淺談袋裝砂圍堰施工效率提升措施

傅偉榮 謝李煥 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

南通港呂四港區進港航道及港池疏浚(三夾沙吹填）工程TZWCT-SG2合同段位于南通市通州灣濱海園區三夾沙圍墾項目圍堤內，西臨老海堤，南鄰新團結閘下游港道，堤頂標高8.1m，南、北、東側為新建圍堤。圍墾區東側長為2700m，西側長938m，南側長5848.3m，北側長3800m，總面積942萬m2。施工主要內容包括上延航道錨地疏浚、主海堤填筑（袋裝砂棱體結構）、內港池圍堰填筑（袋裝砂棱體結構）等施工。

本工程圍堰堤身結構為袋裝砂棱體結構。袋裝砂棱體必須在汛期（6月底）前全部完成，否則整體工期將受到嚴重影響，且小型船舶在汛期進行海上作業，安全風險增大，工程效益也將受較大影響。因此必須選擇合理工藝進行砂源供應和充填袋裝砂施工，確保袋裝砂的砂源供應質量及效率。

2.前期施工情況

（1）砂源六區（臨時支航道）取砂。距離施工區較近，正式開工后，由于原有主堤尚未拆除，只能在臨時支航道外段安排自吸自吹船舶取砂進行圍堰袋裝砂施工，受工作面及管線布置的限制，該取土區最多只能安排2艘吸砂船（自吸自吹）進行袋裝砂充灌，由于該區域砂源比較缺乏，總體施工效率較低，平均每天充灌袋裝砂最大達到4000m3/天，每個月按25個有效施工天計算，每月產量為10萬m3。

（2）臨時支航道里段取砂。安排10臺泥漿泵在內港池，以加快充灌袋體進度，由于內港池內主要為相鄰標段取土區且適合袋裝砂施工的砂源也缺乏，該工作面平均每天充灌效率在1500m3/天，每個月按25個有效施工天計算，每月產量為3.75萬m3。

（3）砂源六區距離施工區20.0km，該取土砂源也不足，根據設計圖紙，進場航道外段泥面標高在-6.0～-11.0m，中間段約有3km為淺水區，泥面標高僅為-2.0～+2.0m，里段為-3.0m～-8.0m。

綜合以上3個施工區施工效率，在不變更取土區及施工工藝的情況下，按現有條件下，每天充灌袋裝砂效率為5500m3/天，每個月按25個有效施工天計算，即13.75萬m3/月，2月至6月最大可完成68.75萬m3，無法在汛期前完成全部袋裝砂圍堰施工。

3.影響原因分析

根據現場施工調查情況，從人、機、料、法、環5個環節來綜合分析影響因素，通過樹狀圖法分析，得出影響施工效率的原因。

通過對現場施工各個環節的細致跟進調查，確定主要影響因素為：

3.1 砂源缺乏

對設計取土區域進行土質分析，調查設計取土區砂源是否滿足袋裝砂圍堰施工要求（見表1）。

檢查結果顯示，設計土質取土區內適合袋裝砂土質要求的砂源儲存量僅占11%，無法滿足袋裝砂施工需求量。

3.2 施工工藝不合適

圖1 施工平面圖

圖2 前期取土施工區域圖

圖3 原因分析圖

通過對現有工況、施工工藝進行研討分析，在現有工況條件下，施工區附近砂源缺乏，工作面無法展開，單純采用現有自吸自吹工藝進行袋裝砂圍堰施工，每月產值最大僅可達13.75萬m3，按此效率無法滿足在汛期前完成所有袋裝砂棱體的節點要求。

4.應對措施

為了提高工程施工工效，節約施工成本，根據現場情況，進行詳細分析對策，制定主要影響因素的應對措施。具體應對措施如表2。

5.實施

5.1 變更砂源區

取土區主要是上延航道錨地和臨時支航道兩個區域。在袋裝砂施工取砂過程，發現砂源較為缺乏，多為淤泥質土質，含砂量較低，為探明該區域土質情況，更好的推進本工程施工，對上延航道錨地土質進行組織鉆孔取樣及分析。根據勘察結論，在設計開挖底標高-11.4m（當地理論基面）以上的土質主要是淤泥質粉質粘土與粉土，顆粒較細，局部為粉砂，適合袋裝砂施工的砂源極少。

由于取土區適合袋裝砂施工的良好砂源不足，為確保袋裝砂砂源供應量，現場施工時減少上延航道錨地疏浚吹填量，將部分袋裝砂砂源調整在砂源充足區域。經變更，砂源缺乏得到有效解決。

5.2 采用“吸運吹”工藝進行袋裝砂砂源供應

5.2.1 編寫吸運吹施工方案

根據本工程工況及現有資源，編制《吸運吹施工方案》，主要采用吸砂、運砂、吹砂為一體的工藝進行袋裝砂砂源供應，主要分為三大步驟，如圖5、6。

第一步：吸砂船移船就位在取砂區位置，運砂船停靠在吸砂船邊側，由吸砂船采砂并通過吸泥管線將沙土輸送至運砂船艙內，為保證運輸安全，必須嚴格控制載重量；

第二步：運砂船裝倉完畢后，從取砂區運輸至吹填區圍堤外側，在運輸過程需要乘高潮作業，低潮位時需要在進港航道口門外拋錨候潮，高潮位時運輸進港作業。

表1 設計取土區土質及工程量表

表2 應對措施表

圖4 袋裝砂新取土區域

第三步：運砂船抵達吹填區圍堤外側后，停靠在吹砂船邊側，吹砂船將吸泥管線放入運砂船的船艙內，并將沙土直接沖灌袋裝砂體。

施工方法：①確定圍堰施工位置并按設計圖紙要求進行土工布袋體等材料的加工，同時進行測量放樣。②選定取砂區。按照設計施工圖紙規定的取砂區域，如果發現砂源不足或不符合要求，需要另外尋找取砂區域并進行鉆探取樣及土質分析，保證砂源的儲備量。③確定船機設備。根據每天施工計劃強度、運距、運輸路線水深條件、候潮時間及天氣影響等確定船機設備的配備。

5.2.2 確定船舶配置數量

（1）船機設備性能及效率分析。

①吸砂船。吸砂船屬非自航船舶，利用吸砂泵將砂土由管道輸送至運砂船船艙內，吸砂效率約為400m3/h。

由于該類船舶型號較小，船舶抗風浪能力較弱，只能適用于風力在6級以下的良好天氣，根據現場實際施工條件，考慮天氣因素、設備維修、施工停歇等因素影響，正常情況下每天實際施工時間約為15h～20h，實際工效為400m3/h×15h～20h/d=6000～8000m3/d。

②運砂船。由于施工區域附近的砂源缺乏，吹沙船舶無法就地取砂施工，必須采用外運砂方可完成施工任務，自航運砂船即運輸船舶，主要起到運輸作用，將砂源從取砂點運輸到吹砂船，再由吹砂船將砂源輸送到指定區域。

圖5 吸運吹沖灌袋裝砂施工工藝流程圖

圖6 吸運吹沖灌袋裝砂施工示意圖

表3 施工船舶配備表（一組）

表4 對策實施后各月施工完成工程量表

圖7 效果檢查柱狀圖

每艘運輸船裝載能力為1000m3，滿載航速約4節，空載航速約7節，運輸距離按15海里計算，則往返一次需要的時間=（吸砂時間）+（滿載航行）+（吹沙時間）+（空載航行）=1000÷400+15÷4+1000÷350+15÷7=11.25 h。平均每天可完成2船，工程量約為2000m3。

③吹砂船。吹砂船與吸砂船類似，屬于非自航船，吹砂船利用錨固定，占用水域較小，施工干擾小，吹砂船從運輸駁船船艙內吸砂輸送，吹砂濃度較高，一般為20%左右，吹距可達2km左右，吹砂效率約為300m3/h。

吹砂船采用φ400mm塑膠管線進行泥沙輸送，在臨近充填袋裝砂施工區域時，在管線末端增加分流裝置，一般增加分流閥，分流閥分4～6個直徑15cm小型管線，便于將泥沙均勻分至各輸送小管線，并直接用于充灌砂袋，距離較遠時可增加接力泵進行輸送。

根據實際施工條件，考慮天氣因素、設備維修、施工停歇等因素影響，正常情況下每天實際施工時間約為20h，實際工效為300m3/h×20h/d=6000m3/d。

（2）船機配備。在制定施工方案、確定船機配備后，吸砂、運砂、吹砂為一體的“吸運吹”施工工藝得到有效實施，考慮受候潮施工和船機設備干擾等因素影響，實際每組吸運吹可完成充灌袋裝砂量約為4000～6000m3/d，根據氣象資料統計，平均每月實際可施工天數在22-25天，每月每組吸運吹可完成實際產量約為88000～132000m3/月，投入4組吸運吹設備可滿足項目施工要求（如表3）。

6.應對措施效果檢測

通過沙源地變更及采用“吸運吹”施工工藝進行施工，6月份前能夠按期完成全部袋裝砂圍堰施工任務，平均每月產量達到34.5萬m3。

詳見表4和圖7。