绞吸式挖泥船主副桩横挖法浅海区域吹砂填海造陆施工技术及质量控制

来源 :建筑遗产 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuelun2003
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  摘要:本文通过详细的叙述,介绍了采用绞吸式挖泥船主副桩横挖法在广西钦州市中港区通过吹砂来填海造陆,修建城市道路的施工过程,并简述了质量控制的基本方法。
  关键词:吹砂填海;绞吸式;主副桩横挖法
  1 前言
  吹砂填海工程是指利用绞吸式挖泥船等机械设备自水下开挖取土,通过泥泵、排泥管线输送到目的地,进行沉积以达到填筑坑塘、加高地面或加固、加高堤防等为目的一种施工作业。吹砂填海施工技术,将为沿海地区解决造地填料匮乏、工程施工受雨季影响的难题,在很大程度上降低工程造价,而且还可以疏浚河道、保护生态、节约耕地、制造生活用地。因此,吹砂填海施工技术具有显著的经济效益和重大的社会意义,具有广阔应用前景。
  2 工程简介
  钦州港大榄坪工业区第八大街工程位于广西钦州市钦州港中港区,是钦州港经济开发区主干路之一,建设长度为4054.157米,道路等级为城市主干路Ⅰ级,计算行车速度60km/h,道路红线宽度50m。路线走向为自西向东,路线起点接金鼓江航道,终点接规划调整后的大榄坪至三墩公路。
  本项目所经路段基本上为海洋滩涂地带,全线均为填方路基,根据钦州港区内其他道路的施工经验,设计采用吹砂填海强夯的路基施工方式。填海面积约250000平方米,吹砂体积约1800000立方米。
  3 施工技术
  3.1 施工工艺流程
  现场测量控制→确定施工方案→机械布置、就位→绞吸、开挖砂土方→砂土沉积造地。
  3.2 操作要点
  3.2.1现场测量控制
  ⑴、施工用水准点利用建设单位提供的水准点进行引测,根据施工现场条件测设临时水准点,并根据施工需要设立水尺,海底标高测量采用测深仪结合GPS进行。⑵、用GPS与全站仪测定,与建设单位提供的测量基准点相结合,对拟施工区域进行测量,从而形成施工平面控制网与高程控制网。⑶、施工平面控制网及高程控制网形成之后利用GPS进行校核。高程测量采用水准仪进行控制。⑷、依据施工平面控制网、高程控制网,确定砂土方的边线与挖槽的中心线、造地区域。
  3.2.2确定施工方案
  进行吹砂填海造陆工程所用的船舶种类一般有抓斗式、铲斗式、自航式、绞吸式、直吸式、耙吸式等9种船舶,而施工方法根据使用的船舶不同,也种类繁多。根据收集來的生产、生活有关的人员、设备及当地法律、法规、交通、供应、治安等施工组织资料,经过综合比价,最终确定本项目使用绞吸式挖泥船来施工。绞吸式挖泥船的施工方法有主副桩横挖法、双主桩横挖法、四锚横挖法、五锚横挖法、六锚横挖法、浅区落桩法、定位桩台车快速换桩法等,根据本工程特性与水文、气象、地形、地质等自然条件,本工程采用主副桩横挖法施工,并结合分段、分层、分条、顺流、逆流法进行吹填造陆施工。具体要考虑下列问题:
  ⑴、拟定开挖顺序。一般按由深至浅、由远至近的顺序施工。⑵、拟定沉积造地的顺序。一般按由低至高的顺序施工。⑶、选定施工机械以及施工现场布置。将拟施工区域划分为若干个开挖槽段。⑷、选取相应的施工方法与工艺参数。
  3.2.3机械布置、就位
  ⑴、将挖泥船拖至距离挖槽起点20~30m处,将航速减至关停,待船自然停稳;⑵、下放主桩(挖泥船附带)、抛设边锚将船位固定好。⑶、依据开挖顺序,将挖泥船逐步调整移动到最先开挖区域。⑷、将挖泥船调整,其船体中轴线与挖槽中心线重合,机械就位完毕。
  3.2.4 绞吸、开挖砂土方
  绞吸、开挖砂土步骤如图3.2.4-1所示:⑴、下放铰刀与吸管至水底(吸管与船头固定)。⑵、当船舶摆正、行至开挖中心线的时候下放主桩,固定船位。利用船自身的动力系统,以摆动中心点1为圆心,将船头连带吸管,由切削点1往切削点2横向摆动,当到达2后,往切削点3方向回摆。⑶、当船头摆动至挖槽中心线时,下放副桩,同时升起主桩,固定船位。⑷、利用船自身的动力系统,以副桩所在位置,摆动中心点1′为圆心,将船头连带吸管继续往切削点4摆动。⑸、当船头摆动至切削点4的时候,校正船位,在下放主桩,升起副桩后,继续把船头和吸管向达切点轨点5摆动。⑹、当摆动到切削点5后,将管口移回挖槽边线一侧,即切削点6的位置。如此反复重复⑴~⑹的施工,直至这一段吹砂绞吸、开挖施工完毕。
  图3.2.4-1:主副桩横挖法示意图
  ⑺、根据主副桩位置不在同一轴线的特点,利用船体在摆动过程中,产生的角度差,交替下放船桩,宛如双脚走路一般,使得船体可以依次向前推进。⑻、固定在船头的吸管管口,在船头摆动的过程中,同时开动铰刀与泥泵,开挖、吸取水下砂土方。通过探测仪控制砂土方的开挖深度以及船头的移动速度。
  ⑼、待该区域取砂结束后,移至下一区域,重新固定船位,如此反复进行。
  3.2.5砂土沉积造地
  ⑴、水上浮管敷设
  在浅海区域中,采用的是水上浮管敷设。①排泥管与挖泥船上的泥泵相连接,另一端管口安放在砂土方沉积区域。利用浮管在水上敷设管线。②水上浮管间采用柔性(胶管或球形接头)连接,以适应水流、风浪的影响。③排泥管与排泥管之间,排泥管与浮筒之间连接固定在一起。
  ⑵、砂土沉积
  ①排泥管将水下绞吸、开挖上来的砂土方输送到沉积区域,通过自然沉淀,将水析出,使得砂土方沉积固结下来。②沉积造地施工区域,需分层、分区域进行施工。每个区域长度100~200m为宜。③第一层沉积高度宜高出最高水位0.5~1.0m,其后逐层加高,每层厚度宜控制在1.0m 左右,使其能够均匀沉降、逐步密实。④在施工时,同一沉积层应分区施工,先填充第一个区域,再进行另一区域的施工,让第一个区域有充分的时间排水固结。如此轮番作业,往复进行。
  如果施工范围较大,还可以采用多船只,多区段的船管直输型的施工方法,它的生产效率更高。   4 质量控制措施
  本工程吹砂填海包括两个步骤,一个是砂绞吸开挖,另外一个是填海沉积。因此质量控制也分为两个方面。
  4.1 吹砂填海工程土方开挖质量控制方法
  吹砂填海工程施工质量按控制目标可划分为:中心线控制、挖宽控制、和挖深控制三个方面。
  ⑴、中心线控制:设立浮标,①中心导标必须连续设置,且不少于3 个。②前后两标志之间距离一般在一到二倍的船长。③以DGPS 测量船舶定位和船位校正。
  ⑵、挖宽控制:用标志进行控制,①边线导标必须连续设置,前后两标志之间距离一般不超过一倍的船长,质量要求较高时应加密。②放样标志必须鲜艳醒目、牢固,发现丢失或移位时应及时补测、补设。③班组作业人员应熟悉地形和测量放样标志,在控制好开挖中心线的同时根据当时水的流速、流向及风力、风向、土质等因素正确掌握横移速度,尤其在接近开挖边线时应控制移动速度,严格按放样标志开挖。④要准确控制条与条之间的搭接面,防止漏挖形成浅埂。
  ⑶、挖深控制:设立水尺及水位通报站,①水尺可采用木质或钢质材料制作。②水尺应设置在临近施工区且便于观测、水流平稳、波浪影响小和不易被破坏的位置,必要时应加设保护桩与避浪设施。③水尺零点拟与开挖底高程一致。④水尺读数应准确、清晰,读数视角不大于45°。⑤水面横向比降大于1/1000 时,须在施工段两侧分别设立,施工点水位与测量点水位应按水尺读数进行内插。⑥当现场水尺设立有困难时可设立水位通报站,水位通报站与施工区瞬时水位应一致,否则进行校正;对于沿海受潮汐影响地区的水位通报,还应考虑涨落潮的影响。
  4.2吹砂填海工程沉积区质量控制方法
  吹砂填海工程沉积区质量控制包括填方总量控制、填方高程控制、沉积区平整度控制、填方流失量的控制等内容。
  ⑴、填方总量控制:按取砂土总量控制吹填总量。控制时应对取砂土区砂质与沉积区的流失量进行分析,取砂土总量可按下式计算:
  V挖=(V1+V2+V3)/(1—PL)
  式中:V挖 - 满足设计沉积总量要求的所需取土量,m3;
  V1 - 设计平均沉积高度下的沉积量,m3;
  V2 –沉积区地基沉降量,m3;与地基砂质,地下水位高度以及砂土方密实度、厚度等因素有关。施工初期可通过试验或参考条件较接近的同类工程计算确定。当取得可靠的地基沉降观测数据后,应按实际观测值计算。
  V3 - 超填量,m3;可按施工技术与管理水平按设计允许超填量的百分比计入。
  PL - 砂土方流失率,%;与砂土方粒径、沉积区形状和大小、泄水口位置与高度、吹砂填海设备的性能与数量等因素有关,一般而言,砂土方粒径越小,流失率也就越高;沉积区面积越小、越狭窄、越浅、泄水口越低、吹砂填海设备泥泵功率越大,流失率相应也就越高,故宜采取实地取样分析的方法求得,取样方法可参照规范进行。
  1-沉降盘;2-沉降观测杆;3-连接头;4-套管;5-加强筋;6-拉索;7-固定桩
  图4.2-1:沉降杆构造示意图
  ⑵、填方高程控制:①施工前在沉积区外适当位置设立不少于2 个永久性高程控制桩并妥善保护、定期校核。②沉积区内应设置沉降杆,以观测沉积区地基沉降量,沉降杆可参照图4.2-1制作。
  ③施工前应在沉积区内设立吹填高程控制标志,数量可根据砂土方沉积特性、沉积区形状、沉积区面积、平整度要求及设备性能等因素确定,一般可按50~100m 间距布设,沉积区内可用沉降杆代替。④施工中应考虑砂土方固结与地基沉降等因素,施工控制高程可按下式计算:
  HS = Hp + hg+ hj
  式中:HS - 施工控制高程,m;
  Hp - 设计吹填高程,m;
  hg - 施工期内为抵消砂土方固结而增加的填土高度,m;计算时应考虑砂土方特性、厚度、固结时间、排水条件等因素,一般采用试验方式确定。
  hj - 施工期内为抵消地基沉降而增加的填土高度亦即地基沉降深度,m;施工初期可通过试验或参考条件较接近的同类工程确定,当取得可靠的地基沉降观测数据后,应进行修正。
  ⑤吹砂填海高程应按所设标志进行控制,并随时对排泥管口的堆砂土高度和坡度进行测量,当堆砂土面达到预定标高时应及时变动排泥管线。施工后期的测量密度应加大。
  ⑶、沉积区平整度控制:①应根据吹填区几何形状合理布设排泥管线路,保证吹沉积区域内不留有死角。②排泥管出口前移距离及管线间距离应根据吹砂填海设备性能、砂土方落淤特性等进行控制。施工过程中应随时对砂土方的实际落淤坡度进行检测,并及时调整排泥管的延伸距离和分布间隔。管线分布间隔对粉质土、粉细砂一般控制在100~150m,黏土、中粗砂宜控制在30~60m,也可按下式计算:
  L1≤h绝(mL+mR)
  式中:L1 - 两相邻排泥管线间距离,m;
  h绝 - 设计允许平整度绝对高差值,m;
  mL、mR - 分别为实测排泥管口左、右方砂土方平均坡度系数值;
  ③出泥管口应离开沉降杆不小于10m 距离,以防止水流对沉降杆地基造成冲刷,影响测量准确性,或将沉降杆埋没。④平整度要求较高的吹砂填海工程,宜采用方格网法进行控制,方格网的边长可与排泥管干、支线布置间距相一致。⑤粗砂、砾砂、高液限黏土等易在排泥管口堆积的砂土方,必要时应考虑配備陆上土方机械随时平整,以保证平整度的要求,并减少接管次数。⑥平整度控制应与高程控制相结合,二项控制指标同时满足。
  ⑷、砂土方流失量控制:
  ①施工期间应分阶段定期在泄水口取样,检测分析并计算各阶段泄水含泥浓度及土方流失量,采样应有代表性。②施工期间应加强对施工现场的巡视与检查,随时掌握土方流失和排水系统的运行情况,发现问题应及时联系并采取有效措施进行处理。
  5 结束语
  钦州市钦州港大榄坪工业区第八大街道路工程,采用绞吸式挖泥船主副桩横挖法浅海区域吹砂填海造陆施工技术。将吹砂填海施工段均分为5个施工段,每个施工段的长度为760m~1340m不等。采用全程机械作业,做到连续作业无需停顿。挖掘、输送、排出和处理泥浆等施工工序一次完成。大大减少了现有土地资源的破坏,节约施工用地;因为是一站式施工处理,形成行之有效的流水施工,所以提高了工作效率,节约经济成本;通过造陆施工,建设了长度为4000余米、宽50米、200000余平方米的城市道路,使得地球又多了一片可供人类使用的生活用地。
  参考文献:
  [1]《疏浚工程技术规范》(JTJ319-99),天津航道局,1999
  [2]《疏浚与吹填工程质量检验标准》(JTJ324-2006),人民交通出版社,2007
  [3]《疏浚与吹填工程施工规范》(JTS207-2012),人民交通出版社,2012
  [4]《水利水电工程施工手册-第二卷 土石方工程》,中国电力出版,2002
  作者简介:
  海涛,高级工程师,副总工程师。
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