李田书

(中国水利水电第五工程局有限公司第二分局，四川双流 610225)

1 工程概况

温州市龙湾区海滨围垦工程经浙江省围垦局浙围建(2005)32号文件批准实施，围涂面积为9 860亩(1hm2=15亩)，投资约为1.81亿元，计划3年建成。温州市龙湾区海滨围垦工程位于龙湾区瓯江口南侧的东海岸。工程区域东临大海，南接永兴北片围垦，西靠海滨，北接温州浅滩工程，隔江相望，水陆交通便利。围区南北长约4.5 km，东西宽约2 km，围涂面积9 860亩。

工程主要由北堤、主堤、南堤及三座水闸组成。堤线总长5 297 m，其中北围堤长1 955 m，主堤长2 841 m，南堤长501 m。三座水闸分别为北闸、南闸和中闸，其中北闸和南闸为进水闸，闸孔为2孔，宽4 m;中闸为排水闸，闸孔为2孔，宽5 m。本标段包括南堤、主堤南段(桩号Z0+938～Z2+841)、中闸和南闸等，堤线长2 404 m。

该工程属台州湾-沙埕港低山丘陵河口堆积平原区所属瓯江口～沙埕港低山丘陵河口堆积平原区，区内基岩多为晚侏罗世火山沉积岩，早白垩世红色岩层，燕山期侵入岩，全新世中泻湖或海湾、湖沼淤泥(粉质黏土)层，全新世晚期海积(粉砂土)层及冲积、海积粉砂土。

根据“中国地震动参数区划图”，工程区地震动峰值加速度为0.05 g，地震反应谱特征周期为0.65 g(软土场地)，相应地震基本烈度Ⅵ度。

本工程沿堤线海涂多在高程 －1～1.5 m(1985国家高程基准)之间。

根据初步设计勘探资料，沿堤线第四系沉积物主要为淤泥、淤泥质黏土和淤泥夹沙等海相沉积地层，涂面土层物理力学指标如下:W=49.6%～65.5%;ρ=1.62～1.72 g/cm3;ρd=0.98～1.14 g/cm3;Es⊥=1.599～2.287 MPa;快剪 C=3.4～4 kPa，φ =0.6°～4°;fk=50～65 kPa。

该海堤工程设计等级为4级，海堤结构为复合式土石堤，堤基采用塑料排水板排水固结、土工布加筋处理(图1)。

堤顶宽度:堤顶路面净宽度为5 m，不包括防浪墙宽度。

路面结构:堤顶路面采用抗冲刷和稳定性较好的混凝土路面，并设混凝土路肩。

堤顶防浪墙:堤顶C25混凝土防浪墙为反弧挑浪式，高度一般为0.8 m(高出堤顶路面)，顶宽均为0.5 m，基座埋深0.45 m，位于直立式挡墙顶部。

背坡防护:与堤顶相连的背水坡(4 m高程以上)采用干砌块石护坡，下设无纺布一道和碎石垫层20 cm;4 m高程及其以下坡面种植草皮护面。

迎潮面灌砌石棱体防护:迎水侧采用灌砌石棱体，顶宽约 0.7 m，外坡面为 1∶0.4，底部宽 1 m。棱体外侧采用整体性较好的钢筋混凝土防护面板，面板厚40 cm。

迎潮坡面防护:外侧镇压层不设二级镇压平台，镇压层轮廓线为挡墙底部3.5 m高程渐变至3 m高程(宽7.4 m)，再放缓坡至2 m高程(宽12 m)，横向坡比分别为1∶15和1∶12;2 m高程以下边坡为1∶4，坡脚设顶宽2 m的纵向抛石护脚平台，平台高程1 m。

海堤迎潮坡面受海潮直接冲击。该工程护面设计采用大抛石平整护面，在墙脚6 m范围和2 m转角处设C20混凝土灌砌石加强，砌石护面厚40 cm，并在末端设1 m×1 m的纵向齿槽。

闭气土是海堤的重要组成部分，也是海堤工程关键的分部分项工程。本工程的抛石棱体内海侧设有毛石砌筑，碎石垫层、土工布构成倒滤层，闭气土方紧挨着倒滤土工布填筑。

闭气土工程量为281 796 m3，宽度范围从公路内海侧向内海方向47 m，高程从涂面0 m高程到堤顶公路基层底面6.75 m高程。其工程结构详见图1。

2 桁架式筑堤机

图1 海堤标准断面图(展示闭气土断面)

2.1 施工机械的选用

该工程地处温州市沿海，当地缺少黏土资源，仅有部分城市建设的基础弃土和地下室开挖土可供利用，但运距远，不能连续均衡地供应，且总量也不能保障。为此，采用近堤海涂泥作为闭气土成为较好的闭气工程解决方案。

涂泥作为闭气材料，须使用筑堤机。目前我国筑堤机的应用仍处在不断完善阶段。根据龙湾围垦工程的特点，考虑机械制造难度和经济性，该工程最终选定桁架式筑堤机作为工程闭气土填筑工程的主要机械。

2.2 桁架式筑堤机简介

桁架式筑堤机见图2。

图2 桁架式筑堤机

2.2.1 桁架式筑堤机的组成

该工程使用的桁架式筑堤机由斜拉钢索桁架、浮箱、动力系统、行进系统、输运系统组成。

(1)斜拉钢索桁架。由斜拉钢索、型钢桁架构成。型钢桁架正面成“艹”字型，侧面呈“A”型，由横梁(包括悬臂)、索塔、支腿构成。斜拉钢索由索塔引至悬臂端和横梁中部，为加强悬臂和横梁刚度所必需。

该设备总长150 m，两个悬臂分别为44 m和37 m。桁架横梁安装有2条水平钢轨，作为两个抓斗的运输轨道。还安装有一条橡胶输油管，以便从海堤侧向动力系统贮油罐输油。同时，横梁亦作为上下班人行和简易维护材料的运输通道。

(2)浮 箱。桁架座落在两个钢制浮箱上。浮箱为整个桁架工作提供必需的浮力，并作为动力设备及其它设施的基座，也是桁架的工作平台。

(3)动力系统。该设备的动力系统为电动，由于其附近无动力用电，因此该设备采用发电机发电。为此，在浮箱上设柴油发电机和柴油贮油罐以及各种配电设备。加油时，海堤上的运油车直接由横梁上的输油管向贮油罐泵油。

(4)行进系统。该设备的行进系统由锚、导向索、绞锚机、滑轮系组成。导向索固定在海堤上，可用人工配合挖掘机固定于海堤抛石中。工作中通过卷扬机收放导向索，配合抛锚和收锚动作实现筑堤机的行进和定位。

导向索一般长200 m，一次定位后可施工130 m堤段长度。

(5)输运系统。该设备输运系统由抓斗、输送小车、滑轮系、钢索、导轨、电控系统、控制电机组成。抓斗容量为2 m3，输送小车和钢轨为定型产品，行走电机由沿桁架布置的动力电缆供电。滑轮系统以及电控系统保证抓斗运行平稳，动作准确。

(6)中心控制室(即驾驶室)。中心控制室为该设备的操作和控制中心，由司机控制行进系统、输运系统，实现整个工作流程。控制室内设有三个控制屏，操作简单、醒目、舒适。

(7)组 装。该设备在近海涂边的平台上进行组装，先制成浮箱、桁架、中心控制室等部件，然后用8 t汽车吊进行组装，最后安装动力系统、输运系统、行进系统的零部件。

2.2.2 桁架式筑堤机施工工艺

桁架式筑堤机从内侧滩地取土填筑，其输送距离为150 m，铺料半径37 m，月生产能力28 000 m3/月。上述设备施工期间不受潮汐影响，除8级以上大风外，可全天候进行。

筑堤机施工工艺为:抛锚(固定导向钢索)→行进及调整→定位→填筑作业→起锚(解除定位)→下一工作循环。

首先将导向索固定于海堤巨石上，然后用挖机进行加固。启动导向索，卷扬机桁架即被拖向前行，配合浮箱锚系统可以进行位置调整，直到测定位置后将浮箱锚抛出定位。

该设备采用两个2 m3的抓斗作为挖泥、运泥工具。抓斗通过滑轮系固定在行走小车上，挖泥时放松起重钢索，张紧控制钢索，抓斗张开并借自重切入涂泥中，提升时起重钢索将抓斗闭合，满载涂泥并将其提高至合适的高度，起动移动小车将抓斗送往海堤。

一般情况下，两个抓斗对称运行，以使桁架处于良好的受力状态。

抓斗到达卸泥位置后，开启料斗，泥料靠自重卸出，卸泥后一般无需清洗料斗即可空斗返回取泥区开始下一斗填筑。

该机位填筑完毕后，通过收放锚索移动至下一机位作业。待整个施工区域填完第一层后，移动到最初的机位开始第二层填筑，如此多层填筑，直至填筑到设计高程。

3 闭气土施工方法

3.1 闭气土施工的设计要求和施工强度

闭气土方施工应遵循“流水作业”和“薄层轮加”的原则。根据设计图纸，取土区应离开堤轴线150 m。一般要求土方填筑滞后于干砌块石挡墙高度1 m左右，加荷时间依照加荷间歇图进行。为适应堤身后期沉降，保证海堤设计标高，堤身土方施工时应预留超高暂定为30 cm。回填闭气土方的渗透系数＜1×10－4cm/s。

根据现场取样的试验结果，近堤海涂泥满足闭气土方设计要求。

根据施工组织设计，需要在540 d内完成整个闭气土施工。平均月施工强度为1.6万m3/月。实际施工效率见表1。

表1 龙湾围垦工程桁架式筑堤机分月施工强度统计表

3.2 闭气土工程的施工程序

闭气土施工程序框图见图3。

图3 闭气土施工程序框图

(1)测 量。

闭气土方料场布置在围区内平行于海堤且离海堤内坡脚150 m以外。测量主要是确定采泥场位置和清基范围。

该工程采用全站仪进行放样，以3 m长竹竿做边线桩，定桩时尽量深插入涂泥，防止潮水破坏。

(2)清 基。

根据测量确定的范围，采用钢丝绳拖铁链的方式自远处向海堤清理，将清出的树根、杂物等不合格物运出施工区，严禁将不合格料用于工程施工。

(3)筑堤机定位。

筑堤机利用铰锚机自行至测量确定位置，将锚抛下，导向索张紧。

(4)设置沉降板。

沉降板底盘直径60 cm，测杆长5 m，一般100 m埋设一个，龙口段50 m一个。

(5)填筑作业。

一般情况下，在土工布铺设完毕、人工将土工布用土铺盖后即可开始闭气土的填筑施工。

取泥本着“远取近用，近取远输”的原则进行，不得在某一地点重复取泥，避免形成深坑或深沟，防止筑堤机移位困难和造成泥土流失。

卸泥宜由远及近依次进行，以形成自然坡比，减少海泥流失。

必须贯彻“流水作业”和“薄层轮加”的原则，每层填筑厚度应控制在0.5 m以内。

土方上堤后难以压实，必须采取自然固结。填筑上一层时，下层要有足够的自然固结时间，禁止在同一部位、连续不断地竖直方向上加土，以防塌滑。

在土方填筑过程中，为便于闭气土的尽快固结，对于露出高潮位的闭气土，必须做好填筑面的排水工作，每填筑一层即大致平整，必要时开设排水沟，排除积水。

为适应堤身后期的沉降和防渗要求，土方施工时应预留超高30 cm，待土体沉降稳定、密实后利用人工整坡，使其达到设计断面要求。

(6)筑堤机移位。

填筑一层涂泥后将浮箱底锚用绞锚机提起，启动导向索卷杨机将桁架拖行到下一区位，抛下浮箱底锚定位，开始新一轮作业。

(7)测量沉降量。

筑堤机离开本区位后即进行沉降量测定，沉降量应小于设计设定的最大沉降量，否则必须采取措施。

以上程序完成后，筑堤机进入下一个区位，直到工区内的第一层填筑完成后，方可进行第二层施工。这是因为海涂泥需要一定的固结时间以增加强度，如果不等涂泥固结到一定强度时即加第二层涂泥，将导致泥土流失，徒劳无功。

4 闭气土方施工的质量安全控制

4.1 质量控制

闭气土方施工的关键是防止其产生滑坡，一旦产生滑坡，处理将十分困难，并将对质量、工期、工程安全等产生较大影响，因此，控制加荷速度是闭气土方施工质量控制的关键所在。根据以往的施工实践及正在施工项目的控制情况，本工程主要采取以下方法进行质量安全控制。

(1)严格按照施工图纸设计及招标文件的有关技术要求控制施工和加荷。

(2)加强施工沉降观测，用实测数据为施工提供控制依据。按设计要求埋设沉降板，施工期间每三天观测一次，如发现沉降量超过正常值，则每天观测一次并绘制沉降量、荷载与时间曲线、沉降速率随时间和荷载变化图，同时埋设侧向位移观测点，观测水平位移情况。

(3)根据类似工程的施工实践，在土方出现失稳之前，其沉降速度、水平位移均明显超过控制指标。通过观测，及时掌握稳定情况，以便及时采取措施，如出现异常情况，应立即采取措施。一般常用的有以下几种措施:①降低分层加荷厚度，增加加荷层数;②停止加荷，延长间歇时间;③特殊情况采取卸荷措施，或在外侧填设镇压层。

4.2 安全控制

4.2.1 安全管理措施

(1)建立以项目经理为安全第一责任人的安全生产领导机构，健全安全管理系统，设置专职安全员，闭气土班组设置兼职安全员。

(2)加强对职工进行施工安全教育，编制适合本工程需要的安全防护手册，以及桁架筑堤机操作规程。上岗前应进行安全操作的考试和考核，合格者方可上岗。

(3)加强对危险作业的安全检查，对不安全因素制订具体的限期整改措施，落实到人。

4.2.2 安全技术措施

(1)按照国家劳动保护法的规定，定期发给现场施工的工作人员必需的劳动保护用品。

(2)加强用电安全检查。现场电线一律按规定架设，用电器接地良好，用电设备配置触漏电保护器。

(3)确保工地照明安全，在施工作业区、施工道路要设置足够的照明设施，其照明度不应低于有关规范的要求。

(4)桁架式筑堤机实行专人使用，定期维修保养，杜绝机械安全事故的发生。桁架移位时应统一指挥，保持堤上作业人员同桁架操作人员的信息畅通，防止桁架行进中发生危险。

(5)现场人员必须严格遵守安全生产规章制度，严禁酒后作业。

(6)禁止非施工人员及附近居民任意进入施工区域。

(7)项目部派专人负责收集海情和气象信息，做好大潮和气象灾害的防护工作。当有8级以上的大风时要抛下所有箱锚、张紧导向索，禁止作业，人员离开桁架。

5 结语

闭气土施工是围垦工程海堤施工的关键性工程，对海堤工程的质量和安全性都具有重要意义。桁架式筑堤机是海涂围垦工程中缺乏可靠闭气土源时的专用机械，也可运用在沼泽、浅水中软黏土的机械化施工。桁架式筑堤机整机由绞锚机驱动沿海堤移动，完成土方的沿堤挖掘、运输、筑堤工作，具有浅水、滩涂两用，挖土填筑并进，移动灵活，布料面大，全自动控制，生产效率高，拆装运输方便等特点。在龙湾围垦项目中，筑堤机的应用不仅解决了闭气土源的难题，还解决了控制加荷的速率，分工序分阶段施工等施工难题，保证了施工质量和施工进度，取得了较好的经济效益和社会效益。