海域高速公路圍堰填筑及堰體防滲層施工技術研究

詹書瑞，張金玉，楚晉陽

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

526國道岱山段改建工程位于浙江省岱山縣，為環島公路，全長約23.638 km，其海域段路基長度為9.783 km，工程內容包括海域段軟基處理和路基填筑。海域段路基地處近岸海域灘涂，地層為深厚海積淤泥質黏土，地基承載力差，設計采用預應力管樁、素混凝土樁及塑料排水板的方式進行軟基處理，如圖1所示。受海洋環境影響，需要先在外海側修建圍堰隔離海水[1]，給海域軟基處理提供無水作業面。

圖1 海域公路軟基示意

1 工程地質

1.1 地層巖性

海域段路基原始地貌為灘涂，上部分布厚層(20 m～22.6 m)海積淤泥質土，流塑狀，工程性質差[2]。中下部主要以沖湖積粉質黏土為主，灰黃色，局部含礫石，可塑-硬塑狀，工程性質較好。下部分布沖擊圓礫，中密狀，局部夾含礫粉質黏土。下伏基巖為晶屑熔結凝灰巖，青灰色、淺灰紫色，巖質較硬，節理發育，巖體較破碎，基巖面起伏大。

1.2 水文地質

海域段路基地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。基巖裂隙多呈閉合狀，屬貧水層。本工程區域主要為孔隙潛水，分布于海積平原及灘涂，含水介質為淤泥質土、粉質黏土、含礫粉質黏土、粉砂、圓礫等，以黏性土為主，滲透性差、水量貧乏，潛水位埋深一般0～1.5 m。

1.3 水文特征

潮汐為不規則半日混合淺海潮流區，呈現往復流運動形式，潮流較強，最大漲潮流速達1.82 m/s,最大落潮流速為1.48 m/s，漲、落潮流向穩定，且與岸線平行。余流亦較強，一般大于0.1 m/s,最大可達0.56 m/s。潮流受季節變化明顯，一般夏季潮流流速大于冬季潮流流速。海域段潮位特征值根據岱山站觀測資料，岱山站自1978年—2013年，已有36年連續觀測的資料系列，該站歷年最高潮位3.08 m，平均高潮位1.14 m，最低潮位-2.05 m，平均低潮位-0.8 m，平均潮位0.22 m。

1.4 波浪特征

海域波浪以風浪及混合浪為主，大浪主要為風浪，出現在每年的8月—12月，一般由臺風及秋冬季寒潮大風引起。常浪向N～NNE向，出現頻率16.3%，強浪向為NNE，實測波高3.3 m。

2 圍堰方案比選

圍堰填筑及防滲層施工是海域高速公路的一道關鍵工序，結合工程地質情況，目前較為常用的有3種方案，即土石圍堰、鋼板樁圍堰、膜袋吹砂圍堰，方案比選見表1。

本項目位于海域灘涂地段，根據地勘資料，施工區域分布厚層海積淤泥質土，承載力小，若采用較為現代化的打樁設備進場施工，則需要搭設鋼棧橋或鋼平臺，施工費用高。因受海洋生態環境限制，不允許施工范圍超出紅線占用海洋用地，為保證有效施工范圍，鋼板樁需要打設在紅線范圍以外。因此，按方案2實施不合理、不經濟。

表1 方案比選

本項目受海水潮汐影響，海水不斷沖刷圍堰堰體，則需要體積大、自重大的圍堰結構形式，以保證堰體的整體穩定性。因海洋日照強烈，膜袋質量不易保證。本項目位于海域灘涂地段，吹砂船不易靠近。若按方案3實施不經濟，且質量不易保證。

采用土石圍堰全斷面一次立堵填筑合龍，可適應本項目的施工環境。在海域軟基處理及路基填筑完成后，可將圍堰修整成為設計鎮壓平臺結構形式，無需拆除。防滲層所需材料費用低，且可就地取材。綜上分析，按方案1實施可行。

3 圍堰填筑技術

3.1 單層圍堰及其防滲層

1) 適用條件

水深3 m以內、水流流速0.5 m/s～1.0 m/s[3]，退潮時，海域灘涂裸露地段，采用單層圍堰及邊坡型防滲層。

2) 工藝原理

單層圍堰采用全斷面一次立堵填筑而成，圍堰坡腳主要依靠海域本身透水性差的淤泥質黏土隔離海水，圍堰堰身防水利用淤泥加兩布一膜土工布[4]防水，并增加在圍堰底部采用防滲土工布埋入海積淤泥質黏土的方式防水，從而形成一個整體的防滲系統，如圖2所示。

圖2 單層圍堰及防滲層[5]

3.2 雙層圍堰及其防滲層

1) 適用條件

水深3 m～6 m、水流流速1.0 m/s～2.5 m/s，退潮時，海域灘涂仍位于水面以下地段，采用雙層圍堰及閉氣土芯墻式防滲層。

2) 工藝原理

采用雙圍堰平行進占填筑方式，圍堰坡腳主要依靠海域本身透水性差的淤泥質黏土隔離海水，雙圍堰之間填筑海積淤泥質黏土閉氣，從而形成一個整體的防滲系統，如圖3所示。

圖3 雙層圍堰及防滲層

4 施工工藝

4.1 單層圍堰及其防滲層施工工藝

1) 圍堰填筑(修坡整平)

K22+480～K22+622.4段海域灘涂面高程較高，退潮時，灘涂暴露在外，外海側圍堰可采用豎向傾填法全斷面[6]一次立堵填筑[7]。圍堰高度4 m，圍堰頂寬6.5 m，圍堰內外側邊坡坡度1∶2[8]。圍堰填筑后采用挖機對圍堰迎水面邊坡進行修坡拍實并填筑片石進行整平[9]，如圖4所示。

2) 黏土填筑

圍堰迎水面邊坡整平后，就地取材采用海積淤泥質黏土鋪設20 cm作為防滲基層及找平層，如圖5所示。黏土鋪設時保證厚度均勻，不得出現漏鋪、空洞，人工檢查鋪設質量，不滿足要求的進行修補，在保證自身質量的同時為防滲土工布提供平整、堅

圖4 圍堰邊坡整平

實的基層[10]。

3) 防滲土工布鋪設

黏土填筑后進行防滲土工布施工，兩布一膜防滲土工布在沿海地帶是常用的防滲材料，有2層無紡土工布及一層聚乙烯塑料薄膜組成，具有良好的防滲性能[11]，其主要技術參數見表2。

圖5 圍堰邊坡黏土填筑

表2 防滲土工布主要技術參數[12]

土工布鋪設應在干燥暖和天氣進行，鋪設防滲土工布時，步驟如下：1) 在圍堰頂部采用石塊順圍堰方向將防滲土工布進行壓頂，即壓膜墩，尺寸為2 m×0.9 m；2) 從圍堰頂沿邊坡向下徐徐展放防滲土工布至坡底[13]，鋪設時不應過緊，應留足夠余幅(約1.5%)，以便拼接和適應氣溫變化[14]。每幅土工布鋪設完成后，即用袋裝碎石進行壓蓋，防止風吹，壓蓋時，留出焊接寬度；3) 土工布采用溫控粘合機進行熱熔連接，搭接寬度不小于10 cm，接縫從圍堰頂部沿著圍堰邊坡延伸至圍堰底部，不允許出現斜坡上有水平方向的接縫，如圖6所示。

圖6 鋪設防滲土工布

根據地勘資料，本項目海域施工范圍內分布有層厚約為20 m～22.6 m的海積淤泥質黏土，呈流塑狀、透水性差。一般情況下，巖層滲透系數小于1.157×10-6cm/s可認為是不透水層[15]。根據地勘報告地層物理力學性質指標，本工程海域淤泥質黏土水平滲透系數為3.85×10-7cm/s，豎向滲透系數為3.3×10-7cm/s，屬于不透水層。

在圍堰坡面鋪設防滲土工布延伸至圍堰底部，下端與海積淤泥質黏土相連接，具體做法是在圍堰底部利用挖機對底部淤泥開挖2 m×2 m(深×寬)的基槽[16]，然后將防滲土工布埋入基槽中，用開挖的淤泥進行回填，利用防滲土工布及海積淤泥質黏土形成整體封閉的外坡型防滲層，防止海水進入圍堰內。

4) 袋裝碎石壓頂(無紡土工布鋪設)

為防止海水直接沖刷防滲土工布，在每一節段防滲土工布鋪設合格后，即用30 cm厚袋裝碎石進行壓頂，袋裝碎石擺放平整均勻，并在頂部鋪設一層無紡土工布，搭接寬度不小于1 m，如圖7所示。無紡土工布具有良好的透氣性和透水性，可使水流通過，從而有效截留砂土等細小顆粒，降低孔隙比。

圖7 袋裝碎石壓頂

5) 大塊石理拋

袋裝碎石壓頂結束后，最外層用大塊石進行理拋。施工時，由下層向上層逐層理拋，每層寬度不小于2 m，利用大塊石消減海水的沖刷力，對袋裝碎石及整個防滲層起到保護作用，如圖8所示。

圖8 大塊石理拋

4.2 雙層圍堰及其防滲層施工工藝

1) 圍堰填筑(修坡整平)

K20+000～K22+226段海域灘涂面高程較低，潮水流速在1.0 m/s～2.5 m/s之間。退潮時，海域灘涂仍然位于海水以下，無法使用邊坡防滲層進行防滲，考慮海域灘涂面高程及防滲效果，針對該種海域條件下采用雙圍堰平行進占填筑方式。該段落較長，將該段分成200 m～300 m一個段落，以避免其中一處滲水而影響整個圍堰防滲效果。

2) 黏土填筑

海積淤泥質黏土天然含水量48.2%，天然孔隙比1.37，飽和度96.7%，水平滲透系數3.85×10-7cm/s，垂直滲透系數3.3×10-7cm/s。在雙圍堰填筑成型時，利用海積淤泥質黏土天然的不透水性質，填筑在雙層圍堰之間形成隔水層，然后對圍堰以內工作面的海水抽排形成干作業面。

5 質量驗收

5.1 圍堰填筑質量控制

1) 拋石質量驗收

為保證圍堰整體的穩定性，本項目圍堰底層及坡腳塊石粒徑控制在600 mm×800 mm×800 mm～800 mm×1 000 mm×1 000 mm[17]之間，圍堰中上層塊石粒徑控制在300 mm×400 mm×400 mm～600 mm×800 mm×800 mm[17]之間。

2) 拋石測量控制

為保證圍堰的范圍、頂面高程、寬度滿足要求，本項目在施工過程中嚴格定位，保證圍堰拋石位置精確，不超出紅線范圍。在每層填筑時，對圍堰寬度進行量測，以滿足圍堰穩定性。在圍堰填筑后對頂面高程進行復核，保證其高于平均高潮位至少0.7 m。

3) 分層填筑驗收

為了防止拋填區因某個位置過量拋填而引起崩塌，或因某個位置拋填不夠而導致拋填進度過緩，在填筑過程中對拋填進行分層控制，控制每層填筑寬度、頂面高程及平整度。

4) 圍堰沉降觀測

圍堰施工完成后，沿著圍堰縱向每隔20 m設置1個觀測點，3 d檢測一次，前3周沉降量較大，第4周開始趨于穩定，5 d觀測一次，觀測結果如圖9所示。

圖9 沉降量-時間變化曲線

5) 質量驗收標準

圍堰填筑質量驗收標準見表3。

表3 土石圍堰填筑質量標準

5.2 防滲層質量控制

本項目施工過程中對防滲層檢查驗收的主要內容包括基層，土工布鋪設方向，土工布的接連或搭接，壓重和防護層等。

1) 基層質量驗收

圍堰邊坡黏土鋪設平整，厚度均勻，無漏鋪及空洞，無大塊石尖棱凸起。

2) 土工布敷設質量驗收

防滲土工布表面無機械(加工)劃痕，無氣泡和雜物，無裂紋。防滲土工布敷設表面平整、無褶皺、無孔洞破損。防滲土工布熱熔焊接的焊縫搭接寬度≥10 cm，焊縫質量合格。頂部壓膜墩能有效保證防滲土工布不出現滑落現象。底部溝槽開挖尺寸能有效保證防滲土工布埋設深度，不出現防滲土工布外露現象。

3) 壓重質量驗收

袋裝碎石壓重寬度≥2 m，從下往上逐層錯縫碼放整齊，碎石上鋪無紡土工布形成反濾層，反濾層搭接寬度≥1 m。

4) 防護層質量驗收

圍堰外層大塊石理拋每層寬度≥2 m，最外側大塊石不規則擺放，能夠有效消減海水的沖刷力。

5) 質量驗收標準

防滲層施工質量驗收標準見表4。

表4 防滲層施工質量標準

6 效益分析

在同等工程環境下，選取每100 m數據，對常用的3種圍堰施工方案的施工成本進行對比分析，結果見表5。

表5 海域公路圍堰施工成本對比(每100 m)

由表5可知，相同工程環境下，土石圍堰方案成本較其余方案低，具有較好的經濟效益。

7 結束語

1) 526國道岱山段改建工程海域路基圍堰自2018年5月開始填筑，同年8月全部結束，平均每月填筑2.5 km，經過3個月的監測，圍堰沉降趨于穩定。

2) 防滲層自2018年9月開始施工，同年12月全部結束，經歷3個月共6次大潮觀測，圍堰基本無滲水現象。

3) 該工程實施效果表明，在海域灘涂地段，采用單層圍堰及雙層圍堰施工工藝能夠滿足進度和質量要求，是一種行之有效的施工方法，為海域灘涂地段圍堰施工積累了寶貴經驗，可供同類海域公路施工參考。