紅旗路、B03路基圍埝龍口預(yù)留及合龍分析

李俊豐，靳光輝，韓利波

（華北水利水電工程集團(tuán)有限公司，天津 300170）

1 工程概況

天津南港工業(yè)區(qū)紅旗路、B03路基圍埝工程是南港工業(yè)區(qū)2010年重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是“雄心壯志建南港”的重要組成部分，也是南港工業(yè)區(qū)內(nèi)交通主干道的基礎(chǔ)。工程能否按期完工關(guān)系到港池后方吹填造陸及后續(xù)招商引資等建設(shè)項(xiàng)目的開展。龍口預(yù)留及合龍則是本工程施工組織和安排的重要內(nèi)容和關(guān)鍵控制點(diǎn)，也是主體工程的收尾之筆，其重要性不言而喻。

1.1 平面布置

紅旗路呈東西向布置，總長(zhǎng)度約3 650 m，原基面高程自西向東為0.8～-2.7 m （1972年大沽高程系，下同），其東端與B03路基圍埝相交于H點(diǎn)。B03路基圍埝呈南北向布置，由3個(gè)標(biāo)段組成，本標(biāo)段為第2標(biāo)段（圖中粗線所示），區(qū)域范圍為M+100～C-100，位于整個(gè)B03路基圍埝中部，長(zhǎng)度約4 180 m，原基面高程均為-2.7 m。平面位置，如圖1所示。

1.2 路基結(jié)構(gòu)

B03路基圍埝基礎(chǔ)處理采用砂墊層+排水板結(jié)構(gòu)，主體采用兩側(cè)大型充填砂袋、中間吹填散砂的斜坡堤型式，護(hù)面采用拋塊石結(jié)構(gòu)，路面為山皮石鋪填（設(shè)計(jì)頂高程4.0 m），防浪墻采用漿砌石砌筑（設(shè)計(jì)高程5.0 m）。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位置示意

B03路基圍埝處于中等水深區(qū)，其西為圍海造陸區(qū)，圍域面積約10 km2，在如此大的海域內(nèi)進(jìn)行大型充填砂袋堤身的龍口預(yù)留及合龍，在南港是第一次。龍口預(yù)留及合龍既是本工程的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)，在龍口預(yù)留寬度、位置、數(shù)量及合龍方案和時(shí)間安排上均需進(jìn)行全方位的思考和方案比較。

2 龍口預(yù)留

2.1 龍口功用

龍口根據(jù)功能和用途可分為兩種：一種僅為滿足泄水要求；另一種除滿足泄水要求外，還要滿足通航和運(yùn)輸要求。因紅旗路在B03路基圍埝所圍海域內(nèi)部，構(gòu)成其主體工程的大型充填袋所需砂料，需在砂源地開采后由運(yùn)砂船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)合同工期要求，兩條路基圍埝又必須安排平行作業(yè)，同步施工。因此，B03路基圍埝的龍口預(yù)留除滿足泄水要求外，還要滿足船舶水上運(yùn)輸和安全要求。

2.2 龍口預(yù)留要考慮的問題

龍口預(yù)留主要考慮兩個(gè)問題：一是龍口布置，應(yīng)考慮龍口留置寬度、位置及數(shù)量；二是龍口結(jié)構(gòu)，主要指龍口防護(hù)設(shè)計(jì)。

2.2.1 龍口留置寬度、位置和數(shù)量

龍口留置寬度、數(shù)量主要是為滿足由潮汐作用引起的圍區(qū)內(nèi)外水位變化和泄水要求，使路基圍埝在沿海軟基尚未完全排水固結(jié)和主體工程尚未完全成型時(shí)盡量減小圍區(qū)內(nèi)外水位壓差和較大滲流的不利影響，同時(shí)也有利于降低龍口流速，使運(yùn)輸船舶安全通行。龍口留設(shè)位置則主要考慮施工方便、安全和其他要求。本工程龍口預(yù)留有以下具體要求：龍口寬度要適當(dāng)，其納潮和泄流時(shí)形成的流速不宜太大，否則容易造成基底沖刷；龍口護(hù)底高程盡可能降低，以確保進(jìn)出施工船舶通行安全。

根據(jù)上述思路，結(jié)合本工程地處整個(gè)B03路基圍埝的位置，防止北側(cè)一標(biāo)段和南側(cè)三標(biāo)段對(duì)本工程施工的影響和干擾，將龍口留置于本標(biāo)段內(nèi)部。

根據(jù)數(shù)模計(jì)算和分析，確定龍口預(yù)留總寬度宜為300 m。因B03路基圍埝走向一致，基底高程相同，因此單寬泄水量基本相同。根據(jù)這一前提條件，并考慮施工期間船舶運(yùn)輸要求，相應(yīng)有3種龍口留設(shè)方案，分別為在B03路基圍埝上留設(shè)1個(gè)300 m龍口、2個(gè)150 m龍口或3個(gè)100 m龍口?？紤]到龍口留置數(shù)量增多必然會(huì)增加龍口端頭防護(hù)數(shù)量和龍口周邊護(hù)底面積，因此在保證安全和使用功能的前提下，為降低施工措施成本，龍口數(shù)量宜盡量少設(shè)。綜合考慮多方面因素，最終確定在紅旗路與B03路基圍埝交接處H點(diǎn)兩側(cè)各150m范圍預(yù)留1個(gè)龍口。

2.2.2 龍口防護(hù)設(shè)計(jì)

龍口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是龍口自身防潮流沖刷和抗浪的內(nèi)在要求。受漲退潮影響，路基圍埝預(yù)留龍口處有破壞作用的水流主要有 “底部流”“繞堤流”和 “沿堤流”，其流速大小均與龍口內(nèi)外水位差或水力坡降相關(guān)。“底部流”是指在龍口寬度范圍沿海底運(yùn)動(dòng)的潮水流，其流速在預(yù)留期一般不是太大，但在合龍期，隨著泄流斷面減小和水位差、水力坡降的增大，其流速將增大很多，對(duì)龍口基底和周邊海床影響較大?！袄@堤流”是指潮水在漲退過程中沿龍口端頭運(yùn)動(dòng)的水流，主要對(duì)龍口端頭結(jié)構(gòu)物造成影響?！把氐塘鳌笔窃邶埧诙祟^兩側(cè)各一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)有明顯運(yùn)動(dòng)速度的水流，其特點(diǎn)是距端頭越近，流速越大，反之越小。

龍口留置時(shí)間一般較長(zhǎng)，在漲退潮形成的往復(fù)流長(zhǎng)期作用下，若不采取有效措施，龍口周邊海床極易形成沖溝，從而導(dǎo)致地基承載力和抗剪強(qiáng)度大大降低，嚴(yán)重危及合龍期主體加載和路基圍埝自身穩(wěn)定。因此，龍口自身及其周邊應(yīng)采取必要的保護(hù)措施，防止龍口處基底、端頭和周邊海床遭受沖刷破壞。

結(jié)合B03路基圍埝工程設(shè)計(jì)和施工要求，最終采取以下龍口預(yù)留方案：先進(jìn)行砂墊層拋填和塑料排水板打設(shè)，然后按設(shè)計(jì)圖紙鋪設(shè)1層土工格柵，并進(jìn)行底層大型充填砂袋施工，其厚度控制在30～50 cm。為避免過往船只對(duì)充填袋造成破壞，先在充填袋上鋪設(shè)1層600 g/m2土工布軟體排，并拋填30 cm片石壓護(hù)，施工完成后再利用測(cè)深儀對(duì)龍口處高程進(jìn)行實(shí)測(cè)，以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，確保船只通行安全。最后，對(duì)龍口兩側(cè)端頭及受水流影響較大的堤身范圍進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)，防止水沖、浪掏。

另外，龍口預(yù)留期間，還應(yīng)定期對(duì)龍口及周邊海床地形進(jìn)行水下測(cè)量，特別是出現(xiàn)潮位異常、增水和風(fēng)暴潮后，應(yīng)及時(shí)對(duì)龍口周邊進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比地形變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)龍口護(hù)底及海床遭受沖刷時(shí)應(yīng)及時(shí)采取有效補(bǔ)救措施。

3 龍口合龍

在海域內(nèi)進(jìn)行預(yù)留龍口的合龍不同于江河截流，一般江河水流流向常年保持一致，由上游向下游單向流動(dòng)，且一年四季中河道流量與季節(jié)降水量關(guān)系甚密，截流時(shí)間一般選擇在枯水期，并與臨時(shí)施工導(dǎo)流相結(jié)合。而在海域內(nèi)進(jìn)行龍口合龍，水流受圍區(qū)內(nèi)外水位差的影響，往往在龍口處呈現(xiàn)與漲退潮步調(diào)不相協(xié)調(diào)的往復(fù)流，表現(xiàn)在龍口處水流有時(shí)與漲退潮方向一致，有時(shí)相反，這與龍口在不同時(shí)期的寬度和泄水?dāng)嗝娲笮∮嘘P(guān)。龍口寬度和泄水?dāng)嗝嬖酱?，龍口水流流向與漲退潮方向一致性越大，反之越小，這是在合龍的各個(gè)時(shí)期必須考慮的一個(gè)重要影響因素。

3.1 合龍方案設(shè)計(jì)

3.1.1 總體方案

因本工程不僅僅是為了滿足吹填而修建的圍埝，其主體吹填砂還是今后永久干道的基礎(chǔ)，因此保持路基材料的相對(duì)一致性和避免路基的不均勻沉降是保證路基工程質(zhì)量的重要前提。根據(jù)這一理念和為業(yè)主單位負(fù)責(zé)的精神，我們沒有采納原設(shè)計(jì)拋石合龍參考方案，而是結(jié)合圍埝外側(cè)的拋石護(hù)坡，構(gòu)思出在大型充填袋外側(cè)先施做臨時(shí)擋潮（水）石壩，并在石壩內(nèi)側(cè)按原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)型式和斷面進(jìn)行主體大型充填袋和堤心散砂吹填施工。

3.1.2 拋填石壩施工步驟

結(jié)合工程特點(diǎn)和運(yùn)輸條件，排除了陸上運(yùn)輸，確定了拋填石料主要靠船運(yùn)解決。

經(jīng)公司及項(xiàng)目部技術(shù)人員共同研究，最終確定了“平立結(jié)合”的施工方法：首先在龍口長(zhǎng)度方向，先平拋?zhàn)o(hù)底塊石至低平潮位，采用3艘大型拋石船，由內(nèi)向外同步進(jìn)行；然后采用3艘中型拋石船分段拋填小石壩，拋填高程以超出施工期最高潮位0.5 m為宜，石壩寬度控制在3 m，石壩分段長(zhǎng)度和間距控制在20 m左右，最終使整個(gè)龍口的泄水?dāng)嗝娉数X形，其優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)分流效果和降低龍口流速的同時(shí)不會(huì)減少拋石作業(yè)面和拋填強(qiáng)度，有利于快速合龍；最后組織3艘中型拋石船將齒形過水通道依次封堵，最終實(shí)現(xiàn)龍口石壩閉合；在龍口石壩內(nèi)側(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)單閉水處理，最后進(jìn)行路基主體充填砂施工；主體工程完成后，按設(shè)計(jì)斷面將臨時(shí)石壩整理為護(hù)坡塊石。

3.1.3 合龍時(shí)機(jī)選擇

合龍時(shí)機(jī)選擇主要結(jié)合總體部署和施工進(jìn)度安排確定，從施工整體考慮，一般選擇在潮差小、大風(fēng)和大霧較少的季節(jié)，但潮位應(yīng)能滿足船舶運(yùn)輸要求。

3.2 合龍施工組織

3.2.1 合龍準(zhǔn)備

龍口合龍是整個(gè)工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是南港當(dāng)年度的重要任務(wù)目標(biāo)，其施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)船機(jī)設(shè)備、材料組織、現(xiàn)場(chǎng)管控和技術(shù)能力要求均較高，必須根據(jù)本工程的工況條件、氣象、潮汐特征等，仔細(xì)研究和分析各施工階段可能會(huì)遇到的各種問題，制定具體的應(yīng)對(duì)措施和方法。其準(zhǔn)備工作總結(jié)如下：做好人員組織準(zhǔn)備，明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任；做好技術(shù)準(zhǔn)備，制定可行的施工技術(shù)方案，做好施工前的技術(shù)交底，同時(shí)提前做好龍口基底及周邊防護(hù)，必要時(shí)加大龍口護(hù)底范圍，防止水流對(duì)基面造成破壞性沖刷；根據(jù)天氣、潮汐及海浪預(yù)報(bào)，確定最佳合龍日期；選擇船況良好且抗風(fēng)浪能力強(qiáng)的拋石船舶和配套機(jī)械，配備強(qiáng)勁的錨纜系統(tǒng)；合龍用料留足備用量，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保證至少有3艘拋石船待命。

3.2.2 船舶定位時(shí)機(jī)選擇

受庫區(qū)龍口泄水和潮水漲退雙重影響，龍口處往往形成與漲退潮步調(diào)不一致的往復(fù)流，隨著合龍進(jìn)行，由漲退潮形成的內(nèi)外水位差都會(huì)對(duì)船舶就位與作業(yè)造成影響，因此船舶的最佳定位時(shí)機(jī)應(yīng)選在漲潮及庫區(qū)內(nèi)外水位相差不大時(shí)進(jìn)行。船舶定位后，應(yīng)充分利用高平潮時(shí)段突擊拋填，為提高拋填強(qiáng)度，每艘拋石船應(yīng)至少配備2臺(tái)挖掘機(jī)。

3.2.3 拋填注意事項(xiàng)

龍口合龍從某種意義上等同于工程搶險(xiǎn)，因此必須快速就位、高效拋填、拋點(diǎn)準(zhǔn)確、定點(diǎn)定量。

（1）快速就位：根據(jù)潮汐水位確定好最佳就位時(shí)機(jī)后，要及時(shí)組織船機(jī)迅速定位，多船同時(shí)進(jìn)行時(shí)要按次序進(jìn)行并做好相互協(xié)調(diào)。

（2）高效拋填：要求船機(jī)就位后，快速進(jìn)行拋填施工，各船石料要在同一個(gè)平潮期完成，否則不僅影響施工進(jìn)度，也增大了船機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)和合龍風(fēng)險(xiǎn)，可采取配備多臺(tái)機(jī)械設(shè)備保證。

（3）拋點(diǎn)準(zhǔn)確、定點(diǎn)定量：該要求難度較大，若做得不好，挽救起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因前期護(hù)底拋石達(dá)到一定高度時(shí)會(huì)對(duì)后續(xù)船舶就位造成很大影響，若前期拋石位置及斷面不準(zhǔn)確，不僅難以保證拋投斷面和軸線，也造成很大的石料浪費(fèi)，增加合龍難度和施工成本。為避免上述影響，可采取2種方法克服：一是第一批船舶定位拋填后不再撤離，而是作為臨時(shí)水上施工平臺(tái)，后續(xù)船舶通過平臺(tái)中轉(zhuǎn)倒運(yùn)拋投石料；二是若條件具備時(shí)，可考慮在龍口兩端設(shè)臨時(shí)石料場(chǎng)，采用陸上倒運(yùn)與水上拋填相結(jié)合的方式合龍。