邱練武

(中交三航局有限公司，上海市 200032)

大面積圍海造陸圍堰工程關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

邱練武

(中交三航局有限公司，上海市 200032)

隨著日益增長(zhǎng)的土地需求，在沿海地區(qū)圍海造陸越來(lái)越多地應(yīng)用于工程實(shí)踐。圍海造陸工程的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)是圍堰的形成，直接對(duì)后續(xù)的陸域形成及軟基處理施工安全順利進(jìn)行產(chǎn)生一定的影響。通過(guò)對(duì)圍海造陸的相關(guān)了解，并結(jié)合一系列的人工島填海工程，對(duì)拋石圍堰、砂袋圍堰、復(fù)合砂袋圍堰、插入式鋼結(jié)構(gòu)圍堰和水上施工智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵施工技術(shù)著重進(jìn)行討論。

圍海造陸 圍堰工程 智能控制 技術(shù)研究 應(yīng)用

一、前言

圍海造陸在我國(guó)可以說(shuō)是歷史悠久，因?yàn)樵缭跐h代的時(shí)候就已經(jīng)有記載。圍海造陸是一個(gè)系統(tǒng)工程，具有很高的建筑設(shè)備，建筑技術(shù)，建筑材料及其他要求。圍海造陸工程的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)是圍堰的形成，直接對(duì)后續(xù)的陸域形成及軟基處理施工安全順利進(jìn)行產(chǎn)生一定的影響。它為后期的吹填造陸和地基的處理做了一定準(zhǔn)備，是通過(guò)人工圍堰形成在海上的造陸界線。根據(jù)不同的施工方法，圍堰形成的技術(shù)包括拋石圍堰、砂袋圍堰和插入式鋼結(jié)構(gòu)圍堰。大量的新技術(shù)和新技術(shù)的出現(xiàn)在施工過(guò)程中，這是由于圍堰的結(jié)構(gòu)形式比較靈活，對(duì)作業(yè)工效和填筑質(zhì)量要求也比較高。

二、拋石圍堰

向海中拋填一定量的石頭，使其在自重或外力的作用堆積，暴露出水面，形成人工分離區(qū)，將填海區(qū)和海區(qū)分開(kāi)，以便于后續(xù)的吹填施工，這就是拋石圍堰。拋石圍堰是一個(gè)傳統(tǒng)的圍堰施工技術(shù)，具有施工速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)大、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛在港口工程和水利工程中被應(yīng)用。根據(jù)作業(yè)方式的不同可分為水拋和路拋。

1、水拋法

水拋法就是通過(guò)自帶吊機(jī)的運(yùn)輸船舶進(jìn)行運(yùn)輸石料，然后使用GPS定位填補(bǔ)。就目前來(lái)說(shuō)，水拋施工基本都是用拋石專用船只進(jìn)行實(shí)施，主要有2種類型的船舶：

（1）自航平板駁：它使用自帶的反鏟挖掘機(jī)或裝載機(jī)將平板駁上面的石料拋進(jìn)海中。使用這種拋填設(shè)備可以很好地控制拋石高度和厚度，對(duì)基礎(chǔ)影響小，而且效率高，解決了以前湍急水流對(duì)模袋充填、堤身吹填影響的問(wèn)題。

（2）開(kāi)體駁：駁船到達(dá)指定投點(diǎn)后進(jìn)行拋填，打開(kāi)底部的艙門(mén)，把石料填進(jìn)海中，從而完成拋填（圖a）。

水上拋填可以多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行開(kāi)工、相互之間干擾少、施工效果也很好。

圖a開(kāi)體駁拋填

2、陸拋法

路拋法是通過(guò)自卸式汽車進(jìn)行運(yùn)輸材料的，使用挖掘機(jī)和推土機(jī)配合施工，在陸上拋填采用逐步推進(jìn)的方式。這種方法可以不受水域條件的限制，并且施工比較方便，在圍堰暴露出水面以后可以采用這種施工方法。圍海造陸工程中圍堰填筑的前期需要先進(jìn)行水拋施工。

三、砂袋圍堰

在深厚的軟基上進(jìn)行永久圍堰的修建時(shí)，由于使用常規(guī)拋石圍堰會(huì)出現(xiàn)石料無(wú)法沉底、軟土強(qiáng)度太低或不經(jīng)濟(jì)等現(xiàn)象導(dǎo)致工程無(wú)法實(shí)施，可以用砂袋圍堰的結(jié)構(gòu)形式來(lái)解決（圖b）。沙袋圍堰施工的原理是先抗老化編織土工布縫成一個(gè)口袋，采用水力沖填法，把泥砂物質(zhì)溶解到袋里。最后，層級(jí)疊置形成一個(gè)堰。沙袋圍堰的結(jié)構(gòu)形式是非常靈活的，可以就地取材、因地制宜，在石料資源短缺的地區(qū)是具有比較廣泛的應(yīng)用性，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。在水上施工時(shí)，可以進(jìn)行全面開(kāi)展，機(jī)械化程度高，施工速度快。在完成之后，其自身的完整性和穩(wěn)定性比較好。對(duì)淤泥地基變形的適應(yīng)性較強(qiáng)，和吹填砂能夠緊密結(jié)合、相互支持。它已被廣泛用于圍海造陸、水利水電、海防建設(shè)等項(xiàng)目中。

填充袋砂圍堰主要采用填袋裝砂和填充袋裝砂2種方法。拋填砂袋在充灌船上面先將砂袋充灌成型后，用翻板滑落或者網(wǎng)兜吊放的形式把砂袋拋填到指定的位置。充填袋裝砂是指在砂袋最終沉放的地點(diǎn)直接進(jìn)行充灌作業(yè)，可分為2種類型：1、利用低潮時(shí)人工在灘地上進(jìn)行鋪展；2、利用船機(jī)設(shè)備在水較深的地方進(jìn)行水下充灌砂袋，施工的時(shí)候，先用鋼管把砂袋的4角固定，通過(guò)輸砂管連接充砂泵和沙袋袖口。在充填的過(guò)程中，由于砂袋子的4角連接的是鋼管、鋼環(huán)，隨著砂量的增加砂袋隨著逐漸降低至泥面。施工過(guò)程中需要及時(shí)調(diào)整填充的袖口，確保均勻的沙袋填充。

圖b港珠澳大橋珠澳口岸人工島填海工程島壁區(qū)砂袋圍堰

四、復(fù)合型砂袋圍堰

大多數(shù)的圍堰建在深水、淺水或?yàn)┩康孛嫔?，地基下方基本上都是海相淤泥，上覆堰體自重和波浪荷載很容易引起海床孔隙水壓力的動(dòng)態(tài)累計(jì)，有效應(yīng)力降低，對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不利。在圍堰填筑前進(jìn)行水下鋪排和水上插板，形成更為穩(wěn)定的復(fù)合型砂袋圍堰砂袋圍堰是為有效消散土體中的超靜孔隙水壓力，防止圍堰在施工過(guò)程中滑移失穩(wěn)。為了增強(qiáng)底部保護(hù)、促進(jìn)砂袋地基軟土排水固結(jié)效果，有效彌補(bǔ)砂袋圍堰結(jié)構(gòu)形式單一缺乏穩(wěn)定性，砂袋圍堰施工前先，在原泥面上鋪設(shè)一層土工布和土工格柵，之后拋填中粗砂墊層，并在砂墊層上插設(shè)塑料排水板。

五、插入式混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)圍堰

在一些重要的圍堰修筑施工中，當(dāng)上覆軟土層的厚度較大、含水率高、壓縮性高和極低的強(qiáng)度，但是下臥土層的相對(duì)密度好、強(qiáng)度高、壓縮性低的時(shí)候，插入式混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)圍堰就可以考慮進(jìn)行采用。插入式混凝土結(jié)構(gòu)中要求施工區(qū)域水流平緩、有條件筑島把水上作業(yè)轉(zhuǎn)變成陸上作業(yè)，插入式鋼結(jié)構(gòu)圍堰的應(yīng)用比較廣泛，理論研究相對(duì)比較成熟，大直徑鋼筒是一種被廣泛使用的結(jié)構(gòu)形式。

六、關(guān)鍵技術(shù)

1、新型水下鋪排關(guān)鍵技術(shù)

水下鋪排，就是土工布及土工格柵復(fù)合體的鋪設(shè)，在圍海造陸工程中可以起到隔土、加筋、減小土體變形的功能。以前使用的水下鋪排技術(shù)是通過(guò)滑板和其他得一些設(shè)備進(jìn)行相關(guān)輔助，利用排體的自重將其沉放至泥面。很難準(zhǔn)確控制鋪設(shè)范圍而且軸線偏移量也很難控制，船體的體位移會(huì)發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致了航道偏離，基礎(chǔ)穩(wěn)定性和工程質(zhì)量方面都得不到有力保證，這是因?yàn)楹Ｉ献鳂I(yè)時(shí)，風(fēng)、浪、流等荷載作用和潮位的漲落對(duì)其影響都比較大。

2、新型水上插板關(guān)鍵技術(shù)

塑料排水板可以為底部淤泥層排水固結(jié)提供垂直通道，使淤泥層的固結(jié)變形加快。在圍堰底部軟弱土層中插設(shè)塑料排水板，從而提高土體的強(qiáng)度，并有利于穩(wěn)定圍堰結(jié)構(gòu)。

3、水上施工智能控制技術(shù)

因?yàn)槭茱L(fēng)浪、潮流、水深等因素的影響，再加上現(xiàn)有的水上船舶的自動(dòng)化和智能化水平低，移船、定位主要依靠簡(jiǎn)單的人力控制裝置，沒(méi)有形成計(jì)算機(jī)智能控制的一體化，從而大大影響施工精度和工作效率。為了提高效率，必須要實(shí)現(xiàn)在施工精度要求范圍內(nèi)對(duì)船舶的智能控制與定位。

七、結(jié)束語(yǔ)

上述圍堰形成技術(shù)有效地推動(dòng)了圍海造陸領(lǐng)域的科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步，并在工程實(shí)踐的過(guò)程中得到了充分和有效的應(yīng)用，在一定程度上滿足了工程建設(shè)的需要。由于不同的地理環(huán)境及工程地質(zhì)條件，實(shí)際中的工程應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的客觀條件，進(jìn)而選擇合適的圍堰結(jié)構(gòu)形式，也可以在已有的這些結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上運(yùn)用一些新的結(jié)構(gòu)形式以及一些新的技術(shù)。在海上施工作業(yè)這個(gè)過(guò)程中，使用新型水下鋪排技術(shù)和水上插板技術(shù)可以使船舶在受風(fēng)、浪等荷載作用和潮位漲落的影響下，也能準(zhǔn)確定位和建設(shè)。另外要是結(jié)合水上施工智能控制技術(shù)，工作效率就會(huì)得到大大的提升。插入式鋼結(jié)構(gòu)圍堰具有很強(qiáng)的適應(yīng)深厚軟土地基環(huán)境的能力，土方挖填也比較小，工期也比較短，且相對(duì)成本比很低，它的應(yīng)用前景非常好。

[1]董志良 張功新 李燕，等.大面積圍海造陸創(chuàng)新技術(shù)及工程實(shí)踐[J].水運(yùn)工程，2010(10):54-67

[2]范公俊 賈延權(quán) 王艷紅.幾種圍堰施工技術(shù)在連云港灘涂區(qū)的應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展,2011(31):62-65

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