大型泥浆泵远距离土方吹填造地技术的应用

王伟锋

(浙江江南春建设集团有限公司，杭州 311243)

1 工程概况

余姚市海塘除险加固围涂工程是以围涂为主，结合除险、治江的IV等4级水利工程，工程位于钱塘江河口尖山段南岸余姚岸段，西至湖北西直堤(临海浦闸以西3km处的R77断面)，东至曹朗直堤(曹朗水库西侧R82断面)，围涂总面积1333.33hm2。该工程项目，既可提高海塘的抗灾能力、增加土地资源，又为实现尖山河段南岸的统一整治和规划创造了条件。

余姚市海塘除险加固围涂工程II期东片围涂工程，主要为东侧围区百科陶家路江东直堤和II期东顺堤东，其中陶家路江东直堤全长520m，II期东顺堤东长518m;西侧围区包括II期东顺堤西、陶家路江西直堤和相公潭隔堤，长度分别为1420m、880m、870m，主要工程量为:土方约110万m3，石方约27万t，河道开挖约13万m3。该工程土方工程采用钱塘江区泥浆泵取土，利用接泵技术，每立方米土方节约4.6元，共节约4.6×110万=506万元。

2 工艺特点及原理

该工艺投入成本低、操作简易、效率高，代替了挖掘机挖掘土方配合自卸车运输的过程。泥浆泵施工采用工人两班倒日夜连续不断施工，工作效率高，机械维修成本低;直接从河床底部或滩涂中抽取粉砂土，采用接力排送技术长距离输送土方，最远土方输送距离达到15km以上，解决了沿海(钱塘江地区)地区远距离取土的困难。

利用泥浆泵抽水排水原理，将船舶驶入取土点，抛锚定位后，在船上安装138kW大型泥浆泵、高压水泵等配套施工机具设施。用7.5kW高压清水泵冲刷搅浑泥沙，使局部江水富含粉砂土;将富含粉砂土的泥水通过138kW泥浆泵抽出;通过输泥管输送至指定冲填区域排出;人工扰动冲填区的泥浆，使泥浆中的粉砂土快速沉淀并固结。下层吹填土初步固结并验收合格后再进行上层土的吹填工作，逐层吹填，每层厚度控制在50cm左右，直至高程达到设计要求。该工艺不但适合筑围堤、土方加高、造地，而且可以远距离输送土方，节约成本。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备、清基及测量放样

根据施工组织设计，对施工人员、施工机械设备、船只及物资材料等进行组织调遣，搭建临时设施，安装足够容量的变压器和低压端计量装置，并在业主的配合下，做好水上、水下施工的有关准备工作，确保按计划顺利开工。进行施工准备工作的同时，须及时进行现场清基工作，先用挖掘机将冲填区内杂草、垃圾、杂物清除干净，如区内有石坝或块石等，必须采用挖掘机平整。根据业主提供的坐标点及高程控制点，按设计图纸要求进行测量放样，设立施工测量控制网点，符合要求后进行边线样桩定位，再报请监理工程师进行复核无误后组织施工。定位复核一般采用GPS定位系统与探测仪器。

3.2.2 船舶机具就位

施工前通过地形测量，计算好吹填区的最大回填量，确保管线布置合理以及配备足够数量的船舶和泥浆泵机组，避免不必要的接、移管工作对施工进度造成影响。在组织调遣船舶到位后，根据放样点，将船舶驶入取土点，抛锚定位后，在船上安装泥浆泵、高压清水泵等配套施工机具设施，进行施工准备工作。

3.2.3 安装吸泥泵及管道铺设

船舶机具就位后安装泥浆泵，泥浆泵型号为T250-35f，功率为138kW，配套一台7.5kW高压清水泵，一般改装渔船作为船舶机具(一艘改装渔船安装1台大型泥浆泵机组，放置渔船的甲板上，用钢管固定)，φ33cm铁管与泥浆泵用法兰连接，泵头通过船体伸出，连接可伸缩的φ33cm橡胶管深入江水中用于取土;清水泵固定安装于甲板上泥浆泵边上，用于冲击河床底部中的泥沙。泵头深入江水中，随着土层的深入不断调正泵头，最大泵头可深至江水中20m左右。见图2。

图2 泥浆泵安装

管道是泥浆泵输出泥浆的通道，直接与泥浆泵(加压泵)相连接，如果管道铺设不当，就会造成流速慢、漏浆、堵塞等情况，严重时管道要拆除重装，造成施工无法正常进行，加大工程的投入。管道铺设质量的高低，直接影响工程的效率。铺设管道一般应就便铺设，尽量做到短、顺、直且流道顺畅，避免障碍物和死弯角，从而减少阻力。管道连接要用螺丝拧紧，受力均匀。破漏的管道要及时更换和维修。管道穿越道路时应将其埋于路面以下，在不影响交通的情况下，避免管道被压坏或冲动。在转弯或上下坡时应用弯管或波形管连接，特殊地段可采用固定支架。固定支架采用钢管焊接或混凝土浇铸成型，要求坚韧牢固，能承受泥浆和管道的重量，以免发生变形破坏。在施工过程中，要注意做好管道的安全巡查。

3.2.4 施工打固位桩

在滩涂面高程较低的临水地段筑堤，采取泥浆泵冲泥管袋施工。为保证管袋能按放样位置堆放堆叠，在袋子两侧必须先打好固位桩(在较深地段打设二排)，每排用横向加固连接，并在排与排间在适当间距处用8号铅丝进行固位拉结，从而确保冲泥灌袋位置的准确。

3.2.5 排距及接力排送计算

泥浆泵总水头采用下列公式计算:

式中 H——泥浆泵总水头，138kW泥浆泵水头为35m;

Hf——从吸入口到排出口的管线全程摩阻水头损失，m;

∑Hj——从吸入口到排出口所有局部水头损失之和 ，m;

Z——自水面起算至排出口的地形高差，m;

V2/2g——流速水头损失。

其中沿程摩阻水头损失Hf按达西—威士巴赫(Darcy-Wisbach)公式计算:

Hf=λL/DV2/2g

式中 L——吸排泥管全长;

D——排泥管径，取0.32m;

V——管中平均流速，吹粉砂土时取V=3m/s;

g——重力加速度，取9.8(m/s2);

λ——摩阻系数，取λ=0.021;

Z——暂按0m计算。

则35=0.021×L/0.32×32/(2×9.8)+［0.021×L/0.32×32/(2×9.8)］×0.1+2+32/(2×9.8)

35=0.021×L/0.32×0.459+(0.021×L/0.32×0.459)×0.1+2+0.459

计算得出L=1046(m)

因此，泥浆泵机组的排泥距离在实际施工中取1000m左右，超过1000m则采用接力排送技术。首先输泥管线到达理论最远距离后，与可伸缩橡胶管用法兰对接，通过法兰与接力泥浆泵接牢，利用接力泥浆泵输送动力，与下节可伸缩橡胶管的法兰对接，后与输泥管线对接后再次进行土方输送，根据距离长短，可以设置n个接力泵，直至到达目的地，再通过分路接头器分别输送至各个吹填场地。见图3。

图3 接力排送平面

3.2.6 冲泥管袋及坝心土冲填

为确保冲泥灌袋和坝心土冲填施工顺利进行及较快固结，采用船舶必须在离原坝较远处的滩地或浅水区取土(距原坝边150m以外，防止泥浆泵挖取土过多、过深和坑过大，造成已抛土石坝基础的稳定)，配置138kW泥浆泵、高压水泵、水下取土装置及相应的输泥管、电缆线等一整套设备，每只船随着取土坑的变深而随时移动取土位置，确保了取土的顺利进行。在冲填灌袋时，从底部一层开始冲灌，当底层灌袋已充填到90%时，在袋上开若干小口，使泥水迅速排出，等到袋内土方初步固结后，报请监理工程师验收，合格后再进行上一层的灌袋冲灌。当灌袋形成一定的拦截高度后，进行泥芯坝的冲填灌土。在冲填土时，逐层吹填(厚度平均控制在50cm左右，以周边四侧的管袋50cm来控制吹填厚度)，由专人负责在袋内侧边上堆泥筑坝(确保泥浆不流失)，在中间形成一个冲填区，用竹棒等工具不停地扰动冲填区中的泥浆，使清水排出，促使泥浆中的粉砂土快速沉积并固结，等底层吹填土初步固结，报请监理工程师验收，合格后再进行上一层的吹填，直至吹填至设计高程。排水口位置距离排泥管越远越好，流程长，有利于泥沙沉淀且排出水较清;泄水口必须满足排泥区退水的需要，每个排泥区的泄水口不少于2个。泄水口应布置在具有排水通道的部位，当吹填区无排水通道时，应设置在利于开挖排水沟的部位。排水口应布置在泥场死角处，有利于泥浆流出，保持泥面平整。

4 质量控制要点

a.施工过程中，注意编织袋的放置位置，确保堤线顺直美观且堆叠牢固，在充灌过程中，派专人负责现场监督，时时留心注意，严防编织袋爆裂，保证施工的质量和进度。

b.现场每50m2设置一个吹填标杆;每个排泥管出口都安排一个工人，一是控制泥浆流向，二是避免排泥管被粉砂土掩埋。

c.泥浆最大控制含沙率不得大于10%，以免浓度过高造成堵管。

d.吹填完成后对吹填土进行密实度试验，达到设计指标要求。

5 安全控制要点

a.树立“安全第一”的思想，提高职工安全认识，建立健全安全生产责任制，与各施工班组签订安全生产责任书。

b.进入施工现场，戴好安全帽，水上作业人员一律穿好救生衣，必要的劳动保护用品必须穿戴齐全，施工期间严格遵守施工现场的相关安全规定。

c.安全用电:空线路采用绝缘的专用电杆，配电箱的电缆线配有套管且电线进出不混乱，动力开关和照明开关装有漏触电保护器。各用电电器及电线的搭设均由专职电工进行操作施工。用电器旁边挂有“有电危险”标志。

d.由于地处沿海地区，特别要注意防台防汛工作，成立防汛领导小组，建立防台防汛突击队，贮备一定的抢汛物资。

6 结语

采用大型泥浆泵远距离土方吹填具有如下优点:ⓐ投入成本低，操作简易;ⓑ日夜连续不断施工，工作效率高;ⓒ机械维修成本低;ⓓ可以远距离输送土方，只需进行简单的技术交底、安全交底及培训后，即可上岗作业。该工艺适用于沿海粉砂土地区，因粉砂土质量透水性好，土体分解、沉淀后，被吹填后水分容易排出，易于固结密实。■