高灘粉砂淤泥質(zhì)灘涂匡圍工程龍口施工關(guān)鍵工藝

胡 正，蔡麗忠

（中交上航局上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136）

高灘粉砂淤泥質(zhì)灘涂匡圍工程龍口施工關(guān)鍵工藝

胡 正，蔡麗忠

（中交上航局上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136）

隨著袋裝砂結(jié)構(gòu)大堤的廣泛應(yīng)用，袋裝砂結(jié)構(gòu)龍口合龍的施工工藝受到重視，研究成果較多，但對(duì)特殊工況條件的袋裝砂龍口合龍施工工藝的研究較少。江蘇沿海的粉砂淤泥質(zhì)灘涂因土層深厚，土質(zhì)對(duì)水流變化敏感，灘涂潮溝對(duì)灘涂圍墾的響應(yīng)強(qiáng)烈，致使該地區(qū)匡圍工程龍口合龍工況特殊，施工難度較大。通過(guò)不斷優(yōu)化改進(jìn)高灘龍口合龍施工工藝，最終使條子泥I期匡圍工程、南通通州灣二港池匡圍工程的多個(gè)龍口、潮溝口門(mén)均成功合龍。通過(guò)分析龍口袋裝砂封堵及拋石輔助合龍工藝特點(diǎn)，為后續(xù)相關(guān)工程提供借鑒。

高灘；粉砂淤泥質(zhì)灘涂；龍口合龍

0 引言

匡圍工程龍口合龍是匡圍工程的重中之重，結(jié)果直接關(guān)系工程成敗。龍口合龍是一項(xiàng)涉及內(nèi)容眾多的復(fù)雜系統(tǒng)工程，合龍施工需要考慮潮汐、水流、土質(zhì)、地形、節(jié)點(diǎn)要求、建筑材料來(lái)源、施工可行性等諸多因素[1-5]。

江蘇沿海粉砂淤泥質(zhì)海岸總長(zhǎng)884 km，約占全省海岸總長(zhǎng)的93%[6]。沿海高灘灘涂由于土層、土質(zhì)及地形等特點(diǎn)，灘涂極易沖刷生成新的溝槽及口門(mén)[7-12]，新生龍口封堵也因工況等特殊因素的影響，易發(fā)生滲透破壞等現(xiàn)象，封堵難度大。如何順利封堵、防止龍口破壞、減少合龍施工風(fēng)險(xiǎn)，降低合龍成本，必須對(duì)龍口合龍工藝進(jìn)行深入研究總結(jié)，做好技術(shù)積累。

1 高灘龍口類(lèi)型及特點(diǎn)

1）高灘龍口類(lèi)型

江蘇高灘粉砂淤泥質(zhì)灘涂龍口主要類(lèi)型：

淤預(yù)設(shè)龍口：前期設(shè)計(jì)方案中預(yù)設(shè)及因施工中分區(qū)等原因需要提前預(yù)設(shè)龍口。

于新生龍口：新生龍口往往屬于計(jì)劃外龍口，因施工擾動(dòng)，溝槽、灘涂響應(yīng)圍堤推進(jìn)后移位或沖刷形成的新溝槽口門(mén)，或因現(xiàn)有堤身結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞而生成的新口門(mén)。

2）高灘龍口特點(diǎn)

淤泥質(zhì)高灘龍口主要特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 江蘇淤泥質(zhì)高灘龍口主要特點(diǎn)匯總表Teble 1 The main features summary of Jiangsu silt-muddy high beach closure gap

2 高灘龍口合龍需遵循的原則

粉砂淤泥質(zhì)高灘龍口合龍過(guò)程中必須遵循的原則：

1）充分準(zhǔn)備原則：在合龍前，需充分完成方案準(zhǔn)備、同時(shí)將方案內(nèi)容與精神交底到位；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)條件準(zhǔn)備，龍口防護(hù)達(dá)到目標(biāo)，確保龍口形狀及溝槽狀態(tài)穩(wěn)定等；保障措施到位，組織人、機(jī)、材基礎(chǔ)條件的準(zhǔn)備到位。

2）過(guò)程控制原則：嚴(yán)格按預(yù)定方案施工，合龍過(guò)程中需統(tǒng)籌兼顧各方面因素，因此要求合龍現(xiàn)場(chǎng)有序不亂、令行禁止，有條件情況下可以進(jìn)行一次預(yù)演練，驗(yàn)證各環(huán)節(jié)的配合是否順暢。

3）時(shí)間把握原則：合龍時(shí)間的確定可分為兩個(gè)階段，第一階段須根據(jù)月度潮位數(shù)據(jù)及天氣預(yù)報(bào)等長(zhǎng)期數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況優(yōu)先確定具體合龍日期；第二階段再根據(jù)確定日期的潮位數(shù)據(jù)、氣象情況以及現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備情況再制定當(dāng)日合龍的具體時(shí)間段。在此基礎(chǔ)上，編制合龍前期及封堵當(dāng)日的施工進(jìn)度計(jì)劃。

4）注意關(guān)鍵原則：合龍過(guò)程中，重點(diǎn)關(guān)注特殊階段與特殊部位的異常情況。龍口拋石壩貫通斷水，袋裝砂臨時(shí)棱體實(shí)現(xiàn)斷流閉氣的特殊時(shí)段，堤身最為薄弱；合龍后的首個(gè)高潮位堤身面臨的風(fēng)險(xiǎn)最大。同時(shí)對(duì)于龍口中特殊部位及異?，F(xiàn)象及時(shí)做好觀(guān)察，并按預(yù)案加強(qiáng)應(yīng)對(duì)。

3 高灘龍口合龍主要封堵施工工藝

江蘇沿海粉砂淤泥質(zhì)灘涂龍口主要合龍工藝：

1）袋裝砂臨時(shí)斷面直接封堵

單純采用袋裝砂材料，不借助其它材料及措施，按臨時(shí)斷面棱體結(jié)構(gòu)直接斷水封堵。這種合龍工藝閉氣效果好，工序少，堤身材料統(tǒng)一，棱體內(nèi)部結(jié)合緊密，但合龍風(fēng)險(xiǎn)高。往往用于口門(mén)形狀小，合龍風(fēng)險(xiǎn)較小，石料來(lái)源受限或龍口輔助拋石合龍工藝難以實(shí)施的匡圍工程項(xiàng)目。

2）拋石輔助龍口合龍

以?huà)伿瘔巫鳛辇埧跀嗨疁p流的主要措施，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行袋裝砂閉氣施工，最終實(shí)現(xiàn)龍口合龍。這種合龍工藝大大減緩了龍口過(guò)水流速，降低龍口合龍風(fēng)險(xiǎn)，值得推廣應(yīng)用，但工藝成本投入較大。

4 袋裝砂單獨(dú)合龍工藝

江蘇條子泥I期匡圍工程因石料來(lái)源受限、石料無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，采用的是袋裝砂直接封堵龍口的施工工藝，在合龍過(guò)程中采取了較多有價(jià)值可供總結(jié)的施工方法。通過(guò)總結(jié)該工程龍口合龍的施工特點(diǎn)，提煉一些可供討論的施工經(jīng)驗(yàn)。

4.1 袋裝砂單獨(dú)合龍工藝流程

袋裝砂單獨(dú)合龍工藝推進(jìn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 常見(jiàn)龍口段地形及龍口合龍推進(jìn)流程示意圖Fig.1 Diagram of common closure gap section topography and the closure process

4.2 龍口合龍施工主要內(nèi)容

為指導(dǎo)合龍，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工條理有序，合龍實(shí)施前期，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及數(shù)模結(jié)果，制定詳細(xì)的龍口合龍施工總體規(guī)劃方案。

1）龍口前期護(hù)底防護(hù)措施

條子泥匡圍工程采用380 g/m2以上規(guī)格復(fù)合軟體排進(jìn)行預(yù)設(shè)露灘龍口的護(hù)底防護(hù)；通過(guò)增加排體搭接、加強(qiáng)壓載保護(hù)等措施確保護(hù)底有效，排體之間搭接處使用380 g/m2的機(jī)織復(fù)合布長(zhǎng)條包壓載，并在龍口兩段內(nèi)外側(cè)用380 g/m2防老化機(jī)織復(fù)合布的袋裝砂構(gòu)筑挑流隔壩保護(hù)堤頭。該方案在后續(xù)施工中反復(fù)使用，措施示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)設(shè)龍口段保護(hù)期護(hù)底防護(hù)平面圖Fig.2 The bottom protection plan during protection period of preset closure gap section

2）估算龍口口門(mén)寬度

確定口門(mén)寬度是設(shè)計(jì)龍口規(guī)模、做好龍口布局的基礎(chǔ)?？陂T(mén)寬度可使用龍口經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，為確保所計(jì)算龍口寬度和堤身斷面安全可靠，按所取數(shù)值按最不利邊界條件進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)表2。

3）選定合適的龍口合龍施工時(shí)間段

表2 條子泥匡圍工程龍口寬度近似計(jì)算表（經(jīng)驗(yàn)公式）Table 2 Approximate calculation table for the closure gap width in Tiaozini inning project(empirical formula)

為確保合龍期間，水位高程有利于合龍施工（為減少合龍時(shí)土方工程量，盡可能選取低潮位值）；同時(shí)為保證合龍后，堤身斷面加高加固施工時(shí)間充足，避免龍口過(guò)水風(fēng)險(xiǎn)，需要比較擬選時(shí)間段前后大潮的潮位值，選取相對(duì)較小的大潮汛期前的那個(gè)小潮汛時(shí)間作為合龍時(shí)間段。根據(jù)選取當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期潮水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合擬定合龍期的最不利潮位取值，作出合龍潮位分析圖，通過(guò)潮位曲線(xiàn)選取合適的合龍日期。

4）設(shè)置合理的龍口結(jié)構(gòu)形式

為確保龍口合龍順利，在施工中，針對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)，采取了相應(yīng)的斷面優(yōu)化措施，合龍將采用雙外棱體+閉氣砂的合龍斷面結(jié)構(gòu)形式（圖3）：先施工外側(cè)棱體，確保一次斷水成功，同時(shí)在外棱體內(nèi)側(cè)施工第二道外棱體，加固傍寬堤身并回填堤心，增加堤身滲徑，防止?jié)B透破壞。

圖3 有沖刷破壞情況的龍口合龍斷面示意圖（雙外棱體結(jié)構(gòu)合龍斷面）Fig.3 The closure section diagram of erosion destruction(closure section of double prism structure)

5）做好合龍當(dāng)天的施工安排

合龍當(dāng)日的施工任務(wù)紛繁復(fù)雜。做好施工安排是確保龍口順利合龍的有力保障，在制定合龍當(dāng)日具體施工計(jì)劃時(shí)，可將計(jì)劃匯總為表3內(nèi)容，嚴(yán)格按計(jì)劃實(shí)施，保證工作有序有效，過(guò)程可控。同時(shí)綜合做好“現(xiàn)場(chǎng)指揮體系、施工力量保障、任務(wù)分解、崗位落實(shí)、材料供應(yīng)保障、設(shè)備檢修及布置、合龍期間監(jiān)測(cè)”等方面的細(xì)節(jié)工作。

表3 龍口合龍當(dāng)天施工安排計(jì)劃表Table 3 Construction schedule arrangement on the day of dike closure

5 拋石輔助龍口合龍方式及特點(diǎn)研究

5.1 拋石輔助龍口合龍概述

江蘇沿?？飮こ滩捎么b砂棱體結(jié)構(gòu)，外側(cè)無(wú)掩護(hù)結(jié)構(gòu)，口門(mén)直面開(kāi)敞水域時(shí)，合龍封堵施工條件差，不確定性因素多。合龍采用輔助拋石合龍工藝封堵。在龍口外側(cè)拋投塊石，形成拋石擋水壩，以減緩水流流速，防止龍口袋體的沖刷破壞，保障合龍施工的正常實(shí)施，提高合龍成功概率。南通通州灣二港池匡圍工程等多個(gè)工程實(shí)例表明：龍口外側(cè)采用拋石擋水壩，極大提高了工程合龍一次成功概率，降低了工程成本投入，保障工程整體目標(biāo)。

由于拋石堵口施工對(duì)計(jì)劃安排要求高，必須確保方案完整嚴(yán)謹(jǐn)，可行性高，施工準(zhǔn)備充分，需要考慮的細(xì)節(jié)內(nèi)容比較多，對(duì)施工隊(duì)伍要求高（具備有較高的施工經(jīng)驗(yàn)），施工面臨一定的限制。尤其是拋石壩合龍后，內(nèi)外水位差形成，此時(shí)，最為危險(xiǎn)，需要重點(diǎn)關(guān)注，加強(qiáng)處理。

5.2 拋石輔助龍口合龍主要流程

拋石輔助龍口堵口有外側(cè)堤腳拋石及地芯拋石封堵兩種工藝，流程相同，見(jiàn)圖4。

圖4 拋石輔助龍口合龍施工流程圖Fig.4 Flow diagram of riprap assisted closure construction process

5.3 堤芯拋石輔助龍口合龍施工工藝

采取堤芯拋石合龍時(shí)，拋石壩位于堤身堤芯位置，壩體緊貼口門(mén)兩端堤身，施工方便，易于處理，壩體與堤身直接相連，與堤身易形成統(tǒng)一整體，快速切斷水流，施工快捷。壩體包于堤芯，以后成為堤身一部分，整體穩(wěn)定性好，同時(shí)堤身外形輪廓不變，體量不變。同時(shí)該工藝也存在塊石無(wú)法回收利用，成本投入大，堤芯材料不統(tǒng)一、內(nèi)部存在空隙等缺點(diǎn)。

5.4 堤腳拋石輔助龍口合龍施工工藝

采取堤腳外側(cè)拋石輔助合龍施工時(shí)：拋石壩位于堤身外側(cè)堤腳位置，方便船舶到達(dá)，空間開(kāi)闊，易于施工，后期塊石可以回收利用。但由于壩體與現(xiàn)有堤身相隔一定距離，兩者需要增加構(gòu)筑連接壩體方可形成一個(gè)整體，合龍工序增加，且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、處理難度大，連接壩體最為脆弱，在內(nèi)外水位差較大時(shí)，易出現(xiàn)破壞；合龍閉氣施工的袋體須緊貼拋石壩體進(jìn)行，由此增加了堤身輪廓尺寸，導(dǎo)致整體工程量增加。

5.5 拋石輔助龍口合龍失敗主要原因

龍口合龍施工中以及封堵完成時(shí)，圍內(nèi)水位基本固定或緩慢下降，圍外水位快速回落，易形成較大的內(nèi)外水位差。此階段，合龍結(jié)構(gòu)最為單薄。在此過(guò)程中通過(guò)觀(guān)察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例發(fā)現(xiàn)，水流通過(guò)3種方式破壞合龍臨時(shí)斷面，造成潰壩。

1）水位差增加，滲透破壞加劇，基底砂質(zhì)啟動(dòng)，外側(cè)或有渾濁泛黑的水流流出。水位差一旦超過(guò)臨界狀態(tài)后，水流更加渾濁，造成流砂現(xiàn)象，灘地承載力減弱，塊石壩體松動(dòng)，最終壩體坍塌。

2）石壩縫隙中，下泄水流呈回旋狀態(tài)，沖刷壩基下灘涂。

3）龍口外側(cè)水流下切溝槽的延伸破壞導(dǎo)致合龍斷面坍塌。

5.6 拋石輔助合龍實(shí)施的關(guān)鍵控制內(nèi)容

高灘匡圍工程采用拋石輔助合龍施工時(shí)，需重點(diǎn)注意幾個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容的實(shí)施。

1）做好龍口堤基防護(hù)措施：護(hù)底防護(hù)是防止口門(mén)進(jìn)一步的沖刷破壞，維護(hù)拋石壩體穩(wěn)定的關(guān)鍵。護(hù)底不僅可以防護(hù)封堵過(guò)程中水流的直接沖刷，還可防護(hù)壩體貫通后，水位差產(chǎn)生的滲透破壞導(dǎo)致的堤基變形。

2）采取袋裝砂合龍過(guò)程中的分析程序選定合適的龍口合龍施工時(shí)間段。

3）拋石施工順序：拋石輔助合龍對(duì)順序有一定的要求，先護(hù)底壓載拋石、再端部拋石、然后兩側(cè)漸進(jìn)推進(jìn)，堤身加高，在最終斷水前，需要預(yù)先預(yù)留一定缺口，用于降低水位差。待整體加固穩(wěn)定后，一次斷水，完成最終合龍程序。

4）龍口端部處理：龍口端部為袋裝砂結(jié)構(gòu)與拋石壩體結(jié)構(gòu)的連接處，是整體結(jié)構(gòu)中最薄弱的部位。拋石過(guò)程中不僅需要確保塊石不破壞袋體，同時(shí)需要確保兩者連接緊密，確保夾角處處理到位。當(dāng)拋石壩體貫通，這個(gè)階段是堤身最危險(xiǎn)的階段，堤身斷面寬度不足以抵抗內(nèi)外水位差滲透破損時(shí)，易造成壩體塌陷。

5）壩體掛袋包裹處理：包裹壩體時(shí)，袋體要長(zhǎng)，確保將壩體全面覆蓋后，袋體還有較大富余長(zhǎng)度，可用于增加壩體堤腳滲徑長(zhǎng)度。袋體搭接層數(shù)要多，第一層是防護(hù)塊石尖角對(duì)袋體的破壞。掛袋主要起到反濾保砂，阻隔水流的作用。

6）斷面加固要求：合龍后，斷面加高加固需快速、連貫施工，最短時(shí)間鞏固現(xiàn)有成果。為確保龍口合龍順利，在施工中，針對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)，采取了相應(yīng)的斷面優(yōu)化措施，合龍將采用雙外棱體+閉氣砂的合龍斷面結(jié)構(gòu)形式：先施工外側(cè)棱體，確保一次斷水成功，同時(shí)在外棱體內(nèi)側(cè)施工第二道外棱體，加固寬堤身并回填堤心，增加堤身滲徑，防止?jié)B透破壞。

6 結(jié)語(yǔ)

工程實(shí)例表明：正確認(rèn)識(shí)江蘇沿海粉砂淤泥質(zhì)灘涂工況特點(diǎn)，了解土質(zhì)、土層、溝槽對(duì)水流相應(yīng)等相關(guān)因素對(duì)匡圍工程龍口合龍施工的影響，是確保該地區(qū)項(xiàng)目龍口順利封堵的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化龍口施工工藝，最終保障工程穩(wěn)步推進(jìn)。本文歸納的龍口合龍施工工藝是對(duì)江蘇沿海灘涂匡圍項(xiàng)目實(shí)施成功經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，具有一定的啟示作用，也在一定程度上對(duì)袋裝砂龍口合龍工藝進(jìn)行了補(bǔ)充。

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Key construction technology of dike closure for inning project in high silt-muddy flat

HU Zheng,CAI Li-zhong
（SDC Shanghai Communications Construction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

With the widespread use of sand-bagged dike structure,the construction technology of the closure of sand-bagged structure is emphasized,and there are many research results,but less research has been conducted on the technology of dike closure under special work conditions.Silt-muddy flat in Jiangsu coastal areas is sensitive to water flow variation due to its thick soil layer.Tidal flats tidal creeks respond strongly to reclamation on tidal flats,making inning-construction project special and increasing the difficulty of construction.By optimizing the construction technology of high beach dike closure constantly, several dikes in Tiaozini phase I inning project and Nantong Tongzhou Bay basin 2 inning project,and the tide creek entrance are succeeded in closing eventually.The analysis on the characters of sand-bagged blocking off and riprap assisted closure process can provide references for similar follow-up projects.

high beach;silt-muddy flat;dike closure

U655.4

B

2095-7874（2017）04-0075-06

10.7640/zggwjs201704017

2017-02-27

2017-03-15

胡正（1983— ），男，湖北武漢市人，工程師，主要從事港口航道與海岸工程管理工作。E-mail：279938506@qq.com