鹽城港某圍海造陸工程合龍口施工工藝研究

陳玉華，保長(zhǎng)輝

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

1 工程概述

鹽城港濱海港區(qū)某圍海造陸工程為兩個(gè)物流園，1#物流園總面積約需38.0萬(wàn)m2，該物流園區(qū)新建護(hù)岸1 305 m，隔埝729 m，并改造原北防波擋沙堤約668 m，吹填容積量370萬(wàn)m3。2#物流園總面積約需44.0萬(wàn)m2，主要包括隔埝729.32 m；北護(hù)岸603.679 m，防波擋沙堤改造603.679 m，吹填容積量313萬(wàn)m3。兩塊造陸吹填頂高程均控制在6.0 m（以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵鏋榛鶞?zhǔn)，下同）。工程位置如圖1。

圖1 工程位置

2 合龍口工藝方案

2.1 合龍口位置的選擇

本工程為透水防波堤，1#、2#物流園北防波堤施工范圍內(nèi)，堤身外側(cè)各處外海水流流速相差不大，流速約為1.8 m/s，波浪對(duì)船舶的裝卸作業(yè)，影響相當(dāng)。

考慮到石料船滿載時(shí)的吃水要求，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，1#、2#物流園分界處水深最大，施工期，低潮時(shí)的水深約為 4.5 m，其他位置的水深為4.0 m左右，石料船的最大吃水為3.5 m，分界處的水深能夠滿足船舶?？恳?，船舶在其他位置?？浚踩禂?shù)不高。

綜合考慮水流流速影響及施工船舶吃水要求以及施工條件、填料來(lái)源等因素，選定 1#、2#物流園分界處，作為合龍口位置。本工程圍設(shè)置 1個(gè)圍區(qū)，圍區(qū)主堤上設(shè)置1個(gè)龍口，因主堤水深有一定變化，原泥面高程2.0～-7.0 m左右，龍口選擇1#、2#物流園分界處，利于施工組織安排。

2.2 合龍口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）龍口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 435-2008），龍口的設(shè)計(jì)潮型采用 5年一遇的潮位和潮差。5年1遇高水位為3.97 m，5年1遇低水位為-0.42 m。

2）龍口寬度的確定

龍口寬度根據(jù)截留龍口水力學(xué)指標(biāo)、圍堤圍墾面積等因素確定。龍口寬度選擇過(guò)大，龍口合攏及后期加高工程量大，施工強(qiáng)度高；龍口寬度過(guò)小，口門斷面流速增加，龍口裹頭及護(hù)底保護(hù)難度和工程量增加，加大龍口部位覆蓋層的沖刷。

《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定龍口水力計(jì)算采用水量平衡原理計(jì)算：

堵口時(shí)間的選擇應(yīng)考慮合宜的天氣條件和與總工程進(jìn)度相配合兩個(gè)方面，堵口應(yīng)選擇在潮位低、潮差小、風(fēng)浪小、天氣暖和、流量小的時(shí)段進(jìn)行，盡量避免在臺(tái)風(fēng)、大潮、多雨、嚴(yán)寒和酷暑時(shí)段內(nèi)堵口；此外，堵口必須與整個(gè)護(hù)岸工程進(jìn)度匹配，堵口前非堵口段護(hù)岸已填筑至預(yù)定高程，堵口段基礎(chǔ)處理和相應(yīng)的防護(hù)工作均已完成，堵口完成后又應(yīng)由足夠的時(shí)間加高倍厚堵口段護(hù)岸，達(dá)到設(shè)計(jì)斷面。

3）堵口水力計(jì)算

本項(xiàng)目屬小型圍墾工程，堵口水力計(jì)算采用轉(zhuǎn)化口門線方法直接求出龍口最大流速，堵口設(shè)計(jì)潮型的潮差為4.39 m，高潮位為3.97 m，低潮位為-0.42 m，根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄計(jì)算得出轉(zhuǎn)化口門線上各點(diǎn)最大流速，如表1。

表1 轉(zhuǎn)化口門線上各點(diǎn)最大流速

根據(jù)工程的施工條件，要求堵口過(guò)程中最大流速控制在3.0 m/s左右，由計(jì)算可知，應(yīng)使堵口過(guò)程線與轉(zhuǎn)化口門線相交在b=70 m、高程為2.31 m處，而堵口過(guò)程中最大流速值為3.02 m/s，轉(zhuǎn)化口門尺寸為b=70 m、h=2.31 m。

根據(jù)以上計(jì)算初擬堵口順序，從口門（b=100 m、h=0.0 m）開(kāi)始，口門底坎高程抬高至2.31 m，然后開(kāi)始?jí)嚎s口門尺寸至b=70 m，再抬高地坎高程至 3.0 m，再壓縮口門至b=30 m，底坎高程為4.0 m，最后全面立堵壓縮口門，截流體抬高至堤頂。

由上述計(jì)算可知，在封堵龍口處需采用拋填400 kg以上的規(guī)格塊石，龍口具體布置還需下階段結(jié)合施工組織再細(xì)化。

4）合龍口方案

本工程堤身結(jié)構(gòu)形式為斜坡堤，合龍口位于1#物流園及2#物流園交接處，龍口寬度100 m，底高程-5 m，如圖2所示。本工程開(kāi)工之后立即開(kāi)始龍口構(gòu)筑工作，護(hù)底采用230 g/m2防老化機(jī)織布加棱體石保護(hù)。

圖2 合龍口及拋石船位置平面

合龍口的工程量主要集中在龍口抬高、龍口收縮及龍口封堵。各分項(xiàng)工程所采取石料規(guī)格不同，石料規(guī)格和設(shè)計(jì)所需工程量見(jiàn)表 2，考慮到實(shí)際工程施工存在于設(shè)計(jì)存在一定性的偏差，實(shí)際準(zhǔn)備工程量按照設(shè)計(jì)工程量的1.3倍準(zhǔn)備。

表2 合龍口抬高、收縮及封堵工程量

圍海工程合龍口施工，一般采用拋填大塊石以平堵為主的堵口方式，這樣會(huì)導(dǎo)致龍口施工水流越來(lái)越大，潮漲潮落來(lái)回沖刷圍埝基底，導(dǎo)致施工材料大量投入，圍埝后期沉降很大，成本投入很大，而且出現(xiàn)塌陷或垮堤的堤埝往往在合龍口位置，因此綜合考慮原方案在合龍口位置打設(shè)塑料排水板，對(duì)合龍口位置堤埝地基進(jìn)行加固，防止后期沉降過(guò)大，然后鋪設(shè)混凝土聯(lián)鎖塊軟體排進(jìn)行護(hù)底，減小合龍口時(shí)水流的沖刷，再拋填厚1 m的大塊石進(jìn)行壓實(shí)，經(jīng)過(guò)堆載沉降將基床防護(hù)好。后經(jīng)地質(zhì)勘察，合龍口位置各土層的分布較有規(guī)律，成層性較好，層位相對(duì)穩(wěn)定。除局部表層的粉砂及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土工程地質(zhì)性質(zhì)較差外，上部土層為中密～密實(shí)狀的粉土，中部夾有軟塑～可塑狀的粘性土層，下部為密實(shí)狀為主的粉土和粉砂，底部為可塑～硬塑狀的粘性土。通過(guò)合龍口位置的優(yōu)化，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算優(yōu)化取消了原合龍口位置排水板的設(shè)計(jì)，為本工程節(jié)省了成本及施工時(shí)間，加快了施工進(jìn)度。

2.3 合龍時(shí)間的確定

合攏口封堵施工需要一個(gè)潮水完成約 8小時(shí)，拋填方量按1.3倍計(jì)約4 758 m3，南北端頭同時(shí)陸上推進(jìn)，單端拋填約2 379 m3。單端每小時(shí)拋填按12車計(jì)（自卸車25 m3），拋填料約300 m3，8小時(shí)不間斷拋填，理論拋填量能達(dá)到2 400 m3/8小時(shí)＞單端拋填約2 379 m3/8小時(shí)。

合攏口施工計(jì)劃安排在6月中旬，封堵施工由高平潮開(kāi)始，低平潮結(jié)束，共計(jì)約8小時(shí)。

經(jīng)實(shí)測(cè)，施工區(qū)流速漲潮最大為1.88 m/s，落潮最大為0.47 m/s。

流速分析：防波堤圍海2 392 000 m2，1小時(shí)落潮最大0.32 m，漲潮最大0.46 m，攏口預(yù)留長(zhǎng)30 m，當(dāng)時(shí)潮高2.06 m+攏口抬高頂高程-2.5 m。落潮最大流速為 1.55 m/s，漲潮最大流速為2.23 m/s，可以安全合攏（施工單位可承受的最大流速2.5 m/s，按照2016年6月16日計(jì)算）

3 龍口合攏施工

3.1 施工流程

施工流程：龍口抬高→龍口收縮→龍口封堵。

施工過(guò)程石料運(yùn)輸量、拋填量較大，各種機(jī)械配合作業(yè)堤頂路面擁擠，石料運(yùn)輸和拋填量及各施工機(jī)械作業(yè)需派專人指揮，并提前設(shè)置回車點(diǎn)，回車點(diǎn)設(shè)置于進(jìn)入非合龍口段位置。

因?yàn)楹蠑n對(duì)石料質(zhì)量要求較高且有沖刷損失量大，因此實(shí)際施工備料時(shí)按設(shè)計(jì)方量的 1.3倍備料，采用10～500 kg石料，盡量采用大塊石。

合攏施工時(shí)間短、工程量大、施工強(qiáng)度高，同時(shí)還存在夜間施工，在保證施工進(jìn)度的前提下，要高度重視安全工作。

3.2 施工方法

本工程龍口較寬，一次性封堵難度很大，且無(wú)法保證龍口合攏的順利成功，為此將龍口分為龍口抬高、收縮、封堵3個(gè)階段實(shí)施。龍口抬高：將堤心石拋填到-2.5 m高程，為收縮和封堵減小強(qiáng)度。收縮：將100 m寬的合龍口收縮至30 m。封堵：封堵是工程重點(diǎn)，最終合攏時(shí)必須具備以下條件：1）龍口其它堤段都達(dá)到安全高度；2）排水口能正常工作；3）各堤段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；4）龍口合攏的施工準(zhǔn)備完畢。

合龍口段施工采用拋石立堵的方法，從合龍口兩側(cè)向中間推進(jìn)。兩端端頭推進(jìn)點(diǎn)具備陸上通行條件后，開(kāi)始采用自卸車陸上拋填推進(jìn)。落潮時(shí)，內(nèi)海側(cè)推進(jìn)線路先行拋填推進(jìn)，外海側(cè)隨時(shí)跟進(jìn)，兩者步距相差半個(gè)車廂長(zhǎng)度（約2～3 m）；漲潮時(shí)，外海側(cè)先行推進(jìn)，內(nèi)海側(cè)跟進(jìn)。寬度不足之處，由后進(jìn)車輛加寬至設(shè)計(jì)寬度。

自非龍口段施工開(kāi)始至合龍口截流施工完畢，嚴(yán)格檢測(cè)龍口流速情況以及石料穩(wěn)定情況。如遇流速過(guò)大，石料流失情況，立即停止自卸車拋填施工，拋填大塊石做好堤頭保護(hù)。在非合龍口段施工完畢、合攏施工期間突遇惡劣天氣不得不停工時(shí)等情況下，起到臨時(shí)保護(hù)的作用。

3.3 合龍日期潮汐分析及施工時(shí)間確定

2016年6月16日首次高平潮發(fā)生于07:02，潮高2.5 m，低平潮發(fā)生于13:51。第二次高平潮發(fā)生于18:58，潮高2.59 m，考慮天氣影響，預(yù)計(jì)潮位最大可能為3.20 m左右。結(jié)合龍口護(hù)底現(xiàn)狀高程為2.0 m。故2016年6月16日08:02將具備龍口封堵的時(shí)間條件。

由于龍口封堵施工的關(guān)鍵在于施工斷面頂高程的上升速度必須大于潮位的上漲速度，所有在第二次大潮來(lái)臨之前必須完成龍口封堵的施工。經(jīng)過(guò)試算，確定按下表作業(yè)時(shí)間進(jìn)行安排。

各層施工時(shí)間與潮位對(duì)比如圖3所示。

圖3 各層施工時(shí)間與潮位關(guān)系

由圖3可見(jiàn)，各層的施工時(shí)潮位均位于理論潮位之上且高于50 cm以上。符合封堵的施工要求。

3.4 機(jī)械設(shè)備配置

由于龍口收縮工程量最大，故按照龍口收縮階段確定機(jī)械設(shè)備的配置。機(jī)械設(shè)備的配置應(yīng)根據(jù)龍口收縮工程量、可用施工時(shí)間、機(jī)械設(shè)備施工效率聯(lián)合確定，詳見(jiàn)表3。

表3 機(jī)械設(shè)備配置

3.5 合龍后觀測(cè)

龍口合龍是短時(shí)間連續(xù)加高的工程，故對(duì)剛合龍后的堤埝應(yīng)加強(qiáng)如下監(jiān)視、觀測(cè)和保護(hù)。

1）龍口前后方底層滲流情況；

2）龍口沉降量是否在正常值；

3）觀測(cè)龍口軸線是否有位移。

表4 合龍后沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)沉降觀測(cè)顯示，合龍后沉降符合相關(guān)要求，且未發(fā)生管涌現(xiàn)象，龍口斷面穩(wěn)定。

3.6 出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

1）倒濾層施工是堤埝穩(wěn)定關(guān)鍵

倒濾層施工是堤埝穩(wěn)定的關(guān)鍵，特別是拋石堤身的透水結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期受潮汐影響、內(nèi)外潮差壓力較大，加上風(fēng)浪外力影響，致使倒濾層土工布破壞，形成滲透和堤身大面積沉降，嚴(yán)重時(shí)影響堤埝穩(wěn)定性；若內(nèi)側(cè)吹泥，更易發(fā)生堤埝滑移等情況。

2）龍口斷面后期加高

由于龍口斷面為短時(shí)間內(nèi)荷載集中增加，本身不利于淤泥層較厚處充泥管袋的施工。為避免龍口斷面加高后產(chǎn)生過(guò)大的沉降，該斷面的加高施工放于最后進(jìn)行并隨時(shí)做好沉降觀測(cè)工作，以確保大堤整體結(jié)構(gòu)的安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）首先在合龍口位置打設(shè)塑料排水板，然后鋪設(shè)混凝土聯(lián)鎖塊軟體排進(jìn)行護(hù)底，再拋填厚1 m的大塊石進(jìn)行壓實(shí)，經(jīng)過(guò)堆載沉降將基床防護(hù)好，防止合龍口時(shí)，水流大對(duì)基床的沖刷，確保了地基及沉降穩(wěn)定。

2）施工前埋設(shè)測(cè)流儀，觀測(cè)龍口位置的潮流情況，結(jié)合潮汐及天氣氣候因素，合龍口施工做好周密部署，確保合龍口施工一次成功。

3）由于當(dāng)?shù)厥蠀T乏，采用水上運(yùn)輸石料，通過(guò)臨時(shí)碼頭倒運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)備足材料，確保合龍口施工的材料供應(yīng)，節(jié)約了成本。