淺談袋裝砂圍堰施工效率提升措施

傅偉榮 謝李煥 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

南通港呂四港區(qū)進港航道及港池疏浚(三夾沙吹填）工程TZWCT-SG2合同段位于南通市通州灣濱海園區(qū)三夾沙圍墾項目圍堤內(nèi)，西臨老海堤，南鄰新團結(jié)閘下游港道，堤頂標(biāo)高8.1m，南、北、東側(cè)為新建圍堤。圍墾區(qū)東側(cè)長為2700m，西側(cè)長938m，南側(cè)長5848.3m，北側(cè)長3800m，總面積942萬m2。施工主要內(nèi)容包括上延航道錨地疏浚、主海堤填筑（袋裝砂棱體結(jié)構(gòu)）、內(nèi)港池圍堰填筑（袋裝砂棱體結(jié)構(gòu)）等施工。

本工程圍堰堤身結(jié)構(gòu)為袋裝砂棱體結(jié)構(gòu)。袋裝砂棱體必須在汛期（6月底）前全部完成，否則整體工期將受到嚴(yán)重影響，且小型船舶在汛期進行海上作業(yè)，安全風(fēng)險增大，工程效益也將受較大影響。因此必須選擇合理工藝進行砂源供應(yīng)和充填袋裝砂施工，確保袋裝砂的砂源供應(yīng)質(zhì)量及效率。

2.前期施工情況

（1）砂源六區(qū)（臨時支航道）取砂。距離施工區(qū)較近，正式開工后，由于原有主堤尚未拆除，只能在臨時支航道外段安排自吸自吹船舶取砂進行圍堰袋裝砂施工，受工作面及管線布置的限制，該取土區(qū)最多只能安排2艘吸砂船（自吸自吹）進行袋裝砂充灌，由于該區(qū)域砂源比較缺乏，總體施工效率較低，平均每天充灌袋裝砂最大達到4000m3/天，每個月按25個有效施工天計算，每月產(chǎn)量為10萬m3。

（2）臨時支航道里段取砂。安排10臺泥漿泵在內(nèi)港池，以加快充灌袋體進度，由于內(nèi)港池內(nèi)主要為相鄰標(biāo)段取土區(qū)且適合袋裝砂施工的砂源也缺乏，該工作面平均每天充灌效率在1500m3/天，每個月按25個有效施工天計算，每月產(chǎn)量為3.75萬m3。

（3）砂源六區(qū)距離施工區(qū)20.0km，該取土砂源也不足，根據(jù)設(shè)計圖紙，進場航道外段泥面標(biāo)高在-6.0～-11.0m，中間段約有3km為淺水區(qū)，泥面標(biāo)高僅為-2.0～+2.0m，里段為-3.0m～-8.0m。

綜合以上3個施工區(qū)施工效率，在不變更取土區(qū)及施工工藝的情況下，按現(xiàn)有條件下，每天充灌袋裝砂效率為5500m3/天，每個月按25個有效施工天計算，即13.75萬m3/月，2月至6月最大可完成68.75萬m3，無法在汛期前完成全部袋裝砂圍堰施工。

3.影響原因分析

根據(jù)現(xiàn)場施工調(diào)查情況，從人、機、料、法、環(huán)5個環(huán)節(jié)來綜合分析影響因素，通過樹狀圖法分析，得出影響施工效率的原因。

通過對現(xiàn)場施工各個環(huán)節(jié)的細(xì)致跟進調(diào)查，確定主要影響因素為：

3.1 砂源缺乏

對設(shè)計取土區(qū)域進行土質(zhì)分析，調(diào)查設(shè)計取土區(qū)砂源是否滿足袋裝砂圍堰施工要求（見表1）。

檢查結(jié)果顯示，設(shè)計土質(zhì)取土區(qū)內(nèi)適合袋裝砂土質(zhì)要求的砂源儲存量僅占11%，無法滿足袋裝砂施工需求量。

3.2 施工工藝不合適

圖1 施工平面圖

圖2 前期取土施工區(qū)域圖

圖3 原因分析圖

通過對現(xiàn)有工況、施工工藝進行研討分析，在現(xiàn)有工況條件下，施工區(qū)附近砂源缺乏，工作面無法展開，單純采用現(xiàn)有自吸自吹工藝進行袋裝砂圍堰施工，每月產(chǎn)值最大僅可達13.75萬m3，按此效率無法滿足在汛期前完成所有袋裝砂棱體的節(jié)點要求。

4.應(yīng)對措施

為了提高工程施工工效，節(jié)約施工成本，根據(jù)現(xiàn)場情況，進行詳細(xì)分析對策，制定主要影響因素的應(yīng)對措施。具體應(yīng)對措施如表2。

5.實施

5.1 變更砂源區(qū)

取土區(qū)主要是上延航道錨地和臨時支航道兩個區(qū)域。在袋裝砂施工取砂過程，發(fā)現(xiàn)砂源較為缺乏，多為淤泥質(zhì)土質(zhì)，含砂量較低，為探明該區(qū)域土質(zhì)情況，更好的推進本工程施工，對上延航道錨地土質(zhì)進行組織鉆孔取樣及分析。根據(jù)勘察結(jié)論，在設(shè)計開挖底標(biāo)高-11.4m（當(dāng)?shù)乩碚摶妫┮陨系耐临|(zhì)主要是淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土與粉土，顆粒較細(xì)，局部為粉砂，適合袋裝砂施工的砂源極少。

由于取土區(qū)適合袋裝砂施工的良好砂源不足，為確保袋裝砂砂源供應(yīng)量，現(xiàn)場施工時減少上延航道錨地疏浚吹填量，將部分袋裝砂砂源調(diào)整在砂源充足區(qū)域。經(jīng)變更，砂源缺乏得到有效解決。

5.2 采用“吸運吹”工藝進行袋裝砂砂源供應(yīng)

5.2.1 編寫吸運吹施工方案

根據(jù)本工程工況及現(xiàn)有資源，編制《吸運吹施工方案》，主要采用吸砂、運砂、吹砂為一體的工藝進行袋裝砂砂源供應(yīng)，主要分為三大步驟，如圖5、6。

第一步：吸砂船移船就位在取砂區(qū)位置，運砂船?？吭谖按厒?cè)，由吸砂船采砂并通過吸泥管線將沙土輸送至運砂船艙內(nèi)，為保證運輸安全，必須嚴(yán)格控制載重量；

第二步：運砂船裝倉完畢后，從取砂區(qū)運輸至吹填區(qū)圍堤外側(cè)，在運輸過程需要乘高潮作業(yè)，低潮位時需要在進港航道口門外拋錨候潮，高潮位時運輸進港作業(yè)。

表1 設(shè)計取土區(qū)土質(zhì)及工程量表

表2 應(yīng)對措施表

圖4 袋裝砂新取土區(qū)域

第三步：運砂船抵達吹填區(qū)圍堤外側(cè)后，停靠在吹砂船邊側(cè)，吹砂船將吸泥管線放入運砂船的船艙內(nèi)，并將沙土直接沖灌袋裝砂體。

施工方法：①確定圍堰施工位置并按設(shè)計圖紙要求進行土工布袋體等材料的加工，同時進行測量放樣。②選定取砂區(qū)。按照設(shè)計施工圖紙規(guī)定的取砂區(qū)域，如果發(fā)現(xiàn)砂源不足或不符合要求，需要另外尋找取砂區(qū)域并進行鉆探取樣及土質(zhì)分析，保證砂源的儲備量。③確定船機設(shè)備。根據(jù)每天施工計劃強度、運距、運輸路線水深條件、候潮時間及天氣影響等確定船機設(shè)備的配備。

5.2.2 確定船舶配置數(shù)量

（1）船機設(shè)備性能及效率分析。

①吸砂船。吸砂船屬非自航船舶，利用吸砂泵將砂土由管道輸送至運砂船船艙內(nèi)，吸砂效率約為400m3/h。

由于該類船舶型號較小，船舶抗風(fēng)浪能力較弱，只能適用于風(fēng)力在6級以下的良好天氣，根據(jù)現(xiàn)場實際施工條件，考慮天氣因素、設(shè)備維修、施工停歇等因素影響，正常情況下每天實際施工時間約為15h～20h，實際工效為400m3/h×15h～20h/d=6000～8000m3/d。

②運砂船。由于施工區(qū)域附近的砂源缺乏，吹沙船舶無法就地取砂施工，必須采用外運砂方可完成施工任務(wù)，自航運砂船即運輸船舶，主要起到運輸作用，將砂源從取砂點運輸?shù)酱瞪按?，再由吹砂船將砂源輸送到指定區(qū)域。

圖5 吸運吹沖灌袋裝砂施工工藝流程圖

圖6 吸運吹沖灌袋裝砂施工示意圖

表3 施工船舶配備表（一組）

表4 對策實施后各月施工完成工程量表

圖7 效果檢查柱狀圖

每艘運輸船裝載能力為1000m3，滿載航速約4節(jié)，空載航速約7節(jié)，運輸距離按15海里計算，則往返一次需要的時間=（吸砂時間）+（滿載航行）+（吹沙時間）+（空載航行）=1000÷400+15÷4+1000÷350+15÷7=11.25 h。平均每天可完成2船，工程量約為2000m3。

③吹砂船。吹砂船與吸砂船類似，屬于非自航船，吹砂船利用錨固定，占用水域較小，施工干擾小，吹砂船從運輸駁船船艙內(nèi)吸砂輸送，吹砂濃度較高，一般為20%左右，吹距可達2km左右，吹砂效率約為300m3/h。

吹砂船采用φ400mm塑膠管線進行泥沙輸送，在臨近充填袋裝砂施工區(qū)域時，在管線末端增加分流裝置，一般增加分流閥，分流閥分4～6個直徑15cm小型管線，便于將泥沙均勻分至各輸送小管線，并直接用于充灌砂袋，距離較遠(yuǎn)時可增加接力泵進行輸送。

根據(jù)實際施工條件，考慮天氣因素、設(shè)備維修、施工停歇等因素影響，正常情況下每天實際施工時間約為20h，實際工效為300m3/h×20h/d=6000m3/d。

（2）船機配備。在制定施工方案、確定船機配備后，吸砂、運砂、吹砂為一體的“吸運吹”施工工藝得到有效實施，考慮受候潮施工和船機設(shè)備干擾等因素影響，實際每組吸運吹可完成充灌袋裝砂量約為4000～6000m3/d，根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，平均每月實際可施工天數(shù)在22-25天，每月每組吸運吹可完成實際產(chǎn)量約為88000～132000m3/月，投入4組吸運吹設(shè)備可滿足項目施工要求（如表3）。

6.應(yīng)對措施效果檢測

通過沙源地變更及采用“吸運吹”施工工藝進行施工，6月份前能夠按期完成全部袋裝砂圍堰施工任務(wù)，平均每月產(chǎn)量達到34.5萬m3。

詳見表4和圖7。