淺談長江口中低灘圍墾工程龍口合龍關(guān)鍵技術(shù)

易曉輝

摘 要：龍口合龍是促淤圍墾工程中至關(guān)重要的步驟，關(guān)系到圍堤施工的成敗。隨著天然高灘資源的逐步利用完畢，促淤圈圍工程開始向中低灘拓展，該區(qū)域臺(tái)風(fēng)、寒潮等動(dòng)力條件復(fù)雜，圍堤龍口、天然竄溝或因惡劣自然條件、施工不當(dāng)?shù)纫蛩貙σ烟钪牡躺碓斐蓻_槽的封堵施工風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)難度越來越大。本文主要論述中低灘龍口合龍施工關(guān)鍵技術(shù)，旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、降低施工風(fēng)險(xiǎn)和損失，順利、優(yōu)質(zhì)交付承建的施工項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：圍墾工程；龍口；拋石棱體；鋪排船；子母袋

我國海岸線長、海灣多，改革開放以來，東部沿海地區(qū)一直是我國經(jīng)濟(jì)增長最活躍、工業(yè)化和城市化進(jìn)度最快的區(qū)域，隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，其非農(nóng)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與耕地資源銳減，環(huán)境惡化、資源短缺與人民生活需求日益提高之間的矛盾日趨尖銳，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，將是沿海城市發(fā)展的重要選擇之一。圍海造地是人類開發(fā)利用海洋的重要方式，也是人類拓展生存空間及生產(chǎn)空間的重要手段，建國后60年間全國主要河口海岸灘涂圍墾總面積累計(jì)達(dá)22361.7km2，平均每年約350～400km2，而我國入海泥沙自然造陸能力為100km2，這樣的造陸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于每年圍海造地的能力，長江口地區(qū)涉及上海、南通和蘇州三市，其中上海市1949～2000年圈圍灘涂面積達(dá)843 km2，約占上海市現(xiàn)有土地面積的13.3%；2008年長江口綜合整治規(guī)劃經(jīng)國務(wù)院批復(fù)后，上海市對中央沙、青草沙、橫沙東灘、南匯東灘以及崇明島北緣的部分高灘區(qū)域?qū)嵤┝巳塾?jì)圍涂約98.7km2。過去圍墾起用高程的確定，往往與平均高潮位相近，主要順應(yīng)灘涂淤漲趨勢，在高灘的前沿修筑海堤，既起到防汛抗臺(tái)，抵御海水侵蝕的作用，又達(dá)到了收益土地的目的。

傳統(tǒng)意義上的高灘圍墾主要是針對平均高潮位以上區(qū)域進(jìn)行圍墾，圍墾區(qū)水動(dòng)力弱、波浪強(qiáng)度小，多采用常規(guī)的閉氣土方堤，通過簡單的地基處理方法即可形成圍堤。隨著高灘資源的日益減少，沿海中低灘圍墾已成為今后圍墾發(fā)展重要方向，外海中低灘圍墾主要是針對平均中低潮位下的區(qū)域進(jìn)行圍墾。長江口地區(qū)水動(dòng)力強(qiáng)、波浪大，潮流動(dòng)力、泥沙活動(dòng)性均較強(qiáng)，圍堤施工過程中，構(gòu)筑物改變了水流的方向或流速大小，原有的平衡狀態(tài)被破壞，會(huì)引起局部范圍內(nèi)的沖刷現(xiàn)象。圍堤臨時(shí)堤頭是沿堤流與繞堤流雙重作用部位，堤側(cè)灘地及前方灘面上沖刷加快，易形成竄溝及沖刷深槽，故合理組織龍口合龍施工是圍堤工程至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

1 圍墾與圍涂工程概念

圍墾：在沿江、濱湖和海邊的灘地上圈筑圍堤進(jìn)行墾殖的工程技術(shù)；在海灘和淺海上建造圍堤阻隔海水，并排干圍區(qū)內(nèi)積水使之成為陸地，叫圍海造地也稱圍涂。從施工內(nèi)容上看，可劃分為促淤工程和圍墾工程；一般是先實(shí)施促淤工程，待原始灘涂在循環(huán)漲退潮過程中淤積2～5年后再進(jìn)行圍墾形成陸地。從結(jié)構(gòu)型式和施工方式上可劃分為充泥管袋筑堤和炸山石料筑堤兩種主要型式；充泥管袋筑堤主要適用于上海、江蘇、山東、遼寧和天津等中國東北部沿海地區(qū)，炸山石料筑堤主要適用于浙江、福建、廣東和海南等東南部沿海地區(qū)。炸山獲取石料會(huì)在一定程度上破壞生態(tài)環(huán)境且造價(jià)和安全風(fēng)險(xiǎn)較高，在實(shí)際使用中會(huì)受到國家比較嚴(yán)厲的政策限制。而充泥管袋以其就地取材、快速形成堤身和陸地、對不可再

生資源占用少以及材質(zhì)廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在近年來得到大規(guī)模的推

廣應(yīng)用。本文主要論述充泥管袋堤身結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)斷面示意圖如下圖1。

2 龍口及合龍準(zhǔn)備

2.1 龍口定義及分類

龍口：在河口地區(qū)實(shí)施灘涂圍墾工程時(shí)，受潮汐影響，工程區(qū)水位時(shí)漲時(shí)落，在圍堤不斷進(jìn)占形成圍區(qū)時(shí)，為了工程和施工安全，在堤線上常預(yù)留一個(gè)或幾個(gè)口門讓潮水自由進(jìn)出，這種口門稱為龍口。根據(jù)龍口保護(hù)底高程的不同，可把龍口分為高、中、低灘（含天然深槽部位）龍口三種。國內(nèi)對高中低灘劃分有多種理解，高灘是指高潮位可能湮沒、低潮位露出，中低灘一直湮沒在水下，長江口地區(qū)按高程劃分，一般定義為：高程在0m以上為高灘，高程0～-5m左右為中灘，高程-5m以下為低灘。

2.2 龍口平面選址特點(diǎn)

隨著圍墾項(xiàng)目趨向規(guī)?；?、深水化、施工工藝成熟化，單庫實(shí)施可以省去分割成多庫區(qū)建設(shè)隔堤的施工工期和工程費(fèi)用，單龍口可以減少施工協(xié)調(diào)難度及建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。龍口的平面選址決定了圍堤不斷進(jìn)占的實(shí)施順序，為了確保在漲落潮不斷變換更替的感潮地區(qū)圍堤逐步安全出水，盡量使工程實(shí)施過程對周邊河勢環(huán)境的負(fù)面影響減至最小，龍口的位置確定需要考慮圍區(qū)內(nèi)外的水交換與整體河勢環(huán)境相協(xié)調(diào)，兼顧圍堤實(shí)施順序，避免工程周圍的灘地局部大沖或大淤，確保堤基安全。

2.3 龍口水流特點(diǎn)

隨著圍區(qū)非龍口部分其它堤段逐步出水?dāng)嗔鳎瑖鷧^(qū)的潮水進(jìn)出逐步歸于龍口，龍口上進(jìn)出水量逐步加大，過水?dāng)嗝嬖谒椒较蚝痛怪狈较虍a(chǎn)生收縮，流速升高，高流速進(jìn)、出水歷時(shí)加長，設(shè)計(jì)單位計(jì)算結(jié)果表明口門橫向上中心流速大于口門兩側(cè)流速，在縱向上底坡內(nèi)外兩側(cè)頂角處水流受重力作用加強(qiáng)，垂向斷面收縮，在漲、落急時(shí)刻分別形成大流速區(qū)，是龍口結(jié)構(gòu)布置時(shí)重點(diǎn)抗沖保護(hù)區(qū)域，需要設(shè)置抗沖性較強(qiáng)、自重大且牢固的護(hù)面材料。

2.4 拋石棱體在合龍施工中的應(yīng)用

拋石棱體也稱拋石壩，是一種填筑于龍口或沖槽外海側(cè)20～30m與堤壩連接的U型斜坡防護(hù)堤，是圍堤的保護(hù)屏障，起到消浪、阻水，保護(hù)充泥管袋安全、加快圍堤堵口封堵速度、提高封堵成功率的作用。自然情況下龍口水流最大流速超過5m/s，直接進(jìn)行龍口封堵難度較大，在我公司與南京水利科學(xué)研究院合作開發(fā)科研課題《長江口復(fù)雜水動(dòng)力條件下中低灘圍堤施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》過程中，經(jīng)數(shù)模試驗(yàn)得出結(jié)論，在龍口兩側(cè)采用

拋石棱體擋浪阻水，可將龍口流速降低至3.5m/s以內(nèi)，有利于龍口或沖槽封堵施工。同一時(shí)間有無設(shè)置拋石棱體水流流速數(shù)模試驗(yàn)對比如圖2、3所示。

拋石棱體是設(shè)在龍口段圍堤外的一道保護(hù)屏障，是龍口合龍、深槽封堵中關(guān)鍵的一步，漲退潮對拋石壩沖刷作用劇烈，往往造成拋石棱體滑移、石料損失。通過以下途徑提高拋石壩的防水毀性能：

①在拋石前用土工布做軟體排進(jìn)行護(hù)底，再在軟體排上拋石可有效防止拋石壩壩腳被淘空失穩(wěn)；

②提高壩體表層單位塊體的形狀穩(wěn)定系數(shù)，如采用人工塊體代替天然塊石，使形狀穩(wěn)定系數(shù)由4提高至24～28，穩(wěn)定性大為改善；

③增加壩體護(hù)面塊體的整體性，如采用合金鋼絲籠、混凝土鉸連體等，也可以用鋼筋把打好孔的塊石一個(gè)個(gè)地穿起來，將整個(gè)壩體表表層護(hù)住，使之形成一個(gè)整體。

2.5 龍口合龍時(shí)間

龍口合龍時(shí)間的選擇非常重要，不僅關(guān)系到合龍難度的大小，也影響整個(gè)工程的施工部署。選擇合龍時(shí)間時(shí)須對合龍期的水文氣象、龍口的變化情況及施工條件等慎重分析。一般選在非汛期、小潮汛、初潮期開始進(jìn)行龍口合龍。確定龍口合龍的時(shí)間原則為：

①天文月份最低潮；

②潮差最小；

③風(fēng)力最小；

④工程施工進(jìn)度。

2.6 龍口合龍具備條件

龍口合龍施工前，聯(lián)合科研單位進(jìn)行數(shù)模、物模試驗(yàn)，研究圍堤堤頭的沖刷深度和范圍，預(yù)測構(gòu)筑物附近的局部沖刷深度，提出合理的防護(hù)范圍和防護(hù)后的沖刷深度，對設(shè)計(jì)文件中龍口平面位置、龍口寬度、龍口護(hù)底結(jié)構(gòu)、堤頭防護(hù)結(jié)構(gòu)、龍口保護(hù)措施、龍口擋水措施、龍口合龍斷面形式等方面進(jìn)行復(fù)核論證，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案。

經(jīng)多個(gè)圍墾工程龍口合龍成功經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，龍口合龍應(yīng)具備以下條件：

①堤身斷面：合龍前所有堤身必須全部達(dá)到設(shè)計(jì)合龍斷面；

②合龍方式：一般采用平立堵結(jié)合或全部平堵至合龍斷面兩種合龍方式；

③人員及龍口搶險(xiǎn)物資充足，有健全的組織機(jī)構(gòu)，由項(xiàng)目經(jīng)理統(tǒng)一部署調(diào)配，龍口合龍施工方案切實(shí)可行；

④龍口兩側(cè)的泥庫內(nèi)備砂量應(yīng)達(dá)到合龍時(shí)龍口內(nèi)外棱體及堤芯土方的兩倍以上；

⑤圍堤外棱體應(yīng)達(dá)到合龍期擋潮高程以上0.5m，內(nèi)棱體標(biāo)高及堤內(nèi)閉氣土達(dá)到其防滲要求，尤其是堤芯閉氣土方極為關(guān)鍵；

⑥龍口合龍前泥漿泵數(shù)量充足完好，并將備用泵安裝到位，供電正常且有應(yīng)急預(yù)案，充砂管袋準(zhǔn)備充足由并專人管理，泥漿泵管現(xiàn)場連接、檢查，并進(jìn)行充水實(shí)驗(yàn)，保證管線連接處不漏漿、管線無破損，保證管線暢通，由專人跟蹤監(jiān)管；

⑦觀測龍口流速：應(yīng)選擇合龍前兩個(gè)月開始觀測，專人觀測并記錄小潮汛期間龍口漲退潮水流流速；觀測頻率為每半小時(shí)一次，觀測儀器為箭式靜止流速儀；觀測記錄應(yīng)整理并繪制流速曲線；龍口水流流速一般宜控制在2～4m/s；

⑧退水口施工完畢，可以分解龍口合龍時(shí)的水流量，解決合龍后的庫區(qū)排水問題；

⑨水文氣象條件適宜，潮位預(yù)測分析準(zhǔn)確。

3 中低灘龍口合龍施工

以往高灘水域龍口高程在0～-1.0m之間，低潮位時(shí)采用人工攤鋪、充灌充泥管袋抬升堤身，直至龍口合龍斷流，隨著圍墾工程逐步向中低灘推進(jìn)，圍堤龍口處水位也隨著不斷加深，人海戰(zhàn)術(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)大不再適用。中低灘深水區(qū)龍口合龍施工一般分為兩種方法：一種是利用鋪排船鋪設(shè)水下龍口段堤身填筑，另一種是采用子母式管袋進(jìn)行深水區(qū)龍口封堵。

3.1 龍口合龍?jiān)?/p>

利用鋪袋船對龍口或竄溝鋪設(shè)軟體排進(jìn)行護(hù)底，降低過槽水流對灘面的沖刷，使其處于穩(wěn)定狀態(tài)；圍區(qū)外側(cè)設(shè)置拋石棱體進(jìn)行阻水，將潮流速降低至3.5m/s；在泥庫備砂及龍口或竄溝兩側(cè)堤身達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開始啟動(dòng)龍口合龍或竄溝封堵；采用平立堵相結(jié)合的方式將龍口或竄溝的底高程逐步抬升至平均灘面高程，而后利用一個(gè)小潮汛將堤身迅速斷水并抬高到大潮汛平均高潮位之上。

3.2 利用鋪排船鋪設(shè)水下充泥管袋堤身及合龍施工

3.2.1 測量放樣

利用GPS配合測深儀進(jìn)行水下地形測量和鋪排船定位，利用測得的數(shù)據(jù)繪制斷面圖，根據(jù)測量結(jié)果在施工區(qū)域用浮標(biāo)標(biāo)示堤軸線和施工邊線。

3.2.2 護(hù)底施工

充泥管袋施工前先進(jìn)行護(hù)底軟體排施工，軟體排采用土工布加筋型式，排布采用320g/m2長絲機(jī)織土工布制作，用砂肋進(jìn)行壓載。

3.2.3 充泥管袋加工

充泥管袋采用230g/m2防老化土工織布在場內(nèi)集中加工，其長度由龍口設(shè)計(jì)底寬決定，最長可達(dá)200m，寬度根據(jù)現(xiàn)有鋪排船的滾筒尺寸可達(dá)40～60m。必要時(shí)進(jìn)行加筋處理以提高袋體抗拉強(qiáng)度。

3.2.4 袋體展鋪

將加工成型的充泥管袋在鋪排船上展開，充泥管袋尾部的套環(huán)上系連接繩，從尾部開始按進(jìn)漿口朝內(nèi)的方式均勻卷在鋪排船滾筒上，充泥管袋首部留在鋪排船的展鋪板上，首部兩端系上浮球。

3.2.5 船舶定位、設(shè)備準(zhǔn)備

將卷好充泥管袋的鋪排船精確定位在施工邊線處，鋪排船鋪設(shè)方向垂直或平行于堤軸線，運(yùn)砂船靠近鋪排船停泊，并用繩索連接，吹砂泵安裝在運(yùn)砂船上，將輸砂管線與充泥管袋的進(jìn)漿口連接。

3.2.6 袋體充填、沉放

首先充填留在展鋪板上的充泥管袋，充填飽滿度達(dá)到預(yù)計(jì)值后，開放滾筒并下放鋪排船的滑板，讓充填好的充泥管袋緩慢下沉到設(shè)計(jì)位置。

3.2.7 移船，續(xù)放袋體、充填

充泥管袋首部下放到施工邊線后繼續(xù)釋放0.5～1.0m充泥管袋，縱向緩慢移船，移船速度與滾筒釋放速度協(xié)調(diào)一致，待充填好的充泥管袋沉入水中，繼續(xù)充填，充填量達(dá)到預(yù)計(jì)充填量后，割斷或收回輸砂管線，并循環(huán)連接留在展鋪板上的進(jìn)漿口，繼續(xù)進(jìn)行充泥管袋充填，待整個(gè)充泥管袋充填至尾部時(shí)，繼續(xù)釋放滾筒，使充泥管袋尾部沉放于施工邊線處，同時(shí)繼續(xù)充填充泥管袋，達(dá)到預(yù)計(jì)充填量后收回連接繩，使充泥管袋完全沉放至原始灘面或下層袋體上。

3.2.8 橫向移船，鋪設(shè)下一充泥管袋

橫向移動(dòng)鋪排船到下一個(gè)施工區(qū)域，重復(fù)上述工序繼續(xù)下一充泥管袋的鋪設(shè)、充填。充泥管袋充填如圖4所示。

圖4 充泥管袋充填示意圖

3.2.9 構(gòu)筑拋石棱體：龍口外側(cè)進(jìn)行拋石，優(yōu)先選用自重大、易于吊裝的鋼框石籠，形成的拋石棱體頂高程應(yīng)高于合龍實(shí)施期間大潮汛高潮位50cm，以降低龍口水流流速，保護(hù)內(nèi)側(cè)充泥管袋。

3.2.10 合龍施工

利用鋪排船鋪設(shè)水下充泥管袋堤身至龍口段高程達(dá)到-0.5m左右后，即可由人工完成袋體鋪設(shè)，泥漿泵充灌袋體，采用兩端同步施工、抬升堤身高程的立堵方式，將龍口底寬縮窄至150m以內(nèi)，而后采用平堵的方式抬升堤身，同步進(jìn)行閉氣土裸吹回填，吹填形成的水下自然坡度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，且不得陡于1：5。閉氣土對袋體形成有效的支撐，同時(shí)可防止出現(xiàn)滲透破壞。并于退潮末期至漲潮初期時(shí)間段內(nèi)高效率充填充泥管袋，整體抬升龍口高程，實(shí)現(xiàn)龍口斷水。

3.3 子母式管袋水下封堵龍口或竄溝

子母式管袋由子袋和母袋組成，在雙向水流作用下可通過控制子袋的充填次序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)袋體的準(zhǔn)確定位，不易被水流沖走；同時(shí)，可利用子袋進(jìn)行緩沖，避免母袋下沉就位時(shí)被槽底或原灘面的塊石棱體等異物穿刺破壞。

此技術(shù)綜合應(yīng)用了護(hù)底軟體排鋪設(shè)、拋石棱體阻水、子母式管袋水下施工、防滲閉氣土吹填四項(xiàng)專業(yè)施工技術(shù)。首先，利用鋪袋船進(jìn)行水下護(hù)底軟體排鋪設(shè)，對槽底地基實(shí)施防沖刷保護(hù)；其次，在竄溝的上下游側(cè)設(shè)置拋石棱體進(jìn)行消浪和阻水，將漲退潮期間的過槽流速降低至3.5m/s以內(nèi)，在龍口（或竄溝）的物質(zhì)邊界條件及水流條件滿足要求后，可開展封堵作業(yè)；再次，利用先進(jìn)的子母式管袋進(jìn)行水下充填，逐層填筑至平均灘面高程；最后，于封堵過程中同步吹填閉氣土進(jìn)行防滲處理，直至封堵工作全部結(jié)束。

3.3.1 測量放樣、護(hù)底軟體排鋪設(shè)同3.2.1、3.2.2，此處不再贅述。

3.3.2 外（內(nèi)）側(cè)消浪拋石棱體拋投

采用20～60cm級配石料，在水流平緩或者漲平潮期間（水流0.5～1.0m/s）拋投，流速過大時(shí)可采用網(wǎng)兜石整體拋投。按照標(biāo)識(shí)的內(nèi)邊線拋投，確保擬施工子母袋體與拋石壩內(nèi)坡坡腳之間間隔5～8m距離，避免袋體被石塊刮破。拋石壩應(yīng)比現(xiàn)場平均灘地高程高出0.5～1.0m。

3.3.3 子母式管袋袋體加工

袋體由子袋和母袋組成（見圖5）。子袋在母袋內(nèi)并沿母袋的寬度方向設(shè)置，位于母袋端部。子袋一般分為單子袋和雙子袋，具體根據(jù)水流方向而定，單向水流設(shè)置單子袋，雙向水流的，在母袋的兩個(gè)寬向端部各設(shè)置一個(gè)子袋即為雙子袋。垂直與軸線方向的子袋寬度為母袋長度的1/20，順堤軸線方向的子袋長度同母袋寬度。

子母袋進(jìn)漿袋口采用袖口式，袋口采用整條幅丙綸長絲機(jī)織布縫制，子袋在袋體兩端上表面設(shè)置進(jìn)漿袋口，母袋在袋體上表面每250m2設(shè)置一個(gè)進(jìn)漿袋口，進(jìn)漿袋口直徑為進(jìn)漿輸砂管線直徑的1.2倍，進(jìn)漿袋口長度為0.3～15m。