未加固软基采用砂袋围堰工艺探究及应用

◎ 陈志海 中交第四航务工程局有限公司

1.前言

目前国内大部分围海造地工程位于外海，施工过程中无掩护、受风浪冲击影响较大，且地质差，淤泥层厚，淤泥是流塑状态，具有高压缩性能，地基承载力极差，在未加固的淤泥上采用传统的充灌大砂袋工艺，层层堆叠砂袋形成砂袋围堰，易发生较大的不均匀沉降、滑移失稳。如何安全、快速地在无掩护的外海软基建造临时围堰成为一大难题[2]。

本文以某填海造地工程为例，在未加固的水下软土地基上采用新型复合的砂袋围堰结构，并采用填石反压层施工工艺，解决了围堰建造过程中不均匀沉降、滑移失稳的问题。该围堰工艺技术，可操作性强，造价低，已成功应用于工程实践。

2.工程应用实例

2.1 工程简介

惠州某填海造地工程填海陆域形成总面积68万m²，该工程海堤基槽疏浚产生淤泥达43.6万m³，无法外运倾卸，需在陆域回填区建造砂袋围堰消纳该疏浚淤泥。砂袋围堰建造完成后，容纳淤泥约43.6万m³，纳泥面积10.3万m²，淤泥堆高约5m，采用抽真空联合堆载预压加固新吹填和原有淤泥土。

2.2 工程自然地质条件

项目位于山地丘陵沿海浅滩区，施工水域水深较浅，平潮水深约2.5m，淤泥层厚度为5～10m，每年7～9月受台风侵袭。

地质从上至下划分为：

（1）海相沉积层（Q4m）：流泥、①1淤泥、①2淤泥质黏土，层厚约9m～11m。

（2）冲积层（Q4al）：②1粉质黏土、②2细中砂、②3卵石，层厚约2m～3m。

（3）残积土层(Qel)与基岩风化层（K2y）：③残积土、③1全风化沉火山角砾岩、③2强风化沉火山角砾岩。

3.围堰结构及材料优化

3.1 砂袋围堰结构优化

图1 砂袋围堰典型断面图（优化后）

图2 最不利工况计算结果图

通过对原有围堰结构设计、工艺、材料参数开展优化，在围堰底部增加土工垫和砂被垫层，并在砂被垫层上插打塑料排水板的新型复合结构，砂袋围堰上下底宽分别缩小3m和10m。

由图4可知，插丝率与岩棉板传热系数K之间近似呈一次线性关系，随着插丝率的提高，岩棉保温板的传热系数K呈上升趋势。当插丝率由0提高至0.2%时，岩棉板传热系数由0.045 W/(m2·K)提高至0.134 W/(m2·K)。由于传热系数K表示单位时间通过单位面积传递的热量，K值越小，则表示材料的保温性能越优异。因此，提高插丝率会降低岩棉保温板的保温性能，但是当传热系数的最大值也仅为0.134 W/(m2·K)，传热系数仍相对较低，插丝对岩棉保温板的保温性能的负面影响程度较低。

围堰长度701.3m，顶高程+2.5m，顶部宽度5m（原设计8m），底部宽度25～30m（原设计35m～40m），每层厚度为0.5～1.0m。两侧边坡为1:2，在围堰外侧、高程0m处设置8m宽肩台。

3.2 优化后围堰结构稳定性分析（加筋法）

分析所用土性参数如表1所示。

表1 土性参数表

采用指标为围堰附近钻孔中最差指标，并用岩土分析软件G eo slope分析计算砂袋围堰稳定性，利用圆弧滑动法进行计算，考虑最不利工况地基加固，流泥、淤泥以及淤泥质粘土层相应时间段排水固结后土性参数的提升，计算结果显示整体稳定抗力分项系数1.11，满足围堰整体稳定性要求。

3.3 砂袋围堰材料优化

砂袋围堰原设计材料采用中粗砂，细度模数为2.3～3.7，粒径为1mm～0.25mm，颗粒质量超过总质量50%，含泥量不超过5%。袋体编织袋布渗透系数大于1×10-3cm/s。通过试验段施工，充填工效达60m³～100m³/h，在充填过程中砂易起堆，换袖口较频繁，一次充填平整度较差，造成砂料浪费，施工工效较低。

为了解决以上问题，本项目将围堰材料优化为中砂，细度模数为2.3～3.0，粒径0.5mm～0.25mm颗粒质量超过总质量50%，含泥量不超过5%的中砂进行充填；袋体选用长丝机织土工布，袋布渗透系数大于5×10-3cm/s；吹填施工工效达到150m³～200m³/h，充填颗粒均匀分布，无需频繁换袖口，一次充填平整度较好，节省砂料，施工工效显著提高。

为了加快砂袋排水，砂袋围堰选用透水性较好的袋布，砂粒径不宜过大，能提高水砂混合浆进袋体的工效，袋体内的水能快速通过袋布孔隙流走，砂在水力的带动下均匀分布在袋体内。

4.设备选型

本项目采用自主研发非自航钢浮箱作为定位平台，在海上能抵抗一定风浪影响，延长了施工作业时间。

图3 非自航定位钢浮箱平台

钢浮箱设计采用Q2 3 5 钢板焊制而成，单个尺寸为长（6m）×宽(2m)×高（0.5m），可根据现场实际袋布尺寸拼接成相应尺寸的定位平台，达到灵活适用各种异形尺寸操作平台，让充填砂、展袋布实现流水连续施工作业，提高单位时间内的有效作业时间。

5.施工工艺和方法

新型临时围堰的施工工艺流程如下：围堰底部复合结构施工（土工垫、砂被、塑料排水板）→膜袋加工及钢浮箱平台拼装→钢浮箱平台、膜袋运输→钢浮箱平台定位→泵管拼接→膜袋铺设→底层膜袋充填找平→逐层填充砂袋施工至设计标高→围堰内吹填淤泥→围堰外反压层施工。

流水施工充填大砂袋，形成闭环，分层施工，直至围堰整体成型达到设计标高。

5.1 围堰底部复合结构施工（土工垫、砂被、塑料排水板）

工厂加工成品土工垫，运至现场，采用专业铺排船铺设至原泥面。在土工垫上进行0.7m厚砂被垫层铺设。在砂被垫层上采用自主研发设计的水上插板船打设塑料排水板[1]，排水板呈正方形布置，间距0.8m，底标高为淤泥层底，在砂被面外露长度不少于0.3m。

5.2 围堰膜袋铺设

①在一侧的钢浮箱上拉开膜袋并且4个袋角用麻绳系稳，然后连接钢浮箱。

②在摊铺袋体对侧钢浮箱上的人员利用麻绳把袋体拉开。

③固定膜袋。

④连接充填砂管。

⑤在袋体4个袋角放置若干个小沙包，让袋体半浮沉。

5.3 围堰膜袋灌砂

灌砂前先将水、砂按1:0.76的比例混合，接着用泥浆泵抽取水砂混合物充灌，砂泵出口压力为0.25～0.35mPa。混合物浓度范围在0.16～0.21之间，袋体充实度约在0.8～0.9之间。

膜袋展开精准定位后，先对4个袋角同时灌砂，让袋体灌砂后缓慢向下沉，接着钢浮箱平台上的作业人员把连接袋体4个角的绳子慢慢地松放，袋体落底稳定后进行砂袋中部灌砂，待所有袖口附近灌砂厚度在0.6～1.0m时即可停止灌砂。

5.4 围堰内吹填淤泥

围堰建造完成后采用两条3000P绞吸船，将海堤基槽淤泥疏浚吹填至砂袋围堰内，吹填淤泥浆水混合物至+2.0m标高时，停止继续吹填淤泥进围堰，需静置约2～3小时，让淤泥充分沉淀落底后，再通过排水阀门排出多余清水，方能继续吹填。反复循环步骤：吹填→静置→排水→吹填，直至基槽疏浚完成。

5.5 围堰外填石反压层

砂袋围堰施工位于外海，受潮水及风浪影响较大，围堰内侧吹填淤泥水混合物标高为+2.0m，围堰外侧低水位标高为-1.04m，内外高差达3.04m，当潮水处于低水位时，围堰内侧受到淤泥水混合物挤压力的影响，处于不平衡单向受力状态。

为了平衡围堰受力状态，在砂袋围堰外侧采用回填块石反压层，填石反压层施工前先铺设一层土工布防止填石扎破砂袋。围堰外侧填石反压层，分层填筑，每层填筑1m-2m厚，填筑完成面比最高淤泥面低0.5 m。

6.实施效果分析

围堰施工结束后，吹填过程中对围堰结构开展监测，监测内容包括：沉降、深层水平位移等，监测点布设如图4所示。

图4 监测点平面布置图（单位cm）

图5 CX深层水平位移-累计位移曲线图

图6 砂袋围堰累计沉降曲线分析图

吹填开始后，经过连续1个月的监测数据结果显示：围堰施工整体断面沉降均匀，两侧累计沉降平均值为0.22m，围堰中部的平均沉降为0.3m，两侧与中间沉降差为0.12 m。

围堰结构的监测数据表明，吹填施工未产生大滑移，沉降均匀，沉降、位移曲线逐步收敛，围堰结构在吹填施工过程中整体趋于稳定。

7.结论

（1）未加固软基设计采用新型复合砂袋围堰结构（底部铺设土工垫、砂被垫层、插打塑料排水板），解决了砂袋围堰成形过程中因不均匀沉降、滑移导致的失稳破坏等问题，加快施工进度，提高围堰稳定性。

（2）砂袋围堰内侧吹填淤泥过程中，随着吹填泥面的升高，内侧受挤压力逐步加大，在围堰外侧采取回填石反压层，消除了低潮水位时围堰单向受力过大造成围堰滑移的安全隐患，加大了围堰施工安全稳定系数。

（3）采用中砂、高透水性机织布并缩小砂袋围堰断面结构尺寸，减少了围堰材料用量，提高了施工工效，节省了施工成本，降低了围堰工程造价。