超长土工织物充灌袋对拉筑堤施工工艺

张浩栋，谭必五

（上海交通建设总承包有限公司，上海200136）

超长土工织物充灌袋对拉筑堤施工工艺

张浩栋，谭必五

（上海交通建设总承包有限公司，上海200136）

采用袋装砂筑堤技术进行围海造地已得到广泛和成熟的运用，目前采用的主要施工工艺有：人工摊铺、铺排船铺设、翻板抛填袋装砂、网络抛填袋装砂等。深水围海造地工程中的围堤断面大，-2 m以上及潮间带区超长袋无法采用现有筑堤工艺正常施工。文章通过创新及应用，研究提出了采用铺排船进行精确定位，实施超长袋对拉工艺，成功解决施工技术难题并提高了施工效率。

超长土工织物充灌袋；充砂管路；铺排船；对拉

0 引言

采用袋装砂进行围海造地以其就地取材便捷、施工效率高、经济效益显著等特点而被广泛运用。自19世纪80年代我国开始采用袋装砂筑堤以来，筑堤经历从人工定位摊铺筑堤发展为21世纪初采用大型铺排船、大型浮吊船筑堤的高速发展阶段。这一跨越式的施工技术革新为沿海一带大面积进行围海造地带来了机遇，袋装砂筑堤技术也为区域经济的快速发展作出了巨大贡献。

围海造地工程中成熟的筑堤工艺主要有：人工摊铺袋装砂、铺排船铺设袋装砂、翻板抛填袋装砂、网络抛填袋装砂，前述筑堤工艺均是在特定工况条件下通过工程施工试验研究后的产物。通过筑堤技术的不断创新和应用，许多知名大型围海造地工程如：洋山深水港工程、青草沙水库工程、横沙滩涂圈围工程等，均成功实施建设。

由于经济发展的需要，深水围海造地已经逐步成为趋势，水深、风浪、地质条件越来越差，围堤断面结构扩大化日益明显。针对大断面围堤工程，-2 m以上及潮间带区的袋装砂筑堤施工遇到前所未有的瓶颈及难度。本文以长兴潜堤后方滩涂圈围工程为例，通过开展工艺的改进与创新，研发了超长土工织物充灌袋对拉筑堤工艺，成功试验并运用，工程建设稳步推进，工程施工工期提前。

1 工程概况

长兴潜堤后方滩涂圈围工程位于长兴岛东南角，为解决造船码头岸线紧张，提供岸线资源，工程围海造地面积1.11 km2（1 666.68亩），堤线长度3 277.07 m。筑堤为典型袋装砂斜坡堤结构，见图1。

图1 典型袋装砂斜坡堤结构图Fig.1Typical bagged sand slope embankment structure

根据工程可行性研究[1]，本围堤工程滩面标高集中在-5~-7 m（上海市吴淞高程），施工最大水深11 m。区域滩面堤基为淤泥质黏土和粉土，具有高含水量、高灵敏度、大孔隙比、高压缩性、低强度等特性，围堤抗滑稳定性差。设计增大袋装砂堤断面尺寸及排水板处理，抗滑稳定性得到有效解决。增大袋装砂堤身断面后水下通长砂袋尺寸长达160 m，-2~1 m高程水域变动区袋体尺寸达到140 m。

2 袋装砂筑堤工艺选择及应用

通过成熟筑堤工艺的分析对比[2-5]，本工程水下通长砂袋采用铺排船筑堤工艺，即采用2 000~ 3 000吨级大型铺排船与电吹船组合，通过借鉴软体排铺设模式，实现边充灌边移船铺设砂袋。充灌袋体受铺排船翻板限制，宽度定制为32 m，按照140~160 m长，0.7 m厚度进行充灌，单个袋体实施方量高达3 200~3 600 m3。该种工艺效率平均400 m3/h，考虑施工中途泥驳换挡时间，正常需要10~12 h完成单个袋体铺设。

长江口属浅海非正规半日潮，一日两潮，平均潮周期为12 h 25 min。考虑涨落流急对袋体影响，为防止袋体偏移、撕裂及船舶走锚，一般在涨落急将暂停施工，暂停期间悬挂的袋体不可避免出现被水流撕裂的情况。相关文献资料显示，单个袋体充灌时长与单个涨落潮流期可施工时间（6 h）相匹配情况下[5]，可发挥船舶最大效率。本工程大汛一个涨落潮水期暂停约6 h，正常作业时长约6 h；小汛涨落潮水期暂停约4 h，正常作业约8 h。因此，本工程-2 m以下通长砂袋经稳定验算之后，将袋分幅为70 m与90 m交错铺设，可满足在6~8 h内完成单个袋体铺设，铺设质量得到有效保证。

当筑堤实施至高程-2 m之后，水深条件限制袋装砂铺设，工程水域大潮汛潮位0.8~3.6 m左右，计算水深2.8~5.6 m。小潮汛潮位1.5~3.0 m左右，计算水深3.5~5.0 m。满载铺排船吃水达2.8 m以上，满载运砂泥驳吃水3 m以上。长达140 m袋体铺设超过一个涨落潮可施工作业时长（6~8 h），采用分幅施工也无法适应水深条件，并且增加卷排移船进点频次，降低了施工效率，还极容易导致船舶搁浅，袋体遭受破坏。

筑堤至-2 m及以上潮间带，无论大汛与小汛，现有水深条件均存在可能导致船舶进点后容易搁浅情况发生。采用人工摊铺、铺排船、网络抛填、翻板抛填等工艺均受水深条件的极大限制，效率极其低下。因此，为解决水深限制带来的困难，亟需提出新的筑堤施工工艺。

3 工艺创新研究

3.1 船舶选择分析

筑堤工程中选用的设备主要是铺排船、浮吊船、电吹船、平板船，以及辅助运砂泥驳和吸砂船。铺排船以其施工效率高、抗风浪水流条件好、稳定强等特点而被经常选用。电吹船以其出砂效率高特点而作为铺排船铺袋主要辅助船舶。铺排船设置有2台GPS及定位软件，在施工过程中以船型文件形式实现精确定位。本工程-2 m以上及潮间带区袋体仍达到140 m长，比选现有筑堤工艺，翻板抛填和网络抛填均受砂驳吃水限制，低潮水深条件也不具备人工摊铺。因此船舶选择借鉴铺排工艺，船舶选择考虑现有铺排船、电吹船及辅助运砂泥驳和吸砂船。

3.2 水深限制条件的解决

成功解决吃水问题是完成-2 m以上及潮间带区超长袋体充灌的关键点之一。在天津临港、南港围海造地工程中，有通过平板驳船进行60~80 m的175 g/m2编织袋体对拉先例，虽然该工艺对施工条件要求相比更苛刻，在春夏季风平浪静水域及港池实施袋体铺设。但该种工艺可在不受水深条件限制下正常实施作业。

3.3 船舶布置

本工程处于长兴岛东南角开阔三角区域，受横沙通道及长江口深水航道双重影响，涨落潮水流可达到1.5m/s以上，涨落潮各时段存在不规律的全向水流。铺排船具有船体大、船舶稳的特点，将其布置于新建围堤堤身外侧可解决稳定性问题，利用电吹船靠泊铺排船，运砂泥驳靠泊电吹船进行充砂灌袋。工程围堤内侧受到风浪条件影响较小，利用1艘平板驳船停靠与围区内侧，对于风浪条件较大的区域，也可选择1艘铺排船代替平板驳船。通过合理布置船舶，形成了对拉框架，对拉船舶布置见图2。

图2 对拉船舶布置示意图Fig.2The opposite-pulling ship layout

3.4 充砂管装置改进

袋装砂筑堤施工均采用直径约15 cm左右皮龙软管插入预先设置的袖口之中进行充灌。采用平板驳、人工低潮摊铺工艺时，充灌砂袋皮龙软管路一般长达30 m以上，过长的软管管路受涨落潮流水影响极易造成管路弯曲折叠，堵塞管路导致施工受阻。筑堤中解决方法是涨落急时候及时收回皮龙软管，这种方式不利于袋体充灌成型，二次充灌难度较大。

通过不断试验与改进，利用电吹船直径40 cm高密管抗风浪条件好、输砂能力强等特点。将管路布置于平板驳船与铺排船之间。管路上每隔30~40 m布置两向分流阀，利用分流阀调节充砂保证袋体各部位均匀充灌砂施工作业。通过在充砂管路上设置浮筒，使管线在施工全过程漂浮于水面之上，便于人工进行充砂皮龙软管穿插袖口作业。另外在充砂管上套设塑料软管并一端通过钢阀连接分流阀，解决了在涨落潮流较急时高密管弯曲过大造成管体折断的技术问题。见图3。

图3 充砂管路装置示意图Fig.3Sand filling pipeline device

4 超长对拉工艺实施与运用

4.1 工艺流程

通过铺排船与平板驳船或铺排船形成对拉组合，利用设置的管路，采用电吹船进行充灌砂作业，组合实施工艺如图4所示。

图4 对拉施工工艺流程Fig.4The opposite-pulling technological process

4.2 过程控制

1）铺袋袋位图制作与定位控制和铺排船软体排位制作与定位基本相同。利用2台GPS与船型文件形成的相对坐标系统进行袋体T字形定位。

2）袋体加工缝制与其他筑堤工艺中所加工的袋体略有不同。通过充分比较各种机织物的撕破强度、断裂强度、等效孔径、断裂强度、垂直渗透系数等指标。通过施工试验，对于超长对拉选用的土工布采用230 g/m2机织布。袖口缝制按照间距6 m左右设置。袖口采用双袖口缝制，内袖口长度0.8 m，外袖口采用0.6 m缝制，袖口直径25 cm，外袖口距端口25 cm处缝制1 cm扎带，扎带长度0.5 m。袋体两侧间隔5 m左右设置直径15 cm拉环。

3）铺排船移船进点到位，将袋体卷设于滚筒之后，利用丙纶绳套系袋体预留拉环，通过人工筏牵引至对面平板驳或铺排船。启动平板驳船或铺排船电机，将袋体展铺对拉，铺排船GPS系统实施袋体精确对拉定位。

4）袋体展铺对拉完成，再采用人工小筏将吹砂管路分流阀处的皮龙软管插入袖口之中，开启电吹船泥浆泵实施充灌砂作业。其余袖口预插入皮龙软管，并暂固定于浮箱之上，以便于后续调换皮龙软管。

5）充砂过程中通过袋体袖口分布和预留皮龙软管情况，计算各皮龙软管路覆盖区域所需砂量，并根据电吹船施工效率及时调整阀门开关，合理控制皮龙软管充灌时间达到控制充灌质量的效果。

5 超长对拉实施效果

超长袋体对拉施工作业见图5。

图5 超长袋体对拉施工作业Fig.5The opposite-pulling construction of geotextile bag

创新船舶平面布置及吹砂管路的设置，形成可实施140~160 m的超长土工织物充灌袋对拉工艺。通过在长兴潜堤后方滩涂圈围工程中运用，成功解决了水深条件对船舶吃水限制。-2 m及潮间带区不再受水深条件的影响，施工期间充分利用涨落潮平潮有利时机进行袋体展布，及时利用分流阀进行各部位袋体充砂压载，在涨落急时段仍可持续作业，大大增加了可作业时间，提高了施工效率，日均效率可达5 500 m3/d。

6 结语

1）铺排船船型大、定位稳，通过合理船舶布置及管路改进，创新性提出了超长土工织物充灌袋对拉筑堤施工工艺，成功解决了-2 m以上及潮间带大断面深水筑堤难题。

2）通过成功试验和应用，采用该工艺可实现单个作业面筑堤方量日均达到5 500 m3/d，施工效率较常规铺排船水下铺设提高1.5倍。

3）该新工艺通过在长兴潜堤后方滩涂圈围工程中的创新应用，解决技术难题的同时提高了施工效率，工程工期大大提前。本创新工艺的应用可为类似围海造地工程提供借鉴和参考。

[1]长兴潜堤后方滩涂圈围工程可行性研究报告[R].上海：上海勘测设计研究院，2013. Feasibility study report of Changxing tidal flat enclosure in the submerged breakwater[R].Shanghai:Shanghai Survey Design and Research Institute，2013.

[2]王玉东.深水袋装砂斜坡堤堤心筑填工艺研究及应用[D].南京：河海大学，2004. WANG Yu-dong.Study and application of core filling technology for deep water filled sand slope embankment[D].Nanjing:Hohai University,2004.

[3]刘若元，张剑.预制袋装砂在洋山深水筑堤工程中的应用[J].水运工程，2007（6）：117-120. LIU Ruo-yuan,ZHANG Jian.Application of prefabricated sangbags in deepwater dike engineering at Yangshan[J].Port&Waterway Engineering,2007(6):117-120.

[4]刘汉中，吴彩娥.青草沙水库深水段抛填砂袋筑堤关键技术研究与实践[J].中国水利，2011（20）：37-40. LIU Han-zhong，WU Cai′e.Studies on key technologies of sand bag fill embankment in deep water section of Qingcaosha Reservoir [J].China Water Resources，2011(20):37-40.

[5]阮学成.大型土工织物充灌袋在上海洋山深水港海堤建设中的应用[J].水运工程，2006（11）：31-33. RUAN Xue-cheng.Application of large-size geotextile bags in Dams′construction in Shanghai Yangshan deepwater port[J].Port &Waterway Engineering,2006(11):31-33.

The opposite-pulling construction technology of long geotextile bag in embankment

ZHANG Hao-dong，TAN Bi-wu
（Shanghai Communications Construction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

Sandbag diking technology has been widely and maturely used for land reclamation,the main construction process currently used are:artificial paving,geotextiles-laying vessel laying,turning plate filled sand bags,network throwing and filling sand bags and etc.It has large section in deep sea reclamation project,the long geotextile bags,which are more than-2 m and in the intertidal zone,cannot use existing normal construction technology in embankment.Through the innovation and application,we presented a precise positioning method using a geotextiles-laying vessel to implement the opposite-pulling construction technology,and have successfully solved the construction technical problems and improved the construction efficiency.

long geotextile bags;sand filling line;geotextiles-laying vessel;opposite-pulling

U655.54；U656.21

B

2095-7874（2017）05-0073-04

10.7640/zggwjs201705016

2016-12-16

张浩栋（1977—），男，江苏靖江人，硕士，高级工程师，从事港口航道工程施工管理。E-mail：471002905@qq.com