吹填及軟基處理工程水門布置優化

譚洪平，孫曉峰，吳松華，

(1.寧波市上航港務有限公司,浙江寧波 315021；2.中交上航局航道建設有限公司,浙江寧波 315200)

0 引言

隨著沿海開發進程的加快，我國灘涂圍墾工程造地量逐年增加，其中吹填土真空預壓軟基處理工程占了很大份額，處理工藝的核心是吹填土排水固結，而將土體中的水排出加固區是提高施工效率、降低施工成本、保護加固成果的關鍵，過圍堰的水門則是排水系統的關鍵點。

吹填階段由吹泥船將泥水混合物吹至吹填區（加固區），吹填過程需同時將余水排出加固區以提高泥漿濃度，吹填階段的主要排水設施是水門。水門是在圍堰施工時布設的排水構筑物，由排水管、水門箱、水門板等結構組成。通過水門板控制水量，水流通過排水管穿過圍堰排出加固區，具有調控方便、安全可靠的特點。由于目前淺層軟基處理都采取排水養護的工藝，軟基處理施工階段以及卸載后的排水要求較高，只要水門布置合理就能滿足排水要求，而不需要破堤排水（在圍堰上開排水口，有決堤風險），也不需要設水泵強排。

1 水門布置的缺陷

在目前的吹填及軟基處理工程設計和施工中，對水門布設數量和位置、底標高、安裝工藝的設計和施工不夠重視，還存在一些缺陷。

一是目前的水門布設位置僅考慮前期吹填階段排水，而忽略了軟基處理施工過程的排水，因此在軟基處理時，大部分水門不能發揮作用。

二是對水門底標高的設計缺乏對地基沉降和加固區卸載后排水的考慮，導致排水管底標高過高，無法自然排水。

三是水門的安裝工藝缺乏對排水管受力驗算和管基礎不均勻沉降的考慮。部分水門在使用過程中排水管法蘭斷裂，刺破袋裝砂導致水流掏空圍堰，圍堰發生管涌事故，不得不封堵水門作報廢處理；個別水門排水管尾端翹起，導致排水效果得不到發揮。

2 水門布置的優化方案

由于以上幾個方面的缺陷，目前吹填及軟基處理工程中的水門沒有充分發揮排水作用，施工過程中排水成本增加，甚至由于水門安裝不當導致圍堰出險。針對這些缺陷，提出以下優化方案。

2.1 水門數量和位置優化設計

吹填區水門的數量應根據吹泥速度控制，保證在最大吹泥效率時，水門能夠排出相應的水量，還應考慮達到吹填標高突降暴雨等不利工況組合的排水。水門布設位置要結合吹填階段和軟基處理階段排水要求綜合考慮。

根據吹填階段的排水要求，水門位置應結合吹泥口位置、原始地形、吹填區外部排水通道等多個因素綜合考慮。水門一般布置在吹泥口遠端，以保證泥漿經過較為充分的沉淀，避免大量淤泥流出。此外，宜將水門設置在原始灘涂較低位置，在吹填前期就能及時排水促進泥漿沉淀；并應充分利用原始灘涂較低側通常有自然的排河道、水溝等條件，利于排水。

軟基處理階段，密封溝內泥面標高最低，尤其原始地形較低一側密封溝位置，利于排干區塊積水，因此水門宜布設在與圍堰垂直方向的密封溝位置。由于密封溝較多，在每條密封溝位置都安裝水門是沒有必要的，宜選取若干密封溝作為排水主溝（集水溝）位置設置水門，保證加固區各位置都有較近的排水路徑。

大部分軟基處理工程加固區都分為道路區和地塊區，其中道路區一般采用二次處理的工藝。道路區一次處理沉降較地塊區小，且砂墊層鋪設之后整體比地塊區高；道路區之間密封溝為方便機械插板施工多數上砂填實，且砂墊層施工伴有大量積水，道路區形成一道阻水屏障，道路區將加固區分割成為若干相對獨立的區域。在這些區域中，為方便地塊區排水，宜將地塊區中間密封溝作為排水主溝（集水溝），水門宜布設在排水主溝過圍堰位置，如圖1所示。

圖1 水門位置示意圖

綜合以上各因素設計水門的數量和位置，以同時保證吹填階段和軟基處理階段的排水要求。

2.2 排水管底標高優化設計

排水管的底標高就是加固區通過水門排水的最低水位。吹填階段和軟基處理階段對排水管底標高的要求是宜低不宜高。排水管底標高應考慮最不利工況下的排水需要，就是道路區二次處理卸載之后的排水工況。應根據設計文件計算道路區處理后的標高使水門充分發揮作用，排水管底標高應低于道路區處理后路面標高0.5 m以上；道路區卸載之后，水門可繼續作為整個加固區的排水過堤通道，而不必破堤排水。

2.3 水門安裝工藝優化

水門在圍堰施工時安裝，圍堰施工至排水管設計底標高后，安裝排水管，再安裝水門箱和水門板。

需要注意的是在砂圍堰上安裝排水管時，需要根據設計管徑上部圍堰尺寸和應力分布，選擇有足夠剛度和承載力的排水管，排水管壁厚（一般不小于8 mm）和法蘭連接處要經過承載力驗算，避免排水管折斷或者變形。若是圍堰沉降量較大，一般壁厚的排水管無法承載上部荷載而變形彎曲，則應在應力變化較大位置設置橡膠接頭，以適應圍堰橫向變形，避免排水管翹起等現象（見圖2），同時可避免管道法蘭連接處應力集中斷裂并刺破袋裝砂圍堰。

圖2 排水管尾端翹起

圍堰施工到管底高程時，上層砂袋預留安裝排水管的矩形溝槽，溝槽兩側預留排水管吊裝的安全距離。管道外壁用200 g/㎡無紡布包裹，避免法蘭等位置頂破袋裝砂。排水管安放到位后將管道兩側縫隙用泥袋（可用高強度編織袋裝砂代替）填滿，并略高于兩側袋裝砂，上下游用黏土或泥袋密封，避免管外過水導致管涌。施工過程中袋裝砂有破損應縫補防止漏砂。排水管下游出水口應采取消能措施，一般用拋石護底，避免沖刷圍堰基礎。

排水管安裝到位后進行水門箱的安裝和上層袋裝砂施工，水門箱先安裝一到兩組，宜保持豎直（見圖3）。水門箱隨吹填時水位升高逐步加高，同時加裝水門板。上層袋裝砂施工時不可破壞排水管的無紡布以及填充砂袋等防護措施。

圖3 水門安裝時微調水門箱方向保持豎直

水門使用時要有專人控制，隨著水位提升逐步安裝水門板，保證及時排水，避免水門板安裝不及時導致大量泥漿流出。

3 結語

吹填及軟基處理工程中，在合理的位置，按照合理的施工工藝和排水管底標高設計來布置水門，就能夠滿足工程全過程以及卸載后排水的需要；避免破堤排水影響圍堰完整性，同時減少水泵強排水，很大程度上能提高施工效率、降低施工成本、保護軟基處理加固成果。