黃 偉
(長江河湖建設(shè)有限公司,湖北 武漢 430010)
長江澄通河段通洲沙西水道長沙河—福山塘段邊灘綜合整治工程,位于張家港市樂余鎮(zhèn)和南豐鎮(zhèn),包括南岸邊灘綜合整治工程圍區(qū)Ⅵ和南岸邊灘綜合整治工程圍區(qū)Ⅶ。南岸邊灘綜合整治工程圍區(qū)Ⅶ上起七干河,下至福山塘,岸線全長3024m,圍堤總長度5147m,最大水深約11m,岸線調(diào)整后形成陸域面積約3676畝。其中長江澄通河段通洲沙西水道長沙河—福山塘段邊灘綜合整治工程Ⅲ標(biāo)圍堤樁號(hào)為Ⅶ0+000~Ⅶ2+821;隔堤長710m。龍口位置中心樁號(hào)Ⅶ1+350。工程總體布置見圖1。
圖1 工程地理位置示意圖
長江澄通河段為潮汐河口,傳統(tǒng)陸路龍口封堵技術(shù)不適用于此項(xiàng)目,為了如期完成該工程,項(xiàng)目部和公司工程部在確定施工方案時(shí)充分考慮自然條件,制定了開底駁、甲板駁拋石平堵龍口合龍技術(shù)方案,形成了拋石平堵龍口合龍施工方法。
龍口一般排列在平直的岸線上,地質(zhì)條件較好,地形平緩,水域相對(duì)較深。平直的岸線和平緩的地形可以保證水順利流入龍口入口,避免了因入口流態(tài)紊亂而造成的關(guān)閉龍口困難;地層承載力高、抗沖刷能力強(qiáng),有利于龍口堤防基礎(chǔ)的穩(wěn)定和龍口堤防的抗沖刷防護(hù)。龍口水深應(yīng)適度,太深底部保護(hù)的龍口量太大,太淺水流的緩沖效果不明顯。綜合上述分析結(jié)合地形地質(zhì)條件,龍口中心線布置在樁號(hào)Ⅶ1+350處。
為了采取措施保證龍口合龍的順利運(yùn)行,有必要驗(yàn)證龍口合龍寬度,了解龍口合龍過程中閘門水力指標(biāo)的變化情況。
2.2.1 演算推理
在龍口河截流過程中,龍口流量和河堤水量隨入口內(nèi)外潮位變化和龍口河底高程提高而隨時(shí)間變化。忽略通過護(hù)堤及其地基的滲流量,假定護(hù)堤內(nèi)水量的變化等于進(jìn)出龍口的水量,根據(jù)水量平衡原理,在一定時(shí)期內(nèi),龍口流量與護(hù)堤內(nèi)水量變化的關(guān)系如下:
(Q1+Q2)Δt/2=V2-V1
式中Q1——計(jì)算時(shí)段開始的龍口流量;
Q2——計(jì)算時(shí)段截止終了的龍口流量;
V2——計(jì)算時(shí)段起始的圍堤內(nèi)水量;
V1——計(jì)算時(shí)段終了截止的圍堤內(nèi)水量;
Δt=0.1h。
2.2.2 龍口泄水量計(jì)算
根據(jù)護(hù)堤內(nèi)外水位,按寬頂堰流量計(jì)算龍口在以下兩種情況下的流量:
a.H外>h內(nèi),圍堤進(jìn)水,落差Z=H外-h內(nèi)。自由流
淹沒流Q=VB(h內(nèi)
當(dāng)Z≥1/3(H外-h口門)時(shí)為自由流,反之為淹沒流。
b.H外 自由流 淹沒流Q=VB(h外 當(dāng)Z≥1/3(H內(nèi)-h口門)時(shí)為自由流,反之為淹沒流。 式中H外——某時(shí)刻口門外潮位高程,m; h內(nèi)——某時(shí)刻口門內(nèi)水位高程,m; h口門——口門底檻高程,m; m——流量系數(shù),取0.36; φ——流速系數(shù),取0.9; B——龍口平均過水?dāng)嗝鎸挾龋琺。 2.2.3 計(jì)算結(jié)果及分析 影響截流難度的關(guān)鍵因素是設(shè)計(jì)潮汐過程線對(duì)應(yīng)的截流時(shí)間的選擇、龍口的寬度和下墊面高程。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析,選擇了前半個(gè)落潮期開始截流,有效地降低了龍口的截流難度,大大減少了保護(hù)工程量。不同龍口寬度時(shí)龍口在設(shè)計(jì)潮型下的流速記錄見表1。 表1 龍口流速記錄 龍口寬度受龍口水力參數(shù)、圍墾面積等因素的影響。龍口寬度對(duì)龍口截流及后期高度影響較大,工程量大,龍口寬度小,斷面流速增大,沖刷影響大,增加了龍口河底護(hù)岸工程的難度和工程量,一般控制龍口最大流速不超過3.0m/s。綜合上述分析結(jié)合地形地質(zhì)條件,龍口置在樁號(hào)Ⅶ1+315~Ⅶ1+385處,口門底寬100m,護(hù)底垂直水流方向?qū)?80m。圖2為龍口布置斷面。 圖2 龍口布置斷面 a.龍口合龍棱體。在設(shè)計(jì)潮位線的最高潮位上加0.5m。確定了棱體頂高度。閉合棱體是用拋石做的。上游坡度比為1 ∶3.0,下游坡度比為1 ∶2.5。 b.龍口護(hù)底。為了減少龍口河在封堵過程中對(duì)地基的侵蝕,降低封堵過程中的水深和封堵難度,必須在封堵外堤前采取封堵底部的防護(hù)措施。在底部防護(hù)結(jié)構(gòu)施工前,在0.5m厚的砂層上鋪設(shè)300g/m2編織物,在砂層上壓入30cm@50cm裝砂管袋,形成龍口前圍區(qū)排水通道。 龍口圍堤放坡,坡比為1 ∶3,坡面鋪設(shè)230g/m2防老化編織布。 合龍工程主要受潮汐影響,潮差愈小,龍口水力條件愈好,合龍開始時(shí)間選擇在高平潮時(shí)段較為理想。 根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃馁Y料綜合考慮上述因素,在龍口3月份高潮位較低、潮差較小的情況下進(jìn)行了龍口的封閉試驗(yàn)。截流標(biāo)準(zhǔn)在3月份采用了10%設(shè)計(jì)潮位線。潮水位過程線見圖3,特征值見表2。 圖3 設(shè)計(jì)潮水位過程線 表2 10%設(shè)計(jì)潮水位過程特征值 (單位:m) 龍口寬度、龍口水深是選擇龍口合龍開底駁主要影響因素。 沿江、沿海圍區(qū)造地項(xiàng)目龍口布置一般在200m以內(nèi),開底駁船長控制在60m以內(nèi);龍口水深一般在3~5m之間,開底駁船深控制在2m以內(nèi),滿載吃水控制在1.5m以內(nèi);300m3開底駁尺寸為55m×7.5m×1.8 m,500m3開底駁尺寸為60m×8 m×2.1 m。根據(jù)龍口寬度、龍口水深限制因素300~500m3開底駁能滿足龍口合龍要求。 準(zhǔn)確拋投塊石至水下灘面,并形成一定自然坡比棱體斷面是龍口合龍的關(guān)鍵。在水深、水流速度確定情況下,塊石重量尺寸是主要影響因素。龍口水深取4m;塊石流距控制在2m以內(nèi);龍口水流速度3m/s。在龍口合龍前選擇不同尺寸塊石進(jìn)行拋投實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3),根據(jù)塊石漂距實(shí)驗(yàn),選擇150~200kg塊石。 表3 塊石漂距 為保證封堵順利進(jìn)行,必須進(jìn)行塊石備料。根據(jù)施工強(qiáng)度,考慮備用78400m3塊石,基本滿足開底駁龍口塊石拋填需求。 為保障堤心石拋填的工程質(zhì)量,石料要求堅(jiān)硬無風(fēng)化,拋填塊石重量在150~200kg之間。 加強(qiáng)龍口水流監(jiān)測,觀測漲落潮時(shí)水流速。堤身沉降觀測和記錄要詳細(xì)。 龍口合龍時(shí)龍口位置水流流速較高,龍口合龍施工強(qiáng)度大,為保證龍口順利合龍,必須準(zhǔn)備定位船輔助定位,采用2000t方駁作為定位船。定位船平行于龍口棱體軸線布置,用四根錨呈八字錨固在龍口位置, 2根錨錨固在龍口內(nèi)100m灘地上,2根錨錨固在龍口外150m水中,拋錨后要進(jìn)行穩(wěn)定測試,保證不走錨。定位船上配備2臺(tái)GPS,船頭、船尾各布置一臺(tái),用于平面定位;布置測深儀一臺(tái),用于高程測量。定位船定位見圖4。 圖4 定位船定位示意圖 龍口拋石截流棱體分兩階段實(shí)施,開底駁滿載吃水深度在1.0~1.5m之間,因此在龍口截流棱體抬升到距離水面1.5m左右時(shí)必須改用拋石船繼續(xù)完成一次性斷流拋石。 3.5.1 第一階段開底駁龍口合龍施工 第一階段龍口整個(gè)堤身范圍通長拋石棱體抬高至距水面1.0~1.5m之間,采用開底駁施工。將開底駁裝滿塊石后拋錨等待。待天氣、水文條件達(dá)到龍口合龍要求時(shí)開始施工。施工時(shí)安排每條開底駁每個(gè)高平潮只進(jìn)行一次拋石施工。 開始施工前定位船放內(nèi)錨、收外錨,定位船停船在龍口外80m處;開底駁自航行至施工區(qū)域,在拖輪輔助下靠泊定位船,開底駁、定位船用纜繩綁牢;定位船在拖輪輔助下收內(nèi)錨、放外錨,GPS定位停錨至指定拋投位置;開底駁拋投塊石。定位船上GPS、測深儀時(shí)時(shí)檢測,根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整下次定位船位置。 施工中隨時(shí)測量水下棱體變化,隨時(shí)做出施工調(diào)整,待水下棱體整體距離水面1.5m時(shí),開底駁龍口合龍拋石施工完畢,改用甲板駁拋石船繼續(xù)施工。開底駁龍口合龍拋石見圖5。 圖5 開底駁龍口合龍拋石 3.5.2 第二階段甲板駁拋石船龍口合龍施工 第二階段一次性斷流加高到龍口棱體出水,采用甲板駁拋石船施工。甲板駁拋石船滿載塊石在現(xiàn)場拋錨等待。開底駁完成預(yù)定拋投施工后在下個(gè)高平潮進(jìn)入龍口合龍施工,完成龍口棱體出水,斷流。 甲板駁拋石船靠泊定位船,在拖輪輔助下到達(dá)指定拋投位置;甲板駁拋石船自帶反鏟挖掘機(jī),反鏟挖掘機(jī)開始拋石施工。龍口棱體出水,完成龍口截流;在低平潮時(shí)人工觀測棱體滲水情況,隨時(shí)補(bǔ)拋塊石。防止出現(xiàn)險(xiǎn)情;當(dāng)龍口棱體基本穩(wěn)定后,乘低平潮時(shí)水上挖機(jī)整理塊石,龍口棱體成型。甲板駁龍口合龍拋石見圖6。 圖6 甲板駁龍口合龍拋石 龍口拋石完成截流后,鋪筑一層碎石袋,鋪設(shè)完畢后從龍口兩側(cè)兩個(gè)作業(yè)面相向階梯式推進(jìn)內(nèi)棱體及閉氣土方,防止下一潮大汛對(duì)龍口的沖刷,確保龍口段的安全。 通洲沙西水道長沙河—福山塘段邊灘整治工程Ⅲ標(biāo)施工,對(duì)傳統(tǒng)龍口合龍工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),采用開底駁拋石平堵龍口合龍技術(shù),縮短了龍口封堵的時(shí)間,為今后類似工程提供了施工經(jīng)驗(yàn)。2.3 設(shè)計(jì)龍口寬度
2.4 龍口工程設(shè)計(jì)
2.5 合龍時(shí)間選擇
3 龍口拋石截流
3.1 開底駁選擇
3.2 塊石料徑選擇
3.3 塊石備料
3.4 水流流速監(jiān)測及船定位
3.5 龍口合龍施工
4 龍口閉氣斷流
5 結(jié) 語