滩地粘质粉土充袋技术在黄骅地区的应用试验

2021-08-25余竞，云霄，孙鹏

港工技术 2021年4期

关键词：袋体滩地布袋

余竞，云霄，孙鹏

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

引言

随着工程技术的发展，对材料的要求也越来越高，因为工程材料的使用对经济支出会有巨大的影响，所以必须对工程整个过程的材料加以试验并设计详尽的方案。因此，通过合理的方法做好相应的试验预案加以实施，有效的减少工程开支和提高安全性成为了重中之重。

1 工程概况

黄骅港位于渤海湾南侧，为粉质海岸，当地建材缺乏，筑堤材料浅水段主要以碱性土拌和石灰为主，深水段以昂贵的抛石为主，为解决港区大规模开发所急需的经济合理的筑堤材料，业主委托我院进行临时隔堤试验段工程，为滩地土充袋技术在黄骅地区的推广应用提供技术储备。

临时隔堤长度为1780 m，滩地标高+0.1 m 左右（85 国家高程，下同）。采用袋装砂堤心结构，顶标高+2.0 m，顶宽为3.5 m，两侧边坡1:2。

1＃隔堤的实施主要有两个功能，主要是在3＃抛石龙口合拢前，封闭1＃围区的水域以减少整个库区的面积，起挡水作用；其次，在工程实施过程中了解当地土质的组成情况、充灌的效率、袋体固结情况和当地条件的匹配性和适应性，为袋装砂工艺在黄骅港的推广应用提供技术储备。

工程已充灌了53 个底层袋、7 个第二层袋和4个堵串沟砂袋。由于条件的限制，我部跟踪了具有代表性的15 个袋体，记录分析了滩地土在各试验袋体的现场充灌、固结情况，并在取砂坑及各试验袋体内取土样进行室内容重、颗分等试验。

2 现场试验

2.1 天气和海况

黄骅地区4、5 月份为大风多发月份，强风向为E～NE 向，根据国华电厂三千吨级码头处气象站4 月份实测风况统计，4 月份有16 天出现6 级（＞10.8 m/s）以上大风，其中有8 天出现了7 级风(＞13.8 m/s)，实测最大风速为16 m/s，风持续时间2 h～17 h 不等。

6 级以上风平均历时5.9 h/天，全月累计历时94 h，出现频率为12 %，其中E～NE 向6 级以上大风出现频率为72 %。因暂缺5 月份实测风资料，该月份的大风历时无法精确统计，但根据气象预报资料和项目部施工日记记录，5 月份大风情况和4月份相差无几。

根据现场观测，当出现6 级以上大风时，1＃隔堤外侧海域波浪有泛白花现象，按海况现象分析估计浪高有0.8 m。

2.2 袋体充灌情况

目前现场共充灌了5 种类型袋体[1]。

A2 型袋体用于底层砂袋，目前编号1-＃1～1-＃15 袋体已充灌完成。根据现场情况，取有代表性的1-＃1～1-＃10 袋体进行统计。

B1 型袋体和新加工的3 种类型袋体用于第二层砂袋，每种类型的袋体均有详细的现场跟踪测量记录。2-1＃～2-5＃袋体继续补充至5 月9 日左右，据现场人员记录，每个袋体均补充多次，除2-1＃袋体外，其他4 个袋体的充灌时间相当，在3.5 h～4.5 h 之间，经实测袋体厚度最终统计试验袋体充灌效率均在23 %～29 %之间。

2.3 实测数据统计

2-1＃～2-5＃袋体经过两个潮水充灌，在两次现场测量及充灌固结完成，5 月10 日实测后记录袋体厚度、落锥陷入度等见表1[2]。复合布袋体两侧渗出以清水为主，编织布袋体两侧渗出以泥浆水为主。2-1＃袋体从4 月30 日开始充灌，截止5 月6日至少充灌4 次以上。

表1 袋体厚度和落锥陷入度

2.4 实测数据分析

通过充袋情况统计和现场实测分析，基本可以得出以下几点认识：

1）2～3＃袋体的充灌效率为35 %左右，其他3 种类型袋体的充灌效率在28 %左右，总的来说复合布袋体在同样设排水口的情况下充灌效率高于编织布袋体；

2）从两次实测5 个袋体厚度表明不设排水口的2～4＃复合布袋体排水性差，充灌的淤泥无法沉淀，在涨落潮中被带走，导致有效厚度降低；

3）5 月4 日实测袋体落锥陷入度约10 cm，5月6 日实测袋体落锥陷入度约2 cm～4 cm，袋体在充灌一个潮水后基本固结需2 天时间；

4）袋体充灌历时跟设排水口有关系，5 月4 日充灌时无排水口情况下充灌时间要短0.5 小时左右；

5）5 月6 日、10 日两次实测估算2-3＃袋体的每小时充灌方量在12 m3/h 以上，较其他几类试验袋体提高30 %左右；

6）从5 月10 日实测情况来看，第二层袋体的平均单位时间方量要略高于底层编织布袋体，相比之下复合布的充灌效率较高。

3 室内试验工作

3.1 试验概况

室内试验主要包括以下两个方面工作：

1）对不同规格的土工布袋，主要测试它们的渗透系数和等效孔径情况，经测试的土工布袋规格有多种，本报告主要提供可被选为现场袋体的材料试验成果：150 g/m2编织布、120 g/m2无纺布＋180 g/m2编织布、150 g/m2无纺布＋230 g/m2编织布三种规格[3]。

2）对相同的原状土充填进入不同的土工布袋后，经排水固结后重新组成的新结构土进行土的颗粒和不均匀系数测试。通过对充填前后土的颗粒和不均匀系数分析土的保土性，结合现场土的固结情况和落锥陷入度定性确定袋土的整体渗透性，选择合适袋体。

依据试验规范，其中土工布的试验一般取10个样品检测成果的统计值。土的颗分试验采用筛析法和密度计法联合测定。其中某一编号的土体颗分试验结果见图1。

图1 编号5 土体颗分曲线

3.2 试验结果分析

试验结果分析主要围绕三个方面进行：

1）不同规格的土工布袋，渗透性、保土性和等效孔径情况；

2）同样的原状土充填进入不同的土工布袋后，袋土的颗粒组成情况，不均匀系数情况；

3）余留袋土的固结时间。

通过试验150 g/m2编织布渗透系数为3.3×10-3cm/s，等效孔径O95 为0.11 mm；230 g/m2编织布+150 g/m2无纺布渗透系数为1.8×10-2cm/s，等效孔径O95 为0.08 mm。试验结果表明经过复合后的土工布袋的渗透系数和等效孔径满足设计要求。

充填前后土的颗粒组成情况发生变化，粒径>0.10 颗粒含量（百分比）基本不变，粒径在0.10～0.01 之间颗粒含量（百分比）有所增大，粒径<0.01 颗粒含量（百分比）有所减少，说明随水的渗流同时土样中细颗粒发生流失。土样充填前，内侧取砂坑土土样比重2.72，外侧取砂坑0.2 m 深度土样比重2.70，0.5 m 深度土样比重2.71，1.0 m 深度土样比重2.71，充填后土比重2.71。同一比重数值对应同一种类型的土，比重从2.68 每增加0.01变化到2.75 的8 个值对应8 种类型土。根据规范比重2.70 为砂质粉土，比重2.71 为粘质粉土，比重2.72 为粉质粘土，也说明土的颗粒组成发生变化[4]。

土的不均匀系数反映土的级配情况，不均匀系数大于5 的土为级配良好土，不均匀系数小于5 的土为级配不好土，从表可以看出180 编＋120 无、150 编＋150 编、230 编＋150 无、230 编＋100 无、150 编5 种袋内土虽然均为级配不好土，但180 编＋120 无袋内的不均匀系数为3.99，230 编＋150 无袋内的不均匀系数为3.85，其他袋体不均匀系数为3.71，180 编＋120 无袋体内的土是级配不好土中相对好些的土。

通过现场跟踪观察，180 编＋120 无、150 编＋150 编、230 编＋100 无、150 编各袋体充填后土体渗透固结时间基本相同，均为6 天左右，230 编＋150 无袋体充填后土体渗透固结时间相对较长为10天右。从三方面综合考虑可以发现180 g/m2编织布＋120 g/m2无纺布的土工布袋具有中等渗透性，良好保土性和充灌效率高的特点，宜作为本地的推荐充灌袋体。

3.3 袋装砂生存试验

本工程共完成各类尺寸的充灌袋体140 个，袋体在自然条件下裸露时间最长达45 天，平均为20天左右。从结果看，近2 个月来袋体经历了多次风浪的考验，袋体漂移0 个，袋体偏位3 个，局部损坏及被淘刷袋体5 个。根据袋体抗风浪情况调查结果显示，受影响的袋体数量占袋体总数的6 %左右[5]，与其他地区类似，说明袋装砂结构可适应当地的自然条件，但风浪还是有一定的破坏力的。

通过对受影响袋体的分析，主要原因如下：

1）滩地土质差，一个潮水充灌有效方量太少，自重不足以抵抗大风浪；

2）有人为损坏的因素存在；

3）充灌土质太细，风浪流易对袋体产生淘刷。

3.4 5#砂源孔试验

5#砂源孔试验的主要内容包括2.5m 表层土的剥离、下层粉土充灌试验以及下层土样分析。主要结论如下：

1）采用泥泵剥离效率低，取砂效率更低。采用泥泵进行剥离表土大约花了1～2 天的时间，但取砂非常困难，主要原因是在可利用的潮时内，泥泵抽吸了很多上个潮水余留在坑中的海水。砂坑越大，泥泵的利用率越低，所以，下一阶段采用开敞砂坑时不宜采用泥泵开挖大型泥坑。同时，效率低，还有人为因素的干扰。施工期间由于渔船干扰，切断了施工电缆，造成停电停工，后期为了保护电缆断头，采取了一定的保护措施，同时为了安全生产对电缆使用采取了限制性使用的措施，都使5#孔的取土效率低下[6]。

2）5#孔土质情况：根据现场取样和充灌情况，5#孔下砂源砂质属砂质粉土类，含泥量小，在完成剥离情况下进行充填，5#孔下的土质用于充填是可行的，估计其效率较目前的滩地土提高50 %以上。

3）5#孔砂土蕴藏量：试验组在5#点以西50 m和以北100 m 进行了高压冲水试验，发现这两点砂质粉土层小于50 cm。可见，本地附近土层变化很快，5#孔土层分布根本无法代表周边情况。因此，5#孔仅代表小范围情况，在蕴藏量不明的情况下，难以满足疏港路的砂源需求[7]。

4）鉴于5#孔的土层变异大的实际情况，对于下一阶段的砂源应进行高密度布孔勘探，方可确保把握地层分布的准确性和砂源量的准确性。