长江南京以下12.5 m深水航道二期工程深水充灌袋装砂堤心施工工艺

张庆文，胡子军，谭炜强

长江南京以下12.5 m深水航道二期工程深水充灌袋装砂堤心施工工艺

张庆文，胡子军，谭炜强

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛266071）

长江南京以下12.5 m深水航道二期工程，首次成功应用深水充灌袋装砂堤心施工工艺，最深施工水深-35 m。通过优化充灌砂袋缝制工艺，完善充灌袋装砂铺设流程，实现了充灌袋装砂堤心施工工艺在深水施工中的应用。深水充灌袋装砂堤心施工工艺，提高了施工效率，提升了堤身成型精度，降低了消耗系数，确保了工程质量。

深水航道；充灌袋装砂堤心；施工工艺；多波束

0 引言

长江南京以下12.5 m深水航道建设工程是落实国家“一带一路”战略要求、建设长江经济带、打造长江黄金水道的重点项目。中交一航局承建的二期工程和畅洲水道整治工程位于江苏镇江与扬州之间的镇扬水道，施工区域距离上游南京市约95 km。工程内容包括新建2道长度分别为1 817 m和1 919 m的潜堤及其接岸工程，完成和畅洲水道共10.771 km的护岸专项工程，以及完成上述工程所需的一般项目。本工程袋装砂堤心施工工程量642 938 m3，其中深水部分为504 674 m3，最大施工水深为-35 m。

20世纪70年代，袋装砂堤心技术引入我国，得到了逐步推广和应用。由于袋装砂堤心技术具有造价低廉、选材方便、施工简单等优点，被广泛应用于水工领域。特别是近几年来，随着我国港口工程建设的大力发展和推进，袋装砂堤心技术得到了更为广泛的应用。

1 深水充灌袋装砂堤心施工工艺

1.1 方案比选

国内外袋装砂堤心主要采用充灌袋装砂和抛填袋装砂2种施工工艺。对于水深较浅区域（一般小于-6 m），一般采用充灌袋装砂工艺。比较典型的长江口深水航道整治工程，首次大规模使用充灌袋装砂工艺，成功的在5～6 m水深区域应用充灌袋装砂堤心，对于推动国内袋装砂堤心技术的标准化、大型化、现代化和规模化应用起到了关键作用[1-2]。对于水深较深区域（一般大于-6 m），一般采用抛填袋装砂工艺。比较典型的上海洋山港深水港区工程，施工中首次在深水区运用抛填袋装砂工艺，工程中经过大量试验确定的4 m伊6 m抛填砂袋，对于后续工程具有重要的指导意义[3-4]。

长江南京以下12.5 m深水航道二期工程实施过程中，首先选取-30 m水深处进行了抛填砂枕（准1.9 m伊10 m和准1.2 m伊10 m）及抛填袋装砂（4 m伊6 m）试验。通过试验发现，砂枕滑落至铺排船斜板边缘时，受自身重力和水流冲击力影响，容易造成拼缝破裂，破损率较高。抛填袋装砂入水后漂移呈离散趋势，现场同一船位、同一位置连续抛填10个小砂袋，漂移距为5.53～17.59 m。

综上分析，认为抛填砂枕和抛填袋装砂堤心施工工艺无法保证堤体轮廓精确成型，施工消耗大、控制难度高，决定在本工程中使用深水充灌袋装砂堤心施工工艺。

1.2 工艺实施要点

1）通过滑板摩擦系数试验确定滑板与砂袋间的摩擦系数，结合水流力计算施工船舶受力情况。

2）进行砂袋受力计算，砂袋表面缝制加筋带，防止撕裂。

3）充灌过程中，通过砂泵功率计算和运砂船消耗双控，控制砂袋充盈率。

4）施工完成后，利用多波束检测技术，精准反馈砂袋铺设质量。

1.3 工艺流程

深水充灌袋装砂堤心施工工艺流程见图1。

1.4 操作要点

1.4.1 装备选型

考虑到深水、大流速的恶劣施工工况，长江南京以下12.5 m深水航道二期工程施工中，采用滑板支撑式深水铺排船施工作业。滑板支撑式深水铺排船采用支撑式滑板体系，吊索只在滑板起降时使用，铺排工作状态下吊索钢丝绳处于放松状态。

1.4.2 深水充灌砂袋缝制

图1 施工工艺流程Fig.1Construction process flow

砂袋尺寸规格根据袋体设计位置、水深条件、施工部位不同而不同（图2）。制定加工计划前，对施工区域进行测量，根据地形情况确定砂袋加工长度，并增加3 m富裕长度（富裕长度根据实际铺设效果可进行调整）。充灌砂袋设计宽度为20～35 m，根据水深计算水流力，确定合适的设计宽度。综合考虑袋体起高、收缩及偏位等因素，为确保相邻砂袋无空腔，砂袋加工宽度适当增加富裕系数。砂袋设计充灌高度1.5 m。上下两层袋体实行错缝铺设，避免施工通缝。砂袋表面布置加筋带，防止袋体撕裂。

图2 加工长度设计图Fig.2Length design drawing

1）单元片划线

根据袋体设计加工图，在单幅土工布上进行纵、横丈量划线，保证加筋带位置准确。

2）袖口缝制

深水充灌砂袋使用双层袖口设计，充灌完成后，袖口实现自动封闭，无须进行绑扎。

充灌砂袋宽度方向设置6个袖口，沿袋体宽度方向均匀布设，保证在一条直线上。袖口纵向间距6 m，袖口材料与袋体相同，采用丁缝法缝制在单元片体上。袖口直径30 cm，长度1.4 m，伸出袋体70 cm，伸入袋内70 cm。

3）加筋带缝制

根据加筋带划线位置，将加筋带缝制在土工布上。

4）拼幅

相邻单幅采用包缝法拼接，双线缝制，针脚均匀顺直，缝制强度不低于原织物强度的70%。

5）袋头缝制

袋头距离边缘4 m处将袋体上下两层缝合，形成独立隔仓，隔仓上均匀布设6个袖口。施工前隔舱仓在甲板上提前充灌，作为袋体压载，保证袋体头部下水后不被水流冲偏，确保实际铺设边线与理论边线一致。

6）检验、打包、入库

加工好的袋体依据质量检验标准进行检验验收，合格后准予出厂。

1.4.3 深水充灌袋装砂堤心施工

1）施工定位

将施工区域点的坐标输入GPS定位监控系统，并生成施工区域电子海图，拖轮及锚艇协助铺排船抛锚定位，调整锚缆，使铺排船准确就位。

2）砂袋卷袋

铺排船卷筒上每1 m设吊鼻一个，吊鼻连接12 mm直径的钢丝绳。通过丙纶绳，穿过袋尾的加筋环后与钢丝绳连接，卷袋时操作人员将砂袋两边拉紧，保证卷紧卷匀。

3）头部隔仓充灌

头部隔仓在斜板上提前充灌，充分排水后增加头部配重。将泥浆泵吊入运砂船，泥浆泵将砂浆通过输砂管输送到砂袋。隔仓充灌完成后取出砂管，缓慢下降铺排船斜板，隔仓开始滑动时停止（约35毅～45毅），机械锁定。在GPS电子海图指导下拉紧锚缆，微调船位，使斜板前端处于充灌砂袋设计端线位置。松开卷筒刹车，利用隔仓自重带动袋体下降，计算水深及袋体长度，至隔仓触底时，即为设计端线位置。

在长江深水航道二期工程施工过程中，根据水文监测结果发现，高水位前1.5 h流速较缓，在此时下袋头有利于砂袋位置控制。下袋头时，根据实测的泥面标高、水位以及斜板下放角度、斜板长度等因素计算砂袋着床时需要下放的长度，提前进行隔仓充灌，确保高水位前1.5 h隔仓着床（图3）。

4）袋体充灌

图3 头部隔仓充灌Fig.3Head bulkhead filling

隔仓触底后，沿设计轴线调节锚缆，缓慢移动船位，逐段松动卷筒，使袋体分段下滑并逐段充灌。袋体分段充灌长度根据实测的泥面标高、水位、斜板下放角度、斜板长度及移船距离等因素计算。长江南京以下12.5 m深水航道二期工程施工中，每次移船距离2～6 m，深水区域比浅水区域移船距离长。袋体充填平均高度控制在1.5 m左右。

最后一排袖口充灌时，充砂软管随袋体同时入水，触底充灌。软管与袖口使用活扣连接，袋体充灌完成后，在铺排船斜板上可将软管回收。

5）深水充灌袋装砂堤心检测

深水充灌袋装砂堤心施工完成后，使用多波束进行检测。多波束系统通过海量水深数据的采集，实现了水下充灌袋装砂堤心施工检测的可视、定量分析，通过准确测量砂袋充灌完成后的坐标位置，可提供不同水深条件下充灌砂袋收缩的参考值，实现充灌袋装砂堤心施工全过程准确控制。

多波束设备采用船舷安装方式，测量过程中，采用Qinsy软件布设测线，根据现场地形和水深情况合理选择波束开角及测量旋转角度。利用声速剖面进行测区声速测量，并选择合适地形位置进行校准线测量（图4）。

图4 多波束检测结果Fig.4Multibeam detection results

2 实施效果

目前，长江南京以下12.5 m深水航道二期工程和畅洲标段充灌袋装砂堤心施工已经全部完成，堤心成型情况满足设计要求，通过定期观测，堤身稳定，袋体无破损情况。

3 效果评估

长江航道整治工程充灌袋装砂堤心施工工艺，使我国具备了深水充灌袋装砂堤心施工能力，在充灌袋装砂堤心施工领域跨出了重要的一步。本工程采用的“深水水下充灌袋装砂堤心施工关键技术”，经中国水运建设行业协会鉴定为国内领先水平。

据调研，上海洋山港深水港区工程深水抛石堤心采用抛填袋装砂施工工艺，堤心成型坡度约1颐5[5]；长江航道整治工程采用充灌袋装砂堤心施工工艺，堤心成型后，上游坡度1颐3，下游坡度1颐2.5。充灌袋装砂堤心施工工艺，较之抛填袋装砂施工工艺，避免了砂袋离散造成的浪费，能极好地控制堤心成型坡度[6]，施工成本大大降低。同时，充灌砂袋较之抛填砂袋，完成单位工程量所需的布体材料较少，土工布用量明显降低。

深水充灌袋装砂堤心施工工艺的成功应用，极大地提高了施工效率，避免了施工材料浪费，施工成本大大降低（见表1）。

表1 经济效益分析表Table 1Economic benefit analysis

由表1可以看出，如果采用抛填袋装砂堤心施工工艺，堤心成型后坡度约为1颐5，采用充灌袋装砂堤心施工工艺，可以准确地按照设计要求成型，节约用砂348 326 m3，节约用砂费用约376万元；如果采用抛填袋装砂堤心施工工艺，砂与土工布的消耗比例约为1颐4，采用充灌袋装砂堤心施工工艺，砂与土工布的消耗比例约1颐2.8，可节约土工布605 608 m2，节约土工布费用约48万元。

4 结语

长江深水航道整治工程深水充灌袋装砂堤心施工工艺，突破了世界上深水航道整治工程的瓶颈，解决了深水充灌袋装砂堤心施工的难题，加速深水航道整治等工程建设的发展。该技术的开发具有自主知识产权的技术研究成果，引领了国际上深水航道整治技术的研究水平，研究成果总体达到国内领先水平，为深水航道整治和建设工程项目的施工提供了技术支撑。

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ZHAO Long-gen,LUO Zhi-hong,LOU Qi-wei,et al.Development and application of multi-layered complex sand bag in slopingfaced dike structure[J].China Harbour Engineering,2001(6):16-19.

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LOU Qi-wei.Formation of bagged sand dike core and placing of sand cushion[J].Port&Waterway Engineering,2006(S1):74-77.

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WU Wei-wei.Application of laying technology of sand bag mat原tress in dike:taking the dike project on the north side of Xiaoyangshan as an example[J].Zhejiang Hydrotechnics,2014(3):50-52.

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LI Kai-shuang,HU Dian-cai,LI Shun-li.Application of diking technique with sandbag in beach and shallow water engineering[J]. Petroleum Engineering Construction,2011,37(1):20-25.

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WANG Yu-dong.Study and application of core filling technology for deep water filled sand slope embankment[D].Nanjing:Hohai University,2005.

[6]JTS 154-1—2011，防波堤设计与施工规范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

Construction technology of filling bagged sand dike core in deep-water for 12.5 m deep-water channel construction phase域of the Yangtze River below Nanjing city

ZHANG Qing-wen,HU Zi-jun,TAN Wei-qiang
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

Based on the 12.5 m deep-water channel construction phase域of the Yangtze River below Nanjing city,first successful application of construction technology of deep water filling bagged sand dike core of the deepest depth of-35 m.By optimizing the filling sand bags sewing process,improving the filling sand bags laying process,we realized the application of filling bagged sand dike core construction technology in deepwater construction.The construction technology has improved construction efficiency,enhanced the levee molding accuracy,reduced the consumption coefficient,to ensure project quality.

deepwater channel;fill bagged sand dike core;construction technology;multibeam

U656.353

B

2095-7874（2017）09-0070-04

10.7640/zggwjs201709015

2017-02-09

2017-04-29

张庆文（1969—），男，山东青岛人，高级工程师，副总经理，港口与航道工程专业。E-mail：568909225@qq.com