吹填及软基处理工程水门布置优化

谭洪平，孙晓峰，吴松华，

(1.宁波市上航港务有限公司,浙江宁波 315021；2.中交上航局航道建设有限公司,浙江宁波 315200)

0 引言

随着沿海开发进程的加快，我国滩涂围垦工程造地量逐年增加，其中吹填土真空预压软基处理工程占了很大份额，处理工艺的核心是吹填土排水固结，而将土体中的水排出加固区是提高施工效率、降低施工成本、保护加固成果的关键，过围堰的水门则是排水系统的关键点。

吹填阶段由吹泥船将泥水混合物吹至吹填区（加固区），吹填过程需同时将余水排出加固区以提高泥浆浓度，吹填阶段的主要排水设施是水门。水门是在围堰施工时布设的排水构筑物，由排水管、水门箱、水门板等结构组成。通过水门板控制水量，水流通过排水管穿过围堰排出加固区，具有调控方便、安全可靠的特点。由于目前浅层软基处理都采取排水养护的工艺，软基处理施工阶段以及卸载后的排水要求较高，只要水门布置合理就能满足排水要求，而不需要破堤排水（在围堰上开排水口，有决堤风险），也不需要设水泵强排。

1 水门布置的缺陷

在目前的吹填及软基处理工程设计和施工中，对水门布设数量和位置、底标高、安装工艺的设计和施工不够重视，还存在一些缺陷。

一是目前的水门布设位置仅考虑前期吹填阶段排水，而忽略了软基处理施工过程的排水，因此在软基处理时，大部分水门不能发挥作用。

二是对水门底标高的设计缺乏对地基沉降和加固区卸载后排水的考虑，导致排水管底标高过高，无法自然排水。

三是水门的安装工艺缺乏对排水管受力验算和管基础不均匀沉降的考虑。部分水门在使用过程中排水管法兰断裂，刺破袋装砂导致水流掏空围堰，围堰发生管涌事故，不得不封堵水门作报废处理；个别水门排水管尾端翘起，导致排水效果得不到发挥。

2 水门布置的优化方案

由于以上几个方面的缺陷，目前吹填及软基处理工程中的水门没有充分发挥排水作用，施工过程中排水成本增加，甚至由于水门安装不当导致围堰出险。针对这些缺陷，提出以下优化方案。

2.1 水门数量和位置优化设计

吹填区水门的数量应根据吹泥速度控制，保证在最大吹泥效率时，水门能够排出相应的水量，还应考虑达到吹填标高突降暴雨等不利工况组合的排水。水门布设位置要结合吹填阶段和软基处理阶段排水要求综合考虑。

根据吹填阶段的排水要求，水门位置应结合吹泥口位置、原始地形、吹填区外部排水通道等多个因素综合考虑。水门一般布置在吹泥口远端，以保证泥浆经过较为充分的沉淀，避免大量淤泥流出。此外，宜将水门设置在原始滩涂较低位置，在吹填前期就能及时排水促进泥浆沉淀；并应充分利用原始滩涂较低侧通常有自然的排河道、水沟等条件，利于排水。

软基处理阶段，密封沟内泥面标高最低，尤其原始地形较低一侧密封沟位置，利于排干区块积水，因此水门宜布设在与围堰垂直方向的密封沟位置。由于密封沟较多，在每条密封沟位置都安装水门是没有必要的，宜选取若干密封沟作为排水主沟（集水沟）位置设置水门，保证加固区各位置都有较近的排水路径。

大部分软基处理工程加固区都分为道路区和地块区，其中道路区一般采用二次处理的工艺。道路区一次处理沉降较地块区小，且砂垫层铺设之后整体比地块区高；道路区之间密封沟为方便机械插板施工多数上砂填实，且砂垫层施工伴有大量积水，道路区形成一道阻水屏障，道路区将加固区分割成为若干相对独立的区域。在这些区域中，为方便地块区排水，宜将地块区中间密封沟作为排水主沟（集水沟），水门宜布设在排水主沟过围堰位置，如图1所示。

图1 水门位置示意图

综合以上各因素设计水门的数量和位置，以同时保证吹填阶段和软基处理阶段的排水要求。

2.2 排水管底标高优化设计

排水管的底标高就是加固区通过水门排水的最低水位。吹填阶段和软基处理阶段对排水管底标高的要求是宜低不宜高。排水管底标高应考虑最不利工况下的排水需要，就是道路区二次处理卸载之后的排水工况。应根据设计文件计算道路区处理后的标高使水门充分发挥作用，排水管底标高应低于道路区处理后路面标高0.5 m以上；道路区卸载之后，水门可继续作为整个加固区的排水过堤通道，而不必破堤排水。

2.3 水门安装工艺优化

水门在围堰施工时安装，围堰施工至排水管设计底标高后，安装排水管，再安装水门箱和水门板。

需要注意的是在砂围堰上安装排水管时，需要根据设计管径上部围堰尺寸和应力分布，选择有足够刚度和承载力的排水管，排水管壁厚（一般不小于8 mm）和法兰连接处要经过承载力验算，避免排水管折断或者变形。若是围堰沉降量较大，一般壁厚的排水管无法承载上部荷载而变形弯曲，则应在应力变化较大位置设置橡胶接头，以适应围堰横向变形，避免排水管翘起等现象（见图2），同时可避免管道法兰连接处应力集中断裂并刺破袋装砂围堰。

图2 排水管尾端翘起

围堰施工到管底高程时，上层砂袋预留安装排水管的矩形沟槽，沟槽两侧预留排水管吊装的安全距离。管道外壁用200 g/㎡无纺布包裹，避免法兰等位置顶破袋装砂。排水管安放到位后将管道两侧缝隙用泥袋（可用高强度编织袋装砂代替）填满，并略高于两侧袋装砂，上下游用黏土或泥袋密封，避免管外过水导致管涌。施工过程中袋装砂有破损应缝补防止漏砂。排水管下游出水口应采取消能措施，一般用抛石护底，避免冲刷围堰基础。

排水管安装到位后进行水门箱的安装和上层袋装砂施工，水门箱先安装一到两组，宜保持竖直（见图3）。水门箱随吹填时水位升高逐步加高，同时加装水门板。上层袋装砂施工时不可破坏排水管的无纺布以及填充砂袋等防护措施。

图3 水门安装时微调水门箱方向保持竖直

水门使用时要有专人控制，随着水位提升逐步安装水门板，保证及时排水，避免水门板安装不及时导致大量泥浆流出。

3 结语

吹填及软基处理工程中，在合理的位置，按照合理的施工工艺和排水管底标高设计来布置水门，就能够满足工程全过程以及卸载后排水的需要；避免破堤排水影响围堰完整性，同时减少水泵强排水，很大程度上能提高施工效率、降低施工成本、保护软基处理加固成果。