双向土工格栅在外海深水防波堤工程中的应用

刘爱新，黄渝清

双向土工格栅在外海深水防波堤工程中的应用

刘爱新，黄渝清

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁大连116110）

在大连长兴岛葫芦山湾南防波堤工程中，采用铺设双向土工格栅进行地基加固处理。文章详细阐述了土工格栅铺设的施工工艺以及土工格栅铺设起始边线、终止边线的控制方法，工程实践证明，该方法在本工程得到很好的应用，可为类似工程提供借鉴参考。

外海；深水；防波堤工程；土工格栅；水下铺设；边线控制

0 引言

大连长兴岛葫芦山湾南防波堤工程全长4 004 m，位于葫芦山湾南端，三面环山，西、西南及西北向均无掩护，防波堤轴线水深-13~-20.5 m，属于外海深水区施工。工程所在海域地处当地拉脖山发育海沟之间，施工过程中受风浪、海流影响很大，见图1。

防波堤K0+674.666 m—K4+004 m段地基软弱层较厚，地基采用抛填袋装砂垫层、打设塑料排水板、铺设双向土工格栅三者相结合的方式进行加固处理。塑料排水板打设完成后需及时覆盖一层土工格栅。

防波堤典型断面图见图2。

图1 工程平面图Fig.1Engineering plan

图2 防波堤典型断面图（单位：m）Fig.2Typical cross-section of breakwater（m）

1 工程地质条件

K0+674.666m—K4+004m段水深在-13~-20.5m之间，软弱层较厚，表层有较厚、物理力学指标较差的淤泥、淤泥质粉质黏土和粉质黏土。其中，①1-1淤泥（0.80~4.10 m）、①2-1淤泥质粉质黏土（1.80~17.10 m）、①2-2粉质黏土（1.90~12.70 m）、②1粉质黏土（1.8~30.80m）为软弱层。

2 技术要求

土工格栅采用双向土工格栅，材质为高强聚酯，每延米纵、横向拉伸强度＞300 kN/m，网孔尺寸25~35 mm，网格尺寸45~50 mm，幅宽≥5 m，每幅土工格栅之间搭接宽度≥1 m，土工格栅定位后及时压铺，防止位移。铺设约46.5万m2。

3 船机设备

主要船机设备详见表1，土工格栅铺设船参数见表2。

表1 主要船机设备Table 1The main ships and machines

表2 土工格栅铺设船参数Table 2Parameters of geogrid laying vessel

4 施工方法的选择

本工程前期曾考虑采用传统船舶水面上铺设土工格栅、采用平板驳船抛石压载的施工工艺，但根据现场海流大、受风浪影响大、工期紧等施工条件，采用传统工艺在安全、质量及进度上无法得到保证。经过对比分析，最终确定了由传统的平板驳铺设船改造成专业土工格栅铺设船铺设的施工方法[1-6]。该方法具有以下优点：

1）船机设备投入上，可租用传统平板驳船进行改造，工程完工后可拆除改造设备，方便简单。

2）可根据需要铺设的长度（主受力方向）、水深对铺设船的改造设备及时进行调整，可适应不同铺设长度及深度的要求，在外海深水施工中尤为明显。

3）可根据铺设宽度范围按断面宽度尺寸整幅铺设土工格栅，减少搭接量，保证土工格栅主受力方向不出现搭接。

4）铺设船作业时将铺设滚筒下放至水下基础面进行土工格栅铺设，避免了土工格栅起始边及终止边的偏移，保证铺设有效长度。

5）使用双GPS定位系统对铺设船进行精确定位，保证铺设位置准确。

6）使用开体驳船替代平板驳船抛石压载，保证铺设时压载及时且速度快，提高施工效率。

5 施工方法

5.1 施工工艺流程

采用土工格栅铺设船铺设土工格栅+500 m3开体驳抛石压载的施工工艺，施工工艺流程见图3。

图3 土工格栅铺设施工工艺流程图Fig.3Process flow diagram of geogrid laying construction

5.2 施工方法

5.2.1 土工格栅船上拼接

1）土工格栅在上料码头吊装上船后，首先在铺设滚筒的背扣上每隔1 m绑上长度为10 m的尼龙绳，尼龙绳的另一端与土工格栅终止边直接用绑扎带连接（尼龙绳与土工格栅终止边搭接1 m，每0.2 m绑扎带加固），保证在末端边线铺设时铺设船能预留出开体驳船料仓的位置，保证石料的有效压载。

2）土工格栅终止边与尼龙绳连接后，使用滚筒的卷扬机卷起回收，土工格栅每幅之间搭接要求每间隔50 cm使用专用绑扎带拼接在一起，作业人员一边绑扎拼接，卷扬机一边卷起回收，直至完成该段土工格栅的拼接。

3）土工格栅拼接完成后，作业人员将两根钢丝绳从船头底部穿过（两根钢丝绳分别绑在滚筒的两端），钢丝绳的一端用卸扣绑在滚筒边承柱的开孔上，另一端与卷扬机的钢丝绳绑在一起，便于铺设土工格栅时滚筒通过卷扬机收至船体底部位置，避免石料压载。

5.2.2 土工格栅铺设船定位

采用船上双GPS自动定位系统对铺设船进行抛锚定位，船体平行于轴线。操作手通过船上的电脑显示屏指挥各边锚锚机绞缆移动铺设船，将铺设船精确定位在铺设土工格栅范围的边线上。

5.2.3 铺设土工格栅

1）绑结小锚。在滚筒卷好的土工格栅起始边上，使用16号铁丝将φ22的螺纹钢（29 m/根）与土工格栅绑结固定在一起。作业人员裁剪长度为50 m的尼龙绳与螺纹钢反穿绑在一起（反穿后尼龙绳长度为25 m），尼龙绳反穿螺纹钢后，作业人员再将尼龙绳的两端一起绑在小铁锚上。为了方便土工格栅铺设后小锚的回收，在小铁锚上再绑上一个锚漂。

2）滚筒上土工格栅捆绑。为保证土工格栅从滚筒上往下吊放的过程中不会受到水流等因素影响而自然摊开，需用尼龙绳在滚筒上将土工格栅每隔7 m绑上一处，此处使用活结绑结。

3）抛设小锚及滚筒下放。当铺设船移至土工格栅起始边线25 m外的位置后，通过拉紧小绳子将4个小锚及锚漂垂直船边抛入海里，用船上卷扬机将整筒土工格栅垂直往下吊放，到达砂垫层基础面后，再使用船头、船尾配备的卷扬机将滚筒收至船体底部位置（约2 m的距离），逐步移船到达铺设土工格栅起始边。到达起始边后，可将刚才使用活结绑结在滚筒上的尼龙绳解开，此时就可以开始正常铺设土工格栅。

4）铺设土工格栅。铺设船首先需往土工格栅的铺设方向移船8 m，此处8 m距离是预留500 m3开体驳船料仓开口中心至滚筒间的距离，便于开体驳船停靠时能将石料准确压载在土工格栅起始边上。在开体驳船抛填石料后，操作手移动铺设船垂直于定位轴线方向徐徐后退。此时，随着钢丝绳的牵引，滚筒上的土工格栅逐步展开。当铺设船到达土工格栅的终止边线时，铺设船继续移船往铺设方向侧移动10 m，此处10 m为滚筒与土工格栅间用尼龙绳连接的距离，保证土工格栅终止边得到有效压载（图4）。

图4 铺设土工格栅及压载示意图Fig.4Sketch of laying geogrid and ballast

5.2.4 船抛石料压载、滚筒回收

1）船抛石料压载。铺设船铺设土工格栅时需及时进行抛投石料压载，一边铺设一边压载，直至完成整幅土工格栅的压载。

2）滚筒回收。土工格栅铺设全部完成后，作业人员将滚筒通过卷扬机收至甲板面上，在滚筒吊上甲板面后，作业人员使用手动葫芦将滚筒回收至吊臂的支承柱上。此时，操作手再绞缆移船至抛小锚的位置，作业人员把锚漂拉上后将小锚上与土工格栅起始边上绑结的尼龙绳解开，将小锚回收存放，完成该段铺设。

5.2.5 检查验收

1）陆上验收为卷尺测量土工格栅长度、单幅宽度及搭接缝宽度。

2）水下验收由测量配合潜水员验收，潜水员下水对土工格栅边线铺设位置、水下搭接长度、搭接牢固程度、起伏状况等进行检查。

3）检查合格后，方可进行下道工序的施工。

4）土工格栅铺设允许偏差、检验数量和方法详见表3。

表3 土工格栅铺设允许偏差、检验数量和方法Table 3The allowable variation,inspection quality and method of laying geogrid

6 施工质量控制要点

1）土工格栅断面尺寸整幅生产。按断面宽度尺寸在厂家整幅生产土工格栅，能减少土工格栅间的搭接量，同时保证土工格栅主受力方向不出现搭接。

2）土工格栅起始边控制。在滚筒已卷好的土工格栅起始边上用尼龙绳与小锚连接绑结一起，移船定位把小锚在土工格栅起始边上的相对位置抛下，土工格栅铺设船移船到达起始边线后，由于受到尼龙绳拉力的牵引，土工格栅准确地在起始边上摊开铺设。为了保证起始边有石料压载，移船铺设时需提前考虑预留出开体驳抛石料仓与土工格栅铺设时下放的滚筒位置距离。

3）土工格栅终止边控制。为了保证土工格栅终止边有石料压载，采用10 m长尼龙绳代替土工格栅直接与滚筒背扣连接。当铺设船移船到达终止边线后，铺设船继续往铺设方向移船，此时，受到尼龙绳的拉力牵引，土工格栅得到石料有效压载，不会出现折叠、漂移现象。

4）采用500 m3开体驳船抛石压载。本工程土工格栅每幅拼接完成后宽度为29 m，500 m3开体驳装料仓长度26 m。采用开体驳船抛石压载，铺设面积能得到较好的均匀压载。经过潜水员潜水探摸，土工格栅起始边及终止边均有石料压载。

7 结语

本工程施工海域环境恶劣，施工区域水深最深处达-20.5 m，铺设断面宽度达120 m左右，土工格栅在东北沿海地区施工属于首次。经过施工数据统计分析，土工格栅铺设有效施工作业天数为53 d，日均完成土工格栅铺设工程量约为8 785 m2。同时，经过潜水员水下探摸，在土工格栅起始边线及终止边线均有石料均匀压载，铺设质量良好。通过后期防波堤沉降位移观测数据分析，防波堤堤身结构未发生重大沉降，地基基础承载力满足设计要求。

土工格栅铺设施工属于隐蔽工程，施工时必须严格控制施工参数才能确保施工质量。土工格栅拼接、土工格栅起始边压载、终止边压载等是土工格栅铺设施工中控制的关键。本分项工程的顺利实施，证明该工艺在大连长兴岛葫芦山湾南防波堤工程中的应用是成功的，可为类似工程提供相关经验。

[1]GB/T 17689—2008，土工合成材料塑料土工格栅施工规范[S]. GB/T 17689—2008,Geosynthetics-plastic geogrids[S].

[2]JTS 257—2008，水运工程质量检验标准[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction[S].

[3]阮学成，王翔，刘滔.长江南京以下12.5 m深水航道工程深水软体排设计施工[J].中国港湾建设，2014，34（12）：51-53，65. RUAN Xue-cheng,WANG Xiang,LIU Tao.Design and construction of deepwater soft mattress for 12.5 m deepwater channel project from Nanjing in the Yangtze River[J].China Harbour Engineering, 2014,34(12):51-53,65.

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[5]单志浩，韩崇蛟，李少俊.一种创新型联体软体排-砂袋护底工艺及应用[J].中国港湾建设，2016，36（10）：13-15，30. SHAN Zhi-hao,HAN Chong-jiao,LI Shao-jun.A bottom protection technology for couplet of innovative soft mattress and sand bags and its application[J].China Harbour Engineering,2016,36(10): 13-15,30.

[6]陈生平，魏建雄.深水防波堤工程抛石断面成型控制[J].中国港湾建设，2005，25（3）：36-39. CHEN Sheng-ping,WEI Jian-xiong.Shaping control of riprap profile of deep water breakwaters[J].China Harbour Engineering, 2005,25(3):36-39.

Application of 2-way geogrid in deepwater breakwater project on the open sea

LIU Ai-xin,HUANG Yu-qing
（No.3 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116110,China）

In Dalian Changxing Island Hulushan Bay south breakwater project,the use of laying 2-way geogrid for foundation reinforcement treatment.We elaborated the construction technology of geogrid laying and the control method of starting and ending edge of geogrid.The engineering practice proved that the method in this project has been very good application,can provide references for similar projects.

open sea;deepwater;breakwater project;geogrid;underwater laying;edge control

U656.314

B

2095-7874（2017）08-0078-04

10.7640/zggwjs201708018

2017-05-27

刘爱新（1968—），男，辽宁锦州人，高级工程师，总经理、执行董事，港口与航道工程专业。E-mail：734875146@qq.com