灘地粘質粉土充袋技術在黃驊地區的應用試驗

余 競，云 霄，孫 鵬

（中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海 200120）

引言

隨著工程技術的發展，對材料的要求也越來越高，因為工程材料的使用對經濟支出會有巨大的影響，所以必須對工程整個過程的材料加以試驗并設計詳盡的方案。因此，通過合理的方法做好相應的試驗預案加以實施，有效的減少工程開支和提高安全性成為了重中之重。

1 工程概況

黃驊港位于渤海灣南側，為粉質海岸，當地建材缺乏，筑堤材料淺水段主要以堿性土拌和石灰為主，深水段以昂貴的拋石為主，為解決港區大規模開發所急需的經濟合理的筑堤材料，業主委托我院進行臨時隔堤試驗段工程，為灘地土充袋技術在黃驊地區的推廣應用提供技術儲備。

臨時隔堤長度為1780 m，灘地標高+0.1 m 左右（85 國家高程，下同）。采用袋裝砂堤心結構，頂標高+2.0 m，頂寬為3.5 m，兩側邊坡1:2。

1＃隔堤的實施主要有兩個功能，主要是在3＃拋石龍口合攏前，封閉1＃圍區的水域以減少整個庫區的面積，起擋水作用；其次，在工程實施過程中了解當地土質的組成情況、充灌的效率、袋體固結情況和當地條件的匹配性和適應性，為袋裝砂工藝在黃驊港的推廣應用提供技術儲備。

工程已充灌了53 個底層袋、7 個第二層袋和4個堵串溝砂袋。由于條件的限制，我部跟蹤了具有代表性的15 個袋體，記錄分析了灘地土在各試驗袋體的現場充灌、固結情況，并在取砂坑及各試驗袋體內取土樣進行室內容重、顆分等試驗。

2 現場試驗

2.1 天氣和海況

黃驊地區4、5 月份為大風多發月份，強風向為E～NE 向，根據國華電廠三千噸級碼頭處氣象站4 月份實測風況統計，4 月份有16 天出現6 級（＞10.8 m/s）以上大風，其中有8 天出現了7 級風(＞13.8 m/s)，實測最大風速為16 m/s，風持續時間2 h～17 h 不等。

6 級以上風平均歷時5.9 h/天，全月累計歷時94 h，出現頻率為12 %，其中E～NE 向6 級以上大風出現頻率為72 %。因暫缺5 月份實測風資料，該月份的大風歷時無法精確統計，但根據氣象預報資料和項目部施工日記記錄，5 月份大風情況和4月份相差無幾。

根據現場觀測，當出現6 級以上大風時，1＃隔堤外側海域波浪有泛白花現象，按海況現象分析估計浪高有0.8 m。

2.2 袋體充灌情況

目前現場共充灌了5 種類型袋體[1]。

A2 型袋體用于底層砂袋，目前編號1-＃1～1-＃15 袋體已充灌完成。根據現場情況，取有代表性的1-＃1～1-＃10 袋體進行統計。

B1 型袋體和新加工的3 種類型袋體用于第二層砂袋，每種類型的袋體均有詳細的現場跟蹤測量記錄。2-1＃～2-5＃袋體繼續補充至5 月9 日左右，據現場人員記錄，每個袋體均補充多次，除2-1＃袋體外，其他4 個袋體的充灌時間相當，在3.5 h～4.5 h 之間，經實測袋體厚度最終統計試驗袋體充灌效率均在23 %～29 %之間。

2.3 實測數據統計

2-1＃～2-5＃袋體經過兩個潮水充灌，在兩次現場測量及充灌固結完成，5 月10 日實測后記錄袋體厚度、落錐陷入度等見表1[2]。復合布袋體兩側滲出以清水為主，編織布袋體兩側滲出以泥漿水為主。2-1＃袋體從4 月30 日開始充灌，截止5 月6日至少充灌4 次以上。

表1 袋體厚度和落錐陷入度

2.4 實測數據分析

通過充袋情況統計和現場實測分析，基本可以得出以下幾點認識：

1）2～3＃袋體的充灌效率為35 %左右，其他3 種類型袋體的充灌效率在28 %左右，總的來說復合布袋體在同樣設排水口的情況下充灌效率高于編織布袋體；

2）從兩次實測5 個袋體厚度表明不設排水口的2～4＃復合布袋體排水性差，充灌的淤泥無法沉淀，在漲落潮中被帶走，導致有效厚度降低；

3）5 月4 日實測袋體落錐陷入度約10 cm，5月6 日實測袋體落錐陷入度約2 cm～4 cm，袋體在充灌一個潮水后基本固結需2 天時間；

4）袋體充灌歷時跟設排水口有關系，5 月4 日充灌時無排水口情況下充灌時間要短0.5 小時左右；

5）5 月6 日、10 日兩次實測估算2-3＃袋體的每小時充灌方量在12 m3/h 以上，較其他幾類試驗袋體提高30 %左右；

6）從5 月10 日實測情況來看，第二層袋體的平均單位時間方量要略高于底層編織布袋體，相比之下復合布的充灌效率較高。

3 室內試驗工作

3.1 試驗概況

室內試驗主要包括以下兩個方面工作：

1）對不同規格的土工布袋，主要測試它們的滲透系數和等效孔徑情況，經測試的土工布袋規格有多種，本報告主要提供可被選為現場袋體的材料試驗成果：150 g/m2編織布、120 g/m2無紡布＋180 g/m2編織布、150 g/m2無紡布＋230 g/m2編織布三種規格[3]。

2）對相同的原狀土充填進入不同的土工布袋后，經排水固結后重新組成的新結構土進行土的顆粒和不均勻系數測試。通過對充填前后土的顆粒和不均勻系數分析土的保土性，結合現場土的固結情況和落錐陷入度定性確定袋土的整體滲透性，選擇合適袋體。

依據試驗規范，其中土工布的試驗一般取10個樣品檢測成果的統計值。土的顆分試驗采用篩析法和密度計法聯合測定。其中某一編號的土體顆分試驗結果見圖1。

圖1 編號5 土體顆分曲線

3.2 試驗結果分析

試驗結果分析主要圍繞三個方面進行：

1）不同規格的土工布袋，滲透性、保土性和等效孔徑情況；

2）同樣的原狀土充填進入不同的土工布袋后，袋土的顆粒組成情況，不均勻系數情況；

3）余留袋土的固結時間。

通過試驗150 g/m2編織布滲透系數為3.3×10-3cm/s，等效孔徑O95 為0.11 mm；230 g/m2編織布+150 g/m2無紡布滲透系數為1.8×10-2cm/s，等效孔徑O95 為0.08 mm。試驗結果表明經過復合后的土工布袋的滲透系數和等效孔徑滿足設計要求。

充填前后土的顆粒組成情況發生變化，粒徑>0.10 顆粒含量（百分比）基本不變，粒徑在0.10～0.01 之間顆粒含量（百分比）有所增大，粒徑<0.01 顆粒含量（百分比）有所減少，說明隨水的滲流同時土樣中細顆粒發生流失。土樣充填前，內側取砂坑土土樣比重2.72，外側取砂坑0.2 m 深度土樣比重2.70，0.5 m 深度土樣比重2.71，1.0 m 深度土樣比重2.71，充填后土比重2.71。同一比重數值對應同一種類型的土，比重從2.68 每增加0.01變化到2.75 的8 個值對應8 種類型土。根據規范比重2.70 為砂質粉土，比重2.71 為粘質粉土，比重2.72 為粉質粘土，也說明土的顆粒組成發生變化[4]。

土的不均勻系數反映土的級配情況，不均勻系數大于5 的土為級配良好土，不均勻系數小于5 的土為級配不好土，從表可以看出180 編＋120 無、150 編＋150 編、230 編＋150 無、230 編＋100 無、150 編5 種袋內土雖然均為級配不好土，但180 編＋120 無袋內的不均勻系數為3.99，230 編＋150 無袋內的不均勻系數為3.85，其他袋體不均勻系數為3.71，180 編＋120 無袋體內的土是級配不好土中相對好些的土。

通過現場跟蹤觀察，180 編＋120 無、150 編＋150 編、230 編＋100 無、150 編各袋體充填后土體滲透固結時間基本相同，均為6 天左右，230 編＋150 無袋體充填后土體滲透固結時間相對較長為10天右。從三方面綜合考慮可以發現180 g/m2編織布＋120 g/m2無紡布的土工布袋具有中等滲透性，良好保土性和充灌效率高的特點，宜作為本地的推薦充灌袋體。

3.3 袋裝砂生存試驗

本工程共完成各類尺寸的充灌袋體140 個，袋體在自然條件下裸露時間最長達45 天，平均為20天左右。從結果看，近2 個月來袋體經歷了多次風浪的考驗，袋體漂移0 個，袋體偏位3 個，局部損壞及被淘刷袋體5 個。根據袋體抗風浪情況調查結果顯示，受影響的袋體數量占袋體總數的6 %左右[5]，與其他地區類似，說明袋裝砂結構可適應當地的自然條件，但風浪還是有一定的破壞力的。

通過對受影響袋體的分析，主要原因如下：

1）灘地土質差，一個潮水充灌有效方量太少，自重不足以抵抗大風浪；

2）有人為損壞的因素存在；

3）充灌土質太細，風浪流易對袋體產生淘刷。

3.4 5#砂源孔試驗

5#砂源孔試驗的主要內容包括2.5m 表層土的剝離、下層粉土充灌試驗以及下層土樣分析。主要結論如下：

1）采用泥泵剝離效率低，取砂效率更低。采用泥泵進行剝離表土大約花了1～2 天的時間，但取砂非常困難，主要原因是在可利用的潮時內，泥泵抽吸了很多上個潮水余留在坑中的海水。砂坑越大，泥泵的利用率越低，所以，下一階段采用開敞砂坑時不宜采用泥泵開挖大型泥坑。同時，效率低，還有人為因素的干擾。施工期間由于漁船干擾，切斷了施工電纜，造成停電停工，后期為了保護電纜斷頭，采取了一定的保護措施，同時為了安全生產對電纜使用采取了限制性使用的措施，都使5#孔的取土效率低下[6]。

2）5#孔土質情況：根據現場取樣和充灌情況，5#孔下砂源砂質屬砂質粉土類，含泥量小，在完成剝離情況下進行充填，5#孔下的土質用于充填是可行的，估計其效率較目前的灘地土提高50 %以上。

3）5#孔砂土蘊藏量：試驗組在5#點以西50 m和以北100 m 進行了高壓沖水試驗，發現這兩點砂質粉土層小于50 cm。可見，本地附近土層變化很快，5#孔土層分布根本無法代表周邊情況。因此，5#孔僅代表小范圍情況，在蘊藏量不明的情況下，難以滿足疏港路的砂源需求[7]。

4）鑒于5#孔的土層變異大的實際情況，對于下一階段的砂源應進行高密度布孔勘探，方可確保把握地層分布的準確性和砂源量的準確性。

4 結論

1）采用1＃隔堤附近灘地表層粉土充灌袋體的工藝是可行的，袋體固結后平均厚度可達45 cm 以上，但其固結時間長，效率低下；

2）灘地可用砂源分布極為不均勻，經常移泵，灘地取砂效率極低。單個袋體一般需至少充灌4 個潮水，完全固結需5 天以上；

3）2-3＃袋體（180 g/m2編織布＋120 g/m2無紡布）的單位時間方量在第二層四類型袋體中最高，可作為推薦袋體類型；

4）根據室內試驗結果，針對目前灘地土細顆粒多的情況，推薦袋體宜選用180 g/m2編織布＋120 g/m2無紡布的土工布袋。

5）袋體類型對充灌潮次、總固結時間影響不大，只是對充灌歷時、單位時間方量有影響。

6）袋裝砂對當地條件的適應性：在施工過程中只發現很少袋體因風浪作用而發生局部位移及淘刷現象，總體而言，該結構能較好的適應附近的自然條件。