1 吹填法施工简介
1.1 吹填法定义
所谓吹填法就是通过通过挖泥船、水力挖泥机器采集到的泥沙经由水力至排泥管道运输到水利工程填筑施工作业的现场。本文介绍的案例工程在实践中使用绞吸式疏浚船抽取吸收泥沙然后运输至围堰施工现场。
1.2 吹填法原理简介
吹填筑堤的工作原理就是泥浆吹填固结密实的原理。它包括3个阶段, 即“土料的湿化崩解、沉淀排水、固结密实”。
(1) 土料的湿化崩解。土料原本由土颗粒、空气和水组成的三相物质, 当经挖泥船的吸头或高压水枪产生的高压水柱造成土料破坏, 由三相 (固+气+液) 变成两相 (固+液) 的土料与水的泥浆, 使土料呈现悬浮状态, 为土粒重新结合密实创造条件。
(2) 沉淀排水。湿化崩解形成的泥浆经过泥浆泵抽取由输泥管道输送到吹填仓内时, 流速递减并最后停止流动, 悬浮的土粒在重力作用下逐渐向下沉淀。致使一部分水离析在泥层表面, 由高处向低处流动, 同时将积水排除。随着泥浆含水率的降低, 逐渐成为软塑状态, 土体也随之开始初具骨架。
(3) 固结密实。由于吹填筑堤是分层积累上升, 当第一层 (底层) 经过沉淀排水后又有上部第二层乃至其后的第三、第四等层加厚, 在逐渐自重递增作用下, 由下至上也随之固结加密。随着各层吹填土内水分的排除, 堤身土的干密度也相应递增, 其质量也越来越好。
2 吹填法的土料和设备
(1) 土料。
从理论上说, 水利工程施工现场的泥沙和岩石等材料均可以作为吹填材料, 但在实践中吹填材料的采用受到设备的限制, 目前我国水利工程设备的现状决定了在实践中常常采用易挖和方便运输的淤泥和风化岩石材料较多。
(2) 设备。
吹填施工中的设备分为主体设别和辅助设备, 一般来说当前我国的国情决定了主体设备为简易的吹填挖泥船只、冲沙船只和水泵等设备, 而辅助设备主要有拖轮、泥驳船以及GPS定位系统等设备。
3 吹填法施工方法简介
水利工程中的吹填法分为传统方法和现代方法, 2种方法无优劣之分, 在实践中也往往根据实际的情况酌情使用或者是并用。
(1) 绞吸式挖泥船直接吹填施工。
大部分采用单桩前移横挖法进行挖泥施工, 即以一根钢桩为主桩, 始终对准挖槽中心线, 作为横挖的摆动中心, 另一根桩为副桩, 为前移换桩用。最大挖宽为船长的1.2~1.4倍, 船体左右摆动角度为70°~80°;土层较厚时, 取绞刀直径的1.2~1.5倍尺寸进行分层开挖并吹填。
(2) 斗式挖泥船挖泥装泥驳、吹泥船吹填施工施工方法有以下七种: (1) 链斗式挖泥船锚缆斜向横挖法; (2) 链斗式挖泥船锚缆扇形横挖法; (3) 链斗式挖泥船锚缆十字形横挖法; (4) 链斗式挖泥船锚缆平行横挖法; (5) 抓斗式挖泥船锚缆纵挖法; (6) 自航抓斗式挖泥船锚缆横挖法; (7) 铲斗式挖泥船钢桩纵挖法。
4 围堰施工
4.1 施工工序
施工准备→绞吸式挖泥船定位、管道安装→吹填施工→粘土填筑→防渗、护坡施工。
4.2 施工准备
测量放样, 确定围堰轴线, 制定施工方案。
4.3 绞吸式挖泥船定位、安装输泥管
绞吸式挖泥船的二侧的定位极, 施工时一侧插入河床即可固定挖泥船, 二侧交替轮流拔起。输泥管使用浮筒架设, 出泥口布置在已吹好的围堰 (河岸) 上, 完成该段吹填填筑后, 驳接一条不长于5m短管。
4.4 吹填施工
该工程一期围堰施工时采取先开挖导流河道, 填筑靠近导流明渠的纵向围堰, 完成纵向围堰填筑后, 2艘挖泥船分别从纵向围堰和河岸开始填筑上游围堰, 最后填筑下游围堰。绞吸式挖泥船采用逆流开挖, 施工时将一个定位极插入河床, 通过移动绞刀位置调整开挖深度和宽度。挖泥船开挖厚度、绞刀转速、横移速度和前移距离根据疏浚土的类别进行调整, 以达到最佳工效。在该工程施工中, 由于结合建筑物基处开挖, 开挖厚度控制在1m以内 (预留1m的开挖保护层, 防止基础超挖, 一期围堰填筑量约8万m3, 基坑面积12.6m2;二期围堰由于不需要填筑纵向围堰, 填筑量约4万m3, 基坑面积8.7m2) 。开挖导流河道时, 采用分条开挖, 保持一个相对稳定的间距, 以避免欠挖形成土埂。
4.5 围堰防渗和护坡
吹填围堰基本为均质沙围堰, 非常适合采用高喷灌浆防渗, 利用钻机高压射流, 冲击切割和强烈扰动, 破坏沙土体, 使水泥浆液在射流作用范围内扩散、充填周围沙土层, 并与沙土粒掺混搅合, 硬化后形成凝结体。防渗效果非常理想。由于沙质围堰抗冲刷能力较差, 冲刷大的纵向围堰及转角处须采用彩条布和抛石护坡护脚。
4.6 围堰沉降、位移观察
该围堰施工完成以后, 在围堰上均匀布置了5个观察点, 记录围堰的沉降和位移。围堰一个月的沉降值为8.1cm (5点平均) , 围堰前两周的沉降量都较大, 以后每周沉降量≤5mm, 已基本稳定;位移在三天后基本稳定, 总偏移量为3.6cm。
5 经验和不足分析
(1) 吹填法在用砂方面就地取材同时可以结合倒流明渠, 在施工时间上节约了后期基础开挖的实践, 这样就节省了施工的成不指出, 提高了工程社会经济效益。
(2) 本工程围堰采取吹填法后施工进度明显加快, 强度非常的高整个工程的施工实践不到一个月, 对比常规的施工方法——进占法土质围堰施工, 不仅仅节约了工期, 同时也节约了大量的成本。
(3) 改工程吹填物料为中细沙砾, 没有孤石杂物, 同时采取了搞喷防渗墙来取得了很好的防渗效果。该工程的一起基坑只使用了3台5050m3/h离心式水泵进行排水, 二期更只使用了2台进行排水, 可见, 其防渗效果极佳。
当然, 该工程在施工中也有一些不足之处, 比如一期的围堰工程和江心洲的结合地带没有很好的清除表层的一些植被导致有不少的渗水。在二期的施工中对此进行了改善, 防渗效果明显好转了很多。
摘要：“吹填法”因其施工设备简单、工作效率高、操作技术简单易于掌握同时造价低和社会经济效益高等优点在水利工程围堰施工中被广泛的使用, 特别是在内河的围堰施工中“吹填法”有着很好的效果, 它能帮助工程建设方减少料场的征地面积, 对工程的投资要求也比较小, 在工程质量上能够帮助建设方在确保工程质量的前提下解决其工程征地的困扰, 由于其无法超越的优势在很多的工程上被广泛使用, 本文结合某内河围堰施工建设的实践探讨了“吹填法”的施工相关问题。
关键词：内河围堰,施工,吹填法
参考文献
[1] 水利水电第十三工程局.疏浚工程施工技术规范 (SL17-90) [S].北京:水利电力出版社, 1990.
[2] 曹星等.吹填法 (中国堤防工程施工丛书) [M].北京:中国水利水电出版社, 2006.
[3] 刘守金.绞吸式挖泥船施工与管理[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[4] 袁光裕.水利工程施工 (第四版) [M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[5] 张仁铎.环境水文学[M].广州:中山大学出版社, 2006.
[6] 刘家豪.水运工程施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2004.