大圍區(qū)吹填工程中的施工管理與質(zhì)量控制

趙 健，陳巍巍

(中交上海航道局有限公司，上海 200136)

由于大面積吹填工程吹填土質(zhì)差異性很大，憑借預(yù)留沉降等經(jīng)驗(yàn)來控制吹填施工難以達(dá)到工程質(zhì)量要求。隨著工程體量的增大，現(xiàn)場施工船舶設(shè)備和管理人員增多，工程成本和施工質(zhì)量管控壓力也隨之增大。橫沙六期工程作為很有代表性的大圍區(qū)吹填工程，施工過程中面臨吹填施工區(qū)面積擴(kuò)大、施工土質(zhì)狀況差的問題，工程施工管理和質(zhì)量控制較為困難，通過優(yōu)化施工工藝，采取預(yù)留沉降、設(shè)立控制標(biāo)桿、架管隔堤等方法，有效地控制了施工質(zhì)量，降低了施工成本。

1 工程概況

橫沙東灘促淤圈圍六期工程圍內(nèi)吹填工程(簡稱“本工程”)位于橫沙島尾的東端，長江口深水航道北導(dǎo)堤以北，北港以南，成陸面積約28.11 km2，其內(nèi)部通過1#、2#、3#隔堤將圍區(qū)由西至東分隔為1#、2#、3#和4#圍區(qū)，圍區(qū)面積分別為9.774、7.654、8.484和6.444 km2。吹填圍區(qū)平面布置見圖1，各吹填區(qū)面積及施工工程量見表1。

表1 橫沙六期吹填施工工程量

圖1 橫沙六期吹填工程施工平面布置

本工程利用長江口航道維護(hù)疏浚土吹填至長江口深水航道北導(dǎo)堤以北吹填區(qū)域進(jìn)行陸域形成施工，采用絞吸挖泥船挖吹與耙吸挖泥船拋坑相結(jié)合的施工工藝。自2012年9月開工，到2015年11月完成全部吹填施工，施工工期38個(gè)月。

驗(yàn)收要求：1#～4#圍區(qū)吹填工程高程驗(yàn)收分2次，第1次為吹填施工結(jié)束半年后的完工驗(yàn)收，為階段驗(yàn)收，要求各圍區(qū)吹填平均高程分別大于等于3.30、3.40、3.60、3.50 m；第2次為完工驗(yàn)收半年后的交付使用驗(yàn)收，為最終驗(yàn)收，要求各圍區(qū)吹填平均高程分別大于等于3.15、3.20、3.30、3.25 m。吹填高程最大偏差均為驗(yàn)收測量平均高程的±0.50 m。竣工驗(yàn)收時(shí)，圍區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)超過1萬m2以上獨(dú)立區(qū)域的集中積水[1]。

2 工程重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 以平均高程驗(yàn)收，驗(yàn)收時(shí)間跨度長

本工程以圍區(qū)平均高程及平整度作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，圍區(qū)高程控制是吹填施工的關(guān)鍵。同時(shí)，最終驗(yàn)收時(shí)間在吹填施工完成后1年，吹填土固結(jié)、地基沉降對吹填高程影響較大。為確保施工質(zhì)量，必須在施工中充分考慮地基沉降、吹填土固結(jié)，預(yù)留部分超高[2]。

2.2 單個(gè)圍區(qū)面積大，平均吹填厚度小

本工程吹填圍區(qū)為橫沙促淤區(qū)域，以促淤形成的淤泥質(zhì)灘涂為主。泥塘分為4個(gè)圍區(qū)，面積較大(表1)，同時(shí)多為淤泥層很厚的有水灘地，不具備直接向內(nèi)延伸排泥管線的施工條件。根據(jù)工前高程測量數(shù)據(jù)計(jì)算，1#圍區(qū)工前平均高程約為2.61 m，2#圍區(qū)約為1.96 m，3#圍區(qū)約0.82 m，4#圍區(qū)約1.09 m。按照平均高程施工，吹填平均厚度較小，同時(shí)各圍區(qū)之間吹填厚度相差較多，不利于工程施工質(zhì)量控制。

2.3 吹填土質(zhì)差別大

本工程吹填施工土方包含C1-1#吹泥站基建土和深水航道D3.1～D3.3工程標(biāo)段疏浚土兩部分，2種土質(zhì)差別較大。疏浚土以淤泥質(zhì)黏土為主，含20%左右粉細(xì)砂；基建土以深水航道北側(cè)壩田區(qū)淤積的淤泥為主，在-9.0 m以下部分含有較多黏土。在吹填土的來源發(fā)生變化時(shí)，隨著泥沙顆粒組成變化，圍區(qū)內(nèi)的成陸情況及泥面縱橫方向坡比都有較大變化。

3 工程技術(shù)管理手段

針對上述難點(diǎn)問題，必須嚴(yán)格進(jìn)行施工質(zhì)量控制，以保證施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。如何通過全面、有效的質(zhì)量控制手段保證在合同工程量6 378.92萬m3上限的前提下，使面積3 234萬m2的圍區(qū)在經(jīng)過1年的沉降、固結(jié)后能保證達(dá)到平均驗(yàn)收高程，并滿足圍區(qū)高程最大偏差±0.50 m的平整度要求是本工程施工管理的關(guān)鍵。施工質(zhì)量指標(biāo)主要是吹填高程和平整度，施工中施工管理與質(zhì)量控制手段也主要圍繞這2個(gè)內(nèi)容開展。

3.1 科學(xué)測量觀測

3.1.1工前測量和放樣

工前對整個(gè)圍區(qū)高程情況進(jìn)行測量和吹填控制邊線放樣，與設(shè)計(jì)交底資料進(jìn)行比對。特別是測量數(shù)據(jù)的比對、校驗(yàn)尤為重要，通過數(shù)據(jù)比對、控制點(diǎn)校驗(yàn)，及時(shí)掌握圍區(qū)內(nèi)的高程數(shù)據(jù)、地形資料和施工工況，為后續(xù)施工布置安排提供指導(dǎo)。

3.1.2設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，控制預(yù)留超高

施工完成到竣工驗(yàn)收有1年的沉降期，須充分考慮完工后吹填土的固結(jié)和圍區(qū)地基的沉降影響，施工中須預(yù)留合適的超高。以往小型工程預(yù)留超高主要是根據(jù)吹填土的土質(zhì)、原灘地地基情況及吹填厚度并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析。

在橫沙六期工程施工前期，選擇在3#圍區(qū)一塊小區(qū)域進(jìn)行吹填沉降觀測試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。結(jié)果顯示：吹填結(jié)束后的6個(gè)月內(nèi)固結(jié)沉降速率最大，至2013年6月29日，該觀測點(diǎn)的沉降基本穩(wěn)定，累計(jì)沉降量約為25 cm。根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)，確定1#圍區(qū)和2#圍區(qū)預(yù)留超高分別為15、20 cm，吹填厚度相對較厚的3#、4#圍區(qū)預(yù)留超高30 cm。

圖2 圍區(qū)沉降板沉降觀測記錄曲線

施工過程中，選擇性地布設(shè)48處沉降板，每15 d對沉降進(jìn)行觀測，并根據(jù)吹填土加載的日期進(jìn)行沉降分析，得出不同區(qū)域隨時(shí)間及高程之間的關(guān)系，從而為吹填預(yù)留超高的確定提供依據(jù)，及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)留超高，確保吹填的竣工驗(yàn)收高程。同時(shí)，在施工過程中密切注意施工現(xiàn)場的工況變化、吹填土質(zhì)情況和測量觀測成果分析，及時(shí)調(diào)整好局部預(yù)留超高(現(xiàn)場泥土取樣，黏性土預(yù)留量增加，砂土預(yù)留量減小)。

3.1.3標(biāo)桿法控制吹填高程

在吹填區(qū)內(nèi)插標(biāo)桿，標(biāo)桿上標(biāo)注設(shè)計(jì)吹填高程和預(yù)留沉降超高。標(biāo)桿主要設(shè)置在管架頭出口、水門等關(guān)鍵位置，方便及時(shí)記錄水位、泥面高程變化情況。一旦吹填泥面達(dá)到預(yù)留沉降超高位置即及時(shí)調(diào)整管線。

3.1.4現(xiàn)場參照物定性檢查吹填高程

由于圍區(qū)范圍較大、灘地深陷，難以進(jìn)入泥塘中間位置進(jìn)行高程測量或者設(shè)置標(biāo)桿，所以對該部分區(qū)域高程的跟蹤觀測主要靠附近參照物的高程比較。參照物可以選擇泥塘的水面和塘中較低矮的野生紅柳、野生茭白如圖3所示，這些植物一般生長在水深淺的灘地，高20～50 cm。施工中如發(fā)現(xiàn)泥面已經(jīng)出水，則表示該區(qū)域泥面高于水面；如泥面還在水下，但有野生植物生出，則泥面略低于水面。這種方法主要作為施工中對泥面高程的定性檢查，還需要結(jié)合測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、校正。

圖3 圍區(qū)中的野生植物

3.2 布設(shè)排泥管線

布設(shè)排泥管線是控制平整度最為重要的方法[4]。特別在以本工程為代表的泥塘面積大、土質(zhì)條件復(fù)雜的水力吹填工程中，通過合理布設(shè)排泥管線充分利用泥漿的液體流動(dòng)性將吹填土輸送到圍區(qū)內(nèi)的指定位置是保證吹填施工質(zhì)量、降低施工成本的重要手段。

圍區(qū)地形以淤泥質(zhì)灘地為主，吹填土質(zhì)既有基建土又有航道疏浚土，吹填土以淤泥質(zhì)黏土和粉細(xì)砂為主，吹填土呈現(xiàn)坡度為1:300～1:500。排泥管線須根據(jù)不同位置、不同地形和吹填成陸情況采取直接延伸和構(gòu)筑吹填子堤延伸2種形式。由于疏浚土含沙量較高、易堆積，排泥管出口附近位置可采用較輕的φ710 mm×4.5 m鋼質(zhì)短管，通過鋪竹排、壘沙袋直接向圍區(qū)內(nèi)延伸(圖4)；泥塘中間區(qū)域淤泥層較厚，大型機(jī)械和人工都難以進(jìn)入，在反復(fù)比較搭排架、挖地壟固定浮管等幾種延伸工藝后，選擇構(gòu)筑袋裝砂吹填子堤的方法，即先在管線計(jì)劃位置填筑頂高4.2 m的吹填子堤，再沿著吹填子堤將排泥管線直接延伸到圍區(qū)內(nèi)(圖5)。

圖4 圍區(qū)內(nèi)直接延伸的排泥管線

圖5 圍區(qū)內(nèi)吹填子堤上延伸的排泥管線

根據(jù)現(xiàn)場出口吹填土堆積情況，綜合考慮各圍區(qū)的地形、不同土質(zhì)的吹填土邊坡、不同區(qū)域的吹填厚度及出口位置泥漿的流淌范圍，選擇設(shè)置排泥管出口的間距，在出口高程達(dá)到設(shè)計(jì)高程上限時(shí)及時(shí)進(jìn)行延伸，在保證吹填施工質(zhì)量的同時(shí)盡量減少產(chǎn)生超高廢方。1#圍區(qū)施工中布設(shè)2條吹填子堤、17個(gè)排泥管出口，出口附近位置高程控制在3.8～4.0 m；2#圍區(qū)施工中布設(shè)4條吹填子堤、24個(gè)排泥管出口，出口附近位置高程控制在4.0～4.2 m；3#圍區(qū)施工中布設(shè)5個(gè)吹填子堤、35個(gè)排泥管出口，出口附近位置高程控制在4.2～4.4 m；4#圍區(qū)施工中布設(shè)3個(gè)吹填子堤、20個(gè)排泥管出口，出口附近位置高程控制在4.1～4.3 m。

通過吹填子堤將排泥管線延伸泥塘中心位置(圖1)，減輕各圍區(qū)北側(cè)排距較遠(yuǎn)位置吹填施工的工作量，根據(jù)吹填施工成陸情況及時(shí)對排泥管線進(jìn)行延伸、改線，一方面控制吹填超高，提高泥塘成陸的平整度、減少廢方，另一方面減少吹填施工排距，提高吹填施工效率，加快施工進(jìn)度，降低施工成本。

3.3 施工保障措施

3.3.1控制水位

本工程排水口設(shè)置在圍區(qū)北側(cè)，工程前期管架頭位置距離水門位置較遠(yuǎn)，須加快吹填區(qū)的水位排放，加大流淌面積，達(dá)到圍區(qū)灘面整體抬高的目的。工程后期排泥口向水門逐漸靠近或?qū)植繀^(qū)域進(jìn)行補(bǔ)吹時(shí)，及時(shí)加高水門板，減緩尾水排放，抬高圍區(qū)內(nèi)水位，減少泥漿的流淌面積，從而抬高局部區(qū)域高程，同時(shí)減少吹填土的流失。

3.3.2控制挖深

由于本工程吹填土既有深水航道疏浚土又有吹泥站基建土，不同來源的吹填土土質(zhì)差別較大，同時(shí)在絞吸挖泥船施工中發(fā)現(xiàn)在取土區(qū)-9.0 m高程以下含較多黏性土。在吹填施工中，根據(jù)不同來源吹填土質(zhì)，安排吹填不同區(qū)域、采用不同的排泥管出口間距。由于圍區(qū)南部吹填厚度較小，吹填初期絞吸挖泥船進(jìn)行施工時(shí)分層進(jìn)行開挖、控制挖深在-9.0 m以上，利用流淌性較好的上層淤泥和耙吸挖泥船拋沙將吹填灘面進(jìn)行整體抬高；后期當(dāng)吹填區(qū)內(nèi)高程達(dá)到一定高度時(shí)逐漸增加挖深，同時(shí)利用坡比較大的黏性土堆積，減少管架頭尾水對平整度的影響。

4 施工管理與質(zhì)量控制效果

4.1 控制吹填高程，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)留高程

通過對每月高程檢測和每周沉降觀測的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較與分析，結(jié)合各圍區(qū)不同的施工條件和沉降固結(jié)時(shí)間，及時(shí)調(diào)整吹填控制高程。由于4#圍區(qū)施工期、沉降固結(jié)期相對較短，將4#圍區(qū)的吹填控制高程由開始的3.5 m調(diào)整到3.4 m，既保證吹填施工質(zhì)量，又減少超高工程量，節(jié)省工程成本。

4.2 優(yōu)化管線布設(shè)方案，降低工程施工成本

應(yīng)用袋裝砂筑堤鋪設(shè)排泥管線的工藝將排泥管線直接鋪設(shè)到圍區(qū)中心區(qū)域，通過14條吹填子堤鋪設(shè)5個(gè)吹泥站的10條吹泥管線。經(jīng)工程階段性高程檢測分析，本工程圍區(qū)吹填超高在使用該工藝延伸排泥管線后平均減少約10 cm，減少吹填廢方285萬m3，有效控制了吹泥總量，在提高吹填平整度的同時(shí)減少了廢方。本工程各圍區(qū)吹填管線布設(shè)基本從南向北直線為主，不需要繞道布設(shè)至圍區(qū)北側(cè)，減少了吹填施工排距和排泥管線使用數(shù)量，最長排距縮短了2.3 km，有效減少了絞吸船施工油耗、提高施工效率、降低吹填施工成本。

施工過程中，沿袋裝砂隔堤鋪設(shè)的排泥管線未發(fā)生被泥漿掩埋、沖毀等現(xiàn)象，保證了絞吸挖泥船的施工時(shí)間利用率及工程結(jié)束后的管線材料回收利用率。

5 結(jié)語

1)大圍區(qū)吹填工程中因平均高程驗(yàn)收、驗(yàn)收時(shí)間跨度長，必須在施工中充分考慮地基沉降、吹填土固結(jié)，預(yù)留部分超高；單個(gè)圍區(qū)面積大、平均吹填厚度小，各圍區(qū)之間吹填厚度相差較大，不利于工程施工質(zhì)量控制；多種吹填土質(zhì)來源發(fā)生變化時(shí)，隨著泥沙顆粒組成變化圍區(qū)內(nèi)的成陸情況及泥面縱橫方向坡比都有較大變化。

2)大面積吹填工程施工管理和質(zhì)量控制宜采用設(shè)立控制標(biāo)桿、預(yù)留沉降、架管隔堤等方法，嚴(yán)控吹填高程，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)留高程，優(yōu)化管線布設(shè)方案，在滿足工程要求的同時(shí)，降低施工成本。

3)該措施不僅保證本工程施工充分滿足質(zhì)量要求，還減少了吹填施工的超高廢方，降低了施工成本，提高了工程效益。