潮汐河段深水袋装砂施工的实践与认识
刘志华
摘 要：在目前的水运和水利工程中，袋装砂在导堤、围堰、丁坝的形成中得到广泛的运用。袋装砂作为堤芯，有效的解决了在缺乏石料供应区域抛石斜坡堤块石供应不足的难题，并有效的降低了施工成本，而且在有防渗流要求建筑物的形成中，它有抛石坝所不具备的优势。
关键字：袋装砂 工艺 探索
根据以往的实践和资料，在沿海围海造地中，围堰采用袋装砂堤芯坝施工，袋装砂的施工基面一般在当地理论深度基准面-1m左右。在导堤、挡水导流坝的施工中，一般水深在-2～-3米左右，在这样的浅水区，袋装砂都是采用人工（小船配合）布袋，充砂，形成堤芯。
当水深再加深，人工无法布袋，要形成袋装砂堤芯，以往多是抛枕（充灌小砂枕，体积一般不大于10m3）施工，加上后来本质上类同于抛枕的滑枕施工形成堤芯。这种方法形成的堤芯，相比陆上袋装砂施工的方法，用料多，密实性差，且袋体落位难以控制。
2010年在长江下游福姜沙航道整治工程中，设计两条坝体北顺堤和南顺堤，主要是要起到挡水、导流、防止窜沟进一步发育的作用。在北顺堤长3880米的堤身上有轴线长度2300米的袋装砂堤芯，在南顺堤长7851米的堤身上设计有轴线长度1500米的袋装砂堤芯。
自然条件
1、潮流特点
该河段南北跨度大且主要受长江口潮汐影响，河段落潮平均流速大于涨潮平均流速，以落潮流为主。从季节变化来看，各汊道洪季落潮平均流速明显大于枯季；涨潮流速相对较小，中小潮期间部分断面中泓部分无涨潮流，或涨潮流出现时间较短。从流速沿断面分布看，流速表现为深槽处落潮流最大，边滩或岸滩涨潮流较大的特点。
2、流速、流向
依据设计文件及现场观察，流速在1.0米以下时间较多，在不同的时间、不同的位置、不同的高程，流速都不一样，在急涨、特别是急落潮时，当施工上层袋体平面高程较高时，由于已做的袋体表面有局部不平整，形成类似龙口时，观测到最大流速有1.5米左右；依据设计文件和现场观测，本次施工区域的流向和拟形成的堤坝轴线有很大夹角，流向大多在70o～85o之间。
3、水深
水深对袋装砂施工有较大的影响。本工程最大施工水深，南顺堤在11m～12m之间，北顺堤在14.5m～15.5m之间。
施工船机
一个完整的袋装砂施工生产线包括：40米沉排船一艘，吸砂船一艘，运砂船1～2艘，绞锚艇一艘。对沉排船的主要要求是卷筒长度、充灌砂的设备系统配套、精确的定位软件。本次施工，经计算，水深最大的地方，坝体底宽最大为41米左右，为提高施工效率，砂袋沉放为平行轴线方向。本次施工船舶横在水流里，对船舶的锚系系统就有较高的要求，相应的对锚艇就有较高的要求。
填充材料
填充材料大部分的情况下都已在设计文件里有明确的要求。一般而言，以细砂为好。粗砂虽然固结快，粘粒少，但对充砂泵要求高，磨损大，运送距离很短；粉砂含粘粒多，固结慢，从砂袋孔流出的多。设计根据所使用的袋体布指标来对充填料做出要求，当然也要充分考虑现场的自然资源状况。本工程的充填料指标如下：袋装砂堤心充填砂料选用粉、细砂。粒径小于0.005mm粘粒的含量小于10%，粒径大于0.05mm的含量大于70%。
砂袋的充灌和沉放
施工时间的选择。顺利沉放袋头和袋尾是关键，经过多次不同的施工开始时间的选择，最终选择在高平潮前1～2个小时开工，这时涨潮的力量已很小，接近尾声，这个时候放袋头，成功率较高，有效充灌时间较长。具体每天的开始时间还是要现场观测，看是大潮还是小潮，它的根本原因还是流速的影响，所以最好能有一个流速仪在现场。
施工流向的选择。本次施工，经过顺涨潮流施工、逆涨潮流施工、顺落潮流施工的多次实践，最终证明顺落潮流施工为最佳。
当沙袋在甲板上展平，经检查无误时，将沙袋卷上滚筒，卷上滚筒时，两侧由人工将沙袋拉伸，以求砂袋无皱褶收缩地卷在滚筒上。当砂袋头部正好在甲板边沿（或有一点在翻板边）时，停止卷袋，在砂袋的一侧从头部开始用标尺在袋体上每2米划一道标记，量水深做到心中有数。将充砂管头插入砂袋的第一排袖口，最好出砂口要超过袖口根部，否则容易将袖口根部冲坏。第一排袖口插入充砂管是很容易和方便的，因为袋体还没有处于受力状态，后面的每一排要想把充砂管头插入袖口时超过根部是有点费力的，袋体处于受力状态，上下两层袋体布紧靠在一起。但这时不能怕麻烦和马虎了事，要尽量做到最好。这个过程还要注意在插入充砂管时，麻木蛮干，充砂管头部是硬的，太大力又不注意的情况下，会把下层袋体布戳破。
在整个的袋装砂施工的过程中，很小不起眼的一件小事——在充砂时的袖口绑扎十分重要。很多次由于袖口绑扎不好，对充砂过程或质量产生影响。当在甲板上充砂时，绑扎不好可以重来，只是影响充灌效率；当在水下充灌时就没有办法来从新插管，从而影响充灌质量。充砂管从袖口滑出，一是绑扎不好，一是管内压力太大—--反作用力大。主要是绑扎质量问题。水下充灌时绑扎不好，不能水下自动解开，就可能强制拉坏袖口，在袋体上留下一个大洞。袖口的绑扎不是高科技，但一点也不可轻视。袖口的绑扎只是需要认真和技巧。
第一排袖口充灌的是袋体的头部，有隔舱，就是将隔舱基本充满规定的厚度，没有隔舱，就需要施工人员根据经验实施。袋头冲灌量以袋头能不能下放到理想的位置为原则，满足这个原则，袋头内冲的越少越好。所以，隔舱的大小也不是一成不变的。袋头充灌好以后要一次放到泥面，不可以袋头悬挂在水中进行第二排袖口的充灌，否则袋体容易破袋。袋头的下放，再一次校正好精确的船位。以尽可能慢的速度下放；在下放的过程中，没有特殊情况，中途不可以停顿，一次下放到泥面。下放速度快，当袋头接触泥面时，受到泥面的作用力大，可能会产生炸袋的现象，线缝或袋体布会炸开；中途停顿，袋体布受到一个较大的动载荷，也会产生炸袋的现象。
砂袋施工中处理好下放的袋体长度和移船距离的关系以及尽可能的提高充灌的效率。袋体下放的长度一般要结合充砂袖口的位置，三米四米都关系不大，但究竟一次下放了多少心中要有数，可以根据在袋体布上做的记号准确了解到，因为这还关系到这一次移船大概要冲多少方砂，移船的距离一般小于等于放袋的长度，也可以不一次性放到位，中途时刻关注加筋带或袋尾牵拉绳的受力情况。充灌过程中，袋体太松，不能抵挡横向水流作用，太紧，易拉坏袋体。每一排袖口刚开始充灌时袋体也许是处于受力不大的状态，但随着不断的充灌，水下袋体内泥砂不断增多，袋体的受力就不断增大，所以要时刻关注，驾驶台要时刻准备调整船位。
袋尾的下放和充灌。刚开始，袋尾在甲板上充灌，很难成功，也很难保证袋尾的充灌砂量。特别在水深很大的情况下，甲板到泥面的高差大于15米。后来在充灌袋尾时就水下充灌。最后一排袖口全部是双层袖口，充砂管在甲板上插入袖口，绑扎好，一要保证充砂时不脱出袖口，二要保证充灌结束能在水下顺利解开。把袋体全部放入水中，充砂管不受力的状态下随袋体下沉水下，不要一次将袋体放到泥面，在袋尾离泥面1～2米高的状态下充灌，让泥砂向前面袋头十几米的地方冲跑一跑，，观察大绳的受力情况，当受力很大时，再将袋尾放到泥面，充灌较长的时间，一般是前面一排袖口的4～5倍时间。
对充灌效率的提高要注意的是要有备用充砂泵，控制充砂浓度，不可以堵管，分工明确，协调配合；
袋装砂堤芯的质量控制及与质量标准的差异
充填料、土工材料的质量要满足设计要求。
袋体的加工规格尺寸要仔细计算好，形成的堤芯轮廓线不能大于设计断面线。
施工船舶定位用专用软件，并用移动GPS-RTK随时测量袋体沉放轨迹，系浮漂的方法只能参考，不可能大量全程采用。
最难控制的每层袋的充灌厚度只能大概把握，一是通过每排袖口控制的面积，大概的砂量，每个充砂口的每小时充灌砂量来确定每排袖口的充灌时间，间接控制，但由于每个充砂口的单位时间内的流量和浓度不是不变的，所以单位时间内每个袖口的出砂量是不等的；二是通过每一个砂袋的总的充砂量来控制，所以要控制砂袋的充灌厚度是困难的，明知已充灌结束的砂袋内的砂是高低不平的，没有有效的手段去把它整平，砂袋的表面的平整度也是没有办法控制的。
目前所能采用的办法施工船砣测水深、测深仪测量水深、潜水员探摸都不能从根本上彻底的解决问题。袋体在水下刚充灌时，砣测、测深仪测是可以知道所测的这一点的深度和位置，但一两天后测量，因为袋体内的砂的固结，上层袋体有时是漂浮的，就不能真实反映堤身的高程，潜水员探摸点少，砂袋内的极细小的粘粒析出袋体，袋体上十分滑，潜水员操作很不便，再说潜水员的装备（如铅鞋）等也容易把袋体布损坏。
对于不出水的大型深水砂袋坝（潜坝），在现有的生产设备和工艺条件下，砂袋坝体轴线是比较可以满足标准要求的，坡度指标只能勉强做到，其他标准指标较难做到。
结束语
目前，袋装砂施工工艺在深水筑堤中的应用技术并不十分成熟，还需要从施工中不断摸索、实践，并不断调整、完善施工工艺，形成较为成熟的施工经验，建立一套更为完整的施工理论。我们也将通过此工程不断地总结，为以后的类似工程提供成熟的理论依据和成熟经验。
参考文献：
[1]闫澎旺等，长江口深水航道治理二期工程地基土弱化特性的试验分析（J）.中国港湾建设，2003，12：1-14；
[2]中华人民共和国交通部专项标准：《长江口深水航道治理工程整治建筑物工程质量检验评定标准（送审稿）》（2002年2月）（S）；
[3]长江下游福姜沙水道航道治理双涧沙守护工程设计文件；
[4]许四发，长江口深水航道治理工程软基处理研究（D）；
（作者单位：长江南京航道工程局）
