模袋固化土海上圍埝堤心施工工法

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》是中交第一航務工程局有限公司、中交天津港灣工程研究院有限公司完成的建築類施工工法，完成人是苗中海、劉愛民、朱耀庭、闞衛明、黃傳志，適用於公路、內河、圍海造陸、碼頭護岸等工程領域。

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》主要的工法特點是工期可控、質量有保證、施工安全等。

2008年1月31日，《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：模袋固化土海上圍埝堤心施工工法
• 工法編號： YJGF052-2006
• 完成單位：中交第一航務工程局有限公司、中交天津港灣工程研究院有限公司
• 主要完成人：苗中海、劉愛民、朱耀庭、闞衛明、黃傳志
• 套用實例：天津港北大防波堤工程（一期）西內堤工程
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）

形成原因

中國軟黏土形成的淺海灘地區修建護岸、海堤，多採用拋石斜坡堤和吹填砂被堤，這就需要使用大量的砂石料。對於砂石料資源缺乏的地區不得不投入較多的資金用於砂石料的採購與運輸，截至2005年，即便對於砂源豐富的地區，由於人們的環境資源保護意識的逐漸增強，也不再提倡進行砂石料資源的採挖。因此，利用各地區廉價豐富的淤泥質粘土資源，替代砂石料等常規材料修建圍埝、護岸等水工建築物，將具有較深遠的意義。

模袋固化土海上圍埝技術的主要做法是直接挖取海底軟土，並在其中摻入固化劑（如水泥）。經機械攪拌均勻形成流動狀的拌和土，再充灌到碼放就位的大型土工模袋中形成模袋固化土。逐層碼放充灌後形成海上圍埝堤心結構。採用該技術不僅可以節省大量的工程材料費用，還可以大大減少波浪對圍埝的破壞作用，特別是圍埝形成時期的破壞。該技術施工時對周圍環境無污染，同時又可以充分利用港池和航道開挖的淤泥質黏土，減少了棄土對環境造成的污染，符合環保要求。

2002年，天津港（集團）有限公司以"天津港北大防波堤西內堤（一期）工程"為依託，組織中交第一航務工程局有限公司、中交天津港灣工程研究院有限公司、中交第一航務工程勘察設計院有限公司聯合開展模袋固化土海上圍埝技術的研究，重點研究解決固化土配比試驗、強度指標的確定、現場質量控制標準、施工機械設備等技術問題。施工單位研製了施工設備，完成了2000延米的模袋固化土海上圍地施工。

2003年11月中交集團岩土工程重點實驗室與中交集團簽訂了"模袋固化土海上圍埝技術的研究"項目契約書，研究成果於2005年8月23日通過了中交集團專家組的驗收。2006年4月29日交通部科教司組織有關專家對該研究成果進行了鑑定，與會專家一致認為，模袋固化土海上圍埝是一種新型的圍埝形式，課題組通過理論分析、室內及現場試驗，明確了模袋在圍埝整體穩定分析中的作用和抗滑機理，提出了模袋固化土海上圍埝新的設計理念和計算方法，研究成果總體上達到了國際先進水平。

工法特點

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》充分利用了港池和航道開挖的淤泥質黏土，減少了棄土對環境造成的污染，符合環保要求，其社會效益非常大。與同類技術相比，從工期、質量、安全、造價等方面具有一定的優勢（表1）。

表1 築埝技術對比表

方法	工期	質量	安全	造價/（元/立方米）	備註
拋石斜坡堤	可控	有保證	好	155.59	材料供應充足
吹填砂被堤	可控	有保證	好	105	材料供應充足
模袋固化土海上圍埝	可控	有保證	更好，尤其是施工期的安全性要好於以上兩方法	125	╱
註：造價對比以天津港為例。

低摻量水泥固化土一般在24小時以內即可形成一定的強度，使固化土成為塊狀結構，這種塊狀結構具有一定的粘結強度，具有較強的抗風浪能力，同時這種塊狀結構使得低摻量水泥固化土在模袋老化破損後仍可起到堤心充填物的作用。現場施工經驗證明了當水泥摻量為8%時，基本滿足模袋固化土的設計、施工需要。實際套用結果表明，隨著後期地基的沉降，固化土也隨之沉降，固化土同外部的模袋混凝土脫開，模袋混凝土有開裂現象，裂縫出現在埝頂兩側坡肩處，不會影響圍埝的正常使用，只要合理地考慮預留沉降即可。

操作原理

適用範圍

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》可套用於公路、內河、圍海造陸、碼頭護岸等工程領域。採用該技術建造圍埝或護岸，可比拋石斜坡堤方案節約工程造價20%，建成的圍埝或護岸（特別是初期）對波浪的抵抗能力大大增強。隨著中國國內河航運和公路運輸事業的蓬勃發展，該技術在內河圍堤、碼頭護岸和公路建設中也有用。

工藝原理

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的工藝原理敘述如下：

利用低摻量的水泥固化土（拌和土）模袋來替代拋石或砂被堤作為堤心材料，逐層碼放充灌後，在外部再用模袋混凝土作為護面，形成海上圍埝。低摻量水泥固化土在24小時以內即可形成一定的強度，使固化土成為塊狀結構，這種塊狀結構具有較強的抗風浪能力，在施工初期，固化土模袋可以起到堤心充填物的作用，在以後的使用期模袋老化破損後，固化土的強度隨著齡期會進一步提高，仍可作為堤心充填物使用。

採用該技術不僅可以節省大量的工程材料費用，還可以大大減少波浪對圍埝的破壞作用，特別是圍埝形成時期的破壞。該技術施工時對周圍環境無污染，同時又可以充分利用港池和航道開挖的淤泥質黏土，減少了棄土對環境造成的污染，符合環保要求。

通過理論分析和模型試驗，明確了模袋織物在圍埝整體穩定分析中的作用和抗滑機理和模袋固化土海上圍埝的穩定計算方法，為該工法的設計提供了基礎。

通過大量的室內和現場固化土試驗，掌握了模袋固化土的物理性質和工程特性。固化十作為一種介於黏土和水泥攪拌土性質之間的土，具有較高的抗剪強度和較高的含水量，與模袋一起共同作用具有良好的整體性，為該工法的套用奠定了基礎。

通過離心模型試驗及其有限元分析，基本摸清模袋固化土海上圍埝的變形規律和破壞形式——地基出現了圓弧滑動失穩破壞。

開發研製了一整套施工設備和現場監測儀器，規定了嚴格的施工工藝，使該工法的施工質量有了可靠的保證。

施工工藝

• 工藝流程

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的的施工流程見圖1。

圖1 模袋固化土施工流程圖

操作要點

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的操作要點如下：

一、系統的構成

該系統由挖掘機械、攪拌機械、混凝土輸送泵、充灌模袋管道等構成。該系統既可灘地作業（潮差區），也可水上作業，若用於水上作業應將系統布置在船上，稱為攪拌裝置船，一般採用的船形為載重量400噸左右的甲板駁，甲板工作面積為25米×8米，見圖2、圖3。

圖2 模袋固化土施工系統平面布置示意圖

圖3 模袋固化土施工系統圖

二、系統的作業過程

該系統中的淤泥土攪拌機械是核心部分，它能確保水泥摻入量和固化土均勻攪拌，該機械由液壓鐵格柵板擠泥系統、水泥計量攪籠、固化土攪拌艙、輸泥攪籠等四大部分組成，作業過程如下：

1.液壓鐵格柵板擠泥系統

淤泥土進入泥斗內，首先在鐵格柵板上面經過格柵板翻轉擠壓過程中使泥落入攪拌罐內。

2.水泥計量攪籠

水泥倒入料斗後通過攪籠送到泥斗內，計量攪籠與調速電機連線，電機轉速與水泥的下漏量建立良好的線性關係，通過率定，計量攪籠每旋轉一周水泥的下漏量。

3.固化土攪拌艙

由電動機通過攪拌葉片，進行攪拌，攪拌時間達標後，將拌和後的固化土放入輸泥攪籠的料斗內。

4.輸泥攪籠

將攪拌均勻的固化土經過輸泥攪籠提升一定高度後進人混凝土泵的料斗內，由泵加壓經管道送入模袋內。攪籠的輸運過程，固化土也能再次得到攪拌。

5.泵送及充灌

模袋充灌單口充灌範圍與混凝土泵管道出泥口的固化土壓力、稠度、含水量等有較密切的關係，在充灌的同時，還需配合人工棍棒拍擊、踩踏等方法，才能使固化土均勻灌入模袋內。

模袋固化土充灌後，對浮漿多的地方可以進行真空吸水加速排水固結，提高早期強度，也可在其表面進行壓載（袋裝土），除有利於固化土排水固結外，亦可改善表面平整度。

材料設備

基本材料

由於《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》模袋固化土的組成比較簡單，僅需要十、海水、水泥和模袋，經現場攪拌充灌即可形成。

一、水

對比試驗研究結果表明，採用海水和淡水拌和的固化土強度相差很小。所以。可以直接用現場海水進行攪拌，從而可以進一步節省施工成本和減少施工人員。

二、土

在同樣水泥摻量的條件下，淤泥質粉質黏土與粉土形成的固化土的強度高於淤泥以及淤泥質黏土形成的固化土的強度，這一結果對現場施工取土樣帶來了方便，可以隨意取用海底軟黏土。

三、水泥

可採用傳統的P.O.32.5普通矽酸鹽水泥作為固化劑。採用水泥作為固化劑主要出於以下幾個方面考慮：

1.水泥作為固化材料在混凝土、水泥土中已經相當成熟，且水泥作為固化劑對土質、水質等無其他嚴格要求，對環境影響也不大；

2.水泥的價格較為低廉，且品質檢驗的方法也非常成熟，對固化土的質量控制易於把握；

3.其他一些固化劑產品市場一般還不成熟，且價格不菲，運用效果還有待進一步考究；

4.為了方便現場施工和施工質量管理，選擇固化劑的品種、摻入比等應儘可能地簡單。

四、模袋

用於進行固化土充灌用的模袋可以採用普通高強機織土工布，同時縫製後的模袋滿足以下幾方面的條件即可：

1.單個模袋的長寬可以依斷面大小而定，一般每個模袋的寬度應與該層模袋所處高度的斷面寬度基本一致，每層模袋的實際高度應控制在50厘米±10%範圍內為佳，為了便於充灌控制，可以在模袋內縫製一定數量的拉筋；

2.由於模袋的作用主要在固化土充灌時保持模袋形狀不發生大的變化，且充灌時固化土不漏出，因此對模袋的品質要求並不高。製作模袋的土工布可用180g/平方米以上的機織土工布，按規定的尺寸採用工業縫紉機縫製；

3.每個模袋應留有一定數量的袖口，用於固化土的充灌以及充灌過程中的臨時排水和排淤；

4.每個模袋上應縫製足夠數量的系帶，用於上下左右模袋的定位與固定，同一層相鄰兩個模袋之間應無縫搭接，上下兩層模袋搭接縫沿長度方向的錯距應不小於5米。

主要機械

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》所用的主要施工機械明細如下：

一、船舶

為保證新建模袋固化土海上圍埝的穩定性，施工用泥必須取用堤腳線（內外）50米範圍以外的淤泥。這樣就要求船形要長一些，宜採用船身長約25米，甲板寬約9米的自航駁。噸位300~500噸即可，另配一條50噸水泥駁。

二、挖掘機、發電機及泵車

挖掘機宜採用0.5～0.9立方米臂長15米以上的挖掘機。挖掘機臂越長向後挖泥的距離越遠。當潮水漲高時，也能挖到泥，只有能取到泥，才能繼續施工，延長作業時間，所以選用長臂挖掘機是一關鍵。發電機：選用200～250千瓦發電機2台（滿足船上的用電設備工作需要）。攪拌設備1台，2台充泥泵車：選用HBT60～80型，充灌效率30～35立方米/小時。

三、固化土的拌合設備

截至2005年，中交第一航務工程局有限公司和銘華科技服務公司共同研究、設計、製造出了固化土的拌和設備，該設備由拌合罐、液壓系統（液壓格柵擠泥、液壓後門排石、液壓下料出口）、水泥提升機、螺旋輸送機、潛水泵、配電箱等組成。根據使用效果可進行相應的改進，使拌和設備更好地為施工服務。

質量控制

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的質量控制要求如下：

一、充填袋質量控制

1.嚴格把好袋布材料關，除有出廠合格證外，每批材料必須抽樣檢驗，杜絕不合格材料使用。

2.大型固化土充泥模袋製作前詳細檢查布料質量，對有破損、孔洞、經緯密度明顯疏密不均，質地老化等明顯影響質量的布料一律不準使用。

3.嚴格測量放線，確保每層充灌袋的位置正確。

4.充填的袋子邊線與設計邊線的水平誤差不大於±10厘米。高程不低於設計標高。斷面總面積不得為負值。

二、固化土拌合質量控制

1.水泥計量

水泥選用P.O.32.5普通矽酸鹽水泥。根據室內固化土室內試驗確定配合比，嚴格控制水泥摻入量。

2.淤泥土計量

每盤淤泥土的摻量根據挖掘機挖斗的容量（一般按滿斗計量）來確定。

3.水計量

施工船上設大小兩個水箱，兩個水箱通過帶節門的鋼管連線。小水箱同樣通過節門與攪拌罐連線。小水箱內畫有標尺，標尺就是每盤用水量的刻度線，以此來控制水的用量。

4.為控制水泥摻量，在每套設備上設專人負責對外加劑、水泥計量工作。

5.使用稠度儀檢測固化土含水量，控制含水量在70%以內。

6.嚴格控制拌合物的攪拌時間，每盤攪拌時間不小於1.5分鐘。

7.必須設專人開攪拌機，並在上崗前進行嚴格的培訓，沒有特殊情況嚴禁更換攪拌機操作手。

三、固化土充灌模袋質量控制

1.在充灌過程中人工踩踏，待充灌到一定充盈度後，木棒輕輕拍打袋體四周或鎮壓砂袋，必要時配備真空設備吸水加快袋體排水固結速度，充至進漿時，控制充灌壓力，以防止泥袋破裂，也可在"充泥袋"的內側兩角預留袖口，將上層浮漿排出。

2.當大型固化土充泥模袋內抗壓強度達到0.2兆帕以上時，方可進行上層"泥袋"的充灌施工。

3.大型固化土充灌模袋充灌一定距離，要及時做好外坡的防護，防止風浪作用的破壞。

4.充泥袋護角採用袋裝碎石進行補角。

5.嚴格按設計載入速率，分層完成堤心充填袋。

6.對充填物進行容重測定，在固結一段時間後取樣進行試驗，取樣數量可為400米堤長取樣1組，每組至少有2個試件，乾容重≥17千牛/立方米。

四、應符合的有關規定

土工布施工應符合《水運工程土工合成材料套用技術規範》JTJ 239—2005的有關規定。

五、施工控制及驗收標準

施工控制及驗收標準見表2。

表2 質量控制和驗收標準表

序號	項目		允許偏差（毫米）	檢驗單元和數量	單元測點	檢驗方法
1	充泥	袋體寬度	±500	每袋	2	鋼尺量
		頂面標高	±100	每20	1	水準儀
		軸線	±300	每20	1	經緯儀、鋼尺量
		袋體厚度	±100	每袋	2	測桿

安全措施

採用《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.建立完善的施工安全保證體系，加強施工過程中的安全檢查，確保作業標準化、規範化。

2.編制專項安全施工組織設計，並在施工過程中認真執行。

3.對參加施工的全體人員進行安全教育，貫徹安全第一的思想，不盲目追求施工進度。

4.專職安全員定期對安全設施進行檢查、維護。

5.對各種施工機具定期進行檢查和維修保養，以保證使用的安全。

6.組織夜間施工時，現場的燈光布置一定要清晰明亮，要能達到一定的能見度方可施工。在施工過程中要相互配合、相互照應。

7.水上施工作業人員必須穿救生衣。

環保措施

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的環保措施如下：

1.對施工人員進行環保教育，不得隨意亂扔生產和生活垃圾，以保護自然與景觀不受破壞。

2.施工現場和運輸道路要經常灑水，減少灰塵對人的危害和環境的污染。

3.施工中擠壓出來的泥土中有石塊或其他雜物及時清理出現場，運到指定的區域。

4.要注意充灌管道的檢查和維護，避免冒漿對環境造成污染。

5.保持施工現場整潔。

效益分析

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的效益分析如下：

模袋固化土海上圍埝技術在工程造價上有一定的優勢。天津港地區拋石斜坡堤和吹填砂被堤的建造費用分別為155.59元/立方米和105元/立方米，模袋固化土海上圍埝的建造費用為125元/立方米，該費用是按照依託工程施工中每套設備固化土的日平均生產能力為230立方米來測算的，有較大的下降空間。根據已有的施工經驗，可以對2005年前的施工設備、施工工藝進行改進，形成規模化生產，提高施工工效，降低施工成本；由於依託工程工期很緊，要求模袋固化土充灌的第二天即可上人進行下一層模袋的施工，所以固化土的水泥摻量定為8%，如果工期要求較為寬鬆的話，可以適當降低水泥摻量，也可以降低施工成本，對一個企業來講，減少了施工工期，也等於間接地創造了經濟效益。

模袋固化土海上圍埝堤心不需要砂石料等常規的建材資源，避免了砂石料資源的亂采亂挖，保護了生態環境，同時又充分利用了港池和航道開挖的淤泥質黏土，減少了棄土對環境造成的污染，符合環保要求，其社會效益大。該技術滿足國家關於建築節能工程的有關要求，在公路、內河、圍海造陸、碼頭護岸等工程領域均可套用。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：天津港北大防波堤工程（一期）西內堤工程

該工程位於天津港北疆港區，長度為2000米，結構安全等級為三級。結構形式為斜坡堤，全部為充填袋結構，充填材料為固化土，護面為混凝土模袋。該工程2003年4月21日開工，7月5日竣工，共充灌模袋固化土85000立方米。工程驗收合格。

• 實例2：天津臨港工業區灘涂開發一期工程

該工程位於海河入海口南側的灘涂上，圍海護岸總長14.2千米，其中300米試驗段採用模袋固化土堤心結構，護面為混凝土模袋，結構安全等級為三級。該工程2003年6月5日開工，2003年7月30日竣工，共充灌模袋固化土12500立方米。工程驗收合格。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《模袋固化土海上圍埝堤心施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。