摘 要:結(jié)合工程實(shí)例,探討填海工程中作為臨時(shí)圍堰的類型選擇。分別論述爆破擠淤填石圍堰、拋石強(qiáng)夯圍堰、拋石擠淤圍堰及大砂袋圍堰在填海工程中,在場地要求及地質(zhì)條件下,根據(jù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及施工效率等比較其優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)深圳市前海車輛段的工程實(shí)踐,大砂袋圍堰在要求不高的臨時(shí)圍堰中更具有有優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:填海工程;圍堰;爆破;強(qiáng)夯;大砂袋
海車輛段位于深圳市南山區(qū)前海片區(qū),西側(cè)臨海,占地約46hm2。場地現(xiàn)狀大部為魚塘及河道,水深1~2m,表層淤泥厚8~11m,淤泥呈流塑狀。西側(cè)需設(shè)圍堰113km,場區(qū)內(nèi)采用吹填海砂填筑,場區(qū)進(jìn)行軟基處理后高程為510m,圍堰外側(cè)為規(guī)劃市政道路。圍海造地工程中淤泥等軟弱層一般較厚,圍堰填筑比較困難,傳統(tǒng)圍堰采用拋填塊石進(jìn)行填筑,其穩(wěn)定性好,工程風(fēng)險(xiǎn)小,但造價(jià)高。本工程中的圍堰為臨時(shí)圍堰,圍堰范圍為建筑用地,拋填塊石勢必對后期工程帶來很大干擾,故本工程經(jīng)過多種圍堰填筑類型比選,最終采用大砂袋圍堰,在滿足圍堰穩(wěn)定功能、工期要求的前提下,解決了對基底處理及后期建筑樁基施工的干擾,且大幅降低造價(jià)。目前大砂袋圍堰在填海工程中應(yīng)用較少,本工程實(shí)例可為今后圍堰設(shè)計(jì)提供參考。
1 本工程圍堰的功能及特點(diǎn)
1.1圍閉場地,作為填海造地的邊界
該場地用地的西部和南部為魚塘及河道,需要設(shè)置圍堰,將場地和魚塘水域分隔開來后,才具備填海造地的條件。魚塘內(nèi)的水深115m左右,河道處略深。
1.2 防止潮水侵襲
雖然距目前的海岸線約115km,但場地通過既有河道和外海連通,漲潮、落潮對場地有一定的影響,擬建圍堰要有一定的防潮功能。
1.3 擬建圍堰屬于臨時(shí)工程
前海片區(qū)的開發(fā)已啟動,擬建圍堰位置不是最終海岸線,規(guī)劃的岸線在圍堰以西1500m以外。
2 圍堰填筑方法比選
根據(jù)圍堰的功能要求,結(jié)合平面布置、工程區(qū)域的地質(zhì)條件、交通和填料等條件,對圍堰的結(jié)構(gòu)形式和填筑方式進(jìn)行了大砂袋圍堰、爆破擠淤填石圍堰、拋石擠淤圍堰、拋石強(qiáng)夯圍堰多方法比選。
2.1 大砂袋圍堰大砂袋圍堰為航運(yùn)部門最先采用,因施工方便快捷,造價(jià)較低,目前已逐漸在填海造地工程中被用來作臨時(shí)圍堰,且對淤泥不產(chǎn)生擾動,對今后的基底處理不會造成困難,也不受陸地交通影響,可在臨海側(cè)采用船只運(yùn)輸海砂填筑。
(1)基本結(jié)構(gòu)形式(圖1)
在淤泥地基上先充填三層砂被,厚118m,露出水面,以砂被為工作面打設(shè)塑料排水板進(jìn)行地基處理,充填大砂袋,然后分層填筑圍堰直到設(shè)計(jì)高度和設(shè)計(jì)斷面。由于本圍堰屬于臨時(shí)工程,對其表面不進(jìn)行砌護(hù)。
(2)技術(shù)性分析
大砂袋圍堰屬于重力式圍堰,具有結(jié)構(gòu)簡單、受力明確等特點(diǎn)。由于土工布模袋具有一定的抗拉強(qiáng)度,使得圍堰的整體性加強(qiáng),圍堰的穩(wěn)定性大為改善,在同樣滿足穩(wěn)定要求的前提下,圍堰的斷面減少。采用大砂袋的優(yōu)點(diǎn)主要有:
1高強(qiáng)度土工布模袋具有良好的抗拉強(qiáng)度,增強(qiáng)圍堰的穩(wěn)定性;
2模袋填砂采用船運(yùn)吹填的方式,減少對陸地交通的影響;
3整個(gè)圍堰范圍可同時(shí)開展施工,大大節(jié)約圍堰工期;
4場區(qū)及圍堰的軟基處理效果整體協(xié)調(diào),差異沉降小,對后期圍堰上的樁基施工干擾小。
(3)施工方法和工期
袋裝砂重力式圍堰的施工順序分成三步:第一步,鋪砂被,砂被要出水面,作為插板工作面;第二步,有控制地逐層吹填大砂袋一直到高程315m左右,這時(shí)可以作為場地吹砂圍堰,實(shí)施場地內(nèi)吹砂工程;第三步,場地吹砂完成后和場區(qū)同步填筑土方。塑料排水板加快了淤泥地層的排水速度,可以通過沉降的監(jiān)測和淤泥層超靜孔隙水壓力監(jiān)測,分層并且控制大砂袋的填筑速率,保證圍堰的安全和穩(wěn)定。圍堰施工周期為60d,待圍堰施工完成后在場地內(nèi)吹填海砂。
(4)造價(jià)
經(jīng)測算,大砂袋圍堰綜合每延米造價(jià)約為8000元。
2.2 爆破擠淤填石圍堰
爆破擠淤填石筑堤的具體方法是在軟基上拋填塊石,形成一定的堤長之后,在堤頭和堤的兩側(cè)一定距離和深度的淤泥內(nèi)實(shí)施控制爆破,使淤泥按一定的方式擾動并喪失強(qiáng)度,淤泥上的填石塊體在重力的作用下沉落到淤泥下部的持力層(圖2)。
爆破排淤筑堤方法是20世紀(jì)80年代發(fā)明和發(fā)展起來的軟基處理新技術(shù),具有施工速度快,成本低和處理之后地基變形穩(wěn)定快等優(yōu)點(diǎn),與拋石強(qiáng)夯筑堤的方法相比,施工斷面石方量可省30%左右。該方法尤其適用于沉箱碼頭拋石基床、防波堤、圍堰、海岸護(hù)岸、滑動拋石基床等水工結(jié)構(gòu)軟基的處理,在深圳市濱海大道及西部通道圍堰工程的軟基處理中得到了成功的應(yīng)用,其工程質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益均取得了良好的效果。
根據(jù)深圳市濱海大道實(shí)測資料分析,爆炸排淤法施工的圍堰在施工后3個(gè)月內(nèi)沉降基本達(dá)到穩(wěn)定(小于5mm/月),優(yōu)于強(qiáng)夯擠淤法和其他方法。爆炸排淤還可以做到流水作業(yè),對施工、運(yùn)輸?shù)母蓴_小,施工速度快。
對于本工程,填石斷面面積約200m2,每個(gè)工作面每天可以填筑15m左右,總工期90d左右,平均每延米造價(jià)約16000元。
2.3 拋石擠淤圍堰
該方法是在軟基上拋填塊石,依靠自身的重量使軟土層遭受破壞后被強(qiáng)制擠出,淤泥被置換形成堤身,其優(yōu)點(diǎn)是施工簡單。調(diào)查深圳已有工程的情況表明,處理較薄的淤泥層效果較好,但對本工程卻存在以下問題。
(1)本工程淤泥厚度8~11m,根據(jù)深圳市填海造地的工程經(jīng)驗(yàn),用拋石法筑堤堤身填石著底困難;
(2)根據(jù)深圳市的工程經(jīng)驗(yàn),堤頂工后沉降偏大,沉降穩(wěn)定時(shí)間較長,工后沉降難以滿足要求;
(3)圍堰的堤側(cè)工后沉降較大,嚴(yán)重時(shí)在工后仍有可能產(chǎn)生邊坡的塌滑和不均勻沉降和變形,影響堤頂其他構(gòu)筑物的安全使用;
(4)拋石堤斷面面積大,與爆破排淤法筑堤相比工程造價(jià)較高。故該工法填筑在本工程中不適用。
2.4 拋石強(qiáng)夯圍堰
該方法是在海域軟土上拋石擠淤,形成高于海水面的堤身,然后通過高能量的強(qiáng)夯對拋石堤之下的軟基進(jìn)行處理,通過強(qiáng)夯,淤泥被填石置換,達(dá)到堤身著底的要求。強(qiáng)夯可以解決圍堰的工后沉降問題和抗滑穩(wěn)定問題,在施工技術(shù)上也易解決。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn),強(qiáng)夯處理圍堰的深度可以達(dá)到10m,能滿足本工程要求,但與爆破處理相比強(qiáng)夯法有以下不足之處。
(1)工期比較長。爆破處理是隨著拋石進(jìn)度而實(shí)施的,不影響拋石進(jìn)度,主要是石料的運(yùn)輸和道路的運(yùn)輸能力限制施工進(jìn)度。而強(qiáng)夯處理方法是在拋石成堤后另需獨(dú)立的時(shí)間進(jìn)行強(qiáng)夯。另外,圍堰的寬度有限,強(qiáng)夯施工實(shí)際上就阻斷了圍堰的運(yùn)輸通道。
(2)強(qiáng)夯處理后的圍堰斷面較大,強(qiáng)夯施工時(shí)圍堰兩側(cè)預(yù)留的空間也較大,形成的圍堰和軟基處理場地之間的交界帶也較寬,為場地軟基處理增加難度。
(3)強(qiáng)夯的能量一般情況下用5000kN#m,處理深度可達(dá)到10m左右,而爆破處理方法沒有此限制。(4)強(qiáng)夯處理的拋石圍堰斷面面積大于爆破處理圍堰,強(qiáng)夯處理費(fèi)用高于爆破處理,所以綜合費(fèi)用較高。綜合考慮工期要求、處理費(fèi)用等因素,本工程不采用拋石強(qiáng)夯擠淤法填筑圍堰。
3 圍堰填筑方法優(yōu)缺點(diǎn)比較
根據(jù)上述分析,爆破擠淤填石圍堰較強(qiáng)夯法圍堰在技術(shù)上可行、造價(jià)較低。大砂袋圍堰造價(jià)最低,但對施工要求較高。技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及優(yōu)缺點(diǎn)比較情況見表1。通過表1比較,大砂袋圍堰在經(jīng)濟(jì)上可節(jié)約1000萬元,工期可縮短30d,且對后期軟基處理及樁基施工無干擾,故本工程推薦采用大砂袋圍堰。
4 工程效果
深圳市前海車輛段最終采用大砂袋圍堰,目前場區(qū)圍堰及場區(qū)地基處理已完成。根據(jù)施工效果分析,大砂袋圍堰施工效率很高,實(shí)際工時(shí)為50d,且大大節(jié)約了造價(jià)。圍堰的整體穩(wěn)定性較好,大部未發(fā)現(xiàn)滑移失穩(wěn)現(xiàn)象,局部區(qū)域因搶工期先在場區(qū)內(nèi)吹填海砂,使淤泥外擠,在圍堰部位形成淤泥包,使后填筑的大砂袋圍堰在淤泥包的斜面上填筑,導(dǎo)致圍堰側(cè)向位移2m,故采用大砂袋圍堰施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工順序。從整個(gè)工程來看,大砂袋圍堰滿足了設(shè)計(jì)時(shí)在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上的要求,同時(shí)也滿足了后期建筑采用預(yù)制管樁施工要求。
5 結(jié)語
隨著我國沿海填海造地工程的增多,圍堰是填海造地工程的一個(gè)必要工程環(huán)節(jié),在填海工程中臨時(shí)圍堰采用大砂袋圍堰在經(jīng)濟(jì)上、施工效率上比傳統(tǒng)圍堰填筑方法有很大優(yōu)勢,同時(shí)對后期建筑基礎(chǔ)施工無影響,故大砂袋圍堰可在類似工程借鑒使用。
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