大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)的分析

孫東陽(yáng)

摘 要：目前在航道圍堤建設(shè)的過(guò)程中，疏浚土得到了初步應(yīng)用，并取得了較好的工程施工效果。基于這種認(rèn)識(shí)，文章結(jié)合實(shí)例對(duì)大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)展開(kāi)了分析。從分析結(jié)果來(lái)看，采用該技術(shù)能夠滿足圍堤安全穩(wěn)定設(shè)計(jì)要求，并且能夠?yàn)楣こ淌┕?lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞：大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)；圍堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；原型試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U655.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）18-0133-02

Abstract： At present in the course of waterway embankment construction dredged soil has been applied preliminarily and good construction results have been obtained. Based on this understanding， the paper analyzes the technology of large dredged soil filling bag embankment construction with examples. From the analysis results， the technology can meet the requirement for safety and stability design of the embankment， and can bring more economic and environmental benefits for the construction.

Keywords： large dredged soil filling bag dike construction technology； embankment structure stability； prototype test

引言

在航道疏浚過(guò)程中，將有大量疏浚土產(chǎn)生。如果將這些疏浚土丟棄，則會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，并給環(huán)境帶來(lái)污染。而在航道工程建設(shè)中，采用大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)，可以加強(qiáng)對(duì)疏浚土的利用，以解決資源緊缺、環(huán)境保護(hù)等各方面的問(wèn)題，并使工程建設(shè)成本得到有效降低。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究，從而更好進(jìn)行技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1 工程概況

本工程位于大連連云港，為某港30萬(wàn)噸級(jí)航道工程，總長(zhǎng)71km，由航道內(nèi)外端及推薦航線構(gòu)成。工程所處的海岸擁有淤泥質(zhì)淺灘，建設(shè)廠區(qū)則存在砂石資源缺乏的情況。在航道二期工程中，預(yù)計(jì)分別建設(shè)831m和1557m兩個(gè)圍堤。按照設(shè)計(jì)，需采用長(zhǎng)2341m充砂袋反濾壓載結(jié)構(gòu)和充填袋斜坡堤，完成48.5萬(wàn)m3砂土填筑。但在航道一期工程中開(kāi)辟長(zhǎng)24.9km的10萬(wàn)噸級(jí)航道時(shí)，已經(jīng)產(chǎn)生3000萬(wàn)m？疏浚土，需外拋處理。經(jīng)過(guò)勘查，得到的疏浚土為粉質(zhì)粘土，天然含水率平均23.7%，天然孔隙比平均為0.653，黏粒含量平均為23.1%，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果平均為7.5N，可作為充填材料，并使用大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)進(jìn)行圍堤建設(shè)。為確保堤身的安全穩(wěn)定性，需選取長(zhǎng)60m、寬30m圍堤開(kāi)展試驗(yàn)，對(duì)疏浚土充填袋筑堤過(guò)程進(jìn)行模擬。結(jié)合工程施工要求，需在40d內(nèi)以內(nèi)完成試驗(yàn)段施工，將整個(gè)試驗(yàn)段劃分為4個(gè)斷面，各完成8層充填袋體的鋪設(shè)，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行充填厚度和高程的控制。

2 大型疏浚土充填袋筑堤施工方法

結(jié)合工程實(shí)際情況，還要制定有效的大型疏浚土充填袋筑堤施工工藝流程，確保施工單位能夠順利提供施工設(shè)備，并有能力配合挖泥作業(yè)進(jìn)行施工建設(shè)?？紤]到施工地區(qū)土層擁有較薄的粉質(zhì)粘土層，疏浚土容易受臨近高含泥量淤泥層擾動(dòng)，從而導(dǎo)致其含泥量超出土工充填袋技術(shù)規(guī)范要求，所以還要加強(qiáng)充填料實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。按照要求，應(yīng)將充填砂袋黏粒含量控制在10%以內(nèi)，泥袋則要控制在10%-30%內(nèi)，實(shí)際約20%左右。充填過(guò)程中，需加強(qiáng)含水量控制，確保其含水量不超出100%，實(shí)際應(yīng)控制在80%左右。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，斷面加載量在49-61kPa范圍內(nèi)，充填料重19.6kN/m3。如下圖1所示，為現(xiàn)場(chǎng)加載過(guò)程線。在加載的第一階段，需完成1-5層袋體充填，第二階段受天氣因素影響，未進(jìn)行施工。在第三階段，完成6-8層袋體充填，在36d內(nèi)結(jié)束施工。

在施工過(guò)程中，充填袋使用230g/m3機(jī)織布，各層斷裂強(qiáng)度能夠達(dá)到50kN/m3以上，采用泥砂互層的方式進(jìn)行布置。在最開(kāi)始充填時(shí)，充填厚度在0.4-0.6m范圍內(nèi)，然后進(jìn)行固結(jié)壓縮，直至厚度在0.3-0.5m范圍內(nèi)。每進(jìn)行一層充填袋施工，需進(jìn)行一次排水固結(jié)，直至充填袋體達(dá)到一定強(qiáng)度。從實(shí)際施工情況來(lái)看，各層袋體施工平均需要耗費(fèi)3.25d的時(shí)間，能夠滿足筑堤施工進(jìn)度要求。而充填袋之所以能夠迅速完成排水固結(jié)，與其排水路徑短、疏浚土含有粉細(xì)砂有關(guān)[2]。在大規(guī)模施工建設(shè)過(guò)程中，由于能夠完成更多袋體的同時(shí)充填，所以能夠進(jìn)一步提高施工效率。從疏浚土用量情況來(lái)看，直接利用總量達(dá)5156m3，可以使開(kāi)山石使用量得到減少，進(jìn)而為工程帶來(lái)更多施工效益。

3 大型疏浚土充填袋筑堤原型試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

按照試驗(yàn)方案，A、B、C斷面為泥砂互層，D斷面為純砂試驗(yàn)，高程均為5.5m。而A斷面的互層為一層吹填砂充填袋和一層吹填泥充填袋，B斷面為一層吹填砂充填袋和兩層吹填泥充填袋，C層為一層吹填砂充填袋和四層吹填泥充填袋。為實(shí)現(xiàn)原位測(cè)試，需將B、C斷面當(dāng)成是主要的觀測(cè)面，完成地表沉降、分布式傳感光纖、孔隙水壓力計(jì)等監(jiān)測(cè)設(shè)備的布置，從而對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 沉降情況監(jiān)測(cè)結(jié)果

從沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，C斷面的三個(gè)地基沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降分別為0.215m、0.249m、0.073m，沉降過(guò)程線與施工加載過(guò)程線擁有相同的變化趨勢(shì)。施工結(jié)束后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)都發(fā)生了不均勻沉降，與軟土地基變形規(guī)律相符合。而從各層充填袋的沉降情況來(lái)看，如下圖2所示，各袋體的沉降量不同。根據(jù)這些數(shù)值，可確定充填袋壓縮量和實(shí)際厚度，得到M2、M3、M4、M5的最大壓縮率分別為21.21%、18%、14.8%、9%，從而使施工工藝得到進(jìn)一步優(yōu)化。從時(shí)間上來(lái)看，充填袋壓縮在3-6d內(nèi)就能夠基本完成。

3.2.2 水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

從水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，被監(jiān)測(cè)的兩個(gè)主要斷面隨著填筑高度的提高，出現(xiàn)了地基土水平側(cè)向位移逐漸增大的情況，最大能夠達(dá)到59m，高程位置約0m。在高程-16m的位置，兩個(gè)斷面地基土幾乎沒(méi)有發(fā)生水平位移。在施工過(guò)程中，兩個(gè)斷面的地基土側(cè)向位移變化速度較慢，B斷面和C斷面的平均水平位移速率依次為1.403mm/d和0.901mm/d。按照要求，地基填土水平位移應(yīng)不超過(guò)5mm/d，所以可以認(rèn)為斷面施工狀態(tài)穩(wěn)定，抗水平位移的能力能夠滿足要求。

3.2.3 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果

從孔隙水壓力檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，在施工的過(guò)程中，快速進(jìn)行上層充填袋施工，導(dǎo)致下層充填袋內(nèi)孔隙水壓隨之提高。從提高的幅度來(lái)看，符合上層載荷加載情況。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，充填袋最大孔隙水壓達(dá)18.6kPa。在施工結(jié)束后，這一壓力基本能夠得到消散。在整個(gè)施工過(guò)程中，并未出現(xiàn)充填袋滑移的情況。但在施工結(jié)束后，各層孔隙水壓有所變化，且變化情況不同，如下圖3所示。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，上覆荷載在施工過(guò)程中主要由孔隙水壓力承載，在施工結(jié)束后就會(huì)逐漸減小。而施工后各層充填袋會(huì)出現(xiàn)孔隙水壓力波動(dòng)，與溫度和潮位等因素有關(guān)。

3.2.4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

從應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，采用土工織物充填袋能夠滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。在整個(gè)施工過(guò)程中，并未出現(xiàn)充填袋拉裂破壞的問(wèn)題。以A斷面為例，完成第一層充填袋加載后，其第二層充填袋底面所受最大壓力為4kN/m。完成兩層充填袋加載后，應(yīng)力提高至10.6kN/m。完成八層充填袋加載后，底部受力達(dá)40kN/m，并未超出設(shè)計(jì)強(qiáng)度50kN/m。

3.3 筑堤穩(wěn)定性分析

結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果可知，采用大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)，整個(gè)筑堤過(guò)程可以劃分為兩個(gè)階段。在第一階段，充填袋擁有較高的含水量，約在400%-500%范圍內(nèi)，所以需先完成排水壓縮。此時(shí)，充填袋內(nèi)填土料屬于流體，液壓較高。在水分逐漸排出后，則形成了土體骨架。在充填施工3d后，將完成排水壓縮過(guò)程，充填袋壓縮率能夠達(dá)到整體壓縮率的70%-90%。在第二階段，充填袋將進(jìn)入自重固結(jié)狀態(tài)，含水量逐漸不超過(guò)100%。通過(guò)土顆粒間相互傳遞應(yīng)力，并受上覆荷載的作用，會(huì)逐漸產(chǎn)生孔隙水壓力。而在穩(wěn)定土體骨架結(jié)構(gòu)形成后，其有效應(yīng)力會(huì)逐漸增大，孔隙水壓力則會(huì)逐漸減少。從試驗(yàn)情況來(lái)看，在80d后，充填袋最終會(huì)完成自重固結(jié)，有效厚度會(huì)有所減少，并且產(chǎn)生一定的承載力和強(qiáng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，利用大型疏浚土充填袋筑堤技術(shù)進(jìn)行圍堤施工，照比正常施工中充填回填砂土，也同樣能夠保持圍堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。而利用疏浚土代替砂土，不僅能夠解決砂石資源緊缺的問(wèn)題，也能使工程造價(jià)得到降低，并起到保護(hù)環(huán)境的作用。

參考文獻(xiàn)：

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