未加固軟基采用砂袋圍堰工藝探究及應用

◎ 陳志海 中交第四航務工程局有限公司

1.前言

目前國內大部分圍海造地工程位于外海，施工過程中無掩護、受風浪沖擊影響較大，且地質差，淤泥層厚，淤泥是流塑狀態，具有高壓縮性能，地基承載力極差，在未加固的淤泥上采用傳統的充灌大砂袋工藝，層層堆疊砂袋形成砂袋圍堰，易發生較大的不均勻沉降、滑移失穩。如何安全、快速地在無掩護的外海軟基建造臨時圍堰成為一大難題[2]。

本文以某填海造地工程為例，在未加固的水下軟土地基上采用新型復合的砂袋圍堰結構，并采用填石反壓層施工工藝，解決了圍堰建造過程中不均勻沉降、滑移失穩的問題。該圍堰工藝技術，可操作性強，造價低，已成功應用于工程實踐。

2.工程應用實例

2.1 工程簡介

惠州某填海造地工程填海陸域形成總面積68萬m2，該工程海堤基槽疏浚產生淤泥達43.6萬m3，無法外運傾卸，需在陸域回填區建造砂袋圍堰消納該疏浚淤泥。砂袋圍堰建造完成后，容納淤泥約43.6萬m3，納泥面積10.3萬m2，淤泥堆高約5m，采用抽真空聯合堆載預壓加固新吹填和原有淤泥土。

2.2 工程自然地質條件

項目位于山地丘陵沿海淺灘區，施工水域水深較淺，平潮水深約2.5m，淤泥層厚度為5～10m，每年7～9月受臺風侵襲。

地質從上至下劃分為：

（1）海相沉積層（Q4m）：流泥、①1淤泥、①2淤泥質黏土，層厚約9m～11m。

（2）沖積層（Q4al）：②1粉質黏土、②2細中砂、②3卵石，層厚約2m～3m。

（3）殘積土層(Qel)與基巖風化層（K2y）：③殘積土、③1全風化沉火山角礫巖、③2強風化沉火山角礫巖。

3.圍堰結構及材料優化

3.1 砂袋圍堰結構優化

圖1 砂袋圍堰典型斷面圖（優化后）

圖2 最不利工況計算結果圖

通過對原有圍堰結構設計、工藝、材料參數開展優化，在圍堰底部增加土工墊和砂被墊層，并在砂被墊層上插打塑料排水板的新型復合結構，砂袋圍堰上下底寬分別縮小3m和10m。

由圖4可知，插絲率與巖棉板傳熱系數K之間近似呈一次線性關系，隨著插絲率的提高，巖棉保溫板的傳熱系數K呈上升趨勢。當插絲率由0提高至0.2%時，巖棉板傳熱系數由0.045 W/(m2·K)提高至0.134 W/(m2·K)。由于傳熱系數K表示單位時間通過單位面積傳遞的熱量，K值越小，則表示材料的保溫性能越優異。因此，提高插絲率會降低巖棉保溫板的保溫性能，但是當傳熱系數的最大值也僅為0.134 W/(m2·K)，傳熱系數仍相對較低，插絲對巖棉保溫板的保溫性能的負面影響程度較低。

圍堰長度701.3m，頂高程+2.5m，頂部寬度5m（原設計8m），底部寬度25～30m（原設計35m～40m），每層厚度為0.5～1.0m。兩側邊坡為1:2，在圍堰外側、高程0m處設置8m寬肩臺。

3.2 優化后圍堰結構穩定性分析（加筋法）

分析所用土性參數如表1所示。

表1 土性參數表

采用指標為圍堰附近鉆孔中最差指標，并用巖土分析軟件G eo slope分析計算砂袋圍堰穩定性，利用圓弧滑動法進行計算，考慮最不利工況地基加固，流泥、淤泥以及淤泥質粘土層相應時間段排水固結后土性參數的提升，計算結果顯示整體穩定抗力分項系數1.11，滿足圍堰整體穩定性要求。

3.3 砂袋圍堰材料優化

砂袋圍堰原設計材料采用中粗砂，細度模數為2.3～3.7，粒徑為1mm～0.25mm，顆粒質量超過總質量50%，含泥量不超過5%。袋體編織袋布滲透系數大于1×10-3cm/s。通過試驗段施工，充填工效達60m3～100m3/h，在充填過程中砂易起堆，換袖口較頻繁，一次充填平整度較差，造成砂料浪費，施工工效較低。

為了解決以上問題，本項目將圍堰材料優化為中砂，細度模數為2.3～3.0，粒徑0.5mm～0.25mm顆粒質量超過總質量50%，含泥量不超過5%的中砂進行充填；袋體選用長絲機織土工布，袋布滲透系數大于5×10-3cm/s；吹填施工工效達到150m3～200m3/h，充填顆粒均勻分布，無需頻繁換袖口，一次充填平整度較好，節省砂料，施工工效顯著提高。

為了加快砂袋排水，砂袋圍堰選用透水性較好的袋布，砂粒徑不宜過大，能提高水砂混合漿進袋體的工效，袋體內的水能快速通過袋布孔隙流走，砂在水力的帶動下均勻分布在袋體內。

4.設備選型

本項目采用自主研發非自航鋼浮箱作為定位平臺，在海上能抵抗一定風浪影響，延長了施工作業時間。

圖3 非自航定位鋼浮箱平臺

鋼浮箱設計采用Q2 3 5 鋼板焊制而成，單個尺寸為長（6m）×寬(2m)×高（0.5m），可根據現場實際袋布尺寸拼接成相應尺寸的定位平臺，達到靈活適用各種異形尺寸操作平臺，讓充填砂、展袋布實現流水連續施工作業，提高單位時間內的有效作業時間。

5.施工工藝和方法

新型臨時圍堰的施工工藝流程如下：圍堰底部復合結構施工（土工墊、砂被、塑料排水板）→膜袋加工及鋼浮箱平臺拼裝→鋼浮箱平臺、膜袋運輸→鋼浮箱平臺定位→泵管拼接→膜袋鋪設→底層膜袋充填找平→逐層填充砂袋施工至設計標高→圍堰內吹填淤泥→圍堰外反壓層施工。

流水施工充填大砂袋，形成閉環，分層施工，直至圍堰整體成型達到設計標高。

5.1 圍堰底部復合結構施工（土工墊、砂被、塑料排水板）

工廠加工成品土工墊，運至現場，采用專業鋪排船鋪設至原泥面。在土工墊上進行0.7m厚砂被墊層鋪設。在砂被墊層上采用自主研發設計的水上插板船打設塑料排水板[1]，排水板呈正方形布置，間距0.8m，底標高為淤泥層底，在砂被面外露長度不少于0.3m。

5.2 圍堰膜袋鋪設

①在一側的鋼浮箱上拉開膜袋并且4個袋角用麻繩系穩，然后連接鋼浮箱。

②在攤鋪袋體對側鋼浮箱上的人員利用麻繩把袋體拉開。

③固定膜袋。

④連接充填砂管。

⑤在袋體4個袋角放置若干個小沙包，讓袋體半浮沉。

5.3 圍堰膜袋灌砂

灌砂前先將水、砂按1:0.76的比例混合，接著用泥漿泵抽取水砂混合物充灌，砂泵出口壓力為0.25～0.35mPa。混合物濃度范圍在0.16～0.21之間，袋體充實度約在0.8～0.9之間。

膜袋展開精準定位后，先對4個袋角同時灌砂，讓袋體灌砂后緩慢向下沉，接著鋼浮箱平臺上的作業人員把連接袋體4個角的繩子慢慢地松放，袋體落底穩定后進行砂袋中部灌砂，待所有袖口附近灌砂厚度在0.6～1.0m時即可停止灌砂。

5.4 圍堰內吹填淤泥

圍堰建造完成后采用兩條3000P絞吸船，將海堤基槽淤泥疏浚吹填至砂袋圍堰內，吹填淤泥漿水混合物至+2.0m標高時，停止繼續吹填淤泥進圍堰，需靜置約2～3小時，讓淤泥充分沉淀落底后，再通過排水閥門排出多余清水，方能繼續吹填。反復循環步驟：吹填→靜置→排水→吹填，直至基槽疏浚完成。

5.5 圍堰外填石反壓層

砂袋圍堰施工位于外海，受潮水及風浪影響較大，圍堰內側吹填淤泥水混合物標高為+2.0m，圍堰外側低水位標高為-1.04m，內外高差達3.04m，當潮水處于低水位時，圍堰內側受到淤泥水混合物擠壓力的影響，處于不平衡單向受力狀態。

為了平衡圍堰受力狀態，在砂袋圍堰外側采用回填塊石反壓層，填石反壓層施工前先鋪設一層土工布防止填石扎破砂袋。圍堰外側填石反壓層，分層填筑，每層填筑1m-2m厚，填筑完成面比最高淤泥面低0.5 m。

6.實施效果分析

圍堰施工結束后，吹填過程中對圍堰結構開展監測，監測內容包括：沉降、深層水平位移等，監測點布設如圖4所示。

圖4 監測點平面布置圖（單位cm）

圖5 CX深層水平位移-累計位移曲線圖

圖6 砂袋圍堰累計沉降曲線分析圖

吹填開始后，經過連續1個月的監測數據結果顯示：圍堰施工整體斷面沉降均勻，兩側累計沉降平均值為0.22m，圍堰中部的平均沉降為0.3m，兩側與中間沉降差為0.12 m。

圍堰結構的監測數據表明，吹填施工未產生大滑移，沉降均勻，沉降、位移曲線逐步收斂，圍堰結構在吹填施工過程中整體趨于穩定。

7.結論

（1）未加固軟基設計采用新型復合砂袋圍堰結構（底部鋪設土工墊、砂被墊層、插打塑料排水板），解決了砂袋圍堰成形過程中因不均勻沉降、滑移導致的失穩破壞等問題，加快施工進度，提高圍堰穩定性。

（2）砂袋圍堰內側吹填淤泥過程中，隨著吹填泥面的升高，內側受擠壓力逐步加大，在圍堰外側采取回填石反壓層，消除了低潮水位時圍堰單向受力過大造成圍堰滑移的安全隱患，加大了圍堰施工安全穩定系數。

（3）采用中砂、高透水性機織布并縮小砂袋圍堰斷面結構尺寸，減少了圍堰材料用量，提高了施工工效，節省了施工成本，降低了圍堰工程造價。