大面積圍海造陸圍堰工程關鍵技術研究及應用

邱練武

(中交三航局有限公司，上海市 200032)

大面積圍海造陸圍堰工程關鍵技術研究及應用

邱練武

(中交三航局有限公司，上海市 200032)

隨著日益增長的土地需求，在沿海地區(qū)圍海造陸越來越多地應用于工程實踐。圍海造陸工程的基礎性環(huán)節(jié)是圍堰的形成，直接對后續(xù)的陸域形成及軟基處理施工安全順利進行產生一定的影響。通過對圍海造陸的相關了解，并結合一系列的人工島填海工程，對拋石圍堰、砂袋圍堰、復合砂袋圍堰、插入式鋼結構圍堰和水上施工智能控制系統(tǒng)的關鍵施工技術著重進行討論。

圍海造陸 圍堰工程 智能控制 技術研究 應用

一、前言

圍海造陸在我國可以說是歷史悠久，因為早在漢代的時候就已經有記載。圍海造陸是一個系統(tǒng)工程，具有很高的建筑設備，建筑技術，建筑材料及其他要求。圍海造陸工程的基礎性環(huán)節(jié)是圍堰的形成，直接對后續(xù)的陸域形成及軟基處理施工安全順利進行產生一定的影響。它為后期的吹填造陸和地基的處理做了一定準備，是通過人工圍堰形成在海上的造陸界線。根據不同的施工方法，圍堰形成的技術包括拋石圍堰、砂袋圍堰和插入式鋼結構圍堰。大量的新技術和新技術的出現在施工過程中，這是由于圍堰的結構形式比較靈活，對作業(yè)工效和填筑質量要求也比較高。

二、拋石圍堰

向海中拋填一定量的石頭，使其在自重或外力的作用堆積，暴露出水面，形成人工分離區(qū)，將填海區(qū)和海區(qū)分開，以便于后續(xù)的吹填施工，這就是拋石圍堰。拋石圍堰是一個傳統(tǒng)的圍堰施工技術，具有施工速度快、穩(wěn)定性強大、適用范圍廣等優(yōu)點，廣泛在港口工程和水利工程中被應用。根據作業(yè)方式的不同可分為水拋和路拋。

1、水拋法

水拋法就是通過自帶吊機的運輸船舶進行運輸石料，然后使用GPS定位填補。就目前來說，水拋施工基本都是用拋石專用船只進行實施，主要有2種類型的船舶：

（1）自航平板駁：它使用自帶的反鏟挖掘機或裝載機將平板駁上面的石料拋進海中。使用這種拋填設備可以很好地控制拋石高度和厚度，對基礎影響小，而且效率高，解決了以前湍急水流對模袋充填、堤身吹填影響的問題。

（2）開體駁：駁船到達指定投點后進行拋填，打開底部的艙門，把石料填進海中，從而完成拋填（圖a）。

水上拋填可以多點同時進行開工、相互之間干擾少、施工效果也很好。

圖a開體駁拋填

2、陸拋法

路拋法是通過自卸式汽車進行運輸材料的，使用挖掘機和推土機配合施工，在陸上拋填采用逐步推進的方式。這種方法可以不受水域條件的限制，并且施工比較方便，在圍堰暴露出水面以后可以采用這種施工方法。圍海造陸工程中圍堰填筑的前期需要先進行水拋施工。

三、砂袋圍堰

在深厚的軟基上進行永久圍堰的修建時，由于使用常規(guī)拋石圍堰會出現石料無法沉底、軟土強度太低或不經濟等現象導致工程無法實施，可以用砂袋圍堰的結構形式來解決（圖b）。沙袋圍堰施工的原理是先抗老化編織土工布縫成一個口袋，采用水力沖填法，把泥砂物質溶解到袋里。最后，層級疊置形成一個堰。沙袋圍堰的結構形式是非常靈活的，可以就地取材、因地制宜，在石料資源短缺的地區(qū)是具有比較廣泛的應用性，且經濟效益顯著。在水上施工時，可以進行全面開展，機械化程度高，施工速度快。在完成之后，其自身的完整性和穩(wěn)定性比較好。對淤泥地基變形的適應性較強，和吹填砂能夠緊密結合、相互支持。它已被廣泛用于圍海造陸、水利水電、海防建設等項目中。

填充袋砂圍堰主要采用填袋裝砂和填充袋裝砂2種方法。拋填砂袋在充灌船上面先將砂袋充灌成型后，用翻板滑落或者網兜吊放的形式把砂袋拋填到指定的位置。充填袋裝砂是指在砂袋最終沉放的地點直接進行充灌作業(yè)，可分為2種類型：1、利用低潮時人工在灘地上進行鋪展；2、利用船機設備在水較深的地方進行水下充灌砂袋，施工的時候，先用鋼管把砂袋的4角固定，通過輸砂管連接充砂泵和沙袋袖口。在充填的過程中，由于砂袋子的4角連接的是鋼管、鋼環(huán)，隨著砂量的增加砂袋隨著逐漸降低至泥面。施工過程中需要及時調整填充的袖口，確保均勻的沙袋填充。

圖b港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程島壁區(qū)砂袋圍堰

四、復合型砂袋圍堰

大多數的圍堰建在深水、淺水或灘涂地面上，地基下方基本上都是海相淤泥，上覆堰體自重和波浪荷載很容易引起海床孔隙水壓力的動態(tài)累計，有效應力降低，對圍堰結構的穩(wěn)定性不利。在圍堰填筑前進行水下鋪排和水上插板，形成更為穩(wěn)定的復合型砂袋圍堰砂袋圍堰是為有效消散土體中的超靜孔隙水壓力，防止圍堰在施工過程中滑移失穩(wěn)。為了增強底部保護、促進砂袋地基軟土排水固結效果，有效彌補砂袋圍堰結構形式單一缺乏穩(wěn)定性，砂袋圍堰施工前先，在原泥面上鋪設一層土工布和土工格柵，之后拋填中粗砂墊層，并在砂墊層上插設塑料排水板。

五、插入式混凝土結構和鋼結構圍堰

在一些重要的圍堰修筑施工中，當上覆軟土層的厚度較大、含水率高、壓縮性高和極低的強度，但是下臥土層的相對密度好、強度高、壓縮性低的時候，插入式混凝土結構或鋼結構圍堰就可以考慮進行采用。插入式混凝土結構中要求施工區(qū)域水流平緩、有條件筑島把水上作業(yè)轉變成陸上作業(yè)，插入式鋼結構圍堰的應用比較廣泛，理論研究相對比較成熟，大直徑鋼筒是一種被廣泛使用的結構形式。

六、關鍵技術

1、新型水下鋪排關鍵技術

水下鋪排，就是土工布及土工格柵復合體的鋪設，在圍海造陸工程中可以起到隔土、加筋、減小土體變形的功能。以前使用的水下鋪排技術是通過滑板和其他得一些設備進行相關輔助，利用排體的自重將其沉放至泥面。很難準確控制鋪設范圍而且軸線偏移量也很難控制，船體的體位移會發(fā)生偏移，從而導致了航道偏離，基礎穩(wěn)定性和工程質量方面都得不到有力保證，這是因為海上作業(yè)時，風、浪、流等荷載作用和潮位的漲落對其影響都比較大。

2、新型水上插板關鍵技術

塑料排水板可以為底部淤泥層排水固結提供垂直通道，使淤泥層的固結變形加快。在圍堰底部軟弱土層中插設塑料排水板，從而提高土體的強度，并有利于穩(wěn)定圍堰結構。

3、水上施工智能控制技術

因為受風浪、潮流、水深等因素的影響，再加上現有的水上船舶的自動化和智能化水平低，移船、定位主要依靠簡單的人力控制裝置，沒有形成計算機智能控制的一體化，從而大大影響施工精度和工作效率。為了提高效率，必須要實現在施工精度要求范圍內對船舶的智能控制與定位。

七、結束語

上述圍堰形成技術有效地推動了圍海造陸領域的科學和技術進步，并在工程實踐的過程中得到了充分和有效的應用，在一定程度上滿足了工程建設的需要。由于不同的地理環(huán)境及工程地質條件，實際中的工程應該根據現場的客觀條件，進而選擇合適的圍堰結構形式，也可以在已有的這些結構基礎上運用一些新的結構形式以及一些新的技術。在海上施工作業(yè)這個過程中，使用新型水下鋪排技術和水上插板技術可以使船舶在受風、浪等荷載作用和潮位漲落的影響下，也能準確定位和建設。另外要是結合水上施工智能控制技術，工作效率就會得到大大的提升。插入式鋼結構圍堰具有很強的適應深厚軟土地基環(huán)境的能力，土方挖填也比較小，工期也比較短，且相對成本比很低，它的應用前景非常好。

[1]董志良 張功新 李燕，等.大面積圍海造陸創(chuàng)新技術及工程實踐[J].水運工程，2010(10):54-67

[2]范公俊 賈延權 王艷紅.幾種圍堰施工技術在連云港灘涂區(qū)的應用[J].水利水電科技進展,2011(31):62-65

TU75

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1007-6344（2015）11-0237-02