灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》是中交上海航道局有限公司、南通五建建設工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是劉若元、樓啟為、羅志宏、陶潤禮、胡斌；該工法的適用範圍是豐砂少石的地區，河海堤壩工程和吹填圍堰工程，在滿足施工船舶和輔助船舶吃水條件下，可套用於深水作業。

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》主要的工法特點是：在石料缺乏，粉細砂資源豐富的沿海地區具有較大使用優勢；在有地基處理要求的圍堤造陸工程中，地基處理較拋石堤容易；懸掛式迴轉專用縫製作業流水線，創多層砂袋（雙層）和多層砂袋加無紡反濾布複合施工，專用鋪設船，專用定位監控系統等。

2009年10月19日，《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法
• 工法編號：GJYJGF078-2008
• 完成單位：中交上海航道局有限公司、南通五建建設工程有限公司
• 主要完成人：劉若元、樓啟為、羅志宏、陶潤禮、胡斌
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）

形成原因

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的形成原因是：

長江口地區及江浙沿海一帶，粉細砂資源豐富，但石料相當短缺，因此，在這一地區的沿海灘涂圈圍施工過程中，一直探索採用袋裝砂築堤替代拋石築堤。20世紀80年代以來，在長江口地區的多項圍堤吹填工程中採用了袋裝砂作為斜坡堤堤心獲得成功，但都是在0米以上灘地採用傳統人工露灘鋪設充灌袋裝砂方法施工。

在長江口深水航道治理工程如果採用石料築堤，石料需求量大，勢必造成該地區石料供應的緊張局勢，同時會增加石料築堤的投資成本。為了充分利用長江口的粉細砂資源，實現就地取砂充袋替代塊石，降低工程成本，在長江口深水航道治理工程中設計採用了袋裝砂堤心斜坡堤結構（圖1）。與以往袋裝砂施工不同的是長江口水域寬闊，風大、浪高、流急、遠離陸地、施工水深為2~10米的施工條件，要實現袋裝砂堤心斜坡堤安全、優質、高效地施工，必須解決水下袋裝砂充灌鋪設工藝、與長江口惡劣的施工條件相適應的船機設備和測量定位控制方法等關鍵技術問題。中交上海航道局有限公司在對其他工程大量調查研究的基礎上，結合長江口水域的施工條件，先後編制了多個施工方案，進行了多項試驗研究，解決了上述關鍵技術問題，使得在河口地區航道整治工程中採用袋裝砂築半潛堤獲得成功。

圖1 典型斷面結構圖

工法特點

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的工法特點是：

1.在石料缺乏，粉細砂資源豐富的沿海地區具有較大使用優勢。

2.在有地基處理要求的圍堤造陸工程中，地基處理較拋石堤容易。

3.與傳統的施工工藝相比，這套新工藝有以下六方面的創新及特點。

（1）選材：在土工織物選用上，在長江口深水航道治理工程中，對袋體迎浪面和頂部採用了230克/平方米編織布+150克/平方米無紡布針刺複合的土工布，有效避免了袋內充灌的砂在護面層施工前發生流失，確保了工程進度與質量。

（2）袋體縫製：創造懸掛式迴轉專用縫製作業流水線，使縫袋效率提高7.9倍。

（3）充灌袋口：創造雙層袖口式充灌袋口，解決了綁紮充砂袖口易漏砂的問題，確保了充灌質量和施工安全。

（4）多層砂袋和複合砂袋：創造多層砂袋（雙層）和多層砂袋加無紡反濾布複合施工新工藝。解決了多層鋪袋多次移船影響施工進度與質量、無紡布反濾層單獨鋪設難度大等技術難題，使袋裝砂堤心施工工效同比提高1倍。

（5）專用鋪設船：抗風浪能力強，能保證砂袋在不同水深及6級風浪、1.2米波高工況下準確定位，延長每天可作業時間；作業效率提高30%；充灌後水下成型質量良好；用導梁來改善滾筒和砂袋受力，以動力滾筒存儲砂袋袋體，可有效地牽引和控制砂袋的鋪設。

（6）專用定位監控系統：採用GPS-RTK定位技術，開發了專用定位監控軟體系統。施工定位精度提高到10厘米級，確保了砂袋定位及搭接質量。

操作原理

適用範圍

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的適用範圍是：

1.施工期能滿足開敞水域6級風、1.2米波高下作業，8級風就地避風的要求，具備較高的抗風浪能力。

2.適用於豐砂少石的地區，具有造價低、施工速度快、對軟基適應能力強的優點。

3.適用於河海堤壩工程和吹填圍工程。

4.在滿足施工船舶和輔助船舶吃水條件下，可套用於深水作業。

工藝原理

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的工藝原理敘述如下：

利用專用的袋裝砂袋鋪設船，在GPS定位系統及施工監控軟體的指導下，通過袋裝砂袋鋪設船的翻板，依靠袋裝砂的自重，邊充灌邊移船連續鋪設。袋裝砂堤心充灌及鋪設的基本工藝為：砂袋水上充灌、水下鋪設、分層加高。

1.首先將土工織物在加工廠縫製成砂袋，其砂袋長度和寬度可視作業區域施工條件確定。

2.將砂袋卷在專用鋪設船的滾筒上，然後將袋體展開平鋪於甲板及翻板上，啟動充灌系統，通過泥漿泵及管路對袋體進行充灌，在GPS定位系統的指導下，通過翻板傾斜一定角度，依靠袋體自重進行鋪設。

3.按上述程式分層加高。

4.雙層充砂袖口以往砂袋施工工藝的充砂袖口是在砂袋充填完成後由人工綁紮。雙層袖口原理是利用砂袋內水和砂的壓力使砂袋內層袖口受反向壓力自動封閉。雙層袖口工作原理見圖2。

圖2 雙層袖口工作原理

5.多層砂袋

傳統的砂袋施工均為逐層鋪設，需多次移船定位。多層砂袋則是兩層以上砂袋連體加工縫製，並多層袋體同時充灌鋪設成型。

6.複合砂袋

袋裝砂堤心斜坡堤結構的堤心砂袋外設有一層450克/平方米的反濾無紡布，用以防止砂袋因破損而漏砂。複合砂袋是將砂袋與450克/平方米反濾無紡布縫合在一起，將兩道工序合二為一，減少了鋪設工序和作業船定位次數，既提高了工效，又提高了工程質量。

施工工藝

工藝流程

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的工藝流程見圖3。

圖3 施工工藝流程圖

操作要點

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的操作要點如下：

1.袋裝砂袋平行於堤軸線鋪設，袋體寬度可根據堤心斷面的設計寬度確定。各層長度根據施工現場的工況條件和施工船舶的充灌能力確定。

2.充灌砂袋專用船定位後，將縫製好的砂袋卷在滾筒上；充灌時，將袋體在船甲板上展開，並使袋頭掛在船舷旁；泥漿泵管插進充砂袖口，並用尼龍繩活結綁紮於袖口上，壓袋梁壓緊袋體。

3.充袋準備工作完成後，開始對袋體充砂，當袋頭充至一定砂量後，鬆開滾筒剎車，利用砂袋自重，使砂袋頭部平穩的沉至泥面或已鋪設好的袋體上。

同時，將泥漿管移插至下一排充砂的袖口，在甲板上對袋體繼續充灌。當袋體內的砂充灌到一定厚度後，升起壓袋梁，緩慢鬆開滾筒剎車，傾斜翻板，同時啟動錨機並在GPS定位儀的指示下沿堤軸線緩慢移動船位，依靠袋中砂的自重沉至泥面或已鋪設好的袋體上（圖4）。

圖4 袋裝砂充灌示意圖

4.重複以上過程，直至整個袋體充灌完成。移動船位，充灌上層砂袋，直至砂袋堤心築至設計標高。

材料設備

施工單位採用《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》所用的材料及設備明細如下：

1.材料

在長江口深水航道治理工程中，袋裝砂袋體採用380克/平方米編織無紡複合土工布和230克/平方米編織土工布縫製而成。每層袋裝砂堤心袋體的頂面和迎浪面採用230克/平方米的編織布加150克/平方米無紡布針刺複合的土工布，其餘部位均採用230克/平方米編織土工布。

2.設備

（1）船機設備配備

在袋裝砂充灌施工過程中配備專用的充灌鋪設船及其他輔助施工船舶。具體船機配備如表1所示：

（2）專用船舶GPS定位監控系統

袋裝砂鋪設定位採用GPS定位系統，通過自行開發的鋪設監控系統軟體，實現實時動態定位，有效、直觀地控制移船速度和鋪設精度。

質量控制

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的質量控制要求如下：

1.工程質量控制標準

中華人民共和國交通部專項標準《長江口深水航道治理工程整治建築物工程質量檢驗評定標準》。充砂袋堤心允許偏差、檢驗數量和方法應符合表2。

2.質量保證措施

（1）土工材料必須通過專門檢測機構檢測並滿足設計要求。

（2）保證袋體無破損。砂袋卷上捲筒前應檢查有無破損，船上配備手提縫紉機和機織布，發現破損處經修補後才能使用。

（3）每1000立方米取充填砂樣一個，保證充填用砂的質量符合設計要求。

（4）採用潛水探摸砂袋間搭接情況，如有搭接縫產生，應及時補填砂袋。

（5）施工過程中及時測量袋體平面高程，保證袋體充灌的厚度及平整度。

（6）移船過程中，應根據流向、流速調整船位，保證袋體鋪設平整，保證袋體之間搭接滿足設計要求。

（7）袋體設定的橫向拉繩受力均勻，既要防止拉繩過松導致袋體產生過大收縮，也要防止拉繩過緊使拉環拉斷。

（8）施工過程中注意監測潮位變化，觀察袋體在水流作用下的受力情況，以免袋體破損。

安全措施

施工單位採用《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》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.專用充灌船應選用大型駁船（≥3000噸），配備35噸錨機，錨重7噸，能滿足Ⅲ類海區6級風浪高1.2米、最大流速3米/秒、作業水深大於2.5米等自然條件下正常施工作業要求，並能在8級大風條件下就地錨泊生存。

2.水上作業應遵循相應的水上安全作業規程。

3.工前應對施工人員進行詳細的技術交底，特殊工種需持證上崗。

4.對機械設備、鋼絲繩、錨機和錨纜經常檢驗，必要時必須維修和更換。

5.所有施工船舶必須滿足所在作業區的航區安全要求。

6.船舶進入施工區域，應顯示作業信號，24小時監守高頻，隨時做好與他船聯繫的準備。

7.每天收集72小時的海洋環境預報，制定防台防汛預案。

環保措施

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的環保措施如下：

1.嚴格執行《中華人民共和國水污染防治法》、《船舶污染物排放標準》及當地政府有關規定等，不違章或超標排污。

2.參加施工的船舶必須備有船舶油污水、生活垃圾及糞便儲存容器，並做好生活垃圾的日常收集、分類儲存和處理工作。

3.及時回收工程中破損的土工織物，不得任意丟棄在施工海域。

4.配備適量的化學消油劑、吸油劑等物資，以防不測；防止施工船舶和輔助船舶的海損、溢油事故發生，一旦發生事故，立即採取措施，收集溢油，縮小溢油污染範圍。

效益分析

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的效益分析如下：

該工法充分利用了施工作業區域豐富的粉細砂，實現就地取砂充袋來代替塊石，節省了塊石用料，降低了工程造價，在中國國內石料匱乏、緊缺的沿海地區進行圍海造地、大型河口整治、水利的河岸護坡及水庫大壩建設的工程中，採用袋裝砂替代石料築堤工藝可行，並可取得較好的經濟效益。

此外，由於採用袋裝砂堤心結構，結構物沉降穩定、均勻，且避免了拋石堤港區漏砂現象，有效降低了港區後期的維護費用。

套用實例

《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》的套用實例如下：

• 實例1

長江口深水航道治理一、二期工程整治建築物工程主要由分流魚嘴、南北導堤、南北導堤內的19座丁壩組成。一、二期整治建築物總長度為141.47千米，其中一期N標北導堤、N1~N4丁壩，二期SⅡA南導堤和S6、S7兩座丁壩，總計38.1千米，採用了袋裝砂堤心斜坡堤結構，袋裝砂充灌總工程量約為52萬立方米。

由於套用了該施工工藝，使平均每天可作業時間延長了6小時，作業效率提高了30%，充灌後水下成型質量良好，堤身結構穩定，沉降規律符合工程設計要求。

• 實例2

洋山深水港工程一期工程的圍堤工程（試驗段）圍堤總長1.189千米，堤軸線最深處為-16.8米，袋裝砂堤心施工工程量達66.7萬立方米；一期工程東側北圍堤（導流堤）工程圍堤總長為1.883千米，袋裝砂工程量為70萬立方米。由於在工程中採用了袋裝砂堤心斜坡堤施工工藝，使外海深水條件袋裝砂築堤成為現實，並有效解決了港口堆場防漏砂問題，降低了港區地基處理成本，為後續工程施工提供了技術支撐。

• 實例3

天津臨港工業區二期圍海工程位於塘沽區海河南側灘涂淺海區，吹填工程量3.53億立方米，圍堤總長度約60千米，其中主圍堤長度36.23千米，隔堤長度17.78千米，防波堤長度5.425千米。由於天津地區石料資源相當短缺，價格也長期居高不下，為了節約成本，該工程主圍堤、隔堤及防波堤均採用袋裝砂堤心斜坡堤結構，通過採用袋裝砂築堤堤心砂袋充灌與鋪設工藝，降低了圍堤工程成本，同時由於採用袋裝砂堤心，也降低了地基處理的成本。

榮譽表彰

2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《灘涂海堤砂袋充灌、鋪設及龍口合攏施工工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。