深圳市前海车辆段填海工程围堰填筑方法比选

摘 要:结合工程实例,探讨填海工程中作为临时围堰的类型选择。分别论述爆破挤淤填石围堰、抛石强夯围堰、抛石挤淤围堰及大砂袋围堰在填海工程中,在场地要求及地质条件下,根据经济、技术及施工效率等比较其优缺点。根据深圳市前海车辆段的工程实践,大砂袋围堰在要求不高的临时围堰中更具有有优势。

关键词:填海工程;围堰;爆破;强夯;大砂袋

海车辆段位于深圳市南山区前海片区,西侧临海,占地约46hm2。场地现状大部为鱼塘及河道,水深1~2m,表层淤泥厚8~11m,淤泥呈流塑状。西侧需设围堰113km,场区内采用吹填海砂填筑,场区进行软基处理后高程为510m,围堰外侧为规划市政道路。围海造地工程中淤泥等软弱层一般较厚,围堰填筑比较困难,传统围堰采用抛填块石进行填筑,其稳定性好,工程风险小,但造价高。本工程中的围堰为临时围堰,围堰范围为建筑用地,抛填块石势必对后期工程带来很大干扰,故本工程经过多种围堰填筑类型比选,最终采用大砂袋围堰,在满足围堰稳定功能、工期要求的前提下,解决了对基底处理及后期建筑桩基施工的干扰,且大幅降低造价。目前大砂袋围堰在填海工程中应用较少,本工程实例可为今后围堰设计提供参考。

1 本工程围堰的功能及特点

1.1围闭场地,作为填海造地的边界
该场地用地的西部和南部为鱼塘及河道,需要设置围堰,将场地和鱼塘水域分隔开来后,才具备填海造地的条件。鱼塘内的水深115m左右,河道处略深。
1.2 防止潮水侵袭
虽然距目前的海岸线约115km,但场地通过既有河道和外海连通,涨潮、落潮对场地有一定的影响,拟建围堰要有一定的防潮功能。
1.3 拟建围堰属于临时工程
前海片区的开发已启动,拟建围堰位置不是最终海岸线,规划的岸线在围堰以西1500m以外。

2 围堰填筑方法比选

根据围堰的功能要求,结合平面布置、工程区域的地质条件、交通和填料等条件,对围堰的结构形式和填筑方式进行了大砂袋围堰、爆破挤淤填石围堰、抛石挤淤围堰、抛石强夯围堰多方法比选。
2.1 大砂袋围堰大砂袋围堰为航运部门最先采用,因施工方便快捷,造价较低,目前已逐渐在填海造地工程中被用来作临时围堰,且对淤泥不产生扰动,对今后的基底处理不会造成困难,也不受陆地交通影响,可在临海侧采用船只运输海砂填筑。
(1)基本结构形式(图1)
在淤泥地基上先充填三层砂被,厚118m,露出水面,以砂被为工作面打设塑料排水板进行地基处理,充填大砂袋,然后分层填筑围堰直到设计高度和设计断面。由于本围堰属于临时工程,对其表面不进行砌护。

(2)技术性分析
大砂袋围堰属于重力式围堰,具有结构简单、受力明确等特点。由于土工布模袋具有一定的抗拉强度,使得围堰的整体性加强,围堰的稳定性大为改善,在同样满足稳定要求的前提下,围堰的断面减少。采用大砂袋的优点主要有:
1高强度土工布模袋具有良好的抗拉强度,增强围堰的稳定性;
2模袋填砂采用船运吹填的方式,减少对陆地交通的影响;
3整个围堰范围可同时开展施工,大大节约围堰工期;
4场区及围堰的软基处理效果整体协调,差异沉降小,对后期围堰上的桩基施工干扰小。
(3)施工方法和工期
袋装砂重力式围堰的施工顺序分成三步:第一步,铺砂被,砂被要出水面,作为插板工作面;第二步,有控制地逐层吹填大砂袋一直到高程315m左右,这时可以作为场地吹砂围堰,实施场地内吹砂工程;第三步,场地吹砂完成后和场区同步填筑土方。塑料排水板加快了淤泥地层的排水速度,可以通过沉降的监测和淤泥层超静孔隙水压力监测,分层并且控制大砂袋的填筑速率,保证围堰的安全和稳定。围堰施工周期为60d,待围堰施工完成后在场地内吹填海砂。
(4)造价
经测算,大砂袋围堰综合每延米造价约为8000元。
2.2 爆破挤淤填石围堰
爆破挤淤填石筑堤的具体方法是在软基上抛填块石,形成一定的堤长之后,在堤头和堤的两侧一定距离和深度的淤泥内实施控制爆破,使淤泥按一定的方式扰动并丧失强度,淤泥上的填石块体在重力的作用下沉落到淤泥下部的持力层(图2)。
爆破排淤筑堤方法是20世纪80年代发明和发展起来的软基处理新技术,具有施工速度快,成本低和处理之后地基变形稳定快等优点,与抛石强夯筑堤的方法相比,施工断面石方量可省30%左右。该方法尤其适用于沉箱码头抛石基床、防波堤、围堰、海岸护岸、滑动抛石基床等水工结构软基的处理,在深圳市滨海大道及西部通道围堰工程的软基处理中得到了成功的应用,其工程质量及经济效益均取得了良好的效果。
根据深圳市滨海大道实测资料分析,爆炸排淤法施工的围堰在施工后3个月内沉降基本达到稳定(小于5mm/月),优于强夯挤淤法和其他方法。爆炸排淤还可以做到流水作业,对施工、运输的干扰小,施工速度快。
对于本工程,填石断面面积约200m2,每个工作面每天可以填筑15m左右,总工期90d左右,平均每延米造价约16000元。
2.3 抛石挤淤围堰
该方法是在软基上抛填块石,依靠自身的重量使软土层遭受破坏后被强制挤出,淤泥被置换形成堤身,其优点是施工简单。调查深圳已有工程的情况表明,处理较薄的淤泥层效果较好,但对本工程却存在以下问题。
(1)本工程淤泥厚度8~11m,根据深圳市填海造地的工程经验,用抛石法筑堤堤身填石着底困难;
(2)根据深圳市的工程经验,堤顶工后沉降偏大,沉降稳定时间较长,工后沉降难以满足要求;
(3)围堰的堤侧工后沉降较大,严重时在工后仍有可能产生边坡的塌滑和不均匀沉降和变形,影响堤顶其他构筑物的安全使用;
(4)抛石堤断面面积大,与爆破排淤法筑堤相比工程造价较高。故该工法填筑在本工程中不适用。
2.4 抛石强夯围堰
该方法是在海域软土上抛石挤淤,形成高于海水面的堤身,然后通过高能量的强夯对抛石堤之下的软基进行处理,通过强夯,淤泥被填石置换,达到堤身着底的要求。强夯可以解决围堰的工后沉降问题和抗滑稳定问题,在施工技术上也易解决。根据以往的工程经验,强夯处理围堰的深度可以达到10m,能满足本工程要求,但与爆破处理相比强夯法有以下不足之处。
(1)工期比较长。爆破处理是随着抛石进度而实施的,不影响抛石进度,主要是石料的运输和道路的运输能力限制施工进度。而强夯处理方法是在抛石成堤后另需独立的时间进行强夯。另外,围堰的宽度有限,强夯施工实际上就阻断了围堰的运输通道。
(2)强夯处理后的围堰断面较大,强夯施工时围堰两侧预留的空间也较大,形成的围堰和软基处理场地之间的交界带也较宽,为场地软基处理增加难度。
(3)强夯的能量一般情况下用5000kN#m,处理深度可达到10m左右,而爆破处理方法没有此限制。(4)强夯处理的抛石围堰断面面积大于爆破处理围堰,强夯处理费用高于爆破处理,所以综合费用较高。综合考虑工期要求、处理费用等因素,本工程不采用抛石强夯挤淤法填筑围堰。

3 围堰填筑方法优缺点比较

根据上述分析,爆破挤淤填石围堰较强夯法围堰在技术上可行、造价较低。大砂袋围堰造价最低,但对施工要求较高。技术、经济及优缺点比较情况见表1。通过表1比较,大砂袋围堰在经济上可节约1000万元,工期可缩短30d,且对后期软基处理及桩基施工无干扰,故本工程推荐采用大砂袋围堰。

4 工程效果

深圳市前海车辆段最终采用大砂袋围堰,目前场区围堰及场区地基处理已完成。根据施工效果分析,大砂袋围堰施工效率很高,实际工时为50d,且大大节约了造价。围堰的整体稳定性较好,大部未发现滑移失稳现象,局部区域因抢工期先在场区内吹填海砂,使淤泥外挤,在围堰部位形成淤泥包,使后填筑的大砂袋围堰在淤泥包的斜面上填筑,导致围堰侧向位移2m,故采用大砂袋围堰施工时应严格执行施工顺序。从整个工程来看,大砂袋围堰满足了设计时在经济上、技术上的要求,同时也满足了后期建筑采用预制管桩施工要求。

5 结语

随着我国沿海填海造地工程的增多,围堰是填海造地工程的一个必要工程环节,在填海工程中临时围堰采用大砂袋围堰在经济上、施工效率上比传统围堰填筑方法有很大优势,同时对后期建筑基础施工无影响,故大砂袋围堰可在类似工程借鉴使用。

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