袋装砂筑堤技术在滩海、浅海工程中的应用

李凯双，胡殿才，李顺利，富井新，王新民

（1.中国石油冀东油田公司，河北唐山063004；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120）

袋装砂筑堤技术在滩海、浅海工程中的应用

李凯双1，胡殿才2，李顺利1，富井新1，王新民1

（1.中国石油冀东油田公司，河北唐山063004；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120）

文章阐述了袋装砂筑堤技术的主要技术特点及其与传统抛石斜坡堤比较的优势。结合长江口深水航道治理工程、上海洋山深水港区工程等，介绍了袋装砂筑堤技术的发展过程及在我国浅海重大水运工程中的应用情况；结合宁波港、深圳港等地质条件特点及实际工程情况，阐述了袋装砂筑堤技术在淤泥质海岸、深厚软弱淤泥地基条件下的技术优势及成功应用；结合曹妃甸地区通路工程，阐述了袋装砂筑堤技术在渤海滩海地区具有广阔的应用前景。最后，分析了当前袋装砂筑堤技术的发展趋势。

筑堤技术；滩海；浅海；软弱地基；土工织物充填袋

1 袋装砂筑堤技术的优势

斜坡实体式堤根据筑堤材料的不同，一般有黏土斜坡堤、抛石斜坡堤和袋装砂斜坡堤等。

黏土斜坡堤利用黏土的强度及黏性，经堆积、夯实形成堤芯，外覆砌石或植草形成护面，是人类最早采用的筑堤型式之一。该结构耐久可靠，施工工艺简单，造价低，一般适用于具备干地施工、能就近取土的工程，在早期的河漫滩和海滩的高滩部位围垦中应用广泛，而在受水位和潮位影响较大的区域较少采用。

抛石斜坡堤的堤芯一般采用开山石，在石料供应充足、价格低廉的地区应用较多。该型式结构耐久可靠，施工工艺成熟，施工难度较小，但对石料需求量大，施工面少，施工进度较慢，不能适应快速施工要求；对吹填砂的适应性差，要消除漏砂现象必须设置可靠的反滤层；无法与吹填砂紧密结合、同步施工，必须全线合拢并完成反滤层后才能进行吹填砂施工。

从20世纪60年代起，长江口及长江流域的航运和整治工程的建设者们就开始着力研究、开发石料的替代品，从最初的填砂草包袋到后来简易的编织布袋。近30年来，大型土工织物充填袋（即袋装砂）筑堤技术广泛应用于长三角地区的围堤和陆域形成工程，并已在南方地区和北方地区得到了成功应用，主要应用于江海护岸、围堤造地、防波堤及堤坝工程。

袋装砂筑堤技术经过多年的实践、总结和改进，在土工布指标检测、选用和结构方案合理优化等方面进行了大量的理论研究，袋装砂筑堤技术已日趋成熟，形成了一系列具有我国自主知识产权的专利技术，交通部已制订了相应的技术规范及监测标准，为工程质量提供了有力保障。

袋装砂斜坡堤结构可由堤身、护面、护脚、护底、防浪墙、路面等结构组成。断面型式应根据水位、波浪、地质、地形条件、使用要求及施工方法等确定，一般断面型式如图1所示。

根据国内外已有的工程实践经验，袋装砂堤相对于以往传统的抛石堤，能够满足同样的使用功能，具有同样的耐久性，在设计年限内主体部分基本无须维修，其优势主要体现在工程造价低、施工工期短、堤身的整体性好和有利于组织防台风防汛四个方面。

（1） 就地取材，工程造价低。筑堤材料以砂石为主，具有因地制宜、就地取材的特点，可大大降低工程造价，特别是在石料资源短缺的地区这种优势尤为明显，根据类似工程实际情况，若具备就近取砂条件，袋装砂堤比抛石堤减少费用约30%～50%，若在100 km范围以内购砂，减少费用约10%～15%。

图1 袋装砂斜坡堤断面型式示意

（2） 可分段同步施工，施工速度快。特别是对于采用吹填砂形成陆域和需要地基处理的工程，可大大降低施工工期；袋装砂充填可完全采用水上施工，减少了抛石堤因施工临时道路而必须的工程前期准备时间；由于袋装砂堤芯相对抛石堤芯具有较好的防渗性能，无需设置防渗体，简化了施工工序，围堤形成至一定高度后即可进行吹填施工；软体排护底相比以往的柴排护底具有材料加工工厂化、运输集约化、施工机械化、大面积快速施工的特点。

（3） 堤身的整体性好。袋装砂具有良好的整体性和柔韧性，对堤基的变形具有较好的适应性；袋装砂堤身对地基的压力分布相对较为均匀，能有效地提高围堤施工期的稳定性；另一方面，土工袋体还兼具加筋体的作用，有利于提高围堤的整体稳定，特别适用于在地质条件较差的软基土上建筑围堤。

（4） 有利于组织防台风防汛。土工织物充填砂袋单袋重达数十吨、上百吨，具有较强的抗浪能力，充填袋体易于快速形成渡汛断面，有利于组织防台风、防汛措施，减少施工期的损失。

经过对国内外大量失败和成功的工程实例分析，袋装砂筑堤技术的成功应用必须遵守以下基本原则：适宜的充填砂料；合理的土工织物袋体指标；有效的反滤措施；有针对性的施工期保护技术及措施。

2 袋装砂筑堤技术的重要发展过程及典型应用

2.1 上海外高桥船舶污水处理厂围堤吹填工程

在1992年以前，袋装砂一般采用人工灌装的小袋砂，仅应用于陆地或高滩段。1992年实施的上海外高桥船舶污水处理厂围堤吹填工程，首次将袋装砂工艺大规模应用于永久性海洋工程，与材料及设备生产厂家合作开发了大型土工织物袋及泥浆泵充灌技术，大大提高了工作效率及成堤质量。该工程建成至今经历多次台风，运行情况良好，袋装砂结构的耐久性得到很好的工程实践检验。

2.2 苏州港太仓港区陆域形成工程

苏州港太仓港区在太仓市境内长江大堤与外侧-3 m水深线（黄海平均海平面）之间的长江边滩实施围滩造地，形成深水岸线长约10 km，形成陆域面积约10 km2，工程分为七期进行。1997年实施的太仓港区一期工程首次采用大型船机设备施工工艺，突破了人力施工水深仅达1～2 m的限制，大大加快了袋装砂的施工效率，提高了工程质量，开创了袋装砂筑堤技术应用的新篇章。

该工程中袋装砂筑堤技术的应用具有以下特点：

（1） 港区陆域形成采用分层袋装砂围堤、分层吹填、袋装砂围堤与吹填紧密结合、相互依托、交叉同步施工的方法，加快了围堤吹填施工速度，增强了施工期围堤防台风渡汛的安全性；施工全部在水上展开，工作面大，进度快。这一工艺是对传统的围堤吹填造陆工艺的重大突破。

（2） 围堤工程成功开发了深水袋装砂、深水软体排、砂被等多种新结构、新工艺，解决了袋装砂、软体排在人力所不能施工的较深水区的应用难题，施工过程中经受了台风、天文大潮和暴雨“三碰头”的考验，已建围堤基本无损坏。该工程的顺利实施，为条件相似的长江口深水航道整治北导堤工程运用袋装砂、软体排技术奠定了基础。

（3） 工程区表层有6 m厚淤泥和25 m厚淤泥质土，运用砂被+塑料排水板新工艺进行软基处理，由大型袋装砂形成的砂被作为水平排水层，排水板作为竖向排水体，用就近取的天然细砂替代规范要求的散抛中粗砂，减少了流失量，确保了排水砂体的整体性及稳定性，且满足排水要求，取得了良好的经济效益。

（4）与常规的抛石堤方案相比，该袋装砂筑堤方法造价低、进度快、成陆效果好。围堤投资节省约20%；整个建设工期由3年缩短为1.5年；吹填砂采用附近长江水下表层细砂，排水固结速度快，强度高，经强夯处理可作为集装箱重箱堆场地基，经振动碾压可作为一般用地地基，节约了后续地基处理费用。

2.3 长江口深水航道治理工程

2.3.1工程概况

于1998年1月正式开工的跨世纪宏伟工程——长江口深水航道治理工程，是我国迄今规模最大、投资最多、难度最大的交通水运基础设施建设项目。工程分三期实施：一期工程1998年1月至2000年3月，长江口8.5 m水深航道全线贯通；二期工程2002年4月至2005年11月，建成水深10.0 m、宽350/400 m、长74.5 km的双向航道；三期工程以疏浚为主，实现航道水深12.5 m的目标。

在导堤和丁坝工程中充分利用了工程区砂多石料少的特点，采用了袋装砂堤芯结构，在护底工程中采用了新型软体排结构，新型土工织物的应用是长江口深水航道治理工程成功的关键，解决了在波浪循环荷载作用下粉细砂地基易发生地基软化的问题以及在水流作用下易发生冲刷等技术难题。

2.3.2工程环境特点

该工程导堤长，全部水上施工，工程量大，施工强度大。工程环境的主要特点是：

（1） 水深大，最大水深达9 m，最小水深3 m。

（2） 流速大，最大流速达2.8 m/s。

（3） 风大、浪高，波高2～5 m。

（4） 江面开阔，受台风、寒潮影响显著。

（5） 砂性土地基。

2.3.3袋装砂筑堤技术的应用特点

（1） 首次大规模使用袋装砂筑堤技术，形成了一系列专利技术，开发了专用船机设备，对于推动国内现代化袋装砂筑堤技术的标准化、大型化和大规模应用起了关键作用。

（2） 对于砂性土地基，提出采用砂肋软体排和混凝土连锁块软体排护底，并在施工过程中使用超前护底，有效地防止了地基的冲刷问题。

（3） 针对影响土工材料使用寿命受紫外线照射老化的问题，通过试验、检测，对老化原因和机理进行了深入研究和分析，采用了合理的防老化措施，并在工程实施中应用，效果良好。

（4） 根据该工程独特的施工条件和工期要求，在施工工艺方面研制开发了多层大型充砂袋与无纺布反滤层复合施工新工艺，不仅大大提高了施工工效和施工质量，同时也增强了暴露段袋装砂堤芯抵抗风浪的能力。

2.4 上海洋山深水港区工程

2.4.1工程概况

洋山深水港区位于上海东南部32 km远的崎岖列岛，临近外海，无陆地掩护，自然条件恶劣，工程的技术难度在国内外首屈一指。

洋山深水港的建设是在远离大陆的孤岛上进行，而孤岛上没有港区建设所需的大片陆地，需通过围海吹填造地形成。围堤一方面可作为陆域吹填造地的边界，另一方面海岛区域水流流态比较复杂，围堤可以起到整治流态、归顺水流的作用；陆域由超过20 m厚的吹填砂形成。为防止漏砂，避免对后期港区地面产生不利影响，对围堤结构提出了很高的要求，在开展大量的研究论证工作的基础上，采用袋装砂斜坡堤结构，很好地解决了这一难题。该工程创造了袋装砂筑堤技术应用水深的新纪录（最大水深达30 m）。

2.4.2工程环境特点

最具代表性的是一期工程的东侧北围堤，围堤长1 195 m，工期紧迫，要求6个月内全部完成，主要工程环境特点如下：

（1） 围堤轴线水深-10.0～-30.0 m，堤身高度达19～35.0 m，整体稳定性要求高，施工难度大。

（2） 浪大、流急，设计波高3～4 m，最大平均流速>2 m/s。

（3） 受台风、寒潮影响显著。

2.4.3袋装砂筑堤技术的应用

在总结以往深水筑堤经验的基础上，充分利用袋装砂堤整体性好的优点，采用了充灌袋装砂棱体+抛填砂袋堤芯的斜坡堤结构型式。为提高工程的实施进度，通过研究和试验，在施工中首次运用了袋装砂抛填工艺，解决了大水深条件下的袋装砂施工工艺，有效地提高了施工效率，确保了工期。施工期经受多次台风考验，完好无损。

2.5 袋装砂筑堤技术在软弱地基区域的应用

随着袋装砂筑堤技术在砂质海岸的成功应用，针对软弱地区特点进一步开展了研究和实践，并在21世纪初得到了广泛应用，主要有宁波、温州、深圳、天津、连云港等淤泥质滩海的建港及围海造地围堤工程。

2.5.1宁波港区陆域形成工程

具有代表性的是宁波港镇海港区围海造地工程、宁波港北仑四期集装箱码头陆域形成造地工程。

工程环境特点：围堤轴线滩面标高-2～1.0 m，堤身高度6～9 m；场地浅部地基土是近30年的新淤土，具有高压缩性和高灵敏度的特点，厚度达16.5～39.0m，力学指标极差，固快指标为c=8kPa，Φ=3°；风大、浪高，设计波高4～4.5 m；为台风多发地区，受台风影响显著。

首次采用了通长砂袋结构，在堤身后侧形成加筋土层，有效地提高了围堤的整体稳定性；采用了围堤吹填方式，即采用分层袋装砂围堤、分层吹填、围堤吹填相互依托的造陆工艺。围堤的造价较抛石堤减少约30%；工期缩短50%；施工期经受多次台风袭击，完好无损。

2.5.2深圳大铲湾集装箱码头陆域形成工程

该工程于2004年初开工建设，2007年完工，围堤总长19 km，吹填区面积为486万m2，吹填方量为2 820万m3，吹填料采用港池航道的疏浚淤泥质土。

围堤地基极差，表层为流泥、淤泥等软土，含水量60%～80%，厚度10～20 m。

围堤结构型式采用袋装砂斜坡堤结构，地基处理采用清淤海砂置换方案和砂被+排水板相结合方案。

2.6 袋装砂筑堤在渤海湾地区的应用

袋装砂筑堤技术在渤海湾滩海工程中的首次成功应用当数曹妃甸通路路基工程。

曹妃甸通路路基工程长度为18.447 km，路基顶总宽度为19.25 m，平均路基高度约5 m，滩面水深0～1 m。自2003年3月开工以来，克服了50年未遇特大寒潮所造成破坏的不利影响，2004年7月完工。

该工程具有以下特点与难点：

（1） 工程处于潮间带滩地，水不深不浅，施工难度大。

（2） 工程规模大，在海上建筑近20km的引堤。

（3） 工期紧，要求一年半完成。

（4） 秋季受寒潮影响，冬季受冰冻影响。

（5） 需解决砂源、袋装砂抗冻问题、海上长引堤所产生的沿堤流影响及防护等技术难题。

2001年10月，针对当地砂多石少、砂廉石贵的特点，通过对自然条件、材料来源、施工条件、工程造价、工期及使用要求等方面的综合分析，提出了袋装砂斜坡堤结构，堤身采用袋装砂棱体与吹填砂堤芯相互依托结构。

通过吸收国内外土工织物抗冰冻设计的最新成果与技术，结合本工程的实际情况，展开抗冰冻试验专题研究，对袋装砂筑堤技术抗冰冻进行了科学评价，并提出了有针对性的选择袋体布料、合理安排施工顺序等科学合理的抗冰冻措施。

在海滩上修筑长达18 km的引堤，通过数模计算，对沿堤流、绕堤流进行了科学评价，并提出了超前护底、施工分段及合拢等经济合理的应对措施。

通过砂源勘察，探明了可用于本工程的筑堤砂料，解决了砂源问题，为就地取材、节约造价奠定了基础。曹妃甸港区的围海造地需要大量的筑堤与填筑材料，本工程为该地区新型填筑材料和新工艺的应用开创了先河。

曹妃甸通路路基工程造价仅为原抛石堤方案的50%，节省投资近1.6亿元（扣除价格上涨因素），工期由2.5年缩短为1.5年，创造了良好的经济效益和社会效益，为后续工程的建设赢得了时间，创造了极为有利的条件。

曹妃甸通路路基工程的顺利完成有力地促进了曹妃甸的开发建设。曹妃甸港区2005年12月实现开港通航，四大支柱产业“大码头、大钢铁、大电力、大石化”均已进入实质性建设阶段，初步形成产业集聚效应，围海造地先行快速推进，各项基础设施建设协调跟进。截止目前，曹妃甸完成造地约100 km2，总吹填方量近4亿m3，其中90%以上的围堤均采用袋装砂筑堤技术。

3 袋装砂筑堤技术在冀东南堡油田1号人工端岛及西线进海路工程中的应用

3.1 工程概况

南堡油田采用建设人工岛海油陆采的开发方式，是实现经济、快速勘探开发滩海的有效途径。

该工程位于唐山市南堡滩海，1号人工端岛平面尺度为604 m×416 m，造地面积27.53万m2，人工岛呈近似椭圆形布置，岛与后方陆域采用总长1.657 km的进海路（含2座40 m×19 m通水引桥）连接，见图2。工程于2006年6月开工建设，2007年7月完工，运行状况良好。

图2 工程平面示意

3.2 工程地质条件

该工程地层为第四纪海相沉积层与陆相沉积层，以海相沉积为主，沉积韵律较明显，新近沉积土层较为松散软弱，土层的强度从上至下逐渐增大，从上到下依次为：淤泥质粉质黏土、粉土、黏质粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉砂、粉质黏土。

3.3 路堤结构设计（见图3、图4）

3.3.1设计使用年限及设计标准

设计使用年限为50年，防洪标准设计重现期为100年，1级堤防。港口工程1级水工建筑物，设计基本地震加速度为0.185 g。

3.3.2结构型式

路堤结构型式根据工程位置的自然条件、材料来源、施工条件、工程造价、工期、使用要求等因素，本着技术可靠、经济合理的原则，经综合论证确定，采用袋装砂斜坡堤结构型式：利用土工织物的成型作用，采用泥浆泵就近取砂充填筑堤，对于标高低于-1.0 m（当地理论最低潮面）的滩面，采用专用铺排船施工，浅水区趁低潮施工。

3.3.3护坡结构

护坡结构根据设计标准、设计潮位、设计波浪要素、地形水深等因素，依据《防波堤设计与施工规范》，经计算分析、经济技术比较综合确定，护坡结构如下：对于进海路，浅滩波高不大，采用栅栏板护面，趁低潮露滩时安装，经济美观；对于人工岛，水深波高较大，平台以下采用扭王字块体，便于水下安装，平台及平台以上采用四角空心方块，便于陆上安装，景观效果好，适应不规则坡面能力强。

抛石垫层下设袋装碎石，并在袋装砂外侧铺设无纺土工布一层，形成完整的反滤设施。采用软体排加抛石平护，平护采用长短相结合的方式。为减小堤顶越浪量，采用反弧形钢筋混凝土防浪墙。经冰冻试验表明，土工织物不仅具有较强的抗冰冻能力，而且能起到限制堤身冻胀的有利作用。

3.3.4袋装砂的砂质要求及取砂

为加快排水固结速度及筑堤速度，筑堤砂料采用细砂、粉砂。

根据工程区域砂源和采砂对河势影响等情况，结合滩面地形、西线进海路及人工端岛安全需要、工况条件、施工机械取砂能力和施工要求，决定在距离围堤150 m外取砂区就近取砂。

3.3.5地基评价及处理

采用无填料振冲+振动碾压方法进行地基处理，地基处理深度为15 m（含吹填厚度），地基承载力设计值≥150 kPa，工后沉降≤20 cm，满足抗震设防烈度7度（0.18 g）抗震要求。

图3 西线进海路断面

图4 人工岛围堤断面结构

3.4 主要技术特点

（1） 在调研国内外类似滩海石油开发成功经验的基础上，采用潮流数值模拟、平面物理模型试验等专题研究、多方案经济技术比选等技术手段，研究方法先进。

（2） 在人工岛围海造地项目建设过程中，紧密结合开发方案及地面工程，及时正确处理相关技术接口问题，做到有效衔接，避免建设过程中的时间和资金浪费。

（3） 根据仿生学原理确定的人工岛平面布置及采取的长短平护、护岛潜堤等护底措施经济合理，安全可靠。

（4） 采用高桩墩台引桥码头结构型式，成功解决了在冰荷载等大水平荷载作用下的透空式海上引桥码头结构设计难题。

（5） 针对深厚吹填粉细砂，提出振冲击密法进行地基处理，施工速度快、造价低、处理效果好。

4 袋装砂筑堤技术发展趋势

对于一般工程应用条件，袋装砂筑堤技术的开发和应用相对来说已比较成熟，但当面临更加恶劣的筑堤环境和更高的筑堤要求时，袋装砂筑堤技术还需要进一步发展。

目前袋装砂筑堤技术发展趋势主要体现在以下几个方面：

（1） 袋装砂本构关系及与土体的作用机理研究。

（2） 在大深水、恶劣海况条件下的袋装砂筑堤技术研究。

（3） 深厚淤泥地基条件下的袋装砂筑堤技术研究。

（4） 深厚覆盖层下的取砂技术研究。

（5） 粉土及黏性土等细颗粒材料作为袋装砂筑堤材料的关键技术研究。

5 结束语

经过我国广大科技工作者及工程技术人员的努力，从上世纪80年代以来袋装砂筑堤技术得到了很大的发展，从长江三角洲开始，逐步向南北推广，得到了广泛应用，逐步取代传统的抛石堤，已成为我国建港及围海造地筑堤的主要结构型式，并逐步向海外发展，目前我国袋装砂筑堤技术已在非洲、东南亚、南美洲等地区得到了成功应用。

2005年以来，袋装砂筑堤技术在冀东滩海人工岛工程中得到了成功应用，充分展现了袋装砂筑堤技术造价低、施工速度快、结构安全可靠、安全环保的优势。根据对辽河油田、大港油田、胜利油田的地质条件及自然条件特点的初步分析，袋装砂筑堤技术在上述油田的滩海勘探开发中也具有广阔的应用前景。

[1] 中交上海航道勘察设计研究院有限公司.冀东南堡油田西线进海路及1号人工端岛工程初步设计[R].上海：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，2006.

[2] 上海航道勘察设计研究院.岸线规划航道治理与陆域形成研究[M].北京：人民交通出版社,2005.

[3] JT J239-2005，水运工程土工合成材料应用技术规范[S].

[4] SY/T 4084-1995，滩海环境条件与荷载技术规范[S].

[5] SY/T 4099-1995，滩海海堤设计与施工技术规范[S].

Abstract：This paper presents the state-of-the-art and chief features of dike construction technology with sandbags as well as its advantages in comparison with conventional sloping riprap.Associated with the national key projects such as Yangtze Estuary Deep Channel Regulation Project and the Shanghai Yangshan Deep Water Port Project,the paper introduces the development course of sandbags diking technique and the applications in important waterway engineering in domestic sallow water regions;Associated with the geological features and practice engineering of Ningbo Port and Shenzhen Port,it describes the technical advantages and successful applications of sandbags diking technique in silty coast and thick soft silty clay foundations;Associated with the access road project in Caofeidian District,the paper discusses the broad applicative prospect of sandbag diking technique in Bohai beach area.At last,it analyzes current development trends of sandbagdiking technique.

Key words:diking technique;beach;shallow water;soft foundation;geotextile bag

（20）Application of Diking Technique with Sandbag in Beach and Shallow Water Engineering

LI Kai-shuang（PetroChina Jidong Oilfield Co.,Tanshan 063004,China）,HU Dian-cai,LI Shun-li,et al.

TV871.1

B

1001－2206（2011）01－0020－06

李凯双（1969-），男，河北唐山人，高级工程师，1990年毕业于西安石油学院，现从事油田海洋工程基本建设管理工作。

2010-02-26