长江口深水航道治理工程袋装砂堤心成型及砂被铺设施工工艺.docx

长江口深水航道治理工程袋装砂堤心成型及砂被铺设施工工艺楼启为（上海交通建设总承包公司，上海 201208）摘 要：袋装砂斜坡堤堤心充灌及铺设成型施工工艺的开发，实现了袋装砂水上作业、水下充灌、水下成型铺设的目标，突破了传统的袋装砂施工工艺，成功解决了河口丰砂少石地区袋装砂堤心充灌成型的技术难题，提高了工效，降低了成 本，确保了工程质量。关键词：袋装砂堤心成型；砂被铺设；施工工艺；研制开发中图分类号：U615文献标识码：B文章编号：1002- 4972（2006）12- 0074- 04For mation of Bagged Sand Dike Cor e and Placing of Sand CushionLOU Qi- wei（Shanghai Communications Construction Contracting Company, Shanghai 201208，China）Abstr act: The development of filling and placing technique of sand bags for the core of sloping dike has broken the traditional construction technology for sand bags and realized sand bags marine operation, underwater filling, and underwater placing, resolved the thorny problem concerning filling and placing of sand bags for dike core at estuary which is characterized by rich sand and a lack of stones. As a result, the working efficiency is increased, the cost is cut down, and the engineering quality is guaranteed.Key wor ds: formation of bagged sand dike core; placing of sand cushion; construction technique; researchand development长江口地区年输砂量高达 4.86108 t，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，所以近年来在沿岸围滩筑堤中广 泛采用了袋装砂斜坡堤这种新型结构，但在河口 地区航道整治工程中采用袋装砂筑半潜堤且获得 成功尚属首次。海上深水砂被铺设是长江口二期工程中为提 高近表层软黏土在波浪作用下抗软化能力而采取 的海底软土地基加固的第一道工序，使其成为6070 cm 厚的“砂被”作为水平排水层，是长江口深水航道治理二期工程中一项全新的施工工艺。1袋装砂堤心施工工艺开发长江口深水航道治理工程袋装砂堤心施1.1工工艺的技术关键传统的袋装砂筑堤施工工艺，都是在0 m 以 上滩地采用人工露滩铺设充灌袋装砂方法施工。长江口深水航道治理工程中大量采用了袋装 砂堤心斜坡堤结构型式（图 1）。与以往袋装砂施 工不同的是长江口水域宽阔，风大、浪高、流急、 远离陆地，施工水深 210 m 的施工条件。为了利收稿日期：2006- 10- 16作者简介：楼启为（1963- ），男，高级工程师，从事港口与航道工程管理工作。75第 12 期楼启为：长江口深水航道治理工程袋装砂堤心成型及砂被铺设施工工艺用长江口丰富的粉细砂，实现就地取砂充袋代替块石，降低造价，加快施工进度，实现袋装砂堤 心斜坡堤安全、优质、高效地施工，必须解决水 下充灌铺设工艺开发、与长江口恶劣的施工条件 相适应的船机设备研制及测量定位控制方法等关 键技术问题。图 2 双层袖口工作原理4）复合砂袋充灌工艺的开发 袋装砂堤心斜坡堤的堤心砂袋外，设有一层450 g/m2 反滤无纺布，以保护砂袋布不致因垫层块 石抛理而破损、漏砂，且可大幅增强砂袋土工织 物的抗老化能力。以往反滤布施工一般是在低潮 位时，由人工水下铺设，施工效率低下，极不安 全，且不适合长江口工程的水深条件。本工程中 的反滤布必须在堤心砂袋成型后水下铺设，定位 困难、易漂浮，施工难度很大。在多层砂袋施工 工艺开发成功后，我们又进行了多层砂袋加反滤 布即复合砂袋一体化施工的工艺开发。经反复试 验获得了成功。它的优点是把二道工序合二为一， 能快速地为后道工序提供施工工作面。实践表明， 复合砂袋充灌成堤质量良好，而且减少了铺设工 序和作业船定位次数，既提高了工效，又提高了 工程质量，工效可提高 1 倍。1.2.2袋装砂铺设专用设备的研制1）专用充砂袋船“长江口二号”的研制长江口工程斜坡式导堤沿线的河床高程约 为- 2- 5 m（吴淞高程，下同），加上潮位，施工 水深可达 210 m。在总结了其它工程施工经验的 基础上，上海航道局研制了一艘适合本工程水深 及工况条件，并采用前述新工艺作业的专用充砂 袋船“长江口二号”。新建“长江口二号”专用船 更趋肥大型，具备可顺着堤轴线和水流方向锚泊 施工的优点。2）专用船舶 GPS 定位监控系统的开发 袋装砂铺设定位时采用动态定位。为实现实时定位、有效、直观地控制移船速度和铺设精度， 我们开发了铺设船利用 GPS 定位及施工过程监控 的应用软件。图 1 堤身断面结构图1.2袋装砂堤心施工新工艺的研究针对上述关键技术问题，考虑长江口水域的 施工条件，先后编制了多个施工方案，进行了多 项试验研究。1.2.1施工工艺研究1）砂袋充灌试验1997 年，上海航道局依托太仓中远国际城围 堤吹填工程，专门改制了一艘 600 t 的袋装砂充 灌及铺设专用船。利用这艘专用船，验证了采用 水上作业水下充灌水下成型铺设这一全新的工艺 是 可 行 的 ， 证 实 了 用 国 产 22 kW 离 心 泵 通 过 150 mm 输砂管可满足水下充灌砂袋的质量和效 率要求。2）双层充砂袖口的发明 以往砂袋施工工艺的充砂袖口是由人工绑扎的。我们经现场反复研究和试验，发明了双层袖 口。原理是利用砂袋内水和砂的压力使砂袋内层 袖口受反向压力自动封闭。在充灌砂时，先把双 层袖口的内层袖口置入袋内，插入充砂管；当袋 内充灌满后，内层袖口在水和砂的压力下自动封 闭，无须进行绑扎。双层袖口的工作原理见图 2。3）多层砂袋充灌工艺的开发 传统的砂袋施工均为逐层铺设，需多次移船定位，施工效率较低。为此我们先后对采用两层、 三层、四层组合砂袋同时铺设施工工艺进行了试 验。成功开发了两层砂袋连体加工、同时铺设、交替流水作业的新工艺。76水 运工 程2006年该软件的主要功能是根据接收仪与专用船的相对位置关系，对从专用船上的两台 GPS 接收仪 输入的数据进行计算和处理，在显示屏上形象地 显示出砂袋的设计位置和当前实际的铺设位置。 操作人员可直接通过显示屏来指挥袋装砂铺设作 业，使铺设精度控制在允许范围内。袋头随定位桩下沉于河底；泥浆泵管头插进充砂袖口，并用尼龙绳活结绑扎于袖口上，以便自该 袖口完成充砂后，松开绑扎绳，抽出充砂管。上述充袋准备作业完成后，压排筒压紧袋体； 启动泥浆泵开始充砂，当袋头充至一定砂量后， 定位桩与袋头分离。根据袋中所充灌的砂量，将 泥浆泵管头移插至未充砂的袖口，升起压排筒， 缓慢松开卷筒刹车，利用袋中砂的自重，袋体分 段下滑沉于河底，然后启动锚机并在 GPS 定位仪 的指示下沿堤轴线缓慢移动船位。重复以上操作， 直至整个袋体充灌完成。底层砂袋充完后，移动 船位，充灌上层砂袋，直至砂袋堤心筑至设计高 程。袋装砂堤心充灌工艺流程见图 3。袋装砂堤心施工工艺1.31.3.1 多层砂袋及反滤布加工工艺1）土工织物选用袋装砂袋体采用 380 g/m2 编织无纺复合土工 布和 230 g/m2 编织土工布缝制而成。每层（只） 袋装砂堤心袋体的二端（按堤心横断面）1.51.7 m 的长度内，采用单位质量为 230 g/m2 的编织布加150 g/m2 无纺布针刺复合的土工布；其余部位，除 顶层袋体的上面层使用单位质量为 380 g/m2 复合 土工布外，其余各层袋装砂袋体的上、下面层均 采用 230 g/m2 编织土工布。2）袋体缝制 砂袋缝制采用流水拼缝作业法，砂袋缝制成扁平长条形，袋顶按 5 m5 m 的间距缝制充砂袖 口，以备插入充砂管用，砂袋宽度和厚度按设计断面尺寸而定，砂袋长度则按照在一个水深及水 流条件相对较好的时段内能完成一整块砂袋的铺 设作业确定，以适应不同的作业条件。双层复合砂袋的缝制比单层的复杂，下层砂 袋的袖口缝制于袋体两侧，上层砂袋袖口仍缝制 于袋的顶面，同时还须将下道工序的无纺布倒滤 层与顶层砂袋缝制在一起。通过缝制工艺的改进， 将袖口从无纺布上穿过，解决了充灌进口问题。图 3 袋装砂堤心充灌工艺流程图工艺创新及特点长江口深水航道治理工程一、二期工程袋装 砂堤心斜坡堤的总长度达 25.15 km，总工程量为53.02104 m3。工程施工过程中及工程完工至今未 出现一例堤身漏砂现象，堤身结构稳定，沉降规律符合工程设计要求。与传统的施工工艺相比， 这套新工艺有如下六方面的创新及特点。1）选材：在土工织物选用上，对袋体迎浪面 和顶部采用了 230 g/m2 编织布+150 g/m2 无纺布针刺复合的土工布，有效避免了袋内充灌的砂在护面层施工前发生流失，确保了工程进度与质量。2）袋体缝制：首创专用缝制作业流水线，使 缝袋效率提高 7.9 倍。3）充灌袋口：首创双层袖口式充灌袋口，解 决了绑扎充砂袖口易漏砂的问题，确保了充灌质 量和施工安全。4）多层复合袋：首创多层砂袋加无纺反滤布 复合施工新工艺。解决了多层铺袋多次移船影响 施工进度与质量、无纺布反滤层单独铺设难度大 等技术难题，使袋装砂堤心施工工效同比提高 1倍。5）专用铺设船：抗风浪能力强，能保证砂袋1.4多层砂袋及反滤布水上铺设成型施工工艺1.3.2根据设计要求，袋装砂堤心必须平行于堤轴线铺设，其宽度根据导堤断面的设计宽度确定。 每层厚度为 0.6 m，其断面成阶梯形。袋装砂入水形式分船体舷侧入水和船头入水两种，但都采用纵向铺设（平行堤轴线），分层流 水推进的作业顺序。充灌砂袋专用船定位后，运砂驳系靠在充袋 船两侧；将缝制好的砂袋通过压袋筒底部后，用 卷袋筒卷袋；卷至袋头后，将袋体在船甲板上展 开，并使袋头挂在船舷旁；袋头系上定位桩，使77第 12 期楼启为：长江口深水航道治理工程袋装砂堤心成型及砂被铺设施工工艺在不同水深及 6 级风浪、1.2 m 波高工况下准确定位，使平均每天可作业时间延长 6 h；作业效率提 高 30%；充灌后水下成型质量良好；用导梁来改 善卷筒和砂袋受力，以动力卷筒存储砂袋袋体， 可有效地牵引和控制砂袋的铺设；吃水浅、砂驳 可同时在两舷靠驳。采用新设备后单船施工效率 达 1 400 m3/d，未发生砂袋在强水流作用下的破裂 现象，水下变形小、成型好。6）专用定位监控系统：采用 GPS- RTK 定位 技术，开发了专用定位监控软件系统。施工定位 精度提高到 10 cm 级，确保了砂袋定位及搭接质量。以完成铺设。SIIB 标施工中采用了宽度分别为 39.6 m及 31.2 m 两种尺寸的砂被搭配使用，大砂被充砂 方量为 865 m3，铺设平均耗时 3.8 h，但单张铺设 进尺达到 3235 m，适合在小潮汛及风平浪静时使 用，可以迅速推进；小砂被充砂方量为 681 m3， 大潮讯或海况较差时施工，单张铺设进尺为 2528 m，可以保证施工质量。2.2.3砂被铺设施工工艺 砂被铺设施工工艺基本与袋装砂堤心成型施工工艺相同，其施工工艺流程见图 4。2砂被铺设施工工艺2.1砂被铺设专用船机 砂被铺设和软体排铺设在施工工艺上有相似之处。由于二期工程砂被铺设施工区域的工况更 加恶劣，受水流影响更大，所以在用大型铺排船 进行砂被铺设施工前，除加大锚系设施外，为减 小水流对砂被的作用，需加宽铺排船滑板，使砂被 悬挂长度缩短。为此，将船滑板长度加宽至 12 m， 使其具有更好的挡流作用，有利于提高砂被铺设 的速度和质量。图 4 砂被铺设施工工艺流程图砂被铺设质量保证措施1）保证袋体无破损。砂被袋卷上卷筒前应检 查有无破损，船上配备手提缝纫机和 230 g/m2 机 织布，发现破损处经修补后才能使用。2）每 1 000 m3 取充填砂砂样一个，保证充填 用砂的质量符合设计要求。3）使用潜水探明砂被袋体间搭接情况，如有 搭接缝产生，应由潜水及时补填砂袋。4）施工过程中及时测量充灌厚度，保证袋体 充灌的厚度及平整度。5）移船过程中，应根据流向、流速调整船 位，保证袋体铺设平整，保证袋体之间搭接良好。6）袋体横向设置拉绳对减少袋体横向收缩有 明显效果。要求施工过程中拉绳受力均匀，既要 防止拉绳过松导致袋体产生过大收缩，也要防止 拉绳过紧将拉环拉断。7）严格控制砂浆浓度，防止堵管，保证在规 定时间内完成充砂。8）施工过程中注意监测潮位变化，观察袋体 在水流作用下的受力情况，防止袋体破坏。长江口深水航道治理二期工程针对设计提出的 新型水下砂被式排水垫层这一结构措施，成功开 发了多艘适合长江口工况的深水砂被铺设船，成 功开发了安全、优质、高效的深水砂被铺设施工 工艺，为水运工程又增添了一套成熟的工艺技术。2.3砂被铺设施工工艺2.22.2.1优化砂被结构1）选用 70