通州灣粉砂高灘潮溝類特殊地段人工水上護底施工工藝

徐 磊，胡 正

（中交上航局上海交通建設總承包有限公司，上海 200136）

通州灣粉砂高灘潮溝類特殊地段人工水上護底施工工藝

徐 磊，胡 正

（中交上航局上海交通建設總承包有限公司，上海 200136）

土工織物作為灘地護底工程施工中重要的結構，施工工藝成熟，在國內(nèi)外河流及圍堤護底工程中得到廣泛應用，但在粉砂高灘潮溝類特殊地段進行人工護底施工還沒有類似的實例。文章通過南通通州灣匡圍工程成功的施工案列，介紹粉砂高灘潮溝類特殊地段護底施工技術，對軟體排的制作，搭接及施工工藝進行闡述。

水上；人工；鋪排施工

0 引言

軟體排施工是土工織物為基本材料縫接成一定尺寸的排布形式加一定的壓載形成的防沖護底結構，如今砂肋軟體排已廣泛成為圍堤護底的基本形式。

對于通州灣沿海高灘匡圍工程中，出于保護特殊地質條件下的灘涂，土工布護底是不可替代的施工工藝。

本文結合南通通州灣匡圍工程對深水條件下人工鋪排施工工藝進行重點介紹。

1 傳統(tǒng)軟體排鋪設工藝介紹及分析

1.1 傳統(tǒng)軟體排工藝

1）人工鋪排：低潮時人工趕潮鋪設軟體排，此方法適用于高灘水域，鋪設之前首先清基，保證基底平整，然后將加工好的軟體排布垂直于軸線已設定區(qū)域鋪設，鋪設時用人工繃緊排布順平無褶皺平鋪于基底。

2）鋪排船鋪設軟體排：利用專門的鋪排設備進行軟體排鋪設。

1.2 傳統(tǒng)軟體排工藝限制性及優(yōu)缺點

1）人工鋪排：人工鋪排為趕潮作業(yè)，施工方便，施工成本低，鋪設位置準確，肋條充盈度高，軟體排鋪設護底效果好。但受制于灘地及人工，對地域水深、施工作業(yè)時間及軟體排加工尺寸均有限制。

2）鋪排船鋪排：鋪排船鋪排適用于水深較深，人工無法施工工況。鋪排船施工受限于船機及輔助材料運輸船舶，且施工區(qū)域要求寬闊，可作業(yè)范圍較大，受潮水影響較大。

2 通州灣沿海灘涂特點及對護底施工要求

2.1 通州灣沿海灘涂特點

1）地形特點：通州灣中南部為海積平原，在岸外輻射狀潮流脊群的封閉條件下，海岸不斷淤長形成寬約40~50 km的平原[1]。

2）土層特點：土層較為深厚，海積平原表層系潮灘堆積，組成物質南粗北細。表層沉積的粗細間互呈現(xiàn)為水平層理。第二層為三角洲相棕黃色與灰黃色粉砂質黏土夾黏土質粉砂和黏土層，含鐵錳結核及少量河口-濱海相生物化石。底部為海相青灰色粉砂質黏土和粉砂沉積。上述3層全新世紀沉積總厚度20~30 m[1]。

3）土質特點：灘面組成物以粉細砂為主（占70%~90%），沉積層具交錯層里。

4）圍墾對潮溝響應特點：根據(jù)潮溝的成因可分為4種：淤灘面水流沖刷型；于潮流輻聚侵蝕型；盂陸源水流侵蝕繼承型；榆瀉湖廣海間潮流侵蝕型[2]。以上潮溝均為自然成因，隨著灘涂圍墾施工，潮溝長度呈減小趨勢，潮溝密度呈先增大后減小趨勢[3]。

根據(jù)通州灣沿海灘涂特點可以看出，灘涂極易受潮水影響沖刷成溝。尤其是圍墾過程中，已形成的堤壩改變原有水流流場，水流匯聚形成新的潮溝。

2.2 潮溝防護的必要性

在圍墾施工過程中產(chǎn)生的新的潮溝，原有護底可能產(chǎn)生變形，極易產(chǎn)生滲透破壞導致上部堤身結構崩塌，必須采取措施對原有潮溝進行防護，對新的潮溝進行預防。

2.3 特殊地段軟體排護底施工工藝

在圍墾施工過程中產(chǎn)生的新的流場，加深原有潮溝，潮溝狹窄且水深較深，在此工況條件下，低潮人工無法施工；且區(qū)域狹窄，大型鋪排設備無法施工的條件下，若需對灘地進行護底施工，此時需對傳統(tǒng)軟體排施工工藝進行改進，以應對特殊地段下軟體排護底。水上人工鋪排適用于狹窄水域且水深較深工況。

3 特殊地域水上人工護底施工工藝流程

具體施工工藝流程見圖1。

圖1 人工水上鋪排施工工藝流程Fig.1 Construction process flow of artificial water laying

4 施工工藝

4.1 施工方案

1）軟體排鋪設區(qū)域劃分

根據(jù)實際測量好的地形圖劃分軟體排鋪設區(qū)塊，根據(jù)鋪設方案中軟體排之間搭接長度確定每塊軟體排的鋪設位置，為測量放樣提供數(shù)據(jù)。

2）根據(jù)潮水確定鋪排時間

大潮汛期間，施工水域最大流速為2.15 m/s，平潮時間約1 h；小潮汛期間，施工水域最大流速為1.03 m/s，平潮時間約3 h。

3）軟體排結構設計

軟體排是由復合土工布、橫向砂肋和縱向加筋帶組成的組合結構。

4）針對深水人工排體的優(yōu)化加工

淤搭接寬度的確定：軟體排鋪設寬度應首先滿足水運設計規(guī)范要求，其次考慮施工工藝中現(xiàn)場所能鋪設的最大寬度，根據(jù)排布包裝、實際運輸及人工排體鋪展能力，軟體排寬度定為40 m。

于為滿足設計中相鄰排體現(xiàn)場鋪設后的有效搭接寬度不小于3 m要求，根據(jù)軟體排的伸縮率及現(xiàn)場工況條件，綜合考慮排體在拉伸狀態(tài)下的收縮、水流作用下的卷邊情況及排體沉放過程中誤差，L施工搭接=L設計搭接+L收縮長度+L水流作用下卷邊+ L沉排誤差。

盂系結受力點的加強處理：不同于人工灘地軟體排鋪設，深水人工鋪排靠系結于排體四周尼龍繩拖拽鋪展及定位（詳細見施工工藝流程），因此排體四周受力點需要做加強加固處理。

榆砂肋條加長：不同于典型段中砂肋條長度相對于軟體排寬度幾乎不需要考慮富裕長度，深水下人工鋪排工藝中，為保證砂肋條具有良好的壓載效果，砂肋條相對于軟體排寬度兩端各留有2~3 m富裕量。

4.2 軟體排制作

軟體排由專業(yè)廠商進行生產(chǎn)加工。

4.3 施工準備

1）輔助條件準備

淤軟體排排邊系好浮標，軟體排鋪設完成后確定下一軟體排鋪設位置進行現(xiàn)場實際調整。

于軟體排在水中借助海水浮力，由錨艇動力及錨艇卷筒拉力提供動力進行鋪展。因此在施工前期，在軟體排鋪設范圍外進行海錨布設，布設數(shù)量依據(jù)實際軟體排的大小，通州灣地區(qū)軟體排為80 m伊40 m軟體排，現(xiàn)場布設3只海錨，可滿足現(xiàn)場軟體排展開所需抓地力。

盂深水人工鋪排前期，由于通州灣地區(qū)砂源較好，現(xiàn)場可就地取砂。鋪排前進行吸砂設備調試，確保鋪排過程中能夠持續(xù)穩(wěn)定供砂。

2）測量放樣

不同于人工軟體排鋪設在實測灘地上進行旗桿放樣，深水條件下采用GPS踩點后，由施工人員采用人工拋投浮標方法進行現(xiàn)場軟體排邊線控制，浮標繩索長度控制在4 m左右，原則為最大水深與小潮汛低潮位之和加上1 m的富余長度，繩索太長受潮流影響會導致浮標位置與放樣位置偏差太大，影響鋪排護底效果，繩索較短則會導致浮標沉入水中無法作為鋪排施工位置依據(jù)。

3）軟體排包裝準備

深水人工軟體排鋪設前期，有別于人工灘地鋪排，為提高施工效率，縮短作業(yè)時間，深水人工鋪排需在陸上將砂肋條穿插好（見圖2）。并在陸上人工將排布沿堤軸線方向卷好，卷排布不同于鋪排船上滾筒式卷排布，陸上人工排布卷排方式見圖3。

4.4 軟體排鋪展及砂肋條充灌

圖2 深水人工鋪排卷排方式Fig.2 The way of artificial deepwater laying and rolling

圖3 現(xiàn)場人工卷排Fig.3 Field artificial rolling

1）軟體排鋪展及定位。將卷好的軟體排借助挖機等設備運輸至現(xiàn)場需要鋪設排布位置，垂直堤軸線方向排邊預留好尼龍繩固定在陸上，另一邊將預留好的尼龍繩移交至錨艇上施工人員，借助錨艇動力將排布浮在水面，借助水的浮力將軟體排慢慢展開，見圖4。排布完全展開后由預留的海錨通過錨艇上卷揚機進行二次定位，確保排布位置準確。由于軟體排土工布密度小于海水密度，軟體排平展漂浮在水面。

圖4 現(xiàn)場軟體排展開Fig.4 Field soft mattress scheduling

軟體排受水浮力漂浮在水面，水流對軟體排定位影響極大，為確保軟體排鋪設位置準確搭接符合設計要求，故排體鋪展后軟體排水面固定顯得尤為重要。軟體排鋪展后位置漂移主要受水流影響，可從兩個方面保證軟體排位置準確：淤選擇合適的軟體排鋪設時期，通州灣地區(qū)軟體排鋪設選擇在小潮汛低潮時期，小潮汛期間高低潮潮位相差較小，平潮時間較長，可施工時間較長，低潮水排體距離護底灘地高程相差最小，可減小排體沉入水底后與設計鋪設位置誤差；于排體鋪展后對排體進行固定，排體上兩側各預留6根尼龍繩用于固定軟體排，靠岸3根尼龍繩固定在岸邊已完成充填袋棱體上，另外3根尼龍繩與預留的海錨相連固定住。具體見圖5、圖6。

圖5 軟體排固定示意圖Fig.5 Schematic diagram of the soft mattress fixing

圖6 現(xiàn)場軟體排固定Fig.6 Site soft mattress fixing

2）砂肋條充灌砂。軟體排定位完成后，將陸上已穿插好的砂肋條抽出，已調試完成的吸砂船開始吸砂，由事先準備好的充砂皮龍管塞進砂肋條，按順序對砂肋條進行充灌砂。充灌時用14號鉛絲將砂肋袋袖口擰在皮龍管分流口上，打開分流口閥門進行充灌。充灌砂肋從一頭充灌，禁止雙向對充，沖灌完成后方能扎緊袋口。砂肋條充灌飽滿過程中，軟體排隨砂肋條重力沉入水底。隨即對后面砂肋條繼續(xù)進行充灌砂，重復以上過程，最后完成軟體排護底鋪設。

4.5 質量控制與檢查

1）軟體排鋪設平面位置質量控制

為使軟體排鋪設在設計部位，可在排體兩邊每隔三米位置設置浮標確保軟體排鋪展時位置的可靠性，且后期可對浮標位置進行DGPS采點并在CAD展開取得排體實際鋪設位置，與設計鋪設位置進行比較檢查。

2）軟體排之間搭接長度檢測

為達到軟體排護底效果，軟體排之間的有效搭接尤為重要，施工控制10 m搭接，現(xiàn)場實際潛摸軟體排搭接長度為4.5 m左右，滿足設計要求。

3）軟體排上部壓載可靠性檢測

南通通州灣軟體排壓載采用網(wǎng)格法袋裝碎石壓載結合塊石壓載方式，同樣后期進行了潛摸檢測，袋裝碎石壓載效果較好，保證了龍口的順利合龍，說明特殊區(qū)域下水上人工軟體排鋪設施工質量是有保證的。

4.6 軟體排后期壓載

軟體排鋪設完成后，受潮水連續(xù)漲落影響，排體極易發(fā)生懸掛變形，造成原有灘地甚至軟體排自身破壞。

為保護好已完成的軟體排，軟體排施工完成后需及時對軟體排進行壓載，軟體排壓載可用充填袋壓載、袋裝碎石壓載、塊石壓載等方式。

1）充填袋壓載：充填袋壓載采用溝槽兩側對拉方式進行充砂沉底。此方式適用于水流條件較好且水深條件較低的區(qū)域，充填袋壓載對排體保護效果較好，受制于充砂效率及袋體鋪展誤差，充填袋施工效率較低，且對施工區(qū)域水文條件要求較高。

2）袋裝碎石壓載：采用人工網(wǎng)格定點拋投袋裝碎石。在陸上已裝袋碎石運輸至拋石船上，人工劃分網(wǎng)格對軟體排鋪設區(qū)域進行袋裝碎石拋投壓載，袋裝碎石重量大，拋投時對軟體排沖擊小，且施工方便，效率較高，南通通州灣匡圍工程采用袋裝碎石進行軟體排工后壓載。

3）塊石壓載：采用拋石船直接對軟體排上部進行壓載，見圖7。水流流速較大且水深條件較深區(qū)域可采用此方法，施工過程簡單，施工效率較高。但由于塊石本身質量較大，拋投過程中對軟體排沖擊較大，容易造成軟體排破壞。

圖7 軟體排塊石壓載Fig.7 Rubble ballast of soft mattress

5 特殊區(qū)域水上人工鋪排控制要點總結

1）針對特殊區(qū)域水上人工鋪設軟體排的制作：針對特殊區(qū)域水上人工鋪設軟體排排布制作，砂肋條相對于排體寬度兩側各預留2~3 m富裕量，保證了砂肋條全局的壓載效果。且四周加筋帶進行了加強處理，保證軟體排在水上拖拽鋪展的整體性。

2）施工作業(yè)時段選擇：深水人工鋪排靠水浮力及尼龍繩固定排布，水流對排布位置的影響較大，為盡量減小水流對排布位置的影響，施工時段選擇要求平潮時間盡可能長，故選擇在小潮汛期間的低平潮施工。

3）排布搭接確定：軟體排作為貼合灘地護灘結構，軟體排之間的搭接長度直接影響軟體排護底效果，即L施工搭接=L設計搭接+L收縮長度+L水流作用下卷邊+ L沉排誤差，根據(jù)不同的施工工況，對收縮長度，卷邊長度，沉排誤差需做相應的數(shù)值計算。

4）軟體排鋪展有效位置控制：前期對鋪排區(qū)域進行鋪排測量放樣，并用浮標做標記，施工前對浮標位置進行測量檢查，確保位置準確。另外，軟體排施工前在排體四周進行浮標標記，軟體排施工完成后及時對軟體排浮標進行測量，為下張軟體排施工位置提供數(shù)據(jù)。

5）充灌效果不好的應對措施

水上人工鋪排施工由于砂肋條沖灌過程大部分在水下完成，砂肋條充盈度不同于鋪排船及灘地人工鋪排，充盈度極難控制，且沖灌過程砂肋條受水流影響來回擺動，極易產(chǎn)生破壞，如圖8。

圖8 肋條易爆裂位置示意圖Fig.8 Schematic diagram of rib burst location

砂肋條破壞后軟體排失去上部荷載，排體受水流擾動難以貼合灘面喪失護底作用，因此軟體排鋪設完成后需及時進行上部壓載，確保軟體排護底效果。

6）軟體排壓載控制：網(wǎng)格法袋裝碎石拋投時，受現(xiàn)場水流影響，必然產(chǎn)生偏差。因此軟體排上部壓載時段也選擇在平潮時間。為減小水流影響，袋裝碎石拋投時可根據(jù)現(xiàn)場水流流向采用偏位拋投結合現(xiàn)場測桿探測的方法。

6 結語

護底施工是圍堤工程的基礎，護底效果直接關系到上層結構施工的成敗。南通通州灣匡圍工程后續(xù)在此基礎上順利進行了龍口合龍，說明水上人工鋪設軟體排施工技術是成功的，采取的一系列技術措施是有效的。水上人工鋪排施工工藝解決了粉砂高灘潮溝類狹窄區(qū)域護底施工難題。

[1] 耿秀山，傅命佐.通州灣中南部平原淤泥灘岸的地貌特征[J].海洋地質與第四紀地質，1988（2）：93-104.

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[2]呂亭豫，龔政，張長寬，等.粉砂淤泥質潮灘潮溝形態(tài)特征及發(fā)育演變過程研究現(xiàn)狀[J].河海大學報：自然科學版，2016，44（2）：178-188.

L譈Ting-yu,GONG Zheng,ZHANG Chang-kuan,et al.Reviews of morphological characteristics and evolution processes of silty mud tidal creeks[J].Journal of Hohai University:Natural Sciences, 2016,44(2):178-188.

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[4] SL 260—2014，堤防工程施工規(guī)范[S]援SL 260—2014,Specification for levee project construction[S].

Construction technology of artificial water bottom protection in high silt-muddy flat tidal creek special area of Tongzhou Bay

XU Lei，HU Zheng
（SDC Shanghai Communications Construction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

The geotextile is an important structure in construction of beach bottom protection works,its construction technology is mature,and is widely used in the bottom protection of river and embankment at home and abroad.But in the high silt-muddy flat tidal creek special area,the artificial bottom protection construction has not been a similar example.Combined with the successful construction case of inning project in Nantong Tongzhou Bay,we introduced the bottom protection construction technology in high silt-muddy flat tidal creek special area,and described the production,lapping and construction technology of soft mattress.

over water;artificial;mattress laying construction

U655.4

B

2095-7874（2017）04-0085-05

10.7640/zggwjs201704019

2017-02-27

徐磊（1990— ），男，江蘇南通人，工程師，主要從事港口航道與海岸工程管理工作。E-mail：1292980898@qq.com