浅谈曹妃甸海岛潮间带水下自吸式充灌设备连续取砂充填袋堤心施工工艺

1.引言

传统吹砂船配运砂船充灌工艺受潮水影响大，需候潮施工并需配备远距离输砂管线，施工安全风险大、成本高、效率低，不能满足工程安全、进度要求，根据施工区域砂源丰富的特点，经研究试验，确定了潮间带水下自吸式充灌设备连续取砂充填袋堤心施工工艺，对类似工程具有一定的参考价值。

2.工程概况

本工程位于曹妃甸龙岛，龙岛位于曹妃甸东南海域，西距曹妃甸工业区东边界约6km，东距唐山湾国际旅游岛约12km，岛北与大清河盐场隔海相望，距西北陆岸的曹妃甸生态城约19km。施工区域岸边高滩低潮全部露出，涨潮几乎漫滩，施工区前沿滩面高程在1.4～1.8m，潮高在0.6～3.0m，为典型的潮间，带且附近水域有大面积浅滩，浅滩面积大、坡度缓，水深无法满足正常施工船舶吃水要求，传统吹砂船配运砂船充灌工艺需候潮施工并需配备远距离输砂管线，受潮水影响大，有效施工时间段。新建道路总长6206.2m，其中岛上道路长5650m，连接路长556.2m，路面宽6m。

2.1 工程特点

（1）充填难度大。施工区域位于典型的潮间带，且附近水域有大面积浅滩，浅滩面积大、坡度缓，水深无法满足正常施工船舶吃水要求，传统吹砂船配运砂船充灌工艺受潮水影响大，需候潮施工并需配备远距离输砂管线，施工安全风险大、成本高、效率低，不能满足工程安全、进度要求。

（2）充填袋体定位难度大。本工程区全年盛行偏北向浪。对海域风浪影响较大的风向主要为NE、ESE向.平均风速3～4m/s，最大风速18 m/s。充填袋袋体铺设受风、潮水影响大，铺设时需乘低潮及时准确定位，否则袋体遇水后重量增大，调整难度大。

（3）砂源丰富。施工区域砂源丰富，储量满足工程需求，砂质满足设计要求，采用水下自吸式充灌设备进行充填袋堤心施工可就地取砂，该工艺不受潮水影响，能够有效的增加作业时间。

3.施工工艺

3.1 工程部位：堤身

道路采用袋装砂斜坡堤结构。为保证路基结构的整体稳定，首先底层铺设通长的高强土工格栅+高强土工布各一层，然后在其上进行路基填筑，路基采用大型充填袋装砂。

3.2 充填袋材料质量及制作要求

3.2.1 原材料检测

（1）堤心充填袋迎浪侧采用380g/m2复合布，即230g/m2聚丙烯编织布与150g/m2聚酯无纺布复合。其余充填袋采用230g/m2防老化聚丙烯编织布，原材料进场时进行试验检测，技术指标须符合规范和设计要求。

（2）对土工织物做好严格的检验机制，厂方必须逐批提供出厂合格证和国家认可的质量检测试验单位出具的技术性能鉴定书或试验报告，土工织物按规范要求送试验室检验，每10000m2一个检验批次。

（3）土工织物进场后，存放在通风遮光的仓库内，严禁暴露、日晒。存放期超过6个月或出现老化、破损现象的土工织物，一律禁止使用。

3.2.2 砂袋制作、加工

砂袋加工：编织布抽检合格，接缝满足要求后即可进行充砂袋加工。管袋缝制要求用工业缝纫机缝制，缝线采用强度不低150N的尼龙线，拼幅采用“丁缝”连接，缝合针脚距控制在9mm内。充砂管袋两侧每3m设一拉环，便于袋体定位，充砂管袋袖口按梅花形布置，每16～20m2设置一个袖口，袖口与袋体连接处缝合要牢固。充砂袋制作完后，充砂袋轴线处用红油漆做醒目标示，并标示出某段某层袋体尺寸及加工时间，然后由质量员进行自检，合格后报监理验收。

3.3 充填袋施工工艺

3.3.1 测量定位

根据基线点放出轴线控制标，每100m放一根标志，用竹杆或钢管做标志，底部插入泥面内，顶部绑上红色三角旗，放样可用RTK-GPS，轴线标放样完成后进行校验，验收合格后方可使用，轴线控制点定期复测。

3.3.2 充填袋展铺

退潮露滩后施工底层袋体，高潮施工上层袋体，采用人工摊铺砂袋就位，砂袋缝应垂直于堤身轴线，沿长边方向，在其两侧每隔1m左右用小袋装砂压载，防止袋体移位，最后对砂袋进行充填。

3.3.3 取砂

3.3.3.1 设备配备（每组）

泡沫工作平台、Φ50mm钢管、锁扣、吸砂枪头、Φ100mm黑色螺纹皮龙、Φ100mm聚乙烯高密度塑料管、Φ100mm皮龙软管、30KW泥浆泵2台、15KW清水泵1台、滑轮（调节吸砂枪头潜水深度）、配电箱1个、地锚4个、150KW柴油发电机发电机1台。

3.3.3.2 水下自吸式充灌设备工作原理

通过吊装设备将吸砂管沉放至水面以下泥面以上，利用水泵将水坑清水吸入，加压后至水下枪头喷嘴，经喷嘴射出的水流高速将砂土冲散，并通过泥泵机所产生的负压吸力将砂水混合液抽出，经皮龙管输送至充填袋，并按设计要求进行吹填。

3.3.3.3 工作平台驻位

水下自吸式充灌设备驻位于堤心70～100m外侧事先开挖的砂坑内，平行于堤心轴线，设备前后分别抛八字锚驻位，形成临时工作平台，后期可根据砂袋施工进度沿堤心轴线方向移动平台。

3.3.4 充填袋装砂

（1）对砂袋进行充填时，充填方向应沿着长边进行，以防应力集中对袋体造成损坏，在充填过程中，均匀布设袖口，并对砂管口方向及时进行调整，以防因为不均匀受力。

（2）充砂袋在充填过程中，在袋体顶面人工来回踩踏，使颗粒重新排列趋于紧密，加快袋体排水固结速度，待整个砂袋达到屏浆阶段，应适当减少充填砂袋机械或停止充填，以防布袋爆裂，留有一定固结脱水时间。

（3）砂袋的充填高度应控制在适宜水平上，每层的充填高度控制在50cm左右，在充填过程中如一次达不到理想高度，待砂袋稍有固结后，再进行二次或多次充填，直到理想的充填高度。

3.3.5 充填袋分层加高

施工时，先将砂袋的一端铺放在已充好的砂袋上，确保搭接部位的充填质量，并满足搭接长度要求，砂袋上下层之间应错缝搭接，其长度应大于1.5m，以免形成通天缝，影响砂袋的充填质量。

4.控制要点

4.1 平面控制

利用GPS定位技术确定充砂袋轴线、边线的坐标，并设立标杆。铺设时应严格按照施工轴线、边线铺设，尽量拉紧拉伸，定位钢管插入泥面要有一定深度，在充灌前进行复测，施工过程中随时用GPS检查。

4.2 厚度、平整度控制

对砂袋进行充填过程中，均匀布设袖口，并对砂管口方向及时进行调整，在袋体顶面人工来回踩踏，使颗粒重新排列趋于紧密，加快袋体排水固结速度，GPS随时校核袋体标高，保证厚度、平整度控制在允许范围内。

4.3 吸砂泵堵塞问题

为防止施工过程中管道堵塞、砂流受到影响，施工过程中，合理安排就近取砂，根据充填进度，及时调整取砂位置，减少输送距离，随时检查、监控管线输砂情况，充砂管道不能硬弯和折角、要保持顺直，减少吸砂泵堵塞情况发生。

4.4 爆管问题

吸砂过程中，根据工程需要，分层取砂，控制取砂深度，严禁超深、超边线取砂，减少取砂区域塌方。

4.5 加强沉降、位移监测

道路堤身以吹填料(低液限粉土、粉土质砂)为主，堤基土以中等渗透的砂性土、粉性土为主，稍松，均易发生渗流和滑动破坏，影响堤岸稳定，抗渗稳定性较差，施工期需控制棱体施工高度及强度，控制加载速率，加强沉降位移观测。

4.6 及时做好覆盖防护

根据以往砂袋施工经验，砂袋棱体受到破坏主要是波浪冲击棱体产生的负压所致，而负压的产生主要集中至水位变动区，所以在棱体施工完成后，应按设计要求及时做好覆盖保护。

5.结语

本文结合工程实践介绍了潮间带水下自吸式充灌设备连续取砂充填袋堤心施工工艺，有效解决了船舶吃水受限、受潮水影响大、有效作业时间少、施工安全风险大、成本高、效率低等难题。