2深水筑堤技术洋山深水港区一期工程中的应用.docx

深海筑堤技术在洋山深水港区一期工程中的应用上海航道局：陶润礼韩建兵 刘若元石峰摘要：洋山深水港一期工程是远离岸线的大型港口工程建设，新工艺、新技术的采用为 港口建设发挥了重要作用本文介绍了深水软体排铺设工艺和袋装砂堤心施工工艺等关键技 术在深水筑堤施工中的应用，并对工程特点和工艺研究进行阐述，同时说明了该项技术的推 广应用前景1前言随着国际航运业的蓬勃发展，集装箱运输船舶不断大型化，对集装箱港口水 深要求也越来越深，港口建设不断由近岸向远岸发展，远离大陆建设港口只能依 托海岛群依岛建设国际先进、国内领先的集装箱枢纽港需要解决施工中遇到的 一系列新课题一方面港区大量的陆域需通过围海吹填造地形成，围堤作为陆域 吹填造地的边界，是影响海岛区域建港技术方案和投资等十分重要的水工构筑 物；另一方面海岛区域水流流态比较复杂，为了整治流态、归顺水流也需要建设 堤坝；再者海岛区域工况较差，流急浪大对海堤的护底、护面、防漏砂等结构、 施工技术也提出了更高地要求洋山深水港一期工程建设中围堤总长度近 5.0km,所采用的深水筑堤技术在解决上述课题方面取得了较好效果，并有着极 其广泛的应用前景本文将结台北围堤（试验段）和东侧北围堤工程实施中采用 的关键技术做一简要介绍。

2工程概况和工程特点2. 1工程概况洋山深水港于杭州湾口东北部、上海市南汇芦潮港东南的崎岖列岛海区， 东南距大洋山岛约4km,东北距峡泗菜园镇约40km,西北离上海芦潮港约32km, 北距长江口灯船约72km,南至宁波北仑港约90km,向东经黄泽洋直通外海，与 国际远洋航线相距约104km崎岖列岛距上海市最近，具有良好水深条件，平均 水深大于15.0m该岛屿群由大洋山岛和小洋山岛为主的南、北两列岛链构成港区一期工程形成1600m码头岸线，5个第五、第六代集装箱泊位，完成港 区后方130万折堆场及作业区北围堤（试验段）和东侧北围堤是洋山深水港区一期工程的重要组成部分 北围堤（试验段）位于小洋山至镶盖塘之间，作为一期工程港区后方大堤，该大 堤抵御海潮和北方波浪袭击，是确保港区安全的重要建筑；施工期为一期码头桩 基施工和港区其他部位施工创造基本条件；是一期陆域形成吹填的围堰和维护建 筑；使用期系一期港区北边通道和港区堆箱场地东侧北围堤(导流堤)位于将军 帽至大指头岛之间，作用是归顺港区水流流场，确保一期工程码头正常运行，同 时抵御海潮和北方波浪，是中港区吹填施工的北围堤和边界2.2主要工程量工程名称围堤总长度软体排数量充灌袋装砂量抛填袋装砂量北围堤(试验段)1188m168000m286587m：i586988m3东侧北围堤1883m220000m2185005m3507349m32.3自然条件(1) 该地区水文条件：最高高潮位5.73m,最低低潮位-0.23m,平均高潮 位3. 88m,平均低潮位1.13m,设计高水位4.51m,设计低水位0. 53m；围堤工程 所在区域主要存在三股水道，一是小洋山至镶盖塘水道，涨潮最大流速2. 23m/s, 落潮最大流速1. 14m/so二是将军帽岛至大指头岛水道，涨潮最大流速2. 12m/s, 落潮最大流速2. 04m/so三是大指头岛至大岩礁岛水道，涨潮最大流速1. 66m/s, 落潮最大流速1. 81m/so(2) 地质：从地质勘察报告可知，本工程所处的地层从上至下可分为灰黄 色淤泥混砂、灰色砂质粉土、灰色粉砂、灰色淤泥质粉质粘土、灰色淤泥质粘土、 灰色粉细砂、灰色~褐黄色粉质粘土、褐黄色砂质粉土、褐黄色-灰绿色粘性土混 粗砾砂、强风化层，其中上部10m厚以砂质粉土和粉砂夹粘性土为主，具有含水 率高、孔隙比大、压缩性强、强度低的特点，土质较差。

2.4工程特点(1) 工程所在区域具有水深、流急、风浪大等较差工况特点，给施工带来 较大难度，需要在施工中不断研究和解决技术难题；(2) 在外海10. Om-23. 0m深水条件下进行软体排铺设和袋装砂地心施工在 国内属首次，没有经验可以借鉴，也没有现成的完整的技术标准、规范和规程可 供使用；(3) 工程量大，工期紧，施工水域狭小，施工强度大，袋装砂施工强度将 达6000-7000m3/d,是以往工程中没有遇到的，需要对工艺、技术进行很好探讨, 对施工进行有效管理，充分发挥施工效率3结构设计考虑到结构的保砂防渗功能、该地区的石料来源和经济合理性，主体围堤 结构采用软体排护底，袋装砂堤心的斜坡堤结构形式，断面结构形式见图3-1和图3_2 o图3-1北围堤（试验段）典型断面结构图图3-2东侧北围堤典型断面结构图3.1护底结构因地质表层土质特性，施工过程中容易受径流和潮汐动力作用而掀扬和移 运，从而造成工程区域局部地形的冲刷或淤积变化因此，本工程采用加筋砂肋 软体排进行护底利用土工织物软体排护底，在许多大型的海岸护坡工程和长江 口深水航道整治工程中都发挥了很好的效果，砂肋护底软体排具有诸多优点：（1） 作为护底材料，具有很好的透水保砂特性，防止排体底部淘刷；（2）具有很好的 纵横向延伸率，能够很好适应排体范围的地形变化和堤身沉降变形；（3）具有很 好的抗拉、撕裂、顶破和刺破强度，避免排体在施工过程的拉破、撕裂、顶破， 保证排体的完整性，为堤身的整体稳定创造条件。

护底砂肋软体排分为堤身排和余排堤身排选用高强度的丙纶长丝机织布, 同时考虑堤底泥面标高，-6.0m以下米用300g/m2的机织布，-6.0m以上米用 230g/m2的机织布，堤身排的宽度根据断面的宽度而定，与此相对应，堤身排的 砂肋也分别采用300g/m2和230g/m2的机织布，砂肋间距为1000mm余排选用丙 纶机织布与涤纶无纺布针刺复合而成的复合土工布，同样，-6.0m以下采用 300g/m2的机织布加200g/m2的无纺布的复合土工布，-6.0m以上采用230g/m2的 机织布加150g/m2的无纺布的复合土工布，每侧余排的宽度为10〜45m,余排砂 肋采用230g/m2的机织布加150g/m2的无纺布的复合土工布，砂肋间距为500mm, 其中排边5m范围内砂肋间距为400mm3. 2堤心结构考虑到施工区域的自然条件，建筑材料的来源，以及施工进度要求，对沉 箱混合斜坡堤、袋装砂堤心斜坡堤和抛石堤心斜坡堤三种方案进行比选，经设计、 科研、施工及有关专家讨论后，确定采用袋装砂堤心的斜坡堤结构作为围堤的结 构形式袋装砂堤心结构具有很多优点：（1）围堤作为一期港区的北边界，承担 防止陆域吹填砂流失的功能，袋装砂堤心结构具有很好的保砂透水特性，可以防 止吹填砂的流失；（2）由于围堤工程量的巨大，若采用抛石堤心，大量的水抛石 料势必导致施工进度慢、石料供应紧张、造价相对高，采用袋装砂可以就地取材, 材料丰富充足，施工进度快、造价相对低；（3）施工过程沉降稳定均匀、堤心结 构更能适应不同地基沉降，不会导致局部塌陷。

这种堤心结构，在国内，尤其是 在长江中下游、上海和江浙一带的围海造地、护岸工程中都有大量成功运用的实 例，效果非常理想为了充分发挥袋装砂堤心结构的优势，结合洋山地区水深、 流急、风浪大的工况条件，在选用袋体的布体材料时，应选用具有较高抗拉强度、 梯形撕裂强度、顶破与刺破强度、较好延伸率、良好的保砂、透水性能且施工方 便的土工织物根据施工工艺和水深条件不同，袋装砂堤心结构分为充灌袋装砂和抛填袋 装砂两种两种不同工艺的袋装砂堤心施工分界面，北围堤（试验段）为-2.0m, 东侧北围堤为-2. 5m充灌袋装砂堤心结构顶标高4. 5m至分界标高，内外坡比均 为1： 1. 5；抛填袋装砂堤心结构顶标高-2. Om和-2. 5m,底标高为原泥面，内外坡比均为1： 2. Oo袋体材料选用：充灌袋装砂袋的袋布材料采用230g/m2的丙纶长丝机织布， 两侧迎水面2.0m范围内选用380g/m2机织复合土工布；抛填袋装砂袋的袋布材 料选用230g/m2的丙纶长丝机织布充灌和抛填砂选用粉细砂，指标参数：大于 0. 075mm的颗粒含量大于85%,小于0. 005mm的粘粒含量小于10%4围堤施工工艺4. 1深水软体排铺设工艺4.1.1软体排的加工、铺设施工工艺（1） 组成护堤软体排排体的针刺复台土工布和丙纶长丝机织布的单幅宽度一般 为3.0m~4.0m,排体长度按设计断面确定，一般为50~190m。

专用铺排船的滚筒 长度为36m,为了与此适应，需要将10~12个单幅布体缝制成宽度为36m的排体 缝制时先根据设计要求，将不同规格和间距的加筋带，缝制在单块布体上，然后 拼接成宽度为36m的一个整体每道缝的缝线要求至少2道，并且顺直，针距不 大于10mm拼接方法采用包缝法，线用35支三股锦纶线，拼接后的拼接强度不 低于原织物强度的80%o（2） 为适应洋山深水软体排铺设施工需要，选用性能最好的“长江口一号"和 “长江口二号”专用铺排船，铺排船滚筒可铺设36. 0m宽的软体排并加大锚机功率，换用更重的锚和更粗的锚缆，增加船舶铺排时的抓地力，防止船舶在强大 水流力作用下走锚、移位并对铺排船的GPS定位监控系统和铺设软件进行升级 和优化设计船位、实际施工船位、定位误差、卫星工作数量和状态、工作时潮 位、锚位及有关施工参数均能直观地在操纵台以图像或数据在显示屏上显示，实 现实时监控和信息化施工管理洋山深水港一期工程中软体排铺设施工工艺流程见图4-1图4-1软体排排铺设工艺流程4. 1.2软体排铺设质量的检测铺设时在排体边缘和四个角点系上浮标，每张排体铺设完毕后，安排潜水员 潜摸排体之间的搭接质量及铺设水下平整度、破损情况，并利用GPS检测系在排 体边缘和四个角点浮标的坐标，与理论坐标进行比对。

4. 2深水袋装砂堤心施工工艺4. 2. 1深水抛填袋装砂工艺的开发与研究2000年我局成立了专门针对洋山工程施工的工艺研究小组，进行深水袋装砂施工工艺研究与开发试验1) 翻板抛袋工艺研究从“长江口一号"和“长江口二号"铺排船铺排施工得到启示，利用船上 的现有翻板可以正反向转动的特点，当翻板倾斜一定角度，袋体在自重作用下滑 落入水但袋体的尺寸和控制抛填位置成为关键在洋山工地现场进行了翻板抛 袋试验起初，同样存在破袋的现象，但发现其施工效率较高后来通过反复的 研究和试验，不断调整袋体尺寸，有效地降低或避免袋体的破损同样，利用 GPS定位监控系统，结合水流流向、流速及断面水深，抛袋位置得到很好控制2) 网络抛袋工艺研究借鉴工程中网络抛石工艺技术，尝试进行网络抛袋设想，但利用网络抛砂 袋和抛石有很大区别，石头是坚硬的，网络是钢丝编织的，相互间可以磨擦，而 砂袋是软性的，可以变形，布体不耐磨擦，容易破损所以肯定不能用钢丝编织 的网络因此，决定采用尼龙绳编织网络，尼龙绳网络为软性的，可以减少磨擦, 其强度也可以得到保障随后，在舟山海域进行多次试验，并取得成功3) 溜槽抛袋工艺研究选用现有“航链504”轮进行了改造，拆除船上的挖泥斗轮，改造成一个宽 约2.0m,长约25.0m,高约1. 5m的长形溜槽，在溜槽里面摆放长筒形充砂袋， 砂袋充好后，充分利用斗桥的升降功能，当溜槽下降到一定的深度，形成一定的 坡度时，袋体在自重作用下滑入水中。

试验研究发现，该工艺具有袋体抛放位置 准确、袋体不易破损的优点，但具有下滑困难、施工效率不高和成本较高的缺点 4. 2.2船机设备改造(1) “洋山一号"和“洋山二号"的改造为了适应洋山地区的自然条件，特地购置了二艘3000吨的平板驳改装为铺 排、抛袋等多功能的工程船舶，具有吃水浅、抗风浪能力强、施工效率高的特点 船上装有GPS定位监控系统、卫星接收天线和工程施工软件，还配有滚筒及刹车。