平湖九龍山圍墾工程方案比選

王曉華，吳志剛，應(yīng) 博

(1.浙江水利水電工程審價(jià)中心，浙江杭州 310020;2.嘉興市水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院，浙江嘉興 314001;3.浙江省水利水電建筑監(jiān)理公司，浙江杭州 310020)

浙江省平湖九龍山度假區(qū)海洋公園圍墾工程，根據(jù)工程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及前期數(shù)模、物模研究成果，維持通道過(guò)水?dāng)嗝鎸?duì)整個(gè)工程實(shí)施后的沖淤變化的影響是非常重要的.為保證通道足夠的過(guò)水?dāng)嗝?，選擇圍堤結(jié)構(gòu)斷面型式時(shí)，充分考慮工程布置時(shí)束窄通道過(guò)水?dāng)嗝娴挠绊?，根?jù)實(shí)際地形、地質(zhì)等條件推選合理的工程結(jié)構(gòu)型式，在保證圍堤結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，使圍堤結(jié)構(gòu)本身盡量不占用原有的通道過(guò)水?dāng)嗝?

鑒于本工程的實(shí)施技術(shù)難點(diǎn)及工程本身的重要性，通過(guò)對(duì)幾種圍堤結(jié)構(gòu)的技術(shù)、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的分析比選，擬定一號(hào)堤(試驗(yàn)段)合理的圍堤結(jié)構(gòu)方案.

1 工程概況

浙江省平湖九龍山度假區(qū)海洋公園圍墾工程，位于浙江省平湖市境內(nèi)，地處杭州灣北岸，乍浦港以東的蒲山灣.主要由三條堤及五條護(hù)堤促淤丁壩組成，形成南北兩個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊間形成過(guò)水通道.北區(qū)塊堤線(一號(hào)堤)由一期工程船閘位置經(jīng)小孟山至上海石化陳山碼頭，與原有西沙灣一期圍堤及陳山形成北區(qū)封閉圈.南區(qū)塊堤線由二號(hào)堤及三號(hào)堤組成，二號(hào)堤由大孟山北端至外浦山北端，三號(hào)堤由大孟山南端至外浦山南端，二號(hào)堤、三號(hào)堤與大孟山、外浦山形成南區(qū)封閉圈，五條護(hù)堤短丁壩沿三號(hào)堤外側(cè)基本均勻分布.本工程主要建筑物:一號(hào)堤長(zhǎng)2.8 km(其中試驗(yàn)段 1.23 km)，二號(hào)堤長(zhǎng)1.97 km，三號(hào)堤長(zhǎng)1.6 km.

工程區(qū)處于錢塘江北岸，工程區(qū)域的設(shè)計(jì)流況、風(fēng)浪、泥沙沖淤變化非常復(fù)雜，工程區(qū)的地形、地質(zhì)情況變化大，且離工程區(qū)不遠(yuǎn)即為錢塘江北深槽.

圖1 九龍山度假區(qū)海洋公園工程布置圖

工程確定為三等，圍堤工程為3級(jí)水工建筑物、與圍堤交叉的建筑物如船閘工程與主要建筑物級(jí)別一致，也屬3級(jí)水工建筑物，設(shè)計(jì)防潮重現(xiàn)期50年一遇.工程布置圖見(jiàn)圖1.

2 方案比選

2.1 圍堤結(jié)構(gòu)選型

本工程圍堤地基條件差，淺層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土或淤泥質(zhì)粘土，壓縮性大，強(qiáng)度低，且豎向分布比較深厚，同時(shí)圍堤外側(cè)灘面較低，波浪較大，因此，圍堤斷面型式宜選用斜坡式結(jié)構(gòu).斜坡式結(jié)構(gòu)相對(duì)于直立式結(jié)構(gòu)，具有對(duì)地基承載力要求低、對(duì)地基的沉降變化適應(yīng)性強(qiáng)、消浪效果好、施工技術(shù)簡(jiǎn)單、維修容易等諸多優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是爬高大、堤身高、斷面大、造價(jià)高.

為克服斜坡式結(jié)構(gòu)堤身高、斷面大的缺點(diǎn)，可采用高防浪墻結(jié)構(gòu)，以降低堤身填筑高度，減小堤身地基應(yīng)力，節(jié)省工程量.

2.2 筑堤材料選擇

由于袋裝砂筑堤以其較好的經(jīng)濟(jì)性，在很多地方得到廣泛應(yīng)用，利用袋裝砂筑堤、海砂吹填是具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的堤心材料，且筑堤的各種條件也滿足工程需要.

筑堤材料的選擇既要充分利用本工程區(qū)豐富的海砂資源，圍堤堤身▽1.0 m以下基礎(chǔ)的堤心采用拋石棱體填筑.因此，按照因地制宜、就地取材的原則，拋石和袋裝砂都是可取的，需根據(jù)本工程現(xiàn)狀條件的特點(diǎn)及使用要求進(jìn)行綜合比選，見(jiàn)表1.

2.3 圍堤地基處理選擇

本工程堤基含水量高，空隙比大，具高壓縮性，天然承載力低.考慮圍堤施工速率要求高，同時(shí)灘面較低，而且局部圍堤段受到堤頂前沿水下地形復(fù)雜、局部水深大、坡度陡的限制，無(wú)法加大堤身斷面，因此根據(jù)圍堤穩(wěn)定安全和減少后期沉降的需要，圍堤地基必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、安全的合理處理，達(dá)到在保證圍堤安全的基礎(chǔ)上盡量節(jié)省工程投資的目的，這也是本工程選擇方案的重點(diǎn)和難點(diǎn).

根據(jù)本工程的地質(zhì)特點(diǎn)，參照類似工程地基處理的經(jīng)驗(yàn)，一般可采用下面幾種方法進(jìn)行圍堤地基處理.

(1)基礎(chǔ)處理方法分析

①設(shè)置鎮(zhèn)壓層的重力堤的基礎(chǔ)處理.由于本工程堤軸線處原狀灘地基面較低，同時(shí)浦山灣通道水面寬度較小，通過(guò)設(shè)置鎮(zhèn)壓層的重力堤會(huì)影響通道的實(shí)際使用及水流的通暢，且對(duì)軟土基礎(chǔ)的固結(jié)速度過(guò)慢.

表1 堤心材料比較

②施打塑料排水板法:塑料排水板作為一種軟土地基加固和地基排水材料，是用聚合物制成的條帶狀復(fù)合型結(jié)構(gòu)，中間是擠出成型的塑料芯板，是排水帶的骨架和垂直排水通道，芯帶起支撐作用并將濾層滲進(jìn)來(lái)的水向上排出.該方法主要運(yùn)用于淤泥質(zhì)土、沖填土等飽和粘性土及雜填土的軟土地基，對(duì)沿海地區(qū)的應(yīng)用非常合適.具有以下優(yōu)點(diǎn):濾水性好，排水暢通，能確保良好的排水效果;材料具有一定的強(qiáng)度和延伸性，適合地基變形能力強(qiáng)，而不影響排水性能;排水板斷面尺寸小，插板時(shí)對(duì)地基擾動(dòng)小;可在超軟弱粘土層之上進(jìn)行插板施工;施工速度快，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，是軟基加固工程的理想排水固結(jié)材料;質(zhì)量容易控制，造價(jià)較低.

因此，塑料排水板法比較適合處理灘面較坦的軟土堤基，可充分顯示施工方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、造價(jià)低的特點(diǎn)，但不是很適合水深大，灘面坡度陡的堤基處理.

③爆炸擠淤法是一種水下軟基處理施工的新技術(shù)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，特別是水下爆炸排淤填石法屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平.所以，從堤身穩(wěn)定性上來(lái)看，采用水下爆炸處理軟基筑堤方法優(yōu)于塑料排水板及土工織物筑堤等其他方法，圍堤整體抗滑性能明顯優(yōu)于后者，且剩余沉降量小.

該施工方法施工速度快，不受漲落潮等自然條件的影響制約，也無(wú)需分期加載，易保證工期，爆炸后堤身穩(wěn)定，能增加地基土強(qiáng)度，其圓弧滑動(dòng)整體穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，處理后的海堤基礎(chǔ)固結(jié)快，剩余沉降量小，經(jīng)濟(jì)效益好.特別是對(duì)于水深大、緊臨陡坡的圍堤基礎(chǔ)，采用爆炸擠淤法處理，在施工嚴(yán)格控制好拋填尺度、炸藥用量和布藥位置與深度，可以精確控制爆炸后堤基拋石體的形狀和位置，保證圍堤施工期的整體穩(wěn)定性［1-3］.

該法的缺點(diǎn)采用爆炸擠淤法處理地基的工程造價(jià)要高于施打塑料排水板法.

④大直徑現(xiàn)澆混凝土筒樁是將內(nèi)外鋼護(hù)壁套管嵌于環(huán)形樁尖內(nèi)外槽中，利用高頻液壓振動(dòng)錘振動(dòng)沉入地層成孔，形成樁體所需的環(huán)形空間，然后配置鋼筋籠并現(xiàn)場(chǎng)澆灌混凝土，啟動(dòng)振動(dòng)錘拔出鋼護(hù)壁套管而形成的筒型樁［4］.一般可分為單體筒樁和聯(lián)體筒樁.可用于建筑樁基礎(chǔ)、支護(hù)結(jié)構(gòu)、防波堤結(jié)構(gòu)以及復(fù)合地基中的豎向增強(qiáng)體.該法筒樁樁周表面積大，可提供較大側(cè)阻力，直徑大抗彎性能好，可提供良好的豎向承載力及單樁水平承載力，非常適合本工程的圍堤結(jié)構(gòu)的使用，具有抗御風(fēng)浪襲擊能力強(qiáng)、施工速度快、節(jié)約建材等優(yōu)點(diǎn).

該方案在維持蒲山灣通道過(guò)水面積、施工安全性、技術(shù)可行性等方面都具有比較明顯的優(yōu)勢(shì).

(2)通道過(guò)水?dāng)嗝娣治觯醪綌M選基礎(chǔ)處理方法

由于本工程所處地段上下游有各類大型工程，工程的敏感性非常突出，考慮了圍堤本身所占的通道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e和現(xiàn)場(chǎng)地形條件布置圍堤等因素，維持通道過(guò)水?dāng)嗝鎸?duì)整個(gè)工程實(shí)施后的沖淤變化的影響是非常重要的.

圍堤結(jié)構(gòu)斷面型式方案比選時(shí)，也充分考慮工程布置時(shí)束窄通道過(guò)水?dāng)嗝娴挠绊?，為了保證通道足夠的過(guò)水?dāng)嗝妫饕獜南旅鎯蓚€(gè)方面著手解決.通過(guò)完善過(guò)水通道兩側(cè)圍堤結(jié)構(gòu)型式，盡量避免在工程實(shí)施后減小通道原有的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e.對(duì)各結(jié)構(gòu)斷面過(guò)水通道橫斷面進(jìn)行分析.為保持蒲山灣通道的過(guò)水面積，在通道兩側(cè)建議采用大直徑現(xiàn)澆混凝土筒樁方案.根據(jù)各斷面位置的堤身結(jié)構(gòu)，分別分析蒲山灣通道采用爆炸擠淤處理和現(xiàn)澆混凝土筒樁方案對(duì)通道過(guò)水?dāng)嗝娴脑鰷p比例.

由上述對(duì)各通道的過(guò)水?dāng)嗝娣治鼋Y(jié)果可知，對(duì)比筑圍堤前后，采用爆炸擠淤方案的通道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的減小率均＜5%，采用大直徑現(xiàn)澆混凝土筒樁方案的通道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的減小率均＜2.3%，因此，按照本專題研究提供的圍堤結(jié)構(gòu)斷面對(duì)通道的影響非常小，可忽略不計(jì)，滿足數(shù)模分析的前提條件，使通道的過(guò)水條件在數(shù)模試驗(yàn)與工程實(shí)際相匹配吻合.

通過(guò)上述對(duì)幾種常用的圍堤地基處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)的比較和通道過(guò)水?dāng)嗝娴姆治?，考慮本工程圍堤的現(xiàn)狀條件，初步擬選基礎(chǔ)處理方法——爆炸擠淤方案和大直徑現(xiàn)澆混凝土筒樁方案，以達(dá)到工程技術(shù)和工期的要求.

2.4 堤身結(jié)構(gòu)擬定及投資比選

(1)堤身結(jié)構(gòu)擬定

①爆炸擠淤方案的堤身結(jié)構(gòu)擬定.圍堤地基處理采用爆炸擠淤法的方案，處理范圍及爆炸填石的斷面尺寸依據(jù)圍堤整體穩(wěn)定性驗(yàn)算確定，爆炸石棱體落底高程約為 -18.0～ -26.5 m，頂寬度為8 m，底寬為12～18 m左右，堤身最大寬度約為33～41 m.

爆炸圍堤堤身直立式擋墻采用拋石基礎(chǔ).圍堤堤心下部采用水拋石棱體，上部采用吹填砂和袋裝砂進(jìn)行填筑.拋石棱體頂寬取8 m，拋石棱體臨水側(cè)采用1∶2斜坡連接至-1.5 m高程平臺(tái)，內(nèi)側(cè)采用1∶1.5斜坡連接至促淤后泥面線，袋裝砂通長(zhǎng)袋上鋪設(shè)一層軟體排.拋石棱體堤心內(nèi)側(cè)、堤心上部及圍堤區(qū)內(nèi)填土均采用袋裝砂及吹填砂填筑.

在拋石棱體上部設(shè)置直立墻，墻后設(shè)平臺(tái)，采用1∶2柵欄板斜坡連接圓弧形返浪墻.直立墻外側(cè)設(shè)拋石鎮(zhèn)腳平臺(tái)，采用鋼筋混凝土柵欄板斜坡護(hù)面，柵欄板下設(shè)置灌砌塊石，在拋石棱體內(nèi)側(cè)設(shè)置反濾層.

鎮(zhèn)壓棱體外側(cè)采用1∶2斜坡拋石至灘面高程.鎮(zhèn)壓棱體表面采用大塊石，棱體內(nèi)部則可采用小塊石拋填.

②筒樁方案的堤身結(jié)構(gòu)擬定.大直徑現(xiàn)澆混凝土筒樁方案是在堤軸線外側(cè)灘涂上設(shè)置一排密排鋼筋混凝土筒樁，對(duì)外側(cè)可用于抗御外海側(cè)的風(fēng)浪，對(duì)內(nèi)側(cè)可以起到擋土作用，內(nèi)側(cè)灘涂面可通過(guò)自然淤高或人工吹填砂的方式形成高程為0.5 m的平臺(tái).充分發(fā)揮該方案在維持蒲山灣通道過(guò)水面積、施工安全性、技術(shù)可行性等方面的優(yōu)勢(shì).

在堤軸線外側(cè)設(shè)兩排D150鋼筋混凝土筒樁，第一排(最外側(cè))筒樁中心間距為1.7 m，第二排筒樁中心間距為5.1 m，筒樁頂部均設(shè)置鋼筋混凝土導(dǎo)梁、導(dǎo)梁間采用鋼筋混凝土系梁連接，使兩排樁形成框架，提高筒樁的水平抗力.內(nèi)側(cè)通過(guò)自然淤積或人工吹填砂形成0.5 m高程平臺(tái)，堤身基礎(chǔ)處理共采用4排D100的素混凝土筒樁，樁中心間距為3.5 m，樁頂高程為0.5 m，下設(shè)一層高強(qiáng)度土工布及30 cm厚級(jí)配良好的碎石墊層.在充填粉土管袋上修筑直立式擋墻，墻頂設(shè)置防浪墻，擋墻外側(cè)3.9 m平臺(tái)與1.9 m高程平臺(tái)間采用1∶2.5斜坡相接，平臺(tái)及斜坡上鋪設(shè)混凝土螺母塊.結(jié)構(gòu)斷面示意圖，見(jiàn)圖2.

圖2 堤身結(jié)構(gòu)斷面示意圖

(2)投資比選

根據(jù)擬定的堤身結(jié)構(gòu)方案，從投資方面綜合分析一號(hào)堤(實(shí)驗(yàn)段)工程投資，爆炸擠淤方案造價(jià)為8.53萬(wàn)元/米，投資約10 491.9萬(wàn)元;筒樁方案造價(jià)為7.16萬(wàn)元/米，投資約8 806.8萬(wàn)元.經(jīng)比較，筒樁方案節(jié)省投資約1 685萬(wàn)元.圍堤結(jié)構(gòu)主要工程量及投資比較見(jiàn)表2.

表2 圍堤結(jié)構(gòu)主要工程量及投資比較表

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)幾種圍堤中常用的圍堤結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析比選，最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體條件，考慮工程的技術(shù)、安全性和經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)堤段的地形地質(zhì)條件以及本工程維持蒲山灣通道的重要性，推選混凝土筒樁方案作為本工程一號(hào)堤(試驗(yàn)段)的結(jié)構(gòu)方案.除上述推選的圍堤結(jié)構(gòu)方案外，在下階段還可通過(guò)論證選用更經(jīng)濟(jì)、安全、合理的技術(shù)方案，如下部重力堤結(jié)合上部混凝土空箱輕型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合斷面結(jié)構(gòu)形式或預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、灌注樁和水泥攪拌樁結(jié)合進(jìn)行基礎(chǔ)處理上部混凝土空箱輕型結(jié)構(gòu)等.

［1］楊振聲，張加華，王 峰.“包芯”斷面海堤爆炸法施工技術(shù)［P］.中國(guó)專利:ZL97121735.1，1997-12-18.

［2］連云港港口工程設(shè)計(jì)研究所.JTJ/T258-98爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，1998.

［3］楊振聲，張加華.堤下爆炸擠淤法［P］.中國(guó)專利:ZL97125894.5，1997-12-24.

［4］浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院.DB33/1044-2007大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.