绞吸船吹填法在港口围堰工程中的应用

朱鹏，张建军

中国电建集团山东电力建设有限公司 山东 济南 250000

摘要：通过采用“吹填法”，降低了现场陆域取土工作量，避免了场外超运距等额外费用的发生，具有良好的经济性。本文结合某港口围堰施工的具体实践，探讨了“吹填法”的设计、施工以及风险问题，以期对未来围堰吹填施工提供借鉴。

关键词：填筑原理，吹填施工，质量控制，风险及应对措施

1．背景介绍

某船厂工程位于中东波斯湾区域，项目所在区域大部分为吹沙填海形成，项目规划建设三个干船坞，预计其围堰所需土方量高达77万方。由于项目周边同期规划了大量与船厂配套的基础设施建设项目，所以业主指定的取土场，距离施工地点直线距离超过7公里，且需要与取土点土地所有人进行沟通并支付相关费用。

2．吹填原理

吹填筑堤的工作原理实质上就是泥浆吹填固结密实的原理，主要包括土料的湿化崩解、沉淀排水和固结密实三个阶段^[1]。

土料湿化崩解阶段，土料原本由土颗粒、空气和水组成的三相物质，当经挖泥船的洗头（水枪）高压水柱冲刷造成土料破坏，由三相（固+气+液）变成两相（固+液）的土与水组成的泥浆，使土料呈悬浮状态，明显地将气相排除，为土粒重新结合密实创造了条件。

土料沉淀排水阶段，当泥浆输送到泥仓时，流速递减并最后停止流动，悬浮的土料在重力作用下逐渐向下沉淀。致使一部分水离析在泥层表面，由高处向低处流动，同时将积水排除。随着泥浆含水量的降低，逐渐成为软塑状态，土体也随之开始初具骨架。

土体固结密实阶段，由于吹填筑堤是分层累积上升，每一吹填层厚度控制在1.2m。当第一层即最下面底层经过沉淀排水后，又有上部第二乃至气候的第三、四等层加厚，在逐渐自重递增作用下，由下至上也随之固结加密。随着各层吹填土内水分的排除，堤身土的干密度也相应递增，其质量也越来越好。

在上述三个阶段的施工过程中，因吹填泥面的逐步上升，下部原已排除水分的土体，还会得到上部新吹填层泌水的补充。因此，吹填筑堤是一个“排水-固结-吸水-再固结-再排水”的多因素循环过程。

2．工程概况

2.1 地质条件

由于阿拉伯海湾向一侧平缓倾斜，导致沉积的大部分发生在浅海环境中，几乎没有来自干旱大陆的沉积物流入。因此，这些沉积物中大多数是生物成因的，碳酸盐含量很高。沉积物主要由纯净的碳酸盐粘土，粉砂和沙子组成，通常是不固结的。

研究地区表层沉积以全新统沉积为主，沉积物以浅海相的碳酸盐粘土和粉砂岩及三角洲相的碎屑沉积为主，工程地质条件适合绞吸式挖泥船施工。

3．围堰设计

干船坞围堰填筑工程量为215723 m³，整体采用吹填施工，填筑后可视围堰固结情况和施工进度安排，对围堰露出水面部分进行振冲处理。处理后围堰顶部可作为临时施工道路，并可预防后期防渗墙在施工存过程中出现塌孔埋钻的风险。

干船坞疏浚方面，考虑干船坞边坡稳定性因素，因此对干船坞基坑内海床进行水下疏浚施工时，为防止施工意外，导致开挖过度损坏地基，故疏浚至基坑开挖顶标高3m以上，疏浚时水下放坡按1:4放坡系数进行考虑，疏浚方量约为527,505m³。船坞疏浚量远大于围堰填筑量，对围堰施工可行性提供了保障。

4．围堰施工

4.1 施工准备

围堰施工前，根据设计要求使用GPS确定围堰轴线，防止在吹填过程中围堰轴线发生变线^[4]。

设备方面，干船坞海床高程为-3.00m，海平面标高+1.01m，考虑到绞吸船吃水深度因素，现场采用H 12和H 14绞吸船进行疏浚和吹填工作，绞吸船相关参数如表1所示。

表1绞吸船相关参数

4.2 疏浚吹填施工

干船坞围堰施工，首先绞吸船行使至坞口处，利用GPS 定位，逐渐调整船位基本到达设定位置，船停后，放下一个定位桩，并在船首抛设两个边锚，并逐步将船位调整到挖槽中心线上，以右定位桩为主桩，作为横移摆动中心，利用左右缆交替收放，摆动挖泥。主桩前移的轨迹保持在挖槽中心线上，使铰刀的平面轨迹始终在设计开挖线内平移，避免重挖和漏挖。分条宽度为绞吸船定位钢桩中心到铰刀头的长度，绞吸船取值约为62m，相邻的开挖分条重叠不小于1m，分层厚度依据经验取值为铰刀头直径的0.5~2.5倍，根据本项目图纸情况，分层厚度取中间值2m。疏挖区边线上的第一条和最后一条开挖标准宽度为24m，其它按26~28m的开挖标准宽度分条进行考虑。

采用疏浚的方式将部分基坑的土方通过绞吸船管道吹填至坞口两侧，作为围堰，中间预留20m左右空间，以便绞吸船开出船坞，然后采用坞外绞吸方式，将围堰合拢。其挖出的土方除了用于围堰外，还可通过水上浮管，将部分回填砂吹至指定区域，作为将来回填用土方。

4.3 质量控制

采用绞吸船进行围堰吹填施工时，根据绞刀桥架角度传感器、船舶吃水传感器、潮位遥报仪、GPS平面定位系统提供的数据信号，经过计算机处理后，实时显示绞刀位置挖泥断面及平面位置，对疏浚深度、宽度进行控制，以确保工程质量。

4.3.1 挖深控制

施工前需要校核铰刀下放深度，当船舶吃水有变化时，应及时调整。掌握土质与实际挖深的关系，土质松软时，可以比正常挖深浅0.2~0.4m；土质较硬时，可以比正常挖深深0.1~0.2m。挖底层时应先做一段约60m试验段，根据试验段获得数据确定下深参数。铰刀下放深度在潮位变化超过0.1m时要及时调整。

底层平整度控制方面，对于基槽以及其他对平整度有较高要求的特殊工程，反刀收底，可减少残留。对于分条挖法的结合部位，底层可以重叠3~5m，以防漏挖。

4.3.2 挖宽控制

定位钢桩必须保持在挖槽土线上，出现偏差，应在倒桩过程中及时调整。对容易塌方的土质，挖宽可超过设计边线1~3m。不易塌方的土质，按设计边线挖崛到位。

5．风险及应对措施

5.1面临的风险

采用吹填法施工的围堰，在施工期间，围堰体内含水量高，如不注意脱水固结，就有可能发生位移、鼓滑坡或围堰漏通形成深沟等质量施工事故，其破坏形式一般为圆弧滑动或冲切下沉，其具体有以下几种情况：

1. 滑动破坏：当地基软弱，强度不足时，围堰沉降过大，导致围堰和地基一起滑动；

2. 加筋断裂破坏:当填土轴心沉降较大时，在基础底面形成弓形基底沉降剖面呈对称圆弧滑动；

3. 地基塑性破坏：在围堰或防渗墙施工时，由于主要准备施工机具设备及材料加载过大，引起路堤突然下沉。

5.2采取的措施

针对施工过程中存在的风险，应采取以下措施：

1. 尽早施工：尽快吹填，为围堰固结争取较长时间；

2. 围堰处理：水面以上可以采取振冲等方式，加快围堰排水速度；

3. 避免荷载过度集中：在临时防渗墙和降水井施工时，做好规划，施工时做好疏导，从而达到分散施工荷载的目的；

4. 定期观察：船坞施工过程中，加强对围堰的定期观测与检查，发现隐患及时处理，特别是靠海侧围堰堰角，如发现受海水侵蚀破坏，应及时修补或采用宾格笼或土工袋进行防护。

参考文献

[1]曹星等.吹填法(中国堤防工程施工丛书)[M].北京:中国水利水电出版社，2006.