復(fù)雜海況超深水充填袋裝砂施工技術(shù)淺談

符 超 劉 洋 隋明迪

（中交天航南方交通建設(shè)有限公司，廣東 深圳 518040）

1　工程概況

三亞新機(jī)場(chǎng)填海項(xiàng)目起步工程?hào)|護(hù)岸臨時(shí)圍堰長(zhǎng)415.5米，見圖1。其中堤心由袋裝砂棱體填筑形成。共分三級(jí)棱體組成，第一級(jí)棱體橫斷面面積約334m2，由袋裝砂充填形成，外坡坡比為 1：2，內(nèi)坡坡比為 1：1.5。第二級(jí)棱體橫斷面面積約123m2，由袋裝砂充填形成，內(nèi)外坡坡比同一級(jí)棱體斷面。第三級(jí)棱體橫斷面面積約100.3m2，由土工管袋充填形成，其外坡坡比為1：1.5，內(nèi)坡坡比為 1：1；見圖 2。

圖1　施工位置平面圖

圖2　施工斷面圖

2　施工氣象環(huán)境

圖3　施工工藝流程圖

三亞新機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目袋裝砂圍堰工程處于無掩護(hù)條件施工區(qū)域，距離海岸約3.5km，且具有水深深、涌浪大、水流急等特點(diǎn)，工程所在地三亞紅塘灣全年以東北風(fēng)和東風(fēng)為主，二者頻率分別為13.6%和13.2%，平均風(fēng)速以ENE為最大，為4.2m/s，（每年 11月、12月）；次之有 NE和SSE向 ， 為 3.8m/s，（每 年 7月 、8月），每年5-11月為臺(tái)風(fēng)高發(fā)期，臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速為45m/s。主浪向?yàn)镾向，頻率為16.08%，次主浪向?yàn)镾SE、SE、SSW、SW 向 ， 頻 率 分 別 為13.99%、12.83%、11.56%、10.80%（每年 5-11月）。每日可施工時(shí)間集中在9-13點(diǎn)的平潮期涌浪最小時(shí)間段內(nèi)。

3　水下充填砂袋施工方法

水下充填砂袋主要是由鋪排船負(fù)責(zé)施工。將加工好的砂袋運(yùn)至鋪排船，卷好在滾筒上，運(yùn)砂船將砂運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)靠泊鋪排船，通過充灌設(shè)備將砂充灌至砂袋中，沉放至規(guī)定位置。

鋪排船需具備性能良好的滾筒、翻板裝置、大型起吊機(jī)、自動(dòng)化施工定位操作系統(tǒng)等設(shè)施。

3.1　施工工藝流程

3.2　砂袋加工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工，如圖4和圖5所示，砂袋加工時(shí)應(yīng)預(yù)留一定長(zhǎng)度（≥4米），袋體寬度不宜小于 18米，不宜大于35米。袋子寬度方向每排等間距布置4個(gè)，長(zhǎng)度方向4米一排，袖口長(zhǎng)度 1m，直徑30cm。沿寬度方向每隔4米布置一道加筋帶，長(zhǎng)度方向每隔4米布置一道加筋帶，距離袋頭袋尾2米分別布置一個(gè)隔艙，隔艙布置一排4個(gè)袖口，中間隔艙每隔4米布置一排5個(gè)袖口。

圖4　袖口布置圖

圖5　加筋帶布置圖

3.3　鋪排船定位

施工前由項(xiàng)目部測(cè)量隊(duì)對(duì)業(yè)主提供的控制點(diǎn)將測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校核。鋪排船自身配備計(jì)算機(jī)一套、GPS定位接收機(jī)兩臺(tái)，GPS定位軟件一套，施工前開啟計(jì)算機(jī)，運(yùn)行GPS定位軟件。由測(cè)量人員首先對(duì)船上測(cè)量?jī)x器復(fù)核、施工員根據(jù)設(shè)計(jì)輸入有關(guān)鋪排參數(shù)，計(jì)算機(jī)顯示施工船舶動(dòng)態(tài)船位圖形。

移船人員根據(jù)GPS定位軟件顯示鋪設(shè)位置，將鋪排船移動(dòng)至充填袋起始位置，當(dāng)電腦顯示偏差值和位移值達(dá)到允許誤差范圍內(nèi)，表示施工船舶已經(jīng)到達(dá)設(shè)計(jì)位置，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師認(rèn)可，方可開始鋪設(shè)。

項(xiàng)目部測(cè)量隊(duì)定期上船對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行復(fù)核，同時(shí)，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控船舶位置，以免在涌浪作用下跑錨，造成砂袋沉放位置不準(zhǔn)確。

圖6　充砂船充填砂袋

3.4　砂源供應(yīng)

由皮帶船在砂源地取好砂過給停靠在鋪排船旁邊的沖砂船，砂袋充填應(yīng)使用中細(xì)砂充填材料宜選用海砂充填，設(shè)計(jì)要求：滿足粒徑大于0.075mm的顆粒含量應(yīng)大于 85%，內(nèi)摩擦角不小于 28°，含泥量應(yīng)控制在10%以內(nèi)，容重不應(yīng)小于17kn/m3，充填砂料質(zhì)量檢驗(yàn)5000m3取樣一次。

3.5　施工工藝

施工過程中采取了充砂船充填砂袋的工藝，如圖6所示，這種工藝相對(duì)而言效率高、速度快。

（1）本工程砂源供應(yīng)由于是大型皮帶船從砂源地取砂然后供給泵砂船，由于大型皮帶船功率大、吸砂管粗，在取砂過程中能將珊瑚碎屑和小石頭連同砂一起吸上來，從而導(dǎo)致砂里面含有大量的珊瑚碎屑和小石頭。而泵砂船功率相對(duì)其較小、管細(xì)。這樣導(dǎo)致一方面泵砂船在充填砂袋時(shí)砂的流動(dòng)性差需將其充砂泵發(fā)動(dòng)機(jī)馬力開到最大，結(jié)果卻是充砂的效率不理想反而超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)使充砂泵發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損加快，出現(xiàn)故障的頻率更高。另一方面由于砂袋尺寸較大，充填砂量較大，普通小型泵砂船無法滿足連續(xù)施工要求。為保證充填過程中能持續(xù)供應(yīng)砂料，改為利用一臺(tái)600P的12寸臥式離心充砂泵和一艘2000t的深倉駁船替換原有的小型泵砂船，同時(shí)在深倉駁兩側(cè)配備六支高壓水槍，改造完成后靠泊在鋪排船外側(cè)，減少靠泊次數(shù)，延長(zhǎng)連續(xù)施工時(shí)間。

圖7　過砂

（2）本工程砂源供應(yīng)由于是大型皮帶船從砂源地取砂然后供給泵砂船，由于大型皮帶船功率大、吸砂管粗，在取砂過程中能將珊瑚碎屑和小石頭連同砂一起吸上來，從而導(dǎo)致砂里面含有大量的珊瑚碎屑和小石頭。而泵沙船功率相對(duì)其較小、管細(xì)。這樣一方面導(dǎo)致泵沙船在充填砂袋時(shí)砂的流動(dòng)性差需將其充砂泵發(fā)動(dòng)機(jī)馬力開到最大，結(jié)果卻是充砂的效率不理想反而超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)加快了充砂泵發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損出現(xiàn)故障的頻率更高。另一方面由于珊瑚碎屑和小石頭較多，而泵沙船功率相對(duì)皮帶船較小、管細(xì)，所以經(jīng)常出現(xiàn)堵管，一旦堵管非常麻煩，需要人工邊撿珊瑚碎屑和小石頭邊抽砂，一般需要一到兩天才能清理干凈，這樣砂袋在水中耗費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，不能及時(shí)充填完成將會(huì)被水流沖擊撕裂。這樣投入的人力、物力、財(cái)力將竹籃打水一場(chǎng)空。針對(duì)這種情況對(duì)泵砂船吸砂管處加裝了過濾格柵，將珊瑚碎屑和小石頭隔離出來，如圖8所示，解決了砂流動(dòng)性差、堵管清理耗時(shí)長(zhǎng)的問題。有效的提高了充填砂袋的整體效率，大大加快了施工進(jìn)度。

圖8　充砂船過濾格柵

3.6　充填砂袋

操作人員先將砂袋在鋪排船滾筒上卷好，然后將充砂管展放搭接，各段充砂管搭接處用鋼絲固定且妥善處理鋼絲外露以防刮破袋體。

充砂管塞入首先充灌砂袋排頭隔艙的袖口中，將袖口扎緊后啟動(dòng)泵機(jī)開始抽水再進(jìn)行充填砂。

排頭隔艙充好后移管換袖口轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒利用砂袋及所充砂的自重將砂袋放至海灘面，啟動(dòng)滾筒剎車，施工船在DGPS系統(tǒng)軟件的動(dòng)態(tài)顯示指導(dǎo)下沿事先所設(shè)計(jì)的軸線移船至第二排袖口位于船舷邊位置。

將充砂管插入第二排袖口內(nèi)，繼續(xù)充砂。根據(jù)沖砂泵的效率和砂袋的容量以及幾排袖口計(jì)算每排袖口所需要充填的時(shí)間，達(dá)到充填時(shí)間后將充砂管拔出插入第三排袖口，啟動(dòng)滾筒剎車。

施工船在DGPS定位系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)顯示指導(dǎo)下沿設(shè)計(jì)軸線移船至下一排袖口位于船舷邊位置，再充砂，如此循環(huán)進(jìn)行，直到整個(gè)排水砂被或砂袋充灌完畢。

圖9　充灌砂袋排頭隔艙

（1）移船時(shí)移船速度應(yīng)與袋體下水同步。首次鋪袋長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

L=H+h-L1×sin35°+L2

其中L為首次鋪袋長(zhǎng)度；

H為船舷高度；

h為水深；

L1為翻版長(zhǎng)度；

L2為排體壓載長(zhǎng)度。

圖10　DGPS定位顯示圖和運(yùn)用DGPS定位顯示圖移船

（2）移船

圖11　鋪排船錨纜分布圖

鋪排船為6錨定位分別為正前、正后、左前、左后、右前、右后錨，鋪排船通過在DGPS系統(tǒng)軟件的動(dòng)態(tài)顯示指導(dǎo)下到達(dá)施工區(qū)域。

在錨艇的協(xié)助下先拋正前和正后錨，再拋?zhàn)笄昂陀液箦^或右前和左后錨，拋錨時(shí)應(yīng)考慮鋪排充填完成的砂袋不被錨纜破壞和方便施工減少起錨拋錨的次數(shù)，這就對(duì)錨纜的長(zhǎng)度和錨纜與鋪排船甲板的角度關(guān)系密切。錨纜長(zhǎng)度應(yīng)300-500米，錨纜與鋪排船甲板的角度應(yīng)不小于60°，然后移船人員根據(jù)GPS定位軟件顯示鋪設(shè)位置，將鋪排船移動(dòng)至充填袋起始位置。

3.7　質(zhì)量檢驗(yàn)

3.7.1潛 水 檢 驗(yàn)

圖 12 水下探摸

在第二個(gè)砂袋充填完成后安排潛水員進(jìn)行水下探摸和攝影，后續(xù)根據(jù)施工實(shí)際需要和接縫數(shù)10%的設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)頻次進(jìn)行，主要對(duì)砂袋的厚度，平面位置，搭接和平整度探摸和攝影，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。

圖13　水下攝影

（4）測(cè)圖分析

每三層砂袋充填完成或一個(gè)施工階段對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行水深測(cè)量，掃測(cè)方向應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)流向確定，不應(yīng)逆流掃測(cè)，在漲落潮時(shí)各順流掃測(cè)一次；并繪制測(cè)圖，對(duì)砂袋的平面位置，坡比和平整度進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整，防止砂袋偏離或平整度不符合要求。

3.8　回填堤后砂

在一級(jí)砂袋和二級(jí)砂袋充填完成達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后分別要進(jìn)行堤后回填砂。

（1）運(yùn)用GPS測(cè)量?jī)x器在回填砂施工邊界拋設(shè)浮漂，讓皮帶船拋砂有明顯的邊界參照物，防止拋砂偏離施工范圍。

（2）皮帶船自帶AIS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，將施工區(qū)域底圖導(dǎo)入該系統(tǒng)，控制皮帶船在回填砂區(qū)域定位。

（3）在回填砂施工過程中適時(shí)用打水砣和測(cè)深儀測(cè)量控制砂的標(biāo)高，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整拋砂位置。

回填材料宜選用中粗砂，砂料要及時(shí)送檢，并滿足粒徑大于0.25mm的顆粒含量應(yīng)大于50%，含泥量應(yīng)控制在5%以內(nèi)，內(nèi)摩擦角不小于32°的設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)語

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，充砂泵的配備是本施工的重點(diǎn)和關(guān)鍵，應(yīng)配備大功率、流速慢、揚(yáng)程小的充砂泵。

（2）袋裝砂對(duì)充填料的要求也非常關(guān)鍵，填充材料大部分的情況下都已在設(shè)計(jì)文件里有明確的要求。在實(shí)際施工中既不能純粹使用粉細(xì)砂也不能純粹使用中粗砂，一般而言，以細(xì)砂為好。級(jí)配優(yōu)良的細(xì)砂流動(dòng)性和摩擦力適中，既能滿足砂袋的飽和度又能保證砂袋的平整度。

（3）復(fù)雜海況超深水砂袋施工對(duì)砂袋加工的原材料也有一定的要求，240g/m2的編織土工布基本滿足施工要求，但也從在缺陷，編織土工布沒有韌性，在水流急的情況下缺乏拉力容易將砂袋拉壞。

【參考文獻(xiàn)】

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［2］JTJ 239-2005 水運(yùn)工程土工材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范.

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