深水区充填砂袋围堰施工要点

李 卓

（厦门港务疏浚工程有限公司，福建 厦门 361000）

1 工程概况

厦门新机场位于厦门本岛以东海域、翔安区东南方向，北与泉州南安相望，南与台湾省金门岛一衣带水，西与厦门本岛远眺，东与角屿岛相近。场址距厦门本岛市中心直线距离约25 km，距泉州约44 km，距漳州约72 km，南侧距金门岛约3 km。机场基准点坐标位于东经 118°21'10'、北纬24°33'14'。 机场规划用地面积约26.08 km2，其中填海造地面积约 22.61平方 km2，该工程填海造地面积约15.95 km2。

充填砂袋围堰作为施工便道，采用双侧袋装砂结构型式，顶宽8.0 m，顶高程为 5.5 m（标高85黄海高程），砂袋底部打设塑料排水板，充填砂袋内外侧坡度 1∶2，顶部设置泥结碎石路面。 深水区围堰位于外侧b12围堰K0+550～K0+750；根据实测水深，现场实际底标高为-6 m左右。

2 施工过程中重点控制

根据地勘资料显示，该工程所在位置表层土质主要为淤泥及淤泥质土，厚度约为5 m。淤泥层主要呈深色，天然含水率非常高，压缩性也非常高，自身强度及承载力非常低，常处于流动状态并且自然结构十分脆弱，但是其结构及强度受到外力破坏后可自动复原，淤泥层具有触变性。在施工过程中如果砂袋充填速度过快，易造成砂袋滑移不能满足设计位置要求。在该施工区域内，由于受到潮流影响，断面较窄深，流速较大，难以控制及固定砂袋的铺设，砂袋在充填时可能出现被潮流冲击导致折叠的现象，造成充填后的砂袋厚度、平整度及砂袋面积较难达到设计要求，因此在充填过程中，需要先对沉放好的砂袋四角进行充填起到固定砂袋的作用。

根据地勘资料及现场的施工条件，充填砂袋施工划分为2个施工段即深水区段和浅水区段。浅水区段采用人工直接在原地面进行砂袋铺设、固定，充填时砂袋边线和平整度均可看到，可以随时对砂袋进行调整直至施工完成。深水区段施工重点分为以下5点：1）因受潮汐及水深影响造成该区段水流特别急。2）由于深度大导致充填过程中无法直接观测到砂袋充填情况，因此砂袋平整度无法保证，根据以往施工经验，通过经常更换充填袖口的方式来调节砂袋的充填，可以满足砂袋充填平整度的要求。3）采用人工与施工浮排来配合控制砂袋，确定砂袋边线位置。4）根据抽砂泵的工作效率确定充填时间，然后通过水下探摸或用竹竿插探的方法来确保砂袋充填的标高、平整度及边线位置。5）需要根据潮汐的时间来调整作业时间，确保深水区段充填砂袋的质量。根据淤泥特性严格控制充填砂袋的加载速度，保证围堰稳定。

3 深水区充填砂袋围堰施工工艺

3.1 工前准备

3.1.1 测量定位

施工前使用测量仪器对充填砂袋位置的水深、边界线进行测定及标记，标记采用长竹竿、钢管或浮标定点标记，确定边界线为搭设浮排及充填砂袋做好准备。定位测量采用RTK，其测量误差为厘米级别，土工织物充填袋筑堤轴线允许偏差为水下1.5 m，高程偏差为±150 mm[1]，满足施工要求。水深测量采用水准仪，水下部分使用一定长度钢管，上方固定塔尺进行测量。根据对地形的测量设计砂袋加工尺寸。

3.1.2 砂袋制作

砂袋按设计要求方式加工，为保证围堰加载沉降后仍能满足设计要求的断面宽度，砂袋制作时在原设计断面宽度的基础上两边各加宽1 m，加工时预留充填砂袋高度。泵送袖口高度根据水深情况而变化，袖口间距按照2 m×2 m进行布置，以便确保充填袋平整度，袖口材料采用砂袋剩余边角原料节约成本。砂袋采用250 g/m2防老化聚丙烯编制土工布，土工布宽度为4.2 m。在缝制砂袋时要控制轴线方向不能出现接缝，即缝接方向要垂直于轴线长度方向。土工布缝制时采用2块拼接对折1次缝制1道，该道缝制完成后再对折1次缝制2道，共计缝制3道，来保证砂袋缝制质量。

根据施工现场测量结果，对每个砂袋进行设计，按照砂袋设计尺寸进行加工，加工完成后对砂袋进行检查验收，合格后对砂袋进行编号保存备用，堆放保存时直接将砂袋卷好，方便施工时展开砂袋。根据现场作业情况提前将加工好的砂袋运送至现场使用。根据现场实际形成砂袋围堰工程量进行统计，计算得出形成每立方米围堰对编织土工布消耗量约为4.3 m2[2]。

3.1.3 施工浮排搭设

在施工前根据测量放样确定充填砂袋边界，并且以此为界搭设四边形的施工浮排。施工浮排采用钢格下方设置浮筒的形式（如图1所示），每节浮排长度为6 m，宽度为1.2 m，方便施工人员在浮排上方作业。施工浮排搭设尺寸可以根据砂袋尺寸确定，浮排采用抛锚的方式进行固定，在四角配置小型卷扬设备以供施工人员对浮排进行准确定位，保证沉放充填砂袋边线位置满足设计要求。施工浮排在施工过程中起到关键作用：作为施工作业平台、固定展布砂袋、边线定位和沉放定位等。

图1 施工浮排结构及四角卷扬设备

3.1.4 运送及铺设砂袋

根据实际施工需要，将已加工好的砂袋通过船舶运送至施工浮排上方，在施工浮排框内将砂袋展开，并且用绳子将砂袋与施工浮排用活口进行连接（如图2所示）。待砂袋铺设完成后，重新对施工浮排及砂袋位置进行复核，出现偏差及时调整，直至满足设计要求。

3.2 充填砂袋

3.2.1 选择设备

由于作业区航道较浅，无法使用泵船作业。基于抽沙泵机动性较好，可以最大限度地靠近砂袋、缩短泵管的优点，因此现场将抽沙泵置于浮箱上作为充填设备。由于砂在泵送管内的流动性差，施工过程时有发生堵管现象，缩短泵管长度方便在各个袖口之间转换，因此该施工设备可明显增加施工效率。同时抽砂泵体积较小，完成充填后可及时撤离到施工区域外，不占用卸砂船的施工位置，减少施工设备间的相互干扰。在考虑潮水流速及充填压力等因素后，选择4台功率为220 kW的柴油机带动泵砂管直径为20 cm的抽砂泵，将抽沙泵放置于4 m×6 m的浮箱上并且与浮箱固定连接。

3.2.2 充填砂袋

将抽砂泵机拖运至充填袋附近，泵砂管与砂袋袖口连接绑扎牢固，然后将砂通过泵机充填入砂袋。充填砂源通过自卸砂船卸至距施工充填区域50 m位置，供充填砂袋使用。如果砂源距离太远，会导致施工效率较低；砂源距离太近，则砂会自然流动到充填砂袋区域，出现砂袋底部夹砂现象，降低砂袋之间的摩擦力，可能造成已充填砂袋整体滑移。具体施工作业流程包括以下5个步骤：1）运输砂袋。将砂袋按设计尺寸加工好，保证编号及位置无误后通过船舶运送到施工浮排上方。砂袋重量较大，运输过程中要注意防止磨损破坏，如果发现有破损情况时应该及时修补，防止充填砂从破损处外漏，造成此层充填完成的砂袋厚度变小，影响砂袋围堰整体质量。2）施工浮排定位。利用经过测量的定位标记对施工浮排进行定位控制，待定位完成后通过测量设备对浮排进行精准校核，此时使用浮排上方卷扬设备，将固定浮排锚缆拉紧锁定，确保位置准确无误。3）展开及固定砂袋。通过人工先将砂袋一边与施工浮排活接绑牢，再按潮水流动方向展开；将展开后的砂袋另外3边通过绳子与施工浮排固定，保证充填砂袋平整（如图2所示）。水下搭接长度按照不小于4 m控制，水下充填砂袋轴线允许偏差为1.5 m，为保证砂袋搭接质量，搭接长度按4 m控制。4）充填砂。泵砂管与袖口连接牢固，利用抽砂泵将砂通过袖口泵填入砂袋，待充填一定量的砂后（如图3所示），解开绑在砂袋上的活结，令其自然下沉至指定位置。下沉过程中均匀松掉砂袋活结，保证砂袋平稳下沉。在砂袋沉放前将泵砂管与砂袋四角位置袖口连接，待砂袋沉放至原地面后，通过四角位置袖口，先将砂袋四角位置充填足够砂量，以此保证砂袋整体位置符合要求。通过勤换充填袖口及控制每个袖口充填时间，来保证砂袋充填完成后的平整度。5）检查验收：整体充灌完毕后，通过人工探摸或插探方式确保平整度及边线位置。如果发现砂袋平整度（按照±150 mm控制）过大，必要时须通过补填砂或冲水调整，砂袋平整度必须满足相应规范要求。该工程中，由于袖口设置数量较多因此施工过程中平整度均须符合要求。

4 施工质量控制

4.1 测量控制

按照事先测量好的标记进行充填前的施工准备，砂袋开始充填前再对施工浮排位置进行复核测量，保证边线位置准确无误后才能对砂袋进行充填沉放。

4.2 土工布

充填砂袋布采用250 g/m2防老化聚丙烯编织土工布。编织土工布具有隔离、防护、加筋等作用，适用于固滩护底工程和缝制充填袋[3]。材料进场前，必须对产品进行检验（检验标准：同一材料、同一规格、同一厂家每10 000 m2为1批，不足10 000 m2也按一批来检验；必须检验项目：厚度、单位面积质量、撕裂强度、拉伸强度、透水性能、等效孔径等）[1]，符合要求方能使用。加工前需要将编织土工布放置于通风干燥处，并且防止暴晒出现老化降低强度。

图2 砂袋固定

图3 砂袋沉放

4.3 加工砂袋

土工布宽度为4.2 m，在缝制过程中由于缝制砂袋接缝强度小于自身强度，因此禁止沿长度方向进行缝制，缝制方向应该垂直于长度方向，以减小在砂袋接缝位置应力。每个砂袋须按照设计尺寸进行加工。砂袋缝制工序施工前，对缝制作业人员进行岗前培训，提高实际操作工艺水平。

4.4 砂袋展布

砂袋摊铺时不得出现扭曲、褶皱、重叠的现象，展开后应该及时与施工浮排连接。由于展开后面积增大，应该防止潮流冲击砂袋造成位置偏移。展布砂袋之后将泵砂管与袖口紧固连接，及时开始充填及砂袋沉放。

4.5 充填

充填时砂袋内压力大且含大量的水，为防止充填过程中出现爆袋现象，必须控制砂袋质量（原材质量、缝制质量）。选择合理的充填设备。在切换袖口的时候，由于编制土工布的特性，砂袋中的水可渗透出砂袋，等到更换完袖口时砂袋多余的水已排出，再开始充填时，砂袋内压力可够满足连续充填。充填时先对砂袋四角进行充填，保证砂袋整体位置符合要求，并且起到固定砂袋的作用，防止边角出现扭曲、褶皱、重叠现象。

施工过程中为确保砂袋平整度，采用分层充填的方式，砂袋充填分层厚度约60 cm。由于砂的内摩擦角较小，分层厚度过大对砂袋压力将随之增大，可造成砂袋破坏；分层厚度过小会浪费材料，增加施工成本。充填时注意防止砂袋间出现夹泥现象降低砂袋间摩擦力，影响围堰整体稳定。

因为淤泥层具有触变性，所以其结构及强度受到外力破坏后可自动复原。充填过程中要严格控制加载速度，当施工过程中的沉降、位移速率超过警戒值时必须停止加载，待砂袋围堰重新稳定后方可继续充填。

5 施工安全管理

海上作业施工安全管理注意事项及措施主要包括以下5点：1）海上作业及时收听天气预报信息，掌握天气变化，及时采取应对措施。2）海上作业必须佩戴安全帽，穿救生衣。3）海上作业风力大于6级停止作业，检查固定抽砂泵及施工浮排锚缆等设施。4）施工作业人员严禁向施工水域抛弃施工生产废弃物、污油、污水等。5）对围堰深层沉降、位移进行监测，超过警戒值必须停止施工。

6 质量分析及结论

采用抽砂泵作为充填设备，机械设备间干扰少，施工效率满足进度要求。在深水区充填砂袋的时候，通过增加更换袖口的次数来调整充填砂袋的平整度，满足平整度要求。通过施工浮排控制围堰的边线也能达到设计要求。根据淤泥触变性严格控制加载速度，沉降、位移超过警戒值时必须停止加载，避免出现局部滑移的现象，确保充填砂袋围堰整体稳定。根据施工现场完成情况来看，充填砂袋标高、平整度及平面位置均满足规范及设计要求。通过对充填砂袋加载速度的控制，整体沉降、位移量也满足要求。

形成深水砂袋围堰后，在围堰外侧进行抛石护面，就可以作为永久围堰使用。既节省石材、保护环境，又能节约成本。海砂资源相对丰富价格便宜。由于充填砂袋具有排水、隔离作用且具有良好的柔性，充填完成后砂袋可与原地面紧密接触，砂袋底部铺设土工格栅，下方淤泥层打设塑料排水板，加强软基排水固结，提高软基与砂袋的整体稳定性。该充填砂袋围堰结构整体性良好，软基处理工艺简单、经济，施工效率高，具有较高推广应用价值。