吹填工程及圍堰工程設計的必要性研究

陳浩然

（北京城建集團有限公司，北京 100088）

0 引言

圍堰技術是吹砂造陸工程建設中一項重要工作環(huán)節(jié)，能為吹填建設工程做好建設的基礎性工作。吹填工程的作業(yè)人員需要一個穩(wěn)定而干燥的作業(yè)環(huán)境，圍堰技術發(fā)揮該作用。因此，圍堰工程一定程度上影響吹填工程的發(fā)展，相關的施工管理人員必須盡可能做好圍堰技術工作。

眾所周知，吹填造陸工程建設具有一定的綜合性與復雜性，為了提高吹填造陸工程建設的效率與質量，需要創(chuàng)設良好的吹填施工環(huán)境與排水通道。吹填造陸工程中關于在基坑內(nèi)施工有較高的環(huán)境要求，而圍堰工程可以提供相對封閉的作業(yè)環(huán)境，為吹填沙的存放和固結提供了外在保障。因此，從技術層面講，圍堰技術具有極高的應用價值和必要性。

在吹沙填陸工程基坑作業(yè)中，如果對建在圍堰基礎上的建筑物能應用圍堰技術并長期保留，則圍堰本身也能保留。圍堰技術的應用可以保護基坑內(nèi)的建筑物，防止其受到流水的沖刷和腐蝕，從而保證整個內(nèi)部設備的穩(wěn)定性[1]。

1 工程概況

海事大學建設項目位于吉大港東北部城市，距市中心5km。海事大學用地呈梯形，夾在Kamaphuli河和Kalurghat BSCIC工業(yè)區(qū)之間。總面積約為45萬m2；可容納學生總人數(shù)為6000人。總建筑面積為395000m2；一期建筑為205105m2。建筑物包括學術建筑、行政街區(qū)、參議院大樓和會議廳、學術中心、清真寺、學生宿舍、員工宿舍和宿舍、官員/教師的宿舍和宿舍、校長辦公室、風投辦公室、休息室、停車場和車間、實驗室和車間大樓、醫(yī)療中心、工程辦公室、體育中心等，如圖1所示。

圖1 海事大學吹填

2 吹填及圍堰存在的問題

2.1 吹填厚度大

根據(jù)提供的現(xiàn)狀測圖顯示及2019年10月01日會議確定的結論，現(xiàn)狀場地邊界線內(nèi)最低標高為-2.00m，最高標高為4.729m，平均標高為1.194m。而吹填完成后的標高約在6.0～10.0m，也意味著吹填最大厚度可達到12.00m。而吹填土體及現(xiàn)狀地層的沉降是一個漫長的過程，就會帶來兩個問題需要解決：①如何在吹填施工中確定沉降時間及沉降量，以便確定是否需要人工干預沉降固結過程。②建筑物采用樁基礎，基本無沉降，需考慮建筑物與周邊場地的差異沉降。吹填現(xiàn)場標高控制如圖2所示。

圖2 吹填現(xiàn)場標高控制

吹填現(xiàn)場沉降控制的主要工作原理是為了便于測量和儀表記錄，必須將現(xiàn)場劃分為多個區(qū)域。填埋處理后將按區(qū)域逐一進行，將相對整潔的區(qū)域完成，便于高程和測量區(qū)域。沉降測量附建立水平控制網(wǎng)系統(tǒng)，定期對混凝土控制點及標高桿、混凝土樁進行標高測量，用油漆標記位置并記錄日期，高程控制竹桿應插入并固定在1m深的回填沙土中。

2.2 吹填邊界圍堰的穩(wěn)定及防沖刷

吹填區(qū)域的邊界與周邊存在高差，且東側為河道，因而需要設置圍堰，作為吹填形成的邊界，也會帶來3個問題需要解決。

（1）圍堰形式需要確定，需要對比自然放坡、臨時圍堰或永久圍堰3種方式的優(yōu)劣勢。

（2）圍堰需要進行穩(wěn)定性復核，研究圍堰底部是否需要進行地基處理、圍堰的斷面尺寸，以確保實施及使用過程中不出現(xiàn)剪切破壞或側向滑移，保證吹填安全[3]。

（3）靠近河道側，需要進行防沖刷設計，避免河道水流的沖刷、掏空，尤其是河水位較高流速較大的條件下，避免大量沖走吹填完成的砂土，造成經(jīng)濟損失。

2.3 地基處理

按照海事大學的平面布置，學校主要由建筑物、道路操場、綠化、內(nèi)湖組成，不同區(qū)域承載力標準及沉降要求不同，同時從經(jīng)濟角度考慮，地基處理也相應采取不同的方式及標準。

3 吹填及圍堰設計的主要內(nèi)容及必要性

3.1 圍堰和吹填施工主要內(nèi)容

3.1.1 圍堰的高程及斷面尺寸設計

首先，研究臨時圍堰按洪水位不同重現(xiàn)期（2年、5年、10年）條件下，臨時圍堰堤頂標高對工程投資的變化，并確定合理的臨時圍堰堤頂標高；對不同施工段圍堰進行穩(wěn)定性分析，確定合理的圍堰斷面尺寸，確保圍堰安全性，并確定圍堰底部是否需要進行地基處理并提出相應方案（圖3）。同時，圍堰的設計需考慮后續(xù)工程的實施，業(yè)主無須對永久圍堰進行二次花費[4]。

圖3 圍堰高程和斷面設計

3.1.2 圍堰的護底設計

對靠近河道側的圍堰，應進行防沖刷設計，根據(jù)當?shù)厮臈l件和建設材料選取合理的護底型式，確保工程建設期和使用期不因洪澇帶走大量的吹填砂土，造成經(jīng)濟損失。

3.1.3 吹填標高的確定

施工期及使用期的沉降主要來自于兩部分：①現(xiàn)狀地基土在上部吹填土自重壓載下，產(chǎn)生自身的沉降。②吹填土自身固結過程中所產(chǎn)生的沉降。為保證最終沉降后標高與設計標高基本吻合，需要依據(jù)工程區(qū)域地勘資料，進行土體沉降量測算，并在吹填設計中進行合理的沉降量預留，從而確定合理的吹填高程。

3.1.4 分區(qū)、分標準進行地基處理

根據(jù)海事大學的平面布置及后期建設要求，針對于構筑物區(qū)域、道路操場區(qū)域、綠化區(qū)域、內(nèi)湖區(qū)域等對沉降及荷載的不同要求，制定不同地基處理標準，分區(qū)分標準進行精細化設計，既滿足建設及使用要求，又能降低工程投資。

3.1.5 論證設置子堰的可行性

根據(jù)提供的海事大學平面布置圖，區(qū)域設計標高有一定的差異，后續(xù)會從經(jīng)濟、技術角度進一步論證置子堰分區(qū)吹填、分層吹填的可行性（圖4）。

圖4 分區(qū)分層吹填

3.1.6 提供專業(yè)的技術建議，指導吹填施工

吹填設計可針對本工程的特點，指導吹填施工過程中避免可能存在的風險。例如，吹填砂土料中有黑沙，黑沙水力分選后，粒徑大的落在管口附近，而在遠離管口位置細顆粒會集中落淤，存在形成軟泥區(qū)的風險等。

3.2 常見圍堰結構型式

常見圍堰結構包含拋石斜坡圍堰、袋砂圍堰、鋼板樁圍堰和重力式圍堰等結構。

（1）拋石圍堰是把一定數(shù)量的石頭扔進大海，這樣它就可以自重的作用下或外部力量作用下，露出水面，形成分離帶，將吹沙填海區(qū)域與外海區(qū)域分離，以方便后續(xù)填施工。拋石圍堰是圍堰的一種傳統(tǒng)施工工藝。

（2）袋砂圍堰是在土工布管袋中充填砂，一層一層的安放，依靠自身自重穩(wěn)定的一種圍堰結構。常見的普通袋砂單層厚度0.5～0.8m，普通袋砂的抗浪效果較差。為增強袋砂抗浪，加快施工速度，也有大袋砂圍堰，單層袋砂厚度能達到1.5～2m[2]，如圖5所示。

圖5 土工布袋圍堰

（3）鋼板樁通常在工廠內(nèi)經(jīng)過熱軋等加工后，在兩端構筑一個鎖形，常用的鋼板樁截面形式有U型和帽型，其他還有直線型板式、組合型、變異型等。實施時，將鋼板樁通過專用的設備打入土中形成擋土圍堰結構。

4 采用自然放坡存在的問題

該項目的邊界若考慮采用自然放坡圍堰，主要會存在以下4個問題。

（1）放坡占用河道：本工程填土區(qū)域采用吹填形成，吹填所形成的自然變化非常平緩，對于中砂的自然吹填坡度一般為（1:25）～（1:50），所占用河道的寬度很寬，影響河道泄洪及通航安全。

（2）易受到?jīng)_刷，存在安全隱患：放坡區(qū)域與周圍地形存在明顯差異，所受到水流沖刷力尤其明顯，吹填沙基本無粘性，所形成的自然放坡無法維持，甚至會造成形成陸域遭受沖刷，存在安全隱患

（3）防沖刷成本高：由于自然放坡形成的區(qū)域面積大，若大面積考慮采用防沖刷措施成本會明顯高于建造圍堰的投資。

（4）與后期永久護岸的銜接：海事大學建成后，工程區(qū)域邊界需形成永久護岸，從與后期永久護岸的建設相結合角度考慮，若施工期采用圍堰，永久護岸可以以圍堰為基礎，通過增加永久防護等形成護岸。而若是施工期采用自然放坡，與永久護岸的建設的銜接存在困難，甚至需要先局部清理自然放坡才能建設永久護岸，整體來看，綜合效益不理想。海事大學建成后，工程區(qū)域邊界需形成永久護岸，從與后期永久護岸的建設相結合角度考慮，若施工期采用圍堰，永久護岸可以以圍堰為基礎[5]。

5 結語

經(jīng)過以海事大學吹填項目的實踐，本文總結出一些關鍵施工技術以供參考。

（1）吹填工程需標高設計中，需提前考慮沉降量和吹填平整和壓實方式，綜合確定吹填工程量，提高工程建設效率，提高經(jīng)濟效率。

（2）圍堰施工過程中，根據(jù)考慮臨時圍堰和永久圍堰，考慮子圍堰的布置。若選擇土工布袋施工需考慮坡腳線的布置和為土工布袋的留夠布置方式。

（3）海事大學項目吹填工程使用了土工布袋圍堰。工程所在地石料匱乏，需從他地進口，但當?shù)厣惩临Y源豐富，吹沙造陸工程進行土工布袋圍堰施工有必要性的。相較于自然放坡的方式、鋼板樁圍堰和拋石斜坡圍堰、土工布袋圍堰在護底、防河流沖刷圍堰、造價和施工時間、配合后期二次圍堰施工和校園分區(qū)施工等方面具有一定的優(yōu)勢。分區(qū)分層吹填，使用土工布袋方式是較為穩(wěn)妥的方式，也能最大限度提高該工程圍堰的穩(wěn)定性。