乳胶粘贴5×5cm纸板，以免铺设时缝隙太小，挤损混凝土预制块棱角。铺设对位后用手锤垫废轮胎敲击，以保证预制块底部垫实和表面平整度，铺设完成后用3m铝台金推尺检查，不平整度小于5mm。

5堤防沉降、位移观侧

本工程除了布设河道水准观测外，还在桩号8+250~9+010之间布设观测桩，观测水平位移和垂直沉降。因设计地质说明中，桩号8 +920~9+011之间是新沉积的淤泥，设计限制加裁速度和高度，而C6标破堰来按期进行，为了度汛，加载速度和厚度超过了设计限制要求，经观测没有发生浅层滑动破坏。

吹填碾压至堤顶后垂直沉降观测详见表6，观测期内（2001年5月7日~9月17日）最大值为115mm，最小值为53mm，加载初期沉降变化较大。堤顶留沉降30cm，只加高不加宽。实测资料显示至吹填至堤顶后，2个月基本稳定。以后沉降量逐渐减小。

6 本工程可靠性分析介绍

为了对本工程可靠性进行分析，业主委托河海大学土木工程学院专家对本工程进行沙堤可靠性监控专家论证分析（并进行布点检测，布点工作在C5标已于2001年5月下旬完成），即采用先进的数学和力学方法，通过对渗流场、变形、应力、稳定等问题深入研究，对防洪堤工程的设计方案进行分析论证和优化。计算的软件采用河海大学工程力学系(工程力学研究所)研制的“水工结构有限元分析系统”AotoBANK2.8版，该软件经过长期使用并与大型计算程序进行对比验证，其核心部分已经用于数十个研究项目的分析计算，结果的正确性是有保障的。对本项目的计算结果和评价：计算结果沙堤设计方案总体上是可行性的，但某些安全指标偏大和偏小，需要进一步改进，并建议在下游混凝土面板上设排水孔；V-V断面（C5标）地基有淤土层，此地质情况对堤身而言，近似于建在不透水地基上，淤土层承受了较大的压力水头，平均水力坡降达到3.0左右，高水位时很可能冲破淤土层形成管涌，因此建议填沙压重或增设减压反滤措施。

7 结束语

本工程自5月4日吹填完成后，经过了5月7日洪水（罗零7.0m高程）和主汛期对沙堤考验，完成满足正常防洪要求，实际运行良好。经专家及验收委员会总体验收，给予一下结论。

7.1 沙堤设计新颖，在国内首创，节约造价，进一步推广使用的前景广阔。

7.2 施工时采用的质量控制指标可靠，施工方案合理，施工工艺先进，加快了进度，提前了工期。

7.3 充分利用当地材料筑堤，为类似工程提供经验。

7.4 对河海大学专家可靠性分析结果，建议业主尽快实施完善，以使本工期长期、安全、可靠地发挥效益。

作者简介：

杨治华（1966-），男，甘肃人，中国水利水电第五工程局有限公司副总工程师兼市场开发部副主任，工程师。从事市场开发工作；

刘州（1985-），男，重庆人，中国水利水电第五工程局有限公司市场开发部主办科员，助理工程师。从事市场开发工作。