灘地粘質(zhì)粉土充袋技術(shù)在黃驊地區(qū)的應(yīng)用試驗(yàn)

余 競(jìng)，云 霄，孫 鵬

（中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120）

引言

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的要求也越來(lái)越高，因?yàn)楣こ滩牧系氖褂脤?duì)經(jīng)濟(jì)支出會(huì)有巨大的影響，所以必須對(duì)工程整個(gè)過(guò)程的材料加以試驗(yàn)并設(shè)計(jì)詳盡的方案。因此，通過(guò)合理的方法做好相應(yīng)的試驗(yàn)預(yù)案加以實(shí)施，有效的減少工程開(kāi)支和提高安全性成為了重中之重。

1 工程概況

黃驊港位于渤海灣南側(cè)，為粉質(zhì)海岸，當(dāng)?shù)亟ú娜狈Γ滩牧蠝\水段主要以堿性土拌和石灰為主，深水段以昂貴的拋石為主，為解決港區(qū)大規(guī)模開(kāi)發(fā)所急需的經(jīng)濟(jì)合理的筑堤材料，業(yè)主委托我院進(jìn)行臨時(shí)隔堤試驗(yàn)段工程，為灘地土充袋技術(shù)在黃驊地區(qū)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)儲(chǔ)備。

臨時(shí)隔堤長(zhǎng)度為1780 m，灘地標(biāo)高+0.1 m 左右（85 國(guó)家高程，下同）。采用袋裝砂堤心結(jié)構(gòu)，頂標(biāo)高+2.0 m，頂寬為3.5 m，兩側(cè)邊坡1:2。

1＃隔堤的實(shí)施主要有兩個(gè)功能，主要是在3＃拋石龍口合攏前，封閉1＃圍區(qū)的水域以減少整個(gè)庫(kù)區(qū)的面積，起擋水作用；其次，在工程實(shí)施過(guò)程中了解當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的組成情況、充灌的效率、袋體固結(jié)情況和當(dāng)?shù)貤l件的匹配性和適應(yīng)性，為袋裝砂工藝在黃驊港的推廣應(yīng)用提供技術(shù)儲(chǔ)備。

工程已充灌了53 個(gè)底層袋、7 個(gè)第二層袋和4個(gè)堵串溝砂袋。由于條件的限制，我部跟蹤了具有代表性的15 個(gè)袋體，記錄分析了灘地土在各試驗(yàn)袋體的現(xiàn)場(chǎng)充灌、固結(jié)情況，并在取砂坑及各試驗(yàn)袋體內(nèi)取土樣進(jìn)行室內(nèi)容重、顆分等試驗(yàn)。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 天氣和海況

黃驊地區(qū)4、5 月份為大風(fēng)多發(fā)月份，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋～NE 向，根據(jù)國(guó)華電廠三千噸級(jí)碼頭處氣象站4 月份實(shí)測(cè)風(fēng)況統(tǒng)計(jì)，4 月份有16 天出現(xiàn)6 級(jí)（＞10.8 m/s）以上大風(fēng)，其中有8 天出現(xiàn)了7 級(jí)風(fēng)(＞13.8 m/s)，實(shí)測(cè)最大風(fēng)速為16 m/s，風(fēng)持續(xù)時(shí)間2 h～17 h 不等。

6 級(jí)以上風(fēng)平均歷時(shí)5.9 h/天，全月累計(jì)歷時(shí)94 h，出現(xiàn)頻率為12 %，其中E～NE 向6 級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)頻率為72 %。因暫缺5 月份實(shí)測(cè)風(fēng)資料，該月份的大風(fēng)歷時(shí)無(wú)法精確統(tǒng)計(jì)，但根據(jù)氣象預(yù)報(bào)資料和項(xiàng)目部施工日記記錄，5 月份大風(fēng)情況和4月份相差無(wú)幾。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)6 級(jí)以上大風(fēng)時(shí)，1＃隔堤外側(cè)海域波浪有泛白花現(xiàn)象，按海況現(xiàn)象分析估計(jì)浪高有0.8 m。

2.2 袋體充灌情況

目前現(xiàn)場(chǎng)共充灌了5 種類型袋體[1]。

A2 型袋體用于底層砂袋，目前編號(hào)1-＃1～1-＃15 袋體已充灌完成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，取有代表性的1-＃1～1-＃10 袋體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

B1 型袋體和新加工的3 種類型袋體用于第二層砂袋，每種類型的袋體均有詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)量記錄。2-1?！?-5＃袋體繼續(xù)補(bǔ)充至5 月9 日左右，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員記錄，每個(gè)袋體均補(bǔ)充多次，除2-1＃袋體外，其他4 個(gè)袋體的充灌時(shí)間相當(dāng)，在3.5 h～4.5 h 之間，經(jīng)實(shí)測(cè)袋體厚度最終統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)袋體充灌效率均在23 %～29 %之間。

2.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2-1?！?-5＃袋體經(jīng)過(guò)兩個(gè)潮水充灌，在兩次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及充灌固結(jié)完成，5 月10 日實(shí)測(cè)后記錄袋體厚度、落錐陷入度等見(jiàn)表1[2]。復(fù)合布袋體兩側(cè)滲出以清水為主，編織布袋體兩側(cè)滲出以泥漿水為主。2-1＃袋體從4 月30 日開(kāi)始充灌，截止5 月6日至少充灌4 次以上。

表1 袋體厚度和落錐陷入度

2.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)充袋情況統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析，基本可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1）2～3＃袋體的充灌效率為35 %左右，其他3 種類型袋體的充灌效率在28 %左右，總的來(lái)說(shuō)復(fù)合布袋體在同樣設(shè)排水口的情況下充灌效率高于編織布袋體；

2）從兩次實(shí)測(cè)5 個(gè)袋體厚度表明不設(shè)排水口的2～4＃復(fù)合布袋體排水性差，充灌的淤泥無(wú)法沉淀，在漲落潮中被帶走，導(dǎo)致有效厚度降低；

3）5 月4 日實(shí)測(cè)袋體落錐陷入度約10 cm，5月6 日實(shí)測(cè)袋體落錐陷入度約2 cm～4 cm，袋體在充灌一個(gè)潮水后基本固結(jié)需2 天時(shí)間；

4）袋體充灌歷時(shí)跟設(shè)排水口有關(guān)系，5 月4 日充灌時(shí)無(wú)排水口情況下充灌時(shí)間要短0.5 小時(shí)左右；

5）5 月6 日、10 日兩次實(shí)測(cè)估算2-3＃袋體的每小時(shí)充灌方量在12 m3/h 以上，較其他幾類試驗(yàn)袋體提高30 %左右；

6）從5 月10 日實(shí)測(cè)情況來(lái)看，第二層袋體的平均單位時(shí)間方量要略高于底層編織布袋體，相比之下復(fù)合布的充灌效率較高。

3 室內(nèi)試驗(yàn)工作

3.1 試驗(yàn)概況

室內(nèi)試驗(yàn)主要包括以下兩個(gè)方面工作：

1）對(duì)不同規(guī)格的土工布袋，主要測(cè)試它們的滲透系數(shù)和等效孔徑情況，經(jīng)測(cè)試的土工布袋規(guī)格有多種，本報(bào)告主要提供可被選為現(xiàn)場(chǎng)袋體的材料試驗(yàn)成果：150 g/m2編織布、120 g/m2無(wú)紡布＋180 g/m2編織布、150 g/m2無(wú)紡布＋230 g/m2編織布三種規(guī)格[3]。

2）對(duì)相同的原狀土充填進(jìn)入不同的土工布袋后，經(jīng)排水固結(jié)后重新組成的新結(jié)構(gòu)土進(jìn)行土的顆粒和不均勻系數(shù)測(cè)試。通過(guò)對(duì)充填前后土的顆粒和不均勻系數(shù)分析土的保土性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土的固結(jié)情況和落錐陷入度定性確定袋土的整體滲透性，選擇合適袋體。

依據(jù)試驗(yàn)規(guī)范，其中土工布的試驗(yàn)一般取10個(gè)樣品檢測(cè)成果的統(tǒng)計(jì)值。土的顆分試驗(yàn)采用篩析法和密度計(jì)法聯(lián)合測(cè)定。其中某一編號(hào)的土體顆分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 編號(hào)5 土體顆分曲線

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果分析主要圍繞三個(gè)方面進(jìn)行：

1）不同規(guī)格的土工布袋，滲透性、保土性和等效孔徑情況；

2）同樣的原狀土充填進(jìn)入不同的土工布袋后，袋土的顆粒組成情況，不均勻系數(shù)情況；

3）余留袋土的固結(jié)時(shí)間。

通過(guò)試驗(yàn)150 g/m2編織布滲透系數(shù)為3.3×10-3cm/s，等效孔徑O95 為0.11 mm；230 g/m2編織布+150 g/m2無(wú)紡布滲透系數(shù)為1.8×10-2cm/s，等效孔徑O95 為0.08 mm。試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)復(fù)合后的土工布袋的滲透系數(shù)和等效孔徑滿足設(shè)計(jì)要求。

充填前后土的顆粒組成情況發(fā)生變化，粒徑>0.10 顆粒含量（百分比）基本不變，粒徑在0.10～0.01 之間顆粒含量（百分比）有所增大，粒徑<0.01 顆粒含量（百分比）有所減少，說(shuō)明隨水的滲流同時(shí)土樣中細(xì)顆粒發(fā)生流失。土樣充填前，內(nèi)側(cè)取砂坑土土樣比重2.72，外側(cè)取砂坑0.2 m 深度土樣比重2.70，0.5 m 深度土樣比重2.71，1.0 m 深度土樣比重2.71，充填后土比重2.71。同一比重?cái)?shù)值對(duì)應(yīng)同一種類型的土，比重從2.68 每增加0.01變化到2.75 的8 個(gè)值對(duì)應(yīng)8 種類型土。根據(jù)規(guī)范比重2.70 為砂質(zhì)粉土，比重2.71 為粘質(zhì)粉土，比重2.72 為粉質(zhì)粘土，也說(shuō)明土的顆粒組成發(fā)生變化[4]。

土的不均勻系數(shù)反映土的級(jí)配情況，不均勻系數(shù)大于5 的土為級(jí)配良好土，不均勻系數(shù)小于5 的土為級(jí)配不好土，從表可以看出180 編＋120 無(wú)、150 編＋150 編、230 編＋150 無(wú)、230 編＋100 無(wú)、150 編5 種袋內(nèi)土雖然均為級(jí)配不好土，但180 編＋120 無(wú)袋內(nèi)的不均勻系數(shù)為3.99，230 編＋150 無(wú)袋內(nèi)的不均勻系數(shù)為3.85，其他袋體不均勻系數(shù)為3.71，180 編＋120 無(wú)袋體內(nèi)的土是級(jí)配不好土中相對(duì)好些的土。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤觀察，180 編＋120 無(wú)、150 編＋150 編、230 編＋100 無(wú)、150 編各袋體充填后土體滲透固結(jié)時(shí)間基本相同，均為6 天左右，230 編＋150 無(wú)袋體充填后土體滲透固結(jié)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)為10天右。從三方面綜合考慮可以發(fā)現(xiàn)180 g/m2編織布＋120 g/m2無(wú)紡布的土工布袋具有中等滲透性，良好保土性和充灌效率高的特點(diǎn)，宜作為本地的推薦充灌袋體。

3.3 袋裝砂生存試驗(yàn)

本工程共完成各類尺寸的充灌袋體140 個(gè)，袋體在自然條件下裸露時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)45 天，平均為20天左右。從結(jié)果看，近2 個(gè)月來(lái)袋體經(jīng)歷了多次風(fēng)浪的考驗(yàn)，袋體漂移0 個(gè)，袋體偏位3 個(gè)，局部損壞及被淘刷袋體5 個(gè)。根據(jù)袋體抗風(fēng)浪情況調(diào)查結(jié)果顯示，受影響的袋體數(shù)量占袋體總數(shù)的6 %左右[5]，與其他地區(qū)類似，說(shuō)明袋裝砂結(jié)構(gòu)可適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，但風(fēng)浪還是有一定的破壞力的。

通過(guò)對(duì)受影響袋體的分析，主要原因如下：

1）灘地土質(zhì)差，一個(gè)潮水充灌有效方量太少，自重不足以抵抗大風(fēng)浪；

2）有人為損壞的因素存在；

3）充灌土質(zhì)太細(xì)，風(fēng)浪流易對(duì)袋體產(chǎn)生淘刷。

3.4 5#砂源孔試驗(yàn)

5#砂源孔試驗(yàn)的主要內(nèi)容包括2.5m 表層土的剝離、下層粉土充灌試驗(yàn)以及下層土樣分析。主要結(jié)論如下：

1）采用泥泵剝離效率低，取砂效率更低。采用泥泵進(jìn)行剝離表土大約花了1～2 天的時(shí)間，但取砂非常困難，主要原因是在可利用的潮時(shí)內(nèi)，泥泵抽吸了很多上個(gè)潮水余留在坑中的海水。砂坑越大，泥泵的利用率越低，所以，下一階段采用開(kāi)敞砂坑時(shí)不宜采用泥泵開(kāi)挖大型泥坑。同時(shí)，效率低，還有人為因素的干擾。施工期間由于漁船干擾，切斷了施工電纜，造成停電停工，后期為了保護(hù)電纜斷頭，采取了一定的保護(hù)措施，同時(shí)為了安全生產(chǎn)對(duì)電纜使用采取了限制性使用的措施，都使5#孔的取土效率低下[6]。

2）5#孔土質(zhì)情況：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣和充灌情況，5#孔下砂源砂質(zhì)屬砂質(zhì)粉土類，含泥量小，在完成剝離情況下進(jìn)行充填，5#孔下的土質(zhì)用于充填是可行的，估計(jì)其效率較目前的灘地土提高50 %以上。

3）5#孔砂土蘊(yùn)藏量：試驗(yàn)組在5#點(diǎn)以西50 m和以北100 m 進(jìn)行了高壓沖水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這兩點(diǎn)砂質(zhì)粉土層小于50 cm?？梢?jiàn)，本地附近土層變化很快，5#孔土層分布根本無(wú)法代表周邊情況。因此，5#孔僅代表小范圍情況，在蘊(yùn)藏量不明的情況下，難以滿足疏港路的砂源需求[7]。

4）鑒于5#孔的土層變異大的實(shí)際情況，對(duì)于下一階段的砂源應(yīng)進(jìn)行高密度布孔勘探，方可確保把握地層分布的準(zhǔn)確性和砂源量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

1）采用1＃隔堤附近灘地表層粉土充灌袋體的工藝是可行的，袋體固結(jié)后平均厚度可達(dá)45 cm 以上，但其固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，效率低下；

2）灘地可用砂源分布極為不均勻，經(jīng)常移泵，灘地取砂效率極低。單個(gè)袋體一般需至少充灌4 個(gè)潮水，完全固結(jié)需5 天以上；

3）2-3＃袋體（180 g/m2編織布＋120 g/m2無(wú)紡布）的單位時(shí)間方量在第二層四類型袋體中最高，可作為推薦袋體類型；

4）根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)目前灘地土細(xì)顆粒多的情況，推薦袋體宜選用180 g/m2編織布＋120 g/m2無(wú)紡布的土工布袋。

5）袋體類型對(duì)充灌潮次、總固結(jié)時(shí)間影響不大，只是對(duì)充灌歷時(shí)、單位時(shí)間方量有影響。

6）袋裝砂對(duì)當(dāng)?shù)貤l件的適應(yīng)性：在施工過(guò)程中只發(fā)現(xiàn)很少袋體因風(fēng)浪作用而發(fā)生局部位移及淘刷現(xiàn)象，總體而言，該結(jié)構(gòu)能較好的適應(yīng)附近的自然條件。