袋裝砂斜坡堤在杭州灣圍填海工程中的應(yīng)用

陸 曉 宇

(上海金山新城區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200433)

圍堤是防止吹填土擴(kuò)散，將圍填海區(qū)域圈圍成封閉區(qū)域而修建的堤壩。根據(jù)是否需具備防洪(潮)功能，分為永久堤防圍堤和臨時(shí)吹填圍堰。堤防圍堤是兼具洪(潮)擋浪功能的圍堤，圍填海工程中大都為海堤，又名海塘、海擋和防潮堤。因此，海堤還需要滿足防御風(fēng)暴潮(洪)水和波浪對(duì)防護(hù)區(qū)的危害等要求[1]。目前國內(nèi)外圍堤的斷面型式主要分為直立式、斜坡式和混合式三種基本型式，其中斜坡式結(jié)構(gòu)憑借其經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢和在生態(tài)建設(shè)方面的適應(yīng)性[2]成為一種被廣泛采用的結(jié)構(gòu)。袋裝砂斜坡堤作為斜坡式結(jié)構(gòu)的一種，在適用性、經(jīng)濟(jì)性等方面有其優(yōu)勢，成為海堤結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)型式。

1 國內(nèi)外袋裝砂斜坡堤的應(yīng)用實(shí)踐

據(jù)了解，美國、法國、荷蘭、日本、菲律賓、馬來西亞、我國臺(tái)灣省等均有使用充砂土工織物長管袋或充砂土工織物袋的工程實(shí)例，20世紀(jì)70年代，大型充砂袋結(jié)構(gòu)引入我國[3]；李凱雙等[4]對(duì)國內(nèi)不同地區(qū)袋裝砂斜坡堤的工程案例做了統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，尤其是大型施工機(jī)械的應(yīng)用，使得袋裝砂斜坡堤的施工效率和質(zhì)量都得到了顯著的提高。進(jìn)入21世紀(jì)以來，圍堤逐漸向深水區(qū)發(fā)展，堤身高度隨之增加，筑堤工程量大幅增加。傳統(tǒng)袋裝砂斜坡堤的應(yīng)用范圍主要集中在淺水區(qū)，隨著海堤向深水的邁進(jìn)，袋裝砂斜坡堤也在逐步向深水區(qū)探索。

2 杭州灣圍填海項(xiàng)目案例[5]

2.1 工程簡介

工程位于上海市金山區(qū)，項(xiàng)目范圍為滬杭公路外側(cè)區(qū)域，龍泉港出海閘以西、金山城市沙灘以東灘涂，南邊界至該段水域規(guī)劃駁岸線見圖1，圍堤總長度4 820 m，圈圍面積約3 866畝，用海面積308.420 7 hm2，見圖2。

工程區(qū)位于杭州灣北岸，岸線前沿海域開闊，風(fēng)浪大，流場較復(fù)雜，200年一遇有效波高達(dá)3.60 m～3.91 m；工程區(qū)潮位高、潮差大，200年一遇高潮位達(dá)6.78 m，多年平均潮差4.07 m，實(shí)測最大潮差6.56 m；擬建堤線位置灘面較低，達(dá)-4 m～-6 m；地質(zhì)條件較差，大堤直接坐落在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層上，且軟土層普遍達(dá)到15 m厚；工程區(qū)上下游涉水工程密集，河勢影響較敏感，工程施工易對(duì)周邊涉水工程造成不利影響。

2.2 圍堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

圍堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則如下：1)建筑材料和施工方式應(yīng)因地制宜；2)施工安全性與可操作性強(qiáng)；3)運(yùn)行期對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安全性高；4)經(jīng)濟(jì)合理，投資較省；5)為后期圍堤生態(tài)建設(shè)留有空間。

2.3 圍堤結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)地形資料、平面布置方案和地質(zhì)勘察成果等，經(jīng)多方面比選確定圍堤結(jié)構(gòu)方案：

1)堤型選擇。與直立堤相比，斜坡堤斷面尺度相對(duì)較大，筑堤材料消耗較多；斜坡堤的柔性基礎(chǔ)和堤身均能較好地適應(yīng)灘地的軟土地基條件，地基處理方式成熟有保障；斜坡堤對(duì)優(yōu)質(zhì)砂料需求量相對(duì)較大，對(duì)石料需求量較小；斜坡堤消浪效果好，對(duì)強(qiáng)風(fēng)浪區(qū)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且不易對(duì)堤前基床造成沖刷；斜坡堤應(yīng)用廣泛，計(jì)算理論較成熟，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較豐富；斜坡堤施工工藝成熟，進(jìn)度質(zhì)量有保證，無需占用太多場地，施工船機(jī)設(shè)備眾多；斜坡堤方便后期維護(hù)，運(yùn)行管理風(fēng)險(xiǎn)??；斜坡堤結(jié)構(gòu)易于在外坡增加生態(tài)綠化，有利于生態(tài)岸線的構(gòu)建；斜坡堤在經(jīng)濟(jì)性上具有一定的優(yōu)勢。根據(jù)對(duì)斜坡堤結(jié)構(gòu)和直立堤結(jié)構(gòu)的研究和分析，綜合比選確定選用斜坡堤結(jié)構(gòu)作為圍堤結(jié)構(gòu)方案。

2)斜坡堤結(jié)構(gòu)選擇。綜合分析斜坡堤的斷面結(jié)構(gòu)、堤基構(gòu)筑方式、反濾結(jié)構(gòu)、地基處理方式、施工便利性、經(jīng)濟(jì)性等因素，斜坡堤結(jié)構(gòu)推薦選用“外側(cè)拋石結(jié)構(gòu)堤+內(nèi)側(cè)袋裝砂棱體+排水板地基處理”方案。

3)圍堤斷面結(jié)構(gòu)方案。防浪墻墻頂高程11.00 m，堤頂高程9.80 m，頂寬9.50 m(每48 m至少設(shè)置一處2 m寬的植草磚步道)。外海側(cè)消浪平臺(tái)頂高程6.00 m～6.10 m，頂寬6.00 m，采用500 mm埋石混凝土護(hù)面。平臺(tái)上下兩側(cè)以1∶3邊坡分別連接防浪墻及3.00 m高程鎮(zhèn)腳，上級(jí)坡面采用500 mm厚柵欄板護(hù)面，下設(shè)300 mm厚灌砌塊石一層、200 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復(fù)合布一層，下級(jí)坡面采用3 t/個(gè)翼型塊體護(hù)面，下設(shè)300 mm厚灌砌塊石一層、200 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復(fù)合布一層。2.70 m～3.00 m高程鎮(zhèn)壓平臺(tái)寬15 m～18 m，采用500 mm厚埋石混凝土護(hù)面，下設(shè)400 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復(fù)合布一層。鎮(zhèn)壓平臺(tái)外側(cè)為拋石結(jié)構(gòu)擋砂堤，外坡坡比1∶2，內(nèi)坡坡比1∶1.5，坡面及壩頂采用3 t/個(gè)扭王塊體護(hù)面，外側(cè)堤腳采用寬10 m厚2.5 m～3.7 m的拋石護(hù)腳和混凝土聯(lián)鎖塊軟體排護(hù)底，余排20 m長。拋石棱體內(nèi)側(cè)反濾層先在袋裝砂棱體外側(cè)設(shè)置一層復(fù)合土工布(230 g/m2機(jī)織布+150 g/m2無紡布)+袋裝碎石(厚度500 mm)反濾結(jié)構(gòu)，再在反濾外側(cè)填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋裝碎石(厚度200 mm)找平并鋪設(shè)一層復(fù)合土工布反濾(230 g/m2機(jī)織布+150 g/m2無紡布)后填筑袋裝砂棱體；同時(shí)在拋石棱體內(nèi)側(cè)設(shè)500 mm的1 kg～10 kg塊石整平。內(nèi)坡側(cè)設(shè)二級(jí)復(fù)合坡，坡比均為1∶3，平臺(tái)高程4.50 m，寬度5.00 m。內(nèi)棱體內(nèi)側(cè)坡比為1∶1。4.50 m高程以上坡面采用彩道磚拱肋草皮護(hù)坡,見圖3。

2.4 袋裝砂斜坡堤在本項(xiàng)目應(yīng)用中的創(chuàng)新

根據(jù)傳統(tǒng)袋裝砂斜坡的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本項(xiàng)目工程區(qū)現(xiàn)狀，在項(xiàng)目應(yīng)用中進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新。

1)外側(cè)拋石棱體反濾。原拋石棱體反濾結(jié)構(gòu)布置在拋石棱體內(nèi)側(cè)，是由袋裝碎石+砂肋軟體排+混合倒濾層+兩片石墊層組成。經(jīng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，反濾結(jié)構(gòu)墊層需要皮帶機(jī)施工，效率相對(duì)低下，且施工質(zhì)量難以控制。反濾結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和進(jìn)度對(duì)于龍口合龍節(jié)點(diǎn)的完成，乃至整個(gè)圍堤堤身的穩(wěn)定都具有決定性的作用。面對(duì)龍口合龍前土方施工任務(wù)緊、壓力大的局面，項(xiàng)目組積極開展反濾結(jié)構(gòu)研究，最終確定了一種新的反濾結(jié)構(gòu)：拋石棱體內(nèi)側(cè)反濾層先在袋裝砂棱體外側(cè)設(shè)置一層復(fù)合土工布(230 g/m2機(jī)織布+150 g/m2無紡布)+袋裝碎石(厚度500 mm)反濾結(jié)構(gòu)，再在反濾外側(cè)填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋裝碎石(厚度200 mm)找平并鋪設(shè)一層復(fù)合土工布反濾(230 g/m2機(jī)織布+150 g/m2無紡布)后填筑袋裝砂棱體；同時(shí)在拋石棱體內(nèi)側(cè)設(shè)500 mm的1 kg～10 kg塊石整平，見圖4。該反濾結(jié)構(gòu)施工效率高，施工質(zhì)量有保障，保證了龍口合龍節(jié)點(diǎn)的順利完成，確保了大堤的安全穩(wěn)定。

2)龍口合龍。金山地區(qū)漲落潮水流急、潮差大，龍口合龍條件惡劣，合龍施工強(qiáng)度大。設(shè)計(jì)單位采用數(shù)模計(jì)算，分析水流特征，確定理論的龍口寬度；實(shí)際施工過程中由于合龍施工任務(wù)重，施工單位提前將龍口束窄。施工單位對(duì)現(xiàn)場流速進(jìn)行實(shí)測，數(shù)據(jù)顯示流速在可控范圍內(nèi)。拋石截留后，潮差大使得拋石棱體內(nèi)外側(cè)水頭差比較大，石頭縫中水流竄流比較急，給通長袋施工帶來很大難度。在外側(cè)袋裝砂棱體與拋石壩之間鋪設(shè)鎖壩來限制匯水流量，從而減小龍口水流流速，保證施工環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，見圖5。加強(qiáng)現(xiàn)場實(shí)測資料的分析，加上以往龍口合龍?zhí)幚泶胧┑膽?yīng)用，本工程深水區(qū)龍口合龍順利完成，為深水區(qū)、大潮差圍堤合龍積累了成功經(jīng)驗(yàn)。

3)生態(tài)海堤示范應(yīng)用[6]。為適應(yīng)新形勢下國家海洋生態(tài)文明建設(shè)的要求，開展生態(tài)海堤的研究，并在工程中進(jìn)行示范應(yīng)用。

全線大堤采用斜坡式堤型，實(shí)現(xiàn)緩坡入海；堤身材料選用長江口砂源和附近塊石，向海側(cè)護(hù)面在潮間帶和潮下帶區(qū)域采用混凝土塊體和塊石等適宜當(dāng)?shù)睾Ｓ蛏鷳B(tài)系統(tǒng)的無害化建筑材料，有利于藻類、貝類附著，促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)；防浪墻內(nèi)側(cè)與路面設(shè)置綠化種植池，種植草皮和矮灌木，并在靠近防浪墻處種植爬山虎，使其攀爬在鋼筋混凝土防浪墻上，實(shí)現(xiàn)堤頂綠化；背海側(cè)采用彩道磚拱肋草皮護(hù)坡，并在內(nèi)青坎上種植草皮、小灌木，實(shí)現(xiàn)背海坡綠化；研究開發(fā)了一種新型護(hù)面結(jié)構(gòu)，并選擇在西側(cè)堤中進(jìn)行示范應(yīng)用，見圖6。

3 結(jié)語

袋裝砂斜坡堤在本圍填海項(xiàng)目中的應(yīng)用是其在杭州灣北岸深水筑堤的典型案例，項(xiàng)目的順利實(shí)施進(jìn)一步驗(yàn)證袋裝砂斜坡堤在深水筑堤工程中的適用性。同時(shí)也響應(yīng)了國家海洋生態(tài)文明建設(shè)的要求，在實(shí)現(xiàn)海堤生態(tài)化建設(shè)中具有一定的優(yōu)勢。