大型疏浚土充填袋筑堤技術的分析

孫東陽

摘 要：目前在航道圍堤建設的過程中，疏浚土得到了初步應用，并取得了較好的工程施工效果。基于這種認識，文章結合實例對大型疏浚土充填袋筑堤技術展開了分析。從分析結果來看，采用該技術能夠滿足圍堤安全穩定設計要求，并且能夠為工程施工帶來更多的經濟效益和環保效益。

關鍵詞：大型疏浚土充填袋筑堤技術；圍堤結構穩定性；原型試驗

中圖分類號：U655.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0133-02

Abstract： At present in the course of waterway embankment construction dredged soil has been applied preliminarily and good construction results have been obtained. Based on this understanding， the paper analyzes the technology of large dredged soil filling bag embankment construction with examples. From the analysis results， the technology can meet the requirement for safety and stability design of the embankment， and can bring more economic and environmental benefits for the construction.

Keywords： large dredged soil filling bag dike construction technology； embankment structure stability； prototype test

引言

在航道疏浚過程中，將有大量疏浚土產生。如果將這些疏浚土丟棄，則會導致資源的浪費，并給環境帶來污染。而在航道工程建設中，采用大型疏浚土充填袋筑堤技術，可以加強對疏浚土的利用，以解決資源緊缺、環境保護等各方面的問題，并使工程建設成本得到有效降低。因此，還應加強對該技術的研究，從而更好進行技術的推廣應用。

1 工程概況

本工程位于大連連云港，為某港30萬噸級航道工程，總長71km，由航道內外端及推薦航線構成。工程所處的海岸擁有淤泥質淺灘，建設廠區則存在砂石資源缺乏的情況。在航道二期工程中，預計分別建設831m和1557m兩個圍堤。按照設計，需采用長2341m充砂袋反濾壓載結構和充填袋斜坡堤，完成48.5萬m3砂土填筑。但在航道一期工程中開辟長24.9km的10萬噸級航道時，已經產生3000萬m？疏浚土，需外拋處理。經過勘查，得到的疏浚土為粉質粘土，天然含水率平均23.7%，天然孔隙比平均為0.653，黏粒含量平均為23.1%，標準貫入試驗結果平均為7.5N，可作為充填材料，并使用大型疏浚土充填袋筑堤技術進行圍堤建設。為確保堤身的安全穩定性，需選取長60m、寬30m圍堤開展試驗，對疏浚土充填袋筑堤過程進行模擬。結合工程施工要求，需在40d內以內完成試驗段施工，將整個試驗段劃分為4個斷面，各完成8層充填袋體的鋪設，并按照設計要求進行充填厚度和高程的控制。

2 大型疏浚土充填袋筑堤施工方法

結合工程實際情況，還要制定有效的大型疏浚土充填袋筑堤施工工藝流程，確保施工單位能夠順利提供施工設備，并有能力配合挖泥作業進行施工建設。考慮到施工地區土層擁有較薄的粉質粘土層，疏浚土容易受臨近高含泥量淤泥層擾動，從而導致其含泥量超出土工充填袋技術規范要求，所以還要加強充填料實時監控[1]。按照要求，應將充填砂袋黏粒含量控制在10%以內，泥袋則要控制在10%-30%內，實際約20%左右。充填過程中，需加強含水量控制，確保其含水量不超出100%，實際應控制在80%左右。在現場施工過程中，斷面加載量在49-61kPa范圍內，充填料重19.6kN/m3。如下圖1所示，為現場加載過程線。在加載的第一階段，需完成1-5層袋體充填，第二階段受天氣因素影響，未進行施工。在第三階段，完成6-8層袋體充填，在36d內結束施工。

在施工過程中，充填袋使用230g/m3機織布，各層斷裂強度能夠達到50kN/m3以上，采用泥砂互層的方式進行布置。在最開始充填時，充填厚度在0.4-0.6m范圍內，然后進行固結壓縮，直至厚度在0.3-0.5m范圍內。每進行一層充填袋施工，需進行一次排水固結，直至充填袋體達到一定強度。從實際施工情況來看，各層袋體施工平均需要耗費3.25d的時間，能夠滿足筑堤施工進度要求。而充填袋之所以能夠迅速完成排水固結，與其排水路徑短、疏浚土含有粉細砂有關[2]。在大規模施工建設過程中，由于能夠完成更多袋體的同時充填，所以能夠進一步提高施工效率。從疏浚土用量情況來看，直接利用總量達5156m3，可以使開山石使用量得到減少，進而為工程帶來更多施工效益。

3 大型疏浚土充填袋筑堤原型試驗

3.1 試驗方案

按照試驗方案，A、B、C斷面為泥砂互層，D斷面為純砂試驗，高程均為5.5m。而A斷面的互層為一層吹填砂充填袋和一層吹填泥充填袋，B斷面為一層吹填砂充填袋和兩層吹填泥充填袋，C層為一層吹填砂充填袋和四層吹填泥充填袋。為實現原位測試，需將B、C斷面當成是主要的觀測面，完成地表沉降、分布式傳感光纖、孔隙水壓力計等監測設備的布置，從而對施工全過程進行監測。

3.2 試驗結果

3.2.1 沉降情況監測結果

從沉降監測結果來看，C斷面的三個地基沉降監測點的沉降分別為0.215m、0.249m、0.073m，沉降過程線與施工加載過程線擁有相同的變化趨勢。施工結束后，各監測點都發生了不均勻沉降，與軟土地基變形規律相符合。而從各層充填袋的沉降情況來看，如下圖2所示，各袋體的沉降量不同。根據這些數值，可確定充填袋壓縮量和實際厚度，得到M2、M3、M4、M5的最大壓縮率分別為21.21%、18%、14.8%、9%，從而使施工工藝得到進一步優化。從時間上來看，充填袋壓縮在3-6d內就能夠基本完成。

3.2.2 水平位移監測結果

從水平位移監測結果來看，被監測的兩個主要斷面隨著填筑高度的提高，出現了地基土水平側向位移逐漸增大的情況，最大能夠達到59m，高程位置約0m。在高程-16m的位置，兩個斷面地基土幾乎沒有發生水平位移。在施工過程中，兩個斷面的地基土側向位移變化速度較慢，B斷面和C斷面的平均水平位移速率依次為1.403mm/d和0.901mm/d。按照要求，地基填土水平位移應不超過5mm/d，所以可以認為斷面施工狀態穩定，抗水平位移的能力能夠滿足要求。

3.2.3 孔隙水壓力監測結果

從孔隙水壓力檢測結果來看，在施工的過程中，快速進行上層充填袋施工，導致下層充填袋內孔隙水壓隨之提高。從提高的幅度來看，符合上層載荷加載情況。從測試結果來看，充填袋最大孔隙水壓達18.6kPa。在施工結束后，這一壓力基本能夠得到消散。在整個施工過程中，并未出現充填袋滑移的情況。但在施工結束后，各層孔隙水壓有所變化，且變化情況不同，如下圖3所示。從監測結果來看，上覆荷載在施工過程中主要由孔隙水壓力承載，在施工結束后就會逐漸減小。而施工后各層充填袋會出現孔隙水壓力波動，與溫度和潮位等因素有關。

3.2.4 應力監測結果

從應力監測結果來看，采用土工織物充填袋能夠滿足結構穩定性要求。在整個施工過程中，并未出現充填袋拉裂破壞的問題。以A斷面為例，完成第一層充填袋加載后，其第二層充填袋底面所受最大壓力為4kN/m。完成兩層充填袋加載后，應力提高至10.6kN/m。完成八層充填袋加載后，底部受力達40kN/m，并未超出設計強度50kN/m。

3.3 筑堤穩定性分析

結合上述試驗結果可知，采用大型疏浚土充填袋筑堤技術，整個筑堤過程可以劃分為兩個階段。在第一階段，充填袋擁有較高的含水量，約在400%-500%范圍內，所以需先完成排水壓縮。此時，充填袋內填土料屬于流體，液壓較高。在水分逐漸排出后，則形成了土體骨架。在充填施工3d后，將完成排水壓縮過程，充填袋壓縮率能夠達到整體壓縮率的70%-90%。在第二階段，充填袋將進入自重固結狀態，含水量逐漸不超過100%。通過土顆粒間相互傳遞應力，并受上覆荷載的作用，會逐漸產生孔隙水壓力。而在穩定土體骨架結構形成后，其有效應力會逐漸增大，孔隙水壓力則會逐漸減少。從試驗情況來看，在80d后，充填袋最終會完成自重固結，有效厚度會有所減少，并且產生一定的承載力和強度。

4 結束語

通過分析可以發現，利用大型疏浚土充填袋筑堤技術進行圍堤施工，照比正常施工中充填回填砂土，也同樣能夠保持圍堤結構穩定。而利用疏浚土代替砂土，不僅能夠解決砂石資源緊缺的問題，也能使工程造價得到降低，并起到保護環境的作用。

參考文獻：

[1]許長安.利用河道疏浚土方填筑堤防的技術研究[J].長江科學院院報，2010，27（07）：51-55.

[2]朱群峰，何寧，高長勝，等.大型充填袋筑堤現場試驗研究[J].水利水運工程學報，2016（04）：85-91.