劉愛新，黃渝清

雙向土工格柵在外海深水防波堤工程中的應(yīng)用

劉愛新，黃渝清

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116110）

在大連長(zhǎng)興島葫蘆山灣南防波堤工程中，采用鋪設(shè)雙向土工格柵進(jìn)行地基加固處理。文章詳細(xì)闡述了土工格柵鋪設(shè)的施工工藝以及土工格柵鋪設(shè)起始邊線、終止邊線的控制方法，工程實(shí)踐證明，該方法在本工程得到很好的應(yīng)用，可為類似工程提供借鑒參考。

外海；深水；防波堤工程；土工格柵；水下鋪設(shè)；邊線控制

0 引言

大連長(zhǎng)興島葫蘆山灣南防波堤工程全長(zhǎng)4 004 m，位于葫蘆山灣南端，三面環(huán)山，西、西南及西北向均無掩護(hù)，防波堤軸線水深-13~-20.5 m，屬于外海深水區(qū)施工。工程所在海域地處當(dāng)?shù)乩鄙桨l(fā)育海溝之間，施工過程中受風(fēng)浪、海流影響很大，見圖1。

防波堤K0+674.666 m—K4+004 m段地基軟弱層較厚，地基采用拋填袋裝砂墊層、打設(shè)塑料排水板、鋪設(shè)雙向土工格柵三者相結(jié)合的方式進(jìn)行加固處理。塑料排水板打設(shè)完成后需及時(shí)覆蓋一層土工格柵。

防波堤典型斷面圖見圖2。

圖1 工程平面圖Fig.1Engineering plan

圖2 防波堤典型斷面圖（單位：m）Fig.2Typical cross-section of breakwater（m）

1 工程地質(zhì)條件

K0+674.666m—K4+004m段水深在-13~-20.5m之間，軟弱層較厚，表層有較厚、物理力學(xué)指標(biāo)較差的淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土。其中，①1-1淤泥（0.80~4.10 m）、①2-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（1.80~17.10 m）、①2-2粉質(zhì)黏土（1.90~12.70 m）、②1粉質(zhì)黏土（1.8~30.80m）為軟弱層。

2 技術(shù)要求

土工格柵采用雙向土工格柵，材質(zhì)為高強(qiáng)聚酯，每延米縱、橫向拉伸強(qiáng)度＞300 kN/m，網(wǎng)孔尺寸25~35 mm，網(wǎng)格尺寸45~50 mm，幅寬≥5 m，每幅土工格柵之間搭接寬度≥1 m，土工格柵定位后及時(shí)壓鋪，防止位移。鋪設(shè)約46.5萬m2。

3 船機(jī)設(shè)備

主要船機(jī)設(shè)備詳見表1，土工格柵鋪設(shè)船參數(shù)見表2。

表1 主要船機(jī)設(shè)備Table 1The main ships and machines

表2 土工格柵鋪設(shè)船參數(shù)Table 2Parameters of geogrid laying vessel

4 施工方法的選擇

本工程前期曾考慮采用傳統(tǒng)船舶水面上鋪設(shè)土工格柵、采用平板駁船拋石壓載的施工工藝，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海流大、受風(fēng)浪影響大、工期緊等施工條件，采用傳統(tǒng)工藝在安全、質(zhì)量及進(jìn)度上無法得到保證。經(jīng)過對(duì)比分析，最終確定了由傳統(tǒng)的平板駁鋪設(shè)船改造成專業(yè)土工格柵鋪設(shè)船鋪設(shè)的施工方法[1-6]。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）船機(jī)設(shè)備投入上，可租用傳統(tǒng)平板駁船進(jìn)行改造，工程完工后可拆除改造設(shè)備，方便簡(jiǎn)單。

2）可根據(jù)需要鋪設(shè)的長(zhǎng)度（主受力方向）、水深對(duì)鋪設(shè)船的改造設(shè)備及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，可適應(yīng)不同鋪設(shè)長(zhǎng)度及深度的要求，在外海深水施工中尤為明顯。

3）可根據(jù)鋪設(shè)寬度范圍按斷面寬度尺寸整幅鋪設(shè)土工格柵，減少搭接量，保證土工格柵主受力方向不出現(xiàn)搭接。

4）鋪設(shè)船作業(yè)時(shí)將鋪設(shè)滾筒下放至水下基礎(chǔ)面進(jìn)行土工格柵鋪設(shè)，避免了土工格柵起始邊及終止邊的偏移，保證鋪設(shè)有效長(zhǎng)度。

5）使用雙GPS定位系統(tǒng)對(duì)鋪設(shè)船進(jìn)行精確定位，保證鋪設(shè)位置準(zhǔn)確。

6）使用開體駁船替代平板駁船拋石壓載，保證鋪設(shè)時(shí)壓載及時(shí)且速度快，提高施工效率。

5 施工方法

5.1 施工工藝流程

采用土工格柵鋪設(shè)船鋪設(shè)土工格柵+500 m3開體駁拋石壓載的施工工藝，施工工藝流程見圖3。

圖3 土工格柵鋪設(shè)施工工藝流程圖Fig.3Process flow diagram of geogrid laying construction

5.2 施工方法

5.2.1 土工格柵船上拼接

1）土工格柵在上料碼頭吊裝上船后，首先在鋪設(shè)滾筒的背扣上每隔1 m綁上長(zhǎng)度為10 m的尼龍繩，尼龍繩的另一端與土工格柵終止邊直接用綁扎帶連接（尼龍繩與土工格柵終止邊搭接1 m，每0.2 m綁扎帶加固），保證在末端邊線鋪設(shè)時(shí)鋪設(shè)船能預(yù)留出開體駁船料倉(cāng)的位置，保證石料的有效壓載。

2）土工格柵終止邊與尼龍繩連接后，使用滾筒的卷揚(yáng)機(jī)卷起回收，土工格柵每幅之間搭接要求每間隔50 cm使用專用綁扎帶拼接在一起，作業(yè)人員一邊綁扎拼接，卷揚(yáng)機(jī)一邊卷起回收，直至完成該段土工格柵的拼接。

3）土工格柵拼接完成后，作業(yè)人員將兩根鋼絲繩從船頭底部穿過（兩根鋼絲繩分別綁在滾筒的兩端），鋼絲繩的一端用卸扣綁在滾筒邊承柱的開孔上，另一端與卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩綁在一起，便于鋪設(shè)土工格柵時(shí)滾筒通過卷揚(yáng)機(jī)收至船體底部位置，避免石料壓載。

5.2.2 土工格柵鋪設(shè)船定位

采用船上雙GPS自動(dòng)定位系統(tǒng)對(duì)鋪設(shè)船進(jìn)行拋錨定位，船體平行于軸線。操作手通過船上的電腦顯示屏指揮各邊錨錨機(jī)絞纜移動(dòng)鋪設(shè)船，將鋪設(shè)船精確定位在鋪設(shè)土工格柵范圍的邊線上。

5.2.3 鋪設(shè)土工格柵

1）綁結(jié)小錨。在滾筒卷好的土工格柵起始邊上，使用16號(hào)鐵絲將φ22的螺紋鋼（29 m/根）與土工格柵綁結(jié)固定在一起。作業(yè)人員裁剪長(zhǎng)度為50 m的尼龍繩與螺紋鋼反穿綁在一起（反穿后尼龍繩長(zhǎng)度為25 m），尼龍繩反穿螺紋鋼后，作業(yè)人員再將尼龍繩的兩端一起綁在小鐵錨上。為了方便土工格柵鋪設(shè)后小錨的回收，在小鐵錨上再綁上一個(gè)錨漂。

2）滾筒上土工格柵捆綁。為保證土工格柵從滾筒上往下吊放的過程中不會(huì)受到水流等因素影響而自然攤開，需用尼龍繩在滾筒上將土工格柵每隔7 m綁上一處，此處使用活結(jié)綁結(jié)。

3）拋設(shè)小錨及滾筒下放。當(dāng)鋪設(shè)船移至土工格柵起始邊線25 m外的位置后，通過拉緊小繩子將4個(gè)小錨及錨漂垂直船邊拋入海里，用船上卷揚(yáng)機(jī)將整筒土工格柵垂直往下吊放，到達(dá)砂墊層基礎(chǔ)面后，再使用船頭、船尾配備的卷揚(yáng)機(jī)將滾筒收至船體底部位置（約2 m的距離），逐步移船到達(dá)鋪設(shè)土工格柵起始邊。到達(dá)起始邊后，可將剛才使用活結(jié)綁結(jié)在滾筒上的尼龍繩解開，此時(shí)就可以開始正常鋪設(shè)土工格柵。

4）鋪設(shè)土工格柵。鋪設(shè)船首先需往土工格柵的鋪設(shè)方向移船8 m，此處8 m距離是預(yù)留500 m3開體駁船料倉(cāng)開口中心至滾筒間的距離，便于開體駁船?？繒r(shí)能將石料準(zhǔn)確壓載在土工格柵起始邊上。在開體駁船拋填石料后，操作手移動(dòng)鋪設(shè)船垂直于定位軸線方向徐徐后退。此時(shí)，隨著鋼絲繩的牽引，滾筒上的土工格柵逐步展開。當(dāng)鋪設(shè)船到達(dá)土工格柵的終止邊線時(shí)，鋪設(shè)船繼續(xù)移船往鋪設(shè)方向側(cè)移動(dòng)10 m，此處10 m為滾筒與土工格柵間用尼龍繩連接的距離，保證土工格柵終止邊得到有效壓載（圖4）。

圖4 鋪設(shè)土工格柵及壓載示意圖Fig.4Sketch of laying geogrid and ballast

5.2.4 船拋石料壓載、滾筒回收

1）船拋石料壓載。鋪設(shè)船鋪設(shè)土工格柵時(shí)需及時(shí)進(jìn)行拋投石料壓載，一邊鋪設(shè)一邊壓載，直至完成整幅土工格柵的壓載。

2）滾筒回收。土工格柵鋪設(shè)全部完成后，作業(yè)人員將滾筒通過卷揚(yáng)機(jī)收至甲板面上，在滾筒吊上甲板面后，作業(yè)人員使用手動(dòng)葫蘆將滾筒回收至吊臂的支承柱上。此時(shí)，操作手再絞纜移船至拋小錨的位置，作業(yè)人員把錨漂拉上后將小錨上與土工格柵起始邊上綁結(jié)的尼龍繩解開，將小錨回收存放，完成該段鋪設(shè)。

5.2.5 檢查驗(yàn)收

1）陸上驗(yàn)收為卷尺測(cè)量土工格柵長(zhǎng)度、單幅寬度及搭接縫寬度。

2）水下驗(yàn)收由測(cè)量配合潛水員驗(yàn)收，潛水員下水對(duì)土工格柵邊線鋪設(shè)位置、水下搭接長(zhǎng)度、搭接牢固程度、起伏狀況等進(jìn)行檢查。

3）檢查合格后，方可進(jìn)行下道工序的施工。

4）土工格柵鋪設(shè)允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法詳見表3。

表3 土工格柵鋪設(shè)允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法Table 3The allowable variation,inspection quality and method of laying geogrid

6 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）土工格柵斷面尺寸整幅生產(chǎn)。按斷面寬度尺寸在廠家整幅生產(chǎn)土工格柵，能減少土工格柵間的搭接量，同時(shí)保證土工格柵主受力方向不出現(xiàn)搭接。

2）土工格柵起始邊控制。在滾筒已卷好的土工格柵起始邊上用尼龍繩與小錨連接綁結(jié)一起，移船定位把小錨在土工格柵起始邊上的相對(duì)位置拋下，土工格柵鋪設(shè)船移船到達(dá)起始邊線后，由于受到尼龍繩拉力的牽引，土工格柵準(zhǔn)確地在起始邊上攤開鋪設(shè)。為了保證起始邊有石料壓載，移船鋪設(shè)時(shí)需提前考慮預(yù)留出開體駁拋石料倉(cāng)與土工格柵鋪設(shè)時(shí)下放的滾筒位置距離。

3）土工格柵終止邊控制。為了保證土工格柵終止邊有石料壓載，采用10 m長(zhǎng)尼龍繩代替土工格柵直接與滾筒背扣連接。當(dāng)鋪設(shè)船移船到達(dá)終止邊線后，鋪設(shè)船繼續(xù)往鋪設(shè)方向移船，此時(shí)，受到尼龍繩的拉力牽引，土工格柵得到石料有效壓載，不會(huì)出現(xiàn)折疊、漂移現(xiàn)象。

4）采用500 m3開體駁船拋石壓載。本工程土工格柵每幅拼接完成后寬度為29 m，500 m3開體駁裝料倉(cāng)長(zhǎng)度26 m。采用開體駁船拋石壓載，鋪設(shè)面積能得到較好的均勻壓載。經(jīng)過潛水員潛水探摸，土工格柵起始邊及終止邊均有石料壓載。

7 結(jié)語

本工程施工海域環(huán)境惡劣，施工區(qū)域水深最深處達(dá)-20.5 m，鋪設(shè)斷面寬度達(dá)120 m左右，土工格柵在東北沿海地區(qū)施工屬于首次。經(jīng)過施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，土工格柵鋪設(shè)有效施工作業(yè)天數(shù)為53 d，日均完成土工格柵鋪設(shè)工程量約為8 785 m2。同時(shí)，經(jīng)過潛水員水下探摸，在土工格柵起始邊線及終止邊線均有石料均勻壓載，鋪設(shè)質(zhì)量良好。通過后期防波堤沉降位移觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，防波堤堤身結(jié)構(gòu)未發(fā)生重大沉降，地基基礎(chǔ)承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

土工格柵鋪設(shè)施工屬于隱蔽工程，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制施工參數(shù)才能確保施工質(zhì)量。土工格柵拼接、土工格柵起始邊壓載、終止邊壓載等是土工格柵鋪設(shè)施工中控制的關(guān)鍵。本分項(xiàng)工程的順利實(shí)施，證明該工藝在大連長(zhǎng)興島葫蘆山灣南防波堤工程中的應(yīng)用是成功的，可為類似工程提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

[1]GB/T 17689—2008，土工合成材料塑料土工格柵施工規(guī)范[S]. GB/T 17689—2008,Geosynthetics-plastic geogrids[S].

[2]JTS 257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction[S].

[3]阮學(xué)成，王翔，劉滔.長(zhǎng)江南京以下12.5 m深水航道工程深水軟體排設(shè)計(jì)施工[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2014，34（12）：51-53，65. RUAN Xue-cheng,WANG Xiang,LIU Tao.Design and construction of deepwater soft mattress for 12.5 m deepwater channel project from Nanjing in the Yangtze River[J].China Harbour Engineering, 2014,34(12):51-53,65.

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Application of 2-way geogrid in deepwater breakwater project on the open sea

LIU Ai-xin,HUANG Yu-qing
（No.3 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116110,China）

In Dalian Changxing Island Hulushan Bay south breakwater project,the use of laying 2-way geogrid for foundation reinforcement treatment.We elaborated the construction technology of geogrid laying and the control method of starting and ending edge of geogrid.The engineering practice proved that the method in this project has been very good application,can provide references for similar projects.

open sea;deepwater;breakwater project;geogrid;underwater laying;edge control

U656.314

B

2095-7874（2017）08-0078-04

10.7640/zggwjs201708018

2017-05-27

劉愛新（1968—），男，遼寧錦州人，高級(jí)工程師，總經(jīng)理、執(zhí)行董事，港口與航道工程專業(yè)。E-mail：734875146@qq.com