溫州龍灣區(qū)海濱圍墾工程閉氣土施工

李田書(shū)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第二分局，四川雙流 610225)

1 工程概況

溫州市龍灣區(qū)海濱圍墾工程經(jīng)浙江省圍墾局浙圍建(2005)32號(hào)文件批準(zhǔn)實(shí)施，圍涂面積為9 860畝(1hm2=15畝)，投資約為1.81億元，計(jì)劃3年建成。溫州市龍灣區(qū)海濱圍墾工程位于龍灣區(qū)甌江口南側(cè)的東海岸。工程區(qū)域東臨大海，南接永興北片圍墾，西靠海濱，北接溫州淺灘工程，隔江相望，水陸交通便利。圍區(qū)南北長(zhǎng)約4.5 km，東西寬約2 km，圍涂面積9 860畝。

工程主要由北堤、主堤、南堤及三座水閘組成。堤線總長(zhǎng)5 297 m，其中北圍堤長(zhǎng)1 955 m，主堤長(zhǎng)2 841 m，南堤長(zhǎng)501 m。三座水閘分別為北閘、南閘和中閘，其中北閘和南閘為進(jìn)水閘，閘孔為2孔，寬4 m;中閘為排水閘，閘孔為2孔，寬5 m。本標(biāo)段包括南堤、主堤南段(樁號(hào)Z0+938～Z2+841)、中閘和南閘等，堤線長(zhǎng)2 404 m。

該工程屬臺(tái)州灣-沙埕港低山丘陵河口堆積平原區(qū)所屬甌江口～沙埕港低山丘陵河口堆積平原區(qū)，區(qū)內(nèi)基巖多為晚侏羅世火山沉積巖，早白堊世紅色巖層，燕山期侵入巖，全新世中瀉湖或海灣、湖沼淤泥(粉質(zhì)黏土)層，全新世晚期海積(粉砂土)層及沖積、海積粉砂土。

根據(jù)“中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖”，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.65 g(軟土場(chǎng)地)，相應(yīng)地震基本烈度Ⅵ度。

本工程沿堤線海涂多在高程 －1～1.5 m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn))之間。

根據(jù)初步設(shè)計(jì)勘探資料，沿堤線第四系沉積物主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土和淤泥夾沙等海相沉積地層，涂面土層物理力學(xué)指標(biāo)如下:W=49.6%～65.5%;ρ=1.62～1.72 g/cm3;ρd=0.98～1.14 g/cm3;Es⊥=1.599～2.287 MPa;快剪 C=3.4～4 kPa，φ =0.6°～4°;fk=50～65 kPa。

該海堤工程設(shè)計(jì)等級(jí)為4級(jí)，海堤結(jié)構(gòu)為復(fù)合式土石堤，堤基采用塑料排水板排水固結(jié)、土工布加筋處理(圖1)。

堤頂寬度:堤頂路面凈寬度為5 m，不包括防浪墻寬度。

路面結(jié)構(gòu):堤頂路面采用抗沖刷和穩(wěn)定性較好的混凝土路面，并設(shè)混凝土路肩。

堤頂防浪墻:堤頂C25混凝土防浪墻為反弧挑浪式，高度一般為0.8 m(高出堤頂路面)，頂寬均為0.5 m，基座埋深0.45 m，位于直立式擋墻頂部。

背坡防護(hù):與堤頂相連的背水坡(4 m高程以上)采用干砌塊石護(hù)坡，下設(shè)無(wú)紡布一道和碎石墊層20 cm;4 m高程及其以下坡面種植草皮護(hù)面。

迎潮面灌砌石棱體防護(hù):迎水側(cè)采用灌砌石棱體，頂寬約 0.7 m，外坡面為 1∶0.4，底部寬 1 m。棱體外側(cè)采用整體性較好的鋼筋混凝土防護(hù)面板，面板厚40 cm。

迎潮坡面防護(hù):外側(cè)鎮(zhèn)壓層不設(shè)二級(jí)鎮(zhèn)壓平臺(tái)，鎮(zhèn)壓層輪廓線為擋墻底部3.5 m高程漸變至3 m高程(寬7.4 m)，再放緩坡至2 m高程(寬12 m)，橫向坡比分別為1∶15和1∶12;2 m高程以下邊坡為1∶4，坡腳設(shè)頂寬2 m的縱向拋石護(hù)腳平臺(tái)，平臺(tái)高程1 m。

海堤迎潮坡面受海潮直接沖擊。該工程護(hù)面設(shè)計(jì)采用大拋石平整護(hù)面，在墻腳6 m范圍和2 m轉(zhuǎn)角處設(shè)C20混凝土灌砌石加強(qiáng)，砌石護(hù)面厚40 cm，并在末端設(shè)1 m×1 m的縱向齒槽。

閉氣土是海堤的重要組成部分，也是海堤工程關(guān)鍵的分部分項(xiàng)工程。本工程的拋石棱體內(nèi)海側(cè)設(shè)有毛石砌筑，碎石墊層、土工布構(gòu)成倒濾層，閉氣土方緊挨著倒濾土工布填筑。

閉氣土工程量為281 796 m3，寬度范圍從公路內(nèi)海側(cè)向內(nèi)海方向47 m，高程從涂面0 m高程到堤頂公路基層底面6.75 m高程。其工程結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

2 桁架式筑堤機(jī)

圖1 海堤標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(展示閉氣土斷面)

2.1 施工機(jī)械的選用

該工程地處溫州市沿海，當(dāng)?shù)厝鄙兖ね临Y源，僅有部分城市建設(shè)的基礎(chǔ)棄土和地下室開(kāi)挖土可供利用，但運(yùn)距遠(yuǎn)，不能連續(xù)均衡地供應(yīng)，且總量也不能保障。為此，采用近堤海涂泥作為閉氣土成為較好的閉氣工程解決方案。

涂泥作為閉氣材料，須使用筑堤機(jī)。目前我國(guó)筑堤機(jī)的應(yīng)用仍處在不斷完善階段。根據(jù)龍灣圍墾工程的特點(diǎn)，考慮機(jī)械制造難度和經(jīng)濟(jì)性，該工程最終選定桁架式筑堤機(jī)作為工程閉氣土填筑工程的主要機(jī)械。

2.2 桁架式筑堤機(jī)簡(jiǎn)介

桁架式筑堤機(jī)見(jiàn)圖2。

圖2 桁架式筑堤機(jī)

2.2.1 桁架式筑堤機(jī)的組成

該工程使用的桁架式筑堤機(jī)由斜拉鋼索桁架、浮箱、動(dòng)力系統(tǒng)、行進(jìn)系統(tǒng)、輸運(yùn)系統(tǒng)組成。

(1)斜拉鋼索桁架。由斜拉鋼索、型鋼桁架構(gòu)成。型鋼桁架正面成“艸”字型，側(cè)面呈“A”型，由橫梁(包括懸臂)、索塔、支腿構(gòu)成。斜拉鋼索由索塔引至懸臂端和橫梁中部，為加強(qiáng)懸臂和橫梁剛度所必需。

該設(shè)備總長(zhǎng)150 m，兩個(gè)懸臂分別為44 m和37 m。桁架橫梁安裝有2條水平鋼軌，作為兩個(gè)抓斗的運(yùn)輸軌道。還安裝有一條橡膠輸油管，以便從海堤側(cè)向動(dòng)力系統(tǒng)貯油罐輸油。同時(shí)，橫梁亦作為上下班人行和簡(jiǎn)易維護(hù)材料的運(yùn)輸通道。

(2)浮 箱。桁架座落在兩個(gè)鋼制浮箱上。浮箱為整個(gè)桁架工作提供必需的浮力，并作為動(dòng)力設(shè)備及其它設(shè)施的基座，也是桁架的工作平臺(tái)。

(3)動(dòng)力系統(tǒng)。該設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)為電動(dòng)，由于其附近無(wú)動(dòng)力用電，因此該設(shè)備采用發(fā)電機(jī)發(fā)電。為此，在浮箱上設(shè)柴油發(fā)電機(jī)和柴油貯油罐以及各種配電設(shè)備。加油時(shí)，海堤上的運(yùn)油車(chē)直接由橫梁上的輸油管向貯油罐泵油。

(4)行進(jìn)系統(tǒng)。該設(shè)備的行進(jìn)系統(tǒng)由錨、導(dǎo)向索、絞錨機(jī)、滑輪系組成。導(dǎo)向索固定在海堤上，可用人工配合挖掘機(jī)固定于海堤拋石中。工作中通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)收放導(dǎo)向索，配合拋錨和收錨動(dòng)作實(shí)現(xiàn)筑堤機(jī)的行進(jìn)和定位。

導(dǎo)向索一般長(zhǎng)200 m，一次定位后可施工130 m堤段長(zhǎng)度。

(5)輸運(yùn)系統(tǒng)。該設(shè)備輸運(yùn)系統(tǒng)由抓斗、輸送小車(chē)、滑輪系、鋼索、導(dǎo)軌、電控系統(tǒng)、控制電機(jī)組成。抓斗容量為2 m3，輸送小車(chē)和鋼軌為定型產(chǎn)品，行走電機(jī)由沿桁架布置的動(dòng)力電纜供電。滑輪系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)保證抓斗運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)作準(zhǔn)確。

(6)中心控制室(即駕駛室)。中心控制室為該設(shè)備的操作和控制中心，由司機(jī)控制行進(jìn)系統(tǒng)、輸運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作流程。控制室內(nèi)設(shè)有三個(gè)控制屏，操作簡(jiǎn)單、醒目、舒適。

(7)組 裝。該設(shè)備在近海涂邊的平臺(tái)上進(jìn)行組裝，先制成浮箱、桁架、中心控制室等部件，然后用8 t汽車(chē)吊進(jìn)行組裝，最后安裝動(dòng)力系統(tǒng)、輸運(yùn)系統(tǒng)、行進(jìn)系統(tǒng)的零部件。

2.2.2 桁架式筑堤機(jī)施工工藝

桁架式筑堤機(jī)從內(nèi)側(cè)灘地取土填筑，其輸送距離為150 m，鋪料半徑37 m，月生產(chǎn)能力28 000 m3/月。上述設(shè)備施工期間不受潮汐影響，除8級(jí)以上大風(fēng)外，可全天候進(jìn)行。

筑堤機(jī)施工工藝為:拋錨(固定導(dǎo)向鋼索)→行進(jìn)及調(diào)整→定位→填筑作業(yè)→起錨(解除定位)→下一工作循環(huán)。

首先將導(dǎo)向索固定于海堤巨石上，然后用挖機(jī)進(jìn)行加固。啟動(dòng)導(dǎo)向索，卷?yè)P(yáng)機(jī)桁架即被拖向前行，配合浮箱錨系統(tǒng)可以進(jìn)行位置調(diào)整，直到測(cè)定位置后將浮箱錨拋出定位。

該設(shè)備采用兩個(gè)2 m3的抓斗作為挖泥、運(yùn)泥工具。抓斗通過(guò)滑輪系固定在行走小車(chē)上，挖泥時(shí)放松起重鋼索，張緊控制鋼索，抓斗張開(kāi)并借自重切入涂泥中，提升時(shí)起重鋼索將抓斗閉合，滿(mǎn)載涂泥并將其提高至合適的高度，起動(dòng)移動(dòng)小車(chē)將抓斗送往海堤。

一般情況下，兩個(gè)抓斗對(duì)稱(chēng)運(yùn)行，以使桁架處于良好的受力狀態(tài)。

抓斗到達(dá)卸泥位置后，開(kāi)啟料斗，泥料靠自重卸出，卸泥后一般無(wú)需清洗料斗即可空斗返回取泥區(qū)開(kāi)始下一斗填筑。

該機(jī)位填筑完畢后，通過(guò)收放錨索移動(dòng)至下一機(jī)位作業(yè)。待整個(gè)施工區(qū)域填完第一層后，移動(dòng)到最初的機(jī)位開(kāi)始第二層填筑，如此多層填筑，直至填筑到設(shè)計(jì)高程。

3 閉氣土施工方法

3.1 閉氣土施工的設(shè)計(jì)要求和施工強(qiáng)度

閉氣土方施工應(yīng)遵循“流水作業(yè)”和“薄層輪加”的原則。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，取土區(qū)應(yīng)離開(kāi)堤軸線150 m。一般要求土方填筑滯后于干砌塊石擋墻高度1 m左右，加荷時(shí)間依照加荷間歇圖進(jìn)行。為適應(yīng)堤身后期沉降，保證海堤設(shè)計(jì)標(biāo)高，堤身土方施工時(shí)應(yīng)預(yù)留超高暫定為30 cm。回填閉氣土方的滲透系數(shù)＜1×10－4cm/s。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣的試驗(yàn)結(jié)果，近堤海涂泥滿(mǎn)足閉氣土方設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，需要在540 d內(nèi)完成整個(gè)閉氣土施工。平均月施工強(qiáng)度為1.6萬(wàn)m3/月。實(shí)際施工效率見(jiàn)表1。

表1 龍灣圍墾工程桁架式筑堤機(jī)分月施工強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

3.2 閉氣土工程的施工程序

閉氣土施工程序框圖見(jiàn)圖3。

圖3 閉氣土施工程序框圖

(1)測(cè) 量。

閉氣土方料場(chǎng)布置在圍區(qū)內(nèi)平行于海堤且離海堤內(nèi)坡腳150 m以外。測(cè)量主要是確定采泥場(chǎng)位置和清基范圍。

該工程采用全站儀進(jìn)行放樣，以3 m長(zhǎng)竹竿做邊線樁，定樁時(shí)盡量深插入涂泥，防止潮水破壞。

(2)清 基。

根據(jù)測(cè)量確定的范圍，采用鋼絲繩拖鐵鏈的方式自遠(yuǎn)處向海堤清理，將清出的樹(shù)根、雜物等不合格物運(yùn)出施工區(qū)，嚴(yán)禁將不合格料用于工程施工。

(3)筑堤機(jī)定位。

筑堤機(jī)利用鉸錨機(jī)自行至測(cè)量確定位置，將錨拋下，導(dǎo)向索張緊。

(4)設(shè)置沉降板。

沉降板底盤(pán)直徑60 cm，測(cè)桿長(zhǎng)5 m，一般100 m埋設(shè)一個(gè)，龍口段50 m一個(gè)。

(5)填筑作業(yè)。

一般情況下，在土工布鋪設(shè)完畢、人工將土工布用土鋪蓋后即可開(kāi)始閉氣土的填筑施工。

取泥本著“遠(yuǎn)取近用，近取遠(yuǎn)輸”的原則進(jìn)行，不得在某一地點(diǎn)重復(fù)取泥，避免形成深坑或深溝，防止筑堤機(jī)移位困難和造成泥土流失。

卸泥宜由遠(yuǎn)及近依次進(jìn)行，以形成自然坡比，減少海泥流失。

必須貫徹“流水作業(yè)”和“薄層輪加”的原則，每層填筑厚度應(yīng)控制在0.5 m以?xún)?nèi)。

土方上堤后難以壓實(shí)，必須采取自然固結(jié)。填筑上一層時(shí)，下層要有足夠的自然固結(jié)時(shí)間，禁止在同一部位、連續(xù)不斷地豎直方向上加土，以防塌滑。

在土方填筑過(guò)程中，為便于閉氣土的盡快固結(jié)，對(duì)于露出高潮位的閉氣土，必須做好填筑面的排水工作，每填筑一層即大致平整，必要時(shí)開(kāi)設(shè)排水溝，排除積水。

為適應(yīng)堤身后期的沉降和防滲要求，土方施工時(shí)應(yīng)預(yù)留超高30 cm，待土體沉降穩(wěn)定、密實(shí)后利用人工整坡，使其達(dá)到設(shè)計(jì)斷面要求。

(6)筑堤機(jī)移位。

填筑一層涂泥后將浮箱底錨用絞錨機(jī)提起，啟動(dòng)導(dǎo)向索卷?xiàng)顧C(jī)將桁架拖行到下一區(qū)位，拋下浮箱底錨定位，開(kāi)始新一輪作業(yè)。

(7)測(cè)量沉降量。

筑堤機(jī)離開(kāi)本區(qū)位后即進(jìn)行沉降量測(cè)定，沉降量應(yīng)小于設(shè)計(jì)設(shè)定的最大沉降量，否則必須采取措施。

以上程序完成后，筑堤機(jī)進(jìn)入下一個(gè)區(qū)位，直到工區(qū)內(nèi)的第一層填筑完成后，方可進(jìn)行第二層施工。這是因?yàn)楹Ｍ磕嘈枰欢ǖ墓探Y(jié)時(shí)間以增加強(qiáng)度，如果不等涂泥固結(jié)到一定強(qiáng)度時(shí)即加第二層涂泥，將導(dǎo)致泥土流失，徒勞無(wú)功。

4 閉氣土方施工的質(zhì)量安全控制

4.1 質(zhì)量控制

閉氣土方施工的關(guān)鍵是防止其產(chǎn)生滑坡，一旦產(chǎn)生滑坡，處理將十分困難，并將對(duì)質(zhì)量、工期、工程安全等產(chǎn)生較大影響，因此，控制加荷速度是閉氣土方施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。根據(jù)以往的施工實(shí)踐及正在施工項(xiàng)目的控制情況，本工程主要采取以下方法進(jìn)行質(zhì)量安全控制。

(1)嚴(yán)格按照施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及招標(biāo)文件的有關(guān)技術(shù)要求控制施工和加荷。

(2)加強(qiáng)施工沉降觀測(cè)，用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為施工提供控制依據(jù)。按設(shè)計(jì)要求埋設(shè)沉降板，施工期間每三天觀測(cè)一次，如發(fā)現(xiàn)沉降量超過(guò)正常值，則每天觀測(cè)一次并繪制沉降量、荷載與時(shí)間曲線、沉降速率隨時(shí)間和荷載變化圖，同時(shí)埋設(shè)側(cè)向位移觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)水平位移情況。

(3)根據(jù)類(lèi)似工程的施工實(shí)踐，在土方出現(xiàn)失穩(wěn)之前，其沉降速度、水平位移均明顯超過(guò)控制指標(biāo)。通過(guò)觀測(cè)，及時(shí)掌握穩(wěn)定情況，以便及時(shí)采取措施，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即采取措施。一般常用的有以下幾種措施:①降低分層加荷厚度，增加加荷層數(shù);②停止加荷，延長(zhǎng)間歇時(shí)間;③特殊情況采取卸荷措施，或在外側(cè)填設(shè)鎮(zhèn)壓層。

4.2 安全控制

4.2.1 安全管理措施

(1)建立以項(xiàng)目經(jīng)理為安全第一責(zé)任人的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，健全安全管理系統(tǒng)，設(shè)置專(zhuān)職安全員，閉氣土班組設(shè)置兼職安全員。

(2)加強(qiáng)對(duì)職工進(jìn)行施工安全教育，編制適合本工程需要的安全防護(hù)手冊(cè)，以及桁架筑堤機(jī)操作規(guī)程。上崗前應(yīng)進(jìn)行安全操作的考試和考核，合格者方可上崗。

(3)加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)作業(yè)的安全檢查，對(duì)不安全因素制訂具體的限期整改措施，落實(shí)到人。

4.2.2 安全技術(shù)措施

(1)按照國(guó)家勞動(dòng)保護(hù)法的規(guī)定，定期發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)施工的工作人員必需的勞動(dòng)保護(hù)用品。

(2)加強(qiáng)用電安全檢查。現(xiàn)場(chǎng)電線一律按規(guī)定架設(shè)，用電器接地良好，用電設(shè)備配置觸漏電保護(hù)器。

(3)確保工地照明安全，在施工作業(yè)區(qū)、施工道路要設(shè)置足夠的照明設(shè)施，其照明度不應(yīng)低于有關(guān)規(guī)范的要求。

(4)桁架式筑堤機(jī)實(shí)行專(zhuān)人使用，定期維修保養(yǎng)，杜絕機(jī)械安全事故的發(fā)生。桁架移位時(shí)應(yīng)統(tǒng)一指揮，保持堤上作業(yè)人員同桁架操作人員的信息暢通，防止桁架行進(jìn)中發(fā)生危險(xiǎn)。

(5)現(xiàn)場(chǎng)人員必須嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)規(guī)章制度，嚴(yán)禁酒后作業(yè)。

(6)禁止非施工人員及附近居民任意進(jìn)入施工區(qū)域。

(7)項(xiàng)目部派專(zhuān)人負(fù)責(zé)收集海情和氣象信息，做好大潮和氣象災(zāi)害的防護(hù)工作。當(dāng)有8級(jí)以上的大風(fēng)時(shí)要拋下所有箱錨、張緊導(dǎo)向索，禁止作業(yè)，人員離開(kāi)桁架。

5 結(jié)語(yǔ)

閉氣土施工是圍墾工程海堤施工的關(guān)鍵性工程，對(duì)海堤工程的質(zhì)量和安全性都具有重要意義。桁架式筑堤機(jī)是海涂圍墾工程中缺乏可靠閉氣土源時(shí)的專(zhuān)用機(jī)械，也可運(yùn)用在沼澤、淺水中軟黏土的機(jī)械化施工。桁架式筑堤機(jī)整機(jī)由絞錨機(jī)驅(qū)動(dòng)沿海堤移動(dòng)，完成土方的沿堤挖掘、運(yùn)輸、筑堤工作，具有淺水、灘涂?jī)捎茫谕撂钪⑦M(jìn)，移動(dòng)靈活，布料面大，全自動(dòng)控制，生產(chǎn)效率高，拆裝運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。在龍灣圍墾項(xiàng)目中，筑堤機(jī)的應(yīng)用不僅解決了閉氣土源的難題，還解決了控制加荷的速率，分工序分階段施工等施工難題，保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。