砂被铺设工艺在围堤中的应用——以小洋山北侧围堤工程为例

吴伟伟

（浙江省电力建设有限公司，浙江 宁波 315042）

1 问题的提出

随着滩涂围垦不断向外海推进，围堤轴线布置位置的水位也越来越深。围堤的地基处理由原来可露滩作业变成了水上作业，水上作业受气候、潮位和外部环境等因素影响更多，这对水上的施工管理、工艺和设备进一步提出了要求。

一般围垦工程的地基处理到堤身吹填，都为涉水作业，施工均需船舶作业，而下半年的寒潮气候对水上作业的影响极大，涉水作业的功效极低。围堤地基处理由于不受加荷间歇的限制，是最有可能通过科学组织、加大投入来缩短工期，从而减少恶劣气候对围堤施工的影响。而底层砂被 （底层土工材料）的施工工艺的采用能有效减少恶劣气候对围堤施工的影响，取得显著的效益。以下以小洋山北侧围垦工程为例，对底层砂被施工工艺进行阐述。

2 工程概况

小洋山北侧围堤位于浙江省嵊泗县境内、小洋山岛至薄刀嘴之间的海域，地处上海国际航运中心洋山深水港区北侧，东接已建2号堤，西接大指头岛。工程区域属于亚热带海洋性季风气候，季风交替明显，4月—9月份多以偏南风向为主，10月至次年3月份多以偏北风向为主，且7—10月份为台风多发期；北至东方向直面东海，外无山体遮拦，东北向风浪对水上作业影响极大，尤其是对吹砂作业影响更甚；该海域平均高潮位＋3.88m，平均低潮位＋1.14m；最大潮差5.03m，平均潮差2.74m；滩涂标高＋2.50～-4.00m。地基处理采用塑料排水板加碎石垫层横向排水固结方式，根据水深底层铺设土工布或底层砂被。

3 水下底层砂被施工工艺

底层砂被指在围堤填筑时，最先在淤泥表层铺设的一层砂被。作用是阻隔碎石垫层、抛石等挤入淤泥，并起到部分的水平排水作用［1］。在本工程中，桩号K0＋900～K1＋800m区段 （滩涂高程在＋1.60～-2.50m），设计为500mm厚底层砂被，垂直堤轴线方向上长108～134m范围。桩号K0＋000～K0＋900m范围内，由于泥面高程较高，采用230g／m2编织布代替底层砂被。根据潮位、滩涂情况，砂被铺设采用人工铺设、铺排船铺设和对拉船铺设3种工艺。由于人工铺设灌袋可归至露滩作业范畴，施工进度质量较可控，下面着重介绍水下砂被船铺工艺及对拉船铺设施工工艺在小洋山北侧围堤中的应用。

3.1 铺排船船铺工艺

砂被铺设施工流程见图1，铺设工艺流程见图2。

图1 铺排船铺设流程图

图2 铺排船铺设工艺示意图

3.2 对拉船船铺工艺

对拉船船铺施工流程见图3，施工工艺见图4。

图3 对拉船船铺施工流程图

图4 对拉船船铺施工工艺示意图

3.3 袋体制作

3.3.1 砂被尺寸

砂袋制作，长度方向 （垂直堤轴线方向）采用定尺通长，即只出现一个缝袋接头，接头部位设置在砂被上层靠近内侧1／3处；结合充砂施工时间 （考虑在一个潮水完成施工，砂袋容量不超过一条运砂船运砂量为宜），宽度采用4张6m门幅或7张4m门幅的编织布进行缝制而成。

3.3.2 加筋带布置

为加强管袋的横向强度和减少插板作业对管袋的破损面，管袋设置加筋带，间距根据袋体长度设置4m和6m两种。

3.3.3 充砂袖口设置

由于水下砂被袖口无法做到人工绑扎，因此底层砂被设置双袖口，密度按20～30m2设置一个袖口，材料采用同袋体强度的200g／m2的编织布。原理是利用砂袋内水和砂的压力使砂袋内层袖口受反向压力自行封闭。在充灌砂时，先把双层袖口的内层袖口置入袋内，插入充砂管；当袋内充灌满后，内层袖口在水和砂的压力下自动封闭，无须进行绑扎。双层袖口的工作原理见图5。

3.4 船舶选型

小洋山北侧施工区域工况较内江恶劣，受风浪、潮流影响大，因此在选用铺排船时，除加大锚系设施外，为减少风浪、流水对砂被的作用，采用加宽铺排船滑板，使砂被悬挂长度缩短。为此将滑板长度加宽至6m，使其具有更好的挡流作用，有利于提高砂被铺设速度和质量；考虑铺排工作连续性，不至退潮时搁浅，选择铺排船吃水在2m左右。在选用对拉船时，为稳定船身，除单艘船采用前后八字锚外，2条船还相向采用缆绳拉紧，同时，根据受东北风向影响最大的工况下，将主吹砂管线布置在管袋的东侧，以减少风浪对袋体铺设、接软管的影响。

图5 双层袖口工作原理图

3.5 铺设施工季节、时间选择

在小洋山，10月至次年3月初，为寒潮频发期。围堤工程由于多方因素，导致砂被铺设施工从9月底正式开始作业，项目采取对拉、铺设2线同时作业，至12月中旬结束800m的底层砂被铺设，累计完成约4.6万m3，每月单船吹填量仅为1万m3左右，远低于正常的3万～4万m3／（月·船）。分析原因主要是受到寒潮的影响，由于8级风及以上的天气船舶无法作业，从施工记录看，在寒潮期间，实际船舶月有效作业天数不到10d，多数时间为船舶退场避风和进场恢复生产，从9月底至12月中旬，受风浪影响船舶进退场超过20次，砂被铺设功效极低，且安全风险加大。但对整体工期来说，为来年后续的施工赢得了时间。因此，从施工季节选择的合理性上说，在小洋山北侧海域，3月份或4月份开始水下砂被的铺设，加速地基处理的施工时间，尽可能减少船舶在寒潮的作业，无论是从进度还是从安全角度都是有利的。

袋体充灌一般选择在平潮期开始，在本工程区域，经过多次实践论证，最终选择在高平潮砂船靠泊定位船，并开始充灌作业。袋体设计容量为1000～1500m3，常规充灌时间控制在3～4h，基本上可在下个涨潮期来临前完成，并撤离运砂船。

3.6 铺设质量保证措施［2-3］

（1）保证袋体无破损。砂被袋卷上卷筒前应检查有无破损.船上配备手提缝纫机和230g／m2编织布，发现破损处经修补后才能使用。

（2）袋体采用J字型包缝缝接，针距控制10cm／10针为宜，缝接袋体强度大于袋体本身强度的70%。

（3）每5000m3取1个充填砂砂样，保证充填用砂的质量符合设计要求。

（4）袋体之间搭接宽度大于2m，使用竹竿垂直插设或潜水探明砂被袋体间搭接情况，如有搭接缝产生应及时补填砂袋。

（5）施工过程中及时测量充灌厚度，保证袋体充灌的厚度及平整度。

（6）应根据流向、流速调整充灌顺序。保证袋体铺设平整，保证袋体之间搭接良好。

（7）对拉船袋体横向设置拉绳对减少袋体横向收缩有明显效果。要求施工过程中拉绳受力均匀，既要防止拉绳过松导致袋体产生过大收缩，也要防止拉绳过紧将拉环拉断。

（8）严格控制砂浆浓度，防止堵管，保证在规定时间内完成充砂。

（9）施工过程中注意监测潮位变化，观察袋体在水流作用下的受力情况，防止袋体破坏。

4 结 语

4.1 铺设工艺合适

小洋山北侧围垦水下砂被铺设，由于水深变化较大，利用对拉船和铺排船特性，针对性选择相应铺设方案，在K1＋000～K1＋400m采用了对拉船铺设工艺，在K1＋400～K1＋800m区域采用铺排船铺设工艺。经水底探摸、水下测深和竹竿检测砂被搭接情况来看，砂被总体施工质量良好，水下铺设工艺的选择是合适的。

4.2 施工季节选择正确

在小洋山，10月至次年3月初，为寒潮频发期，砂被铺设功效极低，且安全风险加大。施工季节选择3月份或4月份开始水下砂被的铺设，达到加速地基处理的施工时间，为来年后续的施工赢得了时间，无论是从进度还是安全角度都是有利的，并且实践证明选择正确。

4.3 砂被作为水平排水层的应用效益显著

小洋山北侧围堤工程用砂取于长江口，以细砂粉细砂为主，从砂体土工试验结果来看，干密度为1.29g／cm3，渗透系数达到5.2×10-3cm／s，从渗透性来讲满足水平向排水垫层的要求。由于矿山的开采对环境的影响越来越严重，且碎石价格也越来越高，因此，积极开展长江口砂源用作水平排水垫层的试验论证及应用，具有很好的社会效益和经济效益。

［1］中华人民共和国交通部.JTS206-1—2009水运工程塑料排水板应用技术 ［S］.北京：中国人民交通出版社，2009.

［2］中华人民共和国水利部.SL／T 225—98水利水电工程土工合成材料应用技术规范 ［S］.北京：中国水利水电出版社，1998.

［3］中华人民共和国交通部.JTS 154-1—2011防波堤设计与施工规范 ［S］.北京：中国人民交通出版社，2011.