浅谈袋装砂围堰施工效率提升措施

傅伟荣 谢李焕 中交广州航道局有限公司

1.工程概况

南通港吕四港区进港航道及港池疏浚(三夹沙吹填）工程TZWCT-SG2合同段位于南通市通州湾滨海园区三夹沙围垦项目围堤内，西临老海堤，南邻新团结闸下游港道，堤顶标高8.1m，南、北、东侧为新建围堤。围垦区东侧长为2700m，西侧长938m，南侧长5848.3m，北侧长3800m，总面积942万m2。施工主要内容包括上延航道锚地疏浚、主海堤填筑（袋装砂棱体结构）、内港池围堰填筑（袋装砂棱体结构）等施工。

本工程围堰堤身结构为袋装砂棱体结构。袋装砂棱体必须在汛期（6月底）前全部完成，否则整体工期将受到严重影响，且小型船舶在汛期进行海上作业，安全风险增大，工程效益也将受较大影响。因此必须选择合理工艺进行砂源供应和充填袋装砂施工，确保袋装砂的砂源供应质量及效率。

2.前期施工情况

（1）砂源六区（临时支航道）取砂。距离施工区较近，正式开工后，由于原有主堤尚未拆除，只能在临时支航道外段安排自吸自吹船舶取砂进行围堰袋装砂施工，受工作面及管线布置的限制，该取土区最多只能安排2艘吸砂船（自吸自吹）进行袋装砂充灌，由于该区域砂源比较缺乏，总体施工效率较低，平均每天充灌袋装砂最大达到4000m3/天，每个月按25个有效施工天计算，每月产量为10万m3。

（2）临时支航道里段取砂。安排10台泥浆泵在内港池，以加快充灌袋体进度，由于内港池内主要为相邻标段取土区且适合袋装砂施工的砂源也缺乏，该工作面平均每天充灌效率在1500m3/天，每个月按25个有效施工天计算，每月产量为3.75万m3。

（3）砂源六区距离施工区20.0km，该取土砂源也不足，根据设计图纸，进场航道外段泥面标高在-6.0～-11.0m，中间段约有3km为浅水区，泥面标高仅为-2.0～+2.0m，里段为-3.0m～-8.0m。

综合以上3个施工区施工效率，在不变更取土区及施工工艺的情况下，按现有条件下，每天充灌袋装砂效率为5500m3/天，每个月按25个有效施工天计算，即13.75万m3/月，2月至6月最大可完成68.75万m3，无法在汛期前完成全部袋装砂围堰施工。

3.影响原因分析

根据现场施工调查情况，从人、机、料、法、环5个环节来综合分析影响因素，通过树状图法分析，得出影响施工效率的原因。

通过对现场施工各个环节的细致跟进调查，确定主要影响因素为：

3.1 砂源缺乏

对设计取土区域进行土质分析，调查设计取土区砂源是否满足袋装砂围堰施工要求（见表1）。

检查结果显示，设计土质取土区内适合袋装砂土质要求的砂源储存量仅占11%，无法满足袋装砂施工需求量。

3.2 施工工艺不合适

图1 施工平面图

图2 前期取土施工区域图

图3 原因分析图

通过对现有工况、施工工艺进行研讨分析，在现有工况条件下，施工区附近砂源缺乏，工作面无法展开，单纯采用现有自吸自吹工艺进行袋装砂围堰施工，每月产值最大仅可达13.75万m3，按此效率无法满足在汛期前完成所有袋装砂棱体的节点要求。

4.应对措施

为了提高工程施工工效，节约施工成本，根据现场情况，进行详细分析对策，制定主要影响因素的应对措施。具体应对措施如表2。

5.实施

5.1 变更砂源区

取土区主要是上延航道锚地和临时支航道两个区域。在袋装砂施工取砂过程，发现砂源较为缺乏，多为淤泥质土质，含砂量较低，为探明该区域土质情况，更好的推进本工程施工，对上延航道锚地土质进行组织钻孔取样及分析。根据勘察结论，在设计开挖底标高-11.4m（当地理论基面）以上的土质主要是淤泥质粉质粘土与粉土，颗粒较细，局部为粉砂，适合袋装砂施工的砂源极少。

由于取土区适合袋装砂施工的良好砂源不足，为确保袋装砂砂源供应量，现场施工时减少上延航道锚地疏浚吹填量，将部分袋装砂砂源调整在砂源充足区域。经变更，砂源缺乏得到有效解决。

5.2 采用“吸运吹”工艺进行袋装砂砂源供应

5.2.1 编写吸运吹施工方案

根据本工程工况及现有资源，编制《吸运吹施工方案》，主要采用吸砂、运砂、吹砂为一体的工艺进行袋装砂砂源供应，主要分为三大步骤，如图5、6。

第一步：吸砂船移船就位在取砂区位置，运砂船停靠在吸砂船边侧，由吸砂船采砂并通过吸泥管线将沙土输送至运砂船舱内，为保证运输安全，必须严格控制载重量；

第二步：运砂船装仓完毕后，从取砂区运输至吹填区围堤外侧，在运输过程需要乘高潮作业，低潮位时需要在进港航道口门外抛锚候潮，高潮位时运输进港作业。

表1 设计取土区土质及工程量表

表2 应对措施表

图4 袋装砂新取土区域

第三步：运砂船抵达吹填区围堤外侧后，停靠在吹砂船边侧，吹砂船将吸泥管线放入运砂船的船舱内，并将沙土直接冲灌袋装砂体。

施工方法：①确定围堰施工位置并按设计图纸要求进行土工布袋体等材料的加工，同时进行测量放样。②选定取砂区。按照设计施工图纸规定的取砂区域，如果发现砂源不足或不符合要求，需要另外寻找取砂区域并进行钻探取样及土质分析，保证砂源的储备量。③确定船机设备。根据每天施工计划强度、运距、运输路线水深条件、候潮时间及天气影响等确定船机设备的配备。

5.2.2 确定船舶配置数量

（1）船机设备性能及效率分析。

①吸砂船。吸砂船属非自航船舶，利用吸砂泵将砂土由管道输送至运砂船船舱内，吸砂效率约为400m3/h。

由于该类船舶型号较小，船舶抗风浪能力较弱，只能适用于风力在6级以下的良好天气，根据现场实际施工条件，考虑天气因素、设备维修、施工停歇等因素影响，正常情况下每天实际施工时间约为15h～20h，实际工效为400m3/h×15h～20h/d=6000～8000m3/d。

②运砂船。由于施工区域附近的砂源缺乏，吹沙船舶无法就地取砂施工，必须采用外运砂方可完成施工任务，自航运砂船即运输船舶，主要起到运输作用，将砂源从取砂点运输到吹砂船，再由吹砂船将砂源输送到指定区域。

图5 吸运吹冲灌袋装砂施工工艺流程图

图6 吸运吹冲灌袋装砂施工示意图

表3 施工船舶配备表（一组）

表4 对策实施后各月施工完成工程量表

图7 效果检查柱状图

每艘运输船装载能力为1000m3，满载航速约4节，空载航速约7节，运输距离按15海里计算，则往返一次需要的时间=（吸砂时间）+（满载航行）+（吹沙时间）+（空载航行）=1000÷400+15÷4+1000÷350+15÷7=11.25 h。平均每天可完成2船，工程量约为2000m3。

③吹砂船。吹砂船与吸砂船类似，属于非自航船，吹砂船利用锚固定，占用水域较小，施工干扰小，吹砂船从运输驳船船舱内吸砂输送，吹砂浓度较高，一般为20%左右，吹距可达2km左右，吹砂效率约为300m3/h。

吹砂船采用φ400mm塑胶管线进行泥沙输送，在临近充填袋装砂施工区域时，在管线末端增加分流装置，一般增加分流阀，分流阀分4～6个直径15cm小型管线，便于将泥沙均匀分至各输送小管线，并直接用于充灌砂袋，距离较远时可增加接力泵进行输送。

根据实际施工条件，考虑天气因素、设备维修、施工停歇等因素影响，正常情况下每天实际施工时间约为20h，实际工效为300m3/h×20h/d=6000m3/d。

（2）船机配备。在制定施工方案、确定船机配备后，吸砂、运砂、吹砂为一体的“吸运吹”施工工艺得到有效实施，考虑受候潮施工和船机设备干扰等因素影响，实际每组吸运吹可完成充灌袋装砂量约为4000～6000m3/d，根据气象资料统计，平均每月实际可施工天数在22-25天，每月每组吸运吹可完成实际产量约为88000～132000m³/月，投入4组吸运吹设备可满足项目施工要求（如表3）。

6.应对措施效果检测

通过沙源地变更及采用“吸运吹”施工工艺进行施工，6月份前能够按期完成全部袋装砂围堰施工任务，平均每月产量达到34.5万m3。

详见表4和图7。