吹填工程及围堰工程设计的必要性研究

陈浩然

（北京城建集团有限公司，北京 100088）

0 引言

围堰技术是吹砂造陆工程建设中一项重要工作环节，能为吹填建设工程做好建设的基础性工作。吹填工程的作业人员需要一个稳定而干燥的作业环境，围堰技术发挥该作用。因此，围堰工程一定程度上影响吹填工程的发展，相关的施工管理人员必须尽可能做好围堰技术工作。

众所周知，吹填造陆工程建设具有一定的综合性与复杂性，为了提高吹填造陆工程建设的效率与质量，需要创设良好的吹填施工环境与排水通道。吹填造陆工程中关于在基坑内施工有较高的环境要求，而围堰工程可以提供相对封闭的作业环境，为吹填沙的存放和固结提供了外在保障。因此，从技术层面讲，围堰技术具有极高的应用价值和必要性。

在吹沙填陆工程基坑作业中，如果对建在围堰基础上的建筑物能应用围堰技术并长期保留，则围堰本身也能保留。围堰技术的应用可以保护基坑内的建筑物，防止其受到流水的冲刷和腐蚀，从而保证整个内部设备的稳定性[1]。

1 工程概况

海事大学建设项目位于吉大港东北部城市，距市中心5km。海事大学用地呈梯形，夹在Kamaphuli河和Kalurghat BSCIC工业区之间。总面积约为45万m2；可容纳学生总人数为6000人。总建筑面积为395000m2；一期建筑为205105m2。建筑物包括学术建筑、行政街区、参议院大楼和会议厅、学术中心、清真寺、学生宿舍、员工宿舍和宿舍、官员/教师的宿舍和宿舍、校长办公室、风投办公室、休息室、停车场和车间、实验室和车间大楼、医疗中心、工程办公室、体育中心等，如图1所示。

图1 海事大学吹填

2 吹填及围堰存在的问题

2.1 吹填厚度大

根据提供的现状测图显示及2019年10月01日会议确定的结论，现状场地边界线内最低标高为-2.00m，最高标高为4.729m，平均标高为1.194m。而吹填完成后的标高约在6.0～10.0m，也意味着吹填最大厚度可达到12.00m。而吹填土体及现状地层的沉降是一个漫长的过程，就会带来两个问题需要解决：①如何在吹填施工中确定沉降时间及沉降量，以便确定是否需要人工干预沉降固结过程。②建筑物采用桩基础，基本无沉降，需考虑建筑物与周边场地的差异沉降。吹填现场标高控制如图2所示。

图2 吹填现场标高控制

吹填现场沉降控制的主要工作原理是为了便于测量和仪表记录，必须将现场划分为多个区域。填埋处理后将按区域逐一进行，将相对整洁的区域完成，便于高程和测量区域。沉降测量附建立水平控制网系统，定期对混凝土控制点及标高杆、混凝土桩进行标高测量，用油漆标记位置并记录日期，高程控制竹杆应插入并固定在1m深的回填沙土中。

2.2 吹填边界围堰的稳定及防冲刷

吹填区域的边界与周边存在高差，且东侧为河道，因而需要设置围堰，作为吹填形成的边界，也会带来3个问题需要解决。

（1）围堰形式需要确定，需要对比自然放坡、临时围堰或永久围堰3种方式的优劣势。

（2）围堰需要进行稳定性复核，研究围堰底部是否需要进行地基处理、围堰的断面尺寸，以确保实施及使用过程中不出现剪切破坏或侧向滑移，保证吹填安全[3]。

（3）靠近河道侧，需要进行防冲刷设计，避免河道水流的冲刷、掏空，尤其是河水位较高流速较大的条件下，避免大量冲走吹填完成的砂土，造成经济损失。

2.3 地基处理

按照海事大学的平面布置，学校主要由建筑物、道路操场、绿化、内湖组成，不同区域承载力标准及沉降要求不同，同时从经济角度考虑，地基处理也相应采取不同的方式及标准。

3 吹填及围堰设计的主要内容及必要性

3.1 围堰和吹填施工主要内容

3.1.1 围堰的高程及断面尺寸设计

首先，研究临时围堰按洪水位不同重现期（2年、5年、10年）条件下，临时围堰堤顶标高对工程投资的变化，并确定合理的临时围堰堤顶标高；对不同施工段围堰进行稳定性分析，确定合理的围堰断面尺寸，确保围堰安全性，并确定围堰底部是否需要进行地基处理并提出相应方案（图3）。同时，围堰的设计需考虑后续工程的实施，业主无须对永久围堰进行二次花费[4]。

图3 围堰高程和断面设计

3.1.2 围堰的护底设计

对靠近河道侧的围堰，应进行防冲刷设计，根据当地水文条件和建设材料选取合理的护底型式，确保工程建设期和使用期不因洪涝带走大量的吹填砂土，造成经济损失。

3.1.3 吹填标高的确定

施工期及使用期的沉降主要来自于两部分：①现状地基土在上部吹填土自重压载下，产生自身的沉降。②吹填土自身固结过程中所产生的沉降。为保证最终沉降后标高与设计标高基本吻合，需要依据工程区域地勘资料，进行土体沉降量测算，并在吹填设计中进行合理的沉降量预留，从而确定合理的吹填高程。

3.1.4 分区、分标准进行地基处理

根据海事大学的平面布置及后期建设要求，针对于构筑物区域、道路操场区域、绿化区域、内湖区域等对沉降及荷载的不同要求，制定不同地基处理标准，分区分标准进行精细化设计，既满足建设及使用要求，又能降低工程投资。

3.1.5 论证设置子堰的可行性

根据提供的海事大学平面布置图，区域设计标高有一定的差异，后续会从经济、技术角度进一步论证置子堰分区吹填、分层吹填的可行性（图4）。

图4 分区分层吹填

3.1.6 提供专业的技术建议，指导吹填施工

吹填设计可针对本工程的特点，指导吹填施工过程中避免可能存在的风险。例如，吹填砂土料中有黑沙，黑沙水力分选后，粒径大的落在管口附近，而在远离管口位置细颗粒会集中落淤，存在形成软泥区的风险等。

3.2 常见围堰结构型式

常见围堰结构包含抛石斜坡围堰、袋砂围堰、钢板桩围堰和重力式围堰等结构。

（1）抛石围堰是把一定数量的石头扔进大海，这样它就可以自重的作用下或外部力量作用下，露出水面，形成分离带，将吹沙填海区域与外海区域分离，以方便后续填施工。抛石围堰是围堰的一种传统施工工艺。

（2）袋砂围堰是在土工布管袋中充填砂，一层一层的安放，依靠自身自重稳定的一种围堰结构。常见的普通袋砂单层厚度0.5～0.8m，普通袋砂的抗浪效果较差。为增强袋砂抗浪，加快施工速度，也有大袋砂围堰，单层袋砂厚度能达到1.5～2m[2]，如图5所示。

图5 土工布袋围堰

（3）钢板桩通常在工厂内经过热轧等加工后，在两端构筑一个锁形，常用的钢板桩截面形式有U型和帽型，其他还有直线型板式、组合型、变异型等。实施时，将钢板桩通过专用的设备打入土中形成挡土围堰结构。

4 采用自然放坡存在的问题

该项目的边界若考虑采用自然放坡围堰，主要会存在以下4个问题。

（1）放坡占用河道：本工程填土区域采用吹填形成，吹填所形成的自然变化非常平缓，对于中砂的自然吹填坡度一般为（1:25）～（1:50），所占用河道的宽度很宽，影响河道泄洪及通航安全。

（2）易受到冲刷，存在安全隐患：放坡区域与周围地形存在明显差异，所受到水流冲刷力尤其明显，吹填沙基本无粘性，所形成的自然放坡无法维持，甚至会造成形成陆域遭受冲刷，存在安全隐患

（3）防冲刷成本高：由于自然放坡形成的区域面积大，若大面积考虑采用防冲刷措施成本会明显高于建造围堰的投资。

（4）与后期永久护岸的衔接：海事大学建成后，工程区域边界需形成永久护岸，从与后期永久护岸的建设相结合角度考虑，若施工期采用围堰，永久护岸可以以围堰为基础，通过增加永久防护等形成护岸。而若是施工期采用自然放坡，与永久护岸的建设的衔接存在困难，甚至需要先局部清理自然放坡才能建设永久护岸，整体来看，综合效益不理想。海事大学建成后，工程区域边界需形成永久护岸，从与后期永久护岸的建设相结合角度考虑，若施工期采用围堰，永久护岸可以以围堰为基础[5]。

5 结语

经过以海事大学吹填项目的实践，本文总结出一些关键施工技术以供参考。

（1）吹填工程需标高设计中，需提前考虑沉降量和吹填平整和压实方式，综合确定吹填工程量，提高工程建设效率，提高经济效率。

（2）围堰施工过程中，根据考虑临时围堰和永久围堰，考虑子围堰的布置。若选择土工布袋施工需考虑坡脚线的布置和为土工布袋的留够布置方式。

（3）海事大学项目吹填工程使用了土工布袋围堰。工程所在地石料匮乏，需从他地进口，但当地沙土资源丰富，吹沙造陆工程进行土工布袋围堰施工有必要性的。相较于自然放坡的方式、钢板桩围堰和抛石斜坡围堰、土工布袋围堰在护底、防河流冲刷围堰、造价和施工时间、配合后期二次围堰施工和校园分区施工等方面具有一定的优势。分区分层吹填，使用土工布袋方式是较为稳妥的方式，也能最大限度提高该工程围堰的稳定性。