余姚治江圍涂工程中砂肋軟體排護(hù)底技術(shù)的應(yīng)用

李來武，楊火其，劉 勇，邵 杰，姚文偉

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

錢塘江屬于強潮河口，歷史上經(jīng)常受到風(fēng)暴潮的影響，威脅兩岸人民的生命和財產(chǎn)安全，傳統(tǒng)的治江圍涂方法是采用直接拋壩護(hù)灘來實現(xiàn)，按照《錢塘江河口綜合規(guī)劃》，余姚治理規(guī)劃的岸段水深最大，自然涂面高程一般在-5.00 ～ -7.00 m，很難進(jìn)行直接筑堤圍涂治理。為使圍區(qū)涂面達(dá)到適圍高程，并在今后圍堤防潮擋浪過程中防止堤前灘面沖深，保證圍堤堤腳的安全穩(wěn)定，首先要在圍堤外側(cè)進(jìn)行拋石促淤。

余姚一期工程于2001年開始實施， 2007年完成。在實施拋壩的過程中，由于壩頭流速增大，致使堤頭出現(xiàn)嚴(yán)重的沖深，增加了工程量和工程造價。根據(jù)實測，一期曹朗丁壩設(shè)計長度650 m，在拋筑長度達(dá)到250 m時，壩頭附近最大測點流速達(dá)到4.23 m/s，垂線平均最大流速達(dá)到2.95 m/s，堤頭前沿嚴(yán)重沖深，形成深度為17.00 m的橢圓形深坑，工程不得不暫停施工。為了解決這個問題，在二期陶家路圍區(qū)和四期工程實施中采用砂肋軟體排護(hù)底技術(shù)。

2 工程概況

2.1 項目區(qū)位

余姚治江圍涂工程位于錢塘江河口尖山河灣南岸，西與上虞市接壤，東與慈溪市交界，北側(cè)與海寧市和海鹽縣隔江相望，先后已經(jīng)完成一期、二期治江圍涂工程和四期治江圍涂工程，累計完成治江圍涂面積為6 552 hm2，圍堤工程總長度70.90 km，其中臨江側(cè)堤線長度17.25 km（見表1）。

表1 余姚治江圍涂工程情況統(tǒng)計表

2.2 水文泥沙特征

杭州灣為喇叭口形海灣，外海潮波傳入灣內(nèi)后，潮波受岸線壓縮，能量聚集，高潮位自灣口向灣頂不斷抬高，低潮位則相反，工程區(qū)屬非正規(guī)半日淺海潮，日、夜潮不等現(xiàn)象顯著。平均高潮位3.17 m，平均低潮位-2.55 m，平均潮差5.72 m。

余姚岸段潮流為往復(fù)流性質(zhì)，漲潮歷時5.47 h，落潮歷時6.97 h，流向受地形影響，不同岸段有所不同。大潮漲潮平均流速1.35 m/s，落潮0.65 m/s；小潮漲潮平均流速0.65 m/s，落潮 0.50 m/s。

圍區(qū)地質(zhì)為粉細(xì)沙，中值粒徑0.02 ～ 0.04 mm。大潮漲潮垂線最大含沙量1.9 ～ 6.2 kg/m3，落潮垂線最大含沙量1.8 ～ 4.5 kg/m3；小潮漲潮垂線最大含沙量 0.3 ～ 0.7 kg/m3，落潮垂線最大含沙量0.2 ～ 0.9 kg/m3。

3 設(shè)計及應(yīng)用

3.1 砂肋軟體排護(hù)底技術(shù)

砂肋軟體排是指在土工織物上，沿徑向每隔一定距離（一般1.5 m）縫制1條寬度為5 cm加筋帶，將壓載的長管狀砂肋袋（直徑30 cm）固定在其上，砂肋袋內(nèi)充填砂料壓載，用施工船鋪設(shè)在海床上（見圖1）。主要作用是用于水下床面的保灘護(hù)底，防止拋壩施工過程中堤頭前沿的沖深。適用于水深2.00 ～ 12.00 m的平坦地形。此技術(shù)曾在長江口航道整治工程中使用過，而在錢塘江治江圍涂工程中尚無使用先例。

圖1 砂肋軟體排設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

為了驗證砂肋軟體排護(hù)底技術(shù)能在錢塘江這樣強潮河口地區(qū)應(yīng)用的可行性，在工程實施前進(jìn)行水槽模擬試驗，水動力條件取工程地實測水文條件，獲得的主要結(jié)論如下:在自然條件下，砂肋軟體排的臨界穩(wěn)定流速最大為1.65 m/s左右，幅寬對穩(wěn)定性無影響；在砂肋軟體排表面壓載后，采用的料石大小對其穩(wěn)定性無影響，但拋填厚度對穩(wěn)定性有影響；在拋筑丁壩后拋填厚度大于1.50 m后即可保持軟體排的穩(wěn)定，且丁壩前沿流速變化不大，不會對海床造成明顯沖刷。

3.2 拋壩護(hù)底設(shè)計

以余姚四期湖北西丁壩設(shè)計為例（見圖2），護(hù)底的設(shè)計采用砂肋軟體排，考慮到水下施工偏差和壓載的需要，軟體排兩側(cè)應(yīng)留有一定的富裕寬度b，根據(jù)工程施工經(jīng)驗，富裕寬度b不應(yīng)小于3 m，在該段丁壩的設(shè)計中，淺水段取3 m，深水段取5 m。為保證鋪排后軟體排的穩(wěn)定，其上層鋪設(shè)1層厚80 cm的碎石層，其目的是鋪排后立即壓載。再上層為船拋塊石混合料，采用船拋是考慮既要保證在以后立拋時壩體本身的穩(wěn)定，又要使該層不能太厚，避免影響其前沿軟體排的鋪設(shè)?？刹捎迷诖暇W(wǎng)吊或小型漏底船均勻鋪設(shè)塊石混合料。最上層采用汽車陸上運輸立拋，堤頂最小寬度a應(yīng)滿足施工交通的需要。

圖2 湖北西丁壩設(shè)計斷面圖

3.3 拋壩護(hù)底施工

砂肋軟體排鋪設(shè)作業(yè)采用專用施工船舶進(jìn)行，該船舶可對2.00 ～ 12.00 m的不同水深，幅寬為35 m砂肋軟體排鋪設(shè)作業(yè)。其作業(yè)過程是將35 m寬的土工布卷在機(jī)動卷筒上，然后鋪放在施工船舶的甲板和翻版上，用泥沙漿泵將長管狀砂肋袋灌注成砂肋，再將翻板放下，在移船的同時把砂肋軟體排鋪放到海底。其作業(yè)過程可連續(xù)進(jìn)行（見圖3）。

圖3 砂肋軟體排的施工現(xiàn)場圖

砂肋軟體排鋪設(shè)完成后，立即在其上拋填碎石層壓載，以防止軟體排被水流沖跑移位或出現(xiàn)翻排情況，拋填時注意層厚均勻，不應(yīng)漏拋，重點是排布的邊緣要壓牢。當(dāng)碎石層拋填到一定距離后可開始用船拋填塊石混合料進(jìn)行二次壓載，其厚度不宜太厚，一般控制在3.00 m左右，應(yīng)特別注意控制堤頭與前方軟體排的施工保持一定距離，以免使堤頭流速過大，給軟體排施工帶來困難。根據(jù)余姚施工經(jīng)驗，一般保持在100 m左右比較合適。以后便是立拋，立拋也不能跟的太緊，應(yīng)與堤頭保持200 m左右。

3.4 施工質(zhì)量控制

施工時軟體排的鋪設(shè)要求定位準(zhǔn)確，中軸線的偏差不得大于底寬的3%，各排體之間搭接完整，最小搭接長度不少于1.5 m。軟體排的排布材料宜采用250 g/m2的編織裂膜絲土工布制作，縱向、橫向抗拉強度應(yīng)分別大于200，1 400 N/50 mm，加筋帶的拉伸強度應(yīng)大于16 000 N。

砂肋袋材料宜采用250 g/m2的機(jī)織土工布制作。兩側(cè)4 m范圍內(nèi)的壓載砂肋間距為80 cm，中間為150 cm，充填砂肋的砂土材料要求中值粒徑大于0.10 mm，砂肋袋充填飽滿度達(dá)到80%以上。

壓載軟體排的船拋碎石層材料宜采用人工碎石，粒徑不大于10 cm，頂面的平整度控制在10 cm以內(nèi)，塊石混合料的料質(zhì)采用巖性均勻，無風(fēng)化、遇水不軟化的新鮮堅硬巖石，抗壓強度大于40 MPa。兩側(cè)護(hù)面塊石的單塊重量要求大于100 kg。

3.5 使用效果

治江圍涂工程投資一般比較大，余姚岸段治江圍涂投資見表2。

表2 余姚治江圍涂工程投資情況統(tǒng)計表

由表2可見，在工程投資構(gòu)成中，拋壩部分的工程費用占總費用的27% ～ 42%，這部分費用最不確定，最難控制。因為影響這部分費用的直接因素是在施工過程中的灘面沖深，要控制投資就要首先控制灘面沖深，它對工程投資影響非常大。

根據(jù)余姚拋壩施工情況統(tǒng)計，未采用該技術(shù)的一期工程拋壩施工完后實際拋石工程量，比施工前按現(xiàn)場所測工程量增加35%左右，費用增加 5 000多萬元。二期和四期工程開始采用軟體排保灘護(hù)底后，雖然工程量有所增加，但費用相比減少很多，只增加3% ～ 4%，將軟體排鋪設(shè)、碎石層、船拋層增加的費用考慮在內(nèi)，經(jīng)計算對比可節(jié)約費用12%左右，有效控制了工程造價。

4 結(jié) 語

余姚治江圍涂工程中，先后在二期、四期工程中采用砂肋軟體排護(hù)底技術(shù)，取得積極成果，不僅節(jié)約工程投資，而且降低了施工難度，很好地解決拋壩施工中堤頭沖刷問題，為錢塘江的治江圍涂積累豐富的施工經(jīng)驗，對今后類似工程的建設(shè)有一定的啟發(fā)和借鑒作用。