探索港口建设工程中吹砂填方技术的运用

探索港口建设工程中吹砂填方技术的运用

罗方贵

罗方贵

中国水产广州建港工程公司广东广州510220

摘要：根据工程情况选择吹填的方式，并配合其他加固地基的工艺，就可在港口工程的地基回填施工中取得较好的应用效果。

关键词：吹砂填方；排水固结；吹填施工

一、引言

随着国民经济的快速发展，在沿江河湖海地区出现了一些需大面积填方的港口、码头、机场等工程，吹砂填方技术在解决这一大填方问题方面显示了独特的优势，近年来倍受工程界青睐[1，2]。这类填方工程的场地陆域地表往往分布有较大面积的软弱层，由于吹填土以泥浆的形式输送至吹填场地，泥浆中的水能否及时排除，直接影响吹填土的施工质量和工期[2]。塑料排水板法由于可以缩短排水路径，加速土体固结，且具有施工简便、迅速、造价低、加固效果显著等优点[3]，可以有效地解决排水问题。把2种方法结合起来，具有一定的经济效益和推广前景。

二、吹砂填方技术

吹砂填方（又称“水力吹填”[4]、“水力冲填”[5，6]等，简称“吹填”），是指利用水力机械冲搅泥砂，将一定浓度的泥浆通过事先铺设的管道泵送至四周筑有围堤的吹填区，使其逐渐脱水固结的一种取土方式。若吹填区离取土区较远，通常采用接力泵送的方式。

随着施工条件的不同，大致有3种吹填方式[7]：①沉淀池法当有稳定的砂源，且砂源细颗粒含量较大时，可直接采用吸扬式（绞吸式）挖泥船挖出江河底部泥砂，通过挖泥船上的泵和连接船与岸的漂浮管道，将泥浆送入预设于岸边的沉淀池中，先清洗掉一部分细颗粒土，然后再用泥浆泵和管道将沉淀池中的砂吹填至吹填区。②直接法当有理想的砂源且有较好的作业面时，可采用人工水力冲挖的方式，用高压水枪将砂土冲拌成浆液，并用小型泥浆泵吸入进泥管内，通过管道将砂土直接吹填输送到吹填区，1条管道一般需配备20套左右的水力冲挖机组。③间接法当固定砂源离吹填区较远时，可用挖泥船将泥砂从江河底部挖至驳船上，用船运到吹填区附近，再用高压水枪将砂土冲拌成浆液，用泥浆泵及管道输送至吹填区。由于直接法对砂源和施工条件要求较为严格，在工程中的应用受到一定限制，应用较多的是沉淀池法和间接法。

上述3种吹填方式并不是截然孤立的，随着夏季多雨季节的到来，水位上涨，作业面被水淹没，这时应改用沉淀池法或间接法来进行施工。泥浆吹填至围堤后在堤内漫流，流速逐渐减慢，在靠近出砂口处，沉淀的土颗粒较粗，随着漫流距离的增大，沉淀的土颗粒逐渐变细。同时，一定数量的悬浮在水中的较细土颗粒，连同一部分水经排水口流入堤外的集水坑内。当露出的吹填土达到设计标高时（应考虑吹填土的下沉量和下卧层的下沉量），整个吹砂填方过程结束，其工艺流程为：吸泥→输送→沉淀→退水→固结。为减小吹填土的不均匀性，提高吹填施工的效率，可在吹填工艺上做一些改进，例如在挖泥船上加设析水孔，同时设置可调整方向的出砂口等。

三、港口建设工程中吹砂填方技术的运用

1．工程实例

某港口工程位于长江大堤内侧（如图1.长江大堤内侧港口工程），天然地面高程在l8.20~21.20m之间，局部最低处高程为l2.80m。港区陆域主要包含第四系全新统：①淤泥质粘性土和淤泥。②粘土和粉质粘土。③下卧基岩为紫红色砂岩和泥质砂岩。④粘土和粉质粘土；港区陆域的高度是26.50~25.16m之间，l3.20m是最高的回填高度，7.0m是平均回填高度。

港区地表包含软弱层的面积比较大，包含中高压缩性土、低强度、含水量高的特点，难以达到规定的标准。荷载作用下和在大面积填土导致的比较大的差异沉降，为避免这种状况的发生，应该增加地基承载力，促进沉降消除、土体强度增强，把塑料排水板放在吹砂填方前面，同时把吹填土当做预压荷载，对以上软进行弱层处理，使用强夯的方法处理吹填土[2]。

2．吹填施工方案

全港口的施工的作业段有三个，每个作业段需要一艘吹填工作定位船、一艘吸砂船、四艘运砂船开展流水工作。堤芯吹填砂和堤身充砂管主要采用各层施工的方法，分层加载程序主要包括：首先是外棱体吹砂管，其次是内棱体吹砂管，最后是堤芯吹填砂，吹填施工方法主要应用先吸后运再吹的方法。同时，在制定的砂源区范围内，通过应用离心泵将水砂混合物运送到运沙驳船储砂仓中，等到砂沉淀后，上面的废水可以通过砂仓顶部排水口排除，在通过掌握潮位通航能力，对采砂量进行控制。运沙驳船能够将砂运送到港岸内的施工现场，再开展吹砂工作便能够利用啥驳船中的砂子通过泥浆泵水力运进行送运，利用塑胶软管道把它送到堤芯吹填部位及堤身吹砂管袋，让它逐渐固结。把东围堤内侧积水作为吹填用水源，每隔500m挖一个积水坑。

3．吹填施工技术及质量要求

（1）土工织物进入施工现场前，一批批地检查试验报告和出厂合格证，同时开展质量及外观的检查；其主要技术及物理性能按规范和设计需要开展抽查复验工作，每批次抽样数量应多于一次，抽样检测之后不合规范的材料一律退库。（2）进行充填筑堤的土工织物袋进行验收之前准备以下资料：土工织物充填袋铺设施工记录、充填料颗粒分析、土工织物出厂合格证、干容重试验报告、土工织物抽样试验报告、土工织物袋充填筑堤分项工程质量检验评定报告。（3）充开展填筑堤土的时候需要谨慎地检查工织物袋：土工织物袋充填筑堤施工的允许偏差；颗粒级配和干容重、充填料土质；土工织物的品种；规格和技术性能。（4）土工织物充填袋在进行施工的时候需要开展以下检测：颗粒的级配、干容是否重充、填料土质的好坏；是否平整、堤底的清理是否干净；进浆的压力和泥浆的浓度是否适中；充填袋充填成形后的平整度及外形尺寸是否合适；土工织物充填袋铺设开展时损伤及修复情况如火如荼等。（5）充填管袋凝结之后干容重应该不低于14.5kN/m3，冲砂管袋要无空隙、上下错缝、排列整齐。堤芯吹填砂完工时干容重应大于14.0kN/m3。[3]（6）当渐渐充满袋体后，在屏浆期间，留意控制屏浆压力，避免布袋破裂。（7）从设计标准出发，在充砂管袋内的土料的粘粒含量通常控制在5%以内，中值粒径d50的最佳长度是是0.07～0.03mm之间，堤芯吹填砂的土料，粘粒含量通常控制在15%范围内，中值粒径d50尽量控制在0.03mm。

4．施工中的问题及解决方案

（1）焊缝存在裂隙和法兰接口开始松动是管道喷涌的主要原因之一，常用方法是使用紧固螺丝或者补焊的办法，然而并不能解决问题的根本。要解决这些问题，需要每隔1，000m安装1个排泥胶管，同时管道爬坡时的倾角在30°以下。（2）管道穿越长江主航道或较宽的河道时，管道沿河床敷设，管道喷砂无法控制，造成施工无法继续进行。解决方案为根据实际情况进行简易桥梁的搭设。（3）因为砂质优，颗粒体积大，泥浆泵已经有了较大的损耗，泵壳极磨穿比较容易，尤其是泥浆泵的汽蚀，造成了许多问题。要减轻汽蚀对水力机械磨蚀，过流部件需要抗汽蚀性好的部件，并且要促进泵的进口结构参数的改进，设置更合理优质的吸入装置系统。

四、结语

实践证明，在解决沿江、沿海地区大面积填土问题时，吹砂填方是一种有效而实用的处理方法。该工程在管道流量稳定以后，每根管道日排砂量可达7000m3，有效地解决了该工程取土难问题。吹砂填方施工宜结合插设塑料排水板进行。吹砂填方在吹填施工工艺等方面还需进一步改进，并加强理论研究，为今后制定有关规范打下基础。

参考文献：

[1]杨忠.疏浚吹填技术在水利工程中的应用[J].水利科技与经济，2008，（11）.

[2]焦莉，王磊.风积沙路基压实特性试验研究[J].水利与建筑工程学报，2012，（04）.

[3]张建跃，蔡建，苏俊剑.大面积吹填砂后地基的最终沉降量和固结度分析[J].水运工程，2008，（07）.