粉砂土地基堵口設(shè)計(jì)的方法

粉砂土地基堵口設(shè)計(jì)的方法堵口工程是圍墾工程的關(guān)鍵，歷來受到各方的廣泛關(guān)注，堵口的成敗，往往在于堵口設(shè)計(jì)的好壞。以往大家對深港堵口和軟土地基堵口技術(shù)爭論較多，且積累了大量的實(shí)踐閱歷，形成了一套完整的理論和方法，但對粉砂地基如何進(jìn)行堵口設(shè)計(jì)爭論較少，本文從慈溪市四灶浦西側(cè)6.7萬畝圍涂工程堵口設(shè)計(jì)的實(shí)際，探討如何進(jìn)行粉砂基礎(chǔ)堵口設(shè)計(jì)，并對平立堵方案的選擇條件進(jìn)行分析討論。提出適合粉砂地基堵口的合理方法，為我市杭州灣地區(qū)進(jìn)一步圍墾制造技術(shù)條件。

一、工程概況

慈溪四灶浦西側(cè)圍涂工程西起三八江以西2km，東至四灶浦十一塘閘，為杭州灣南岸庵東灘面西側(cè)，本段灘面平均含沙量為1.2~3.2kg/m3，中值粒徑0.02~0.06mm，泥沙來源主要來自長江口。圍區(qū)涂面高程在2.7m（吳淞基面，下同），橫堤（北堤）全長20.475km，西直堤1.5km，東直堤2.3km，中間設(shè)三條隔堤，總長6.44km，圍涂總面積44.7k㎡（6.7萬畝），見附圖一。本工程自2000年5月試驗(yàn)堤破土動工興建以來，已完成東直堤全長2.3m，三條隔堤全長6.4km，西直堤2.3m拋石順壩及12.5km長的橫堤順壩工程施工。并于10月底前完成了東Ⅰ標(biāo)片及西橫堤大橋片的龍口合攏工作，東II標(biāo)也在11月10日完成堵口合龍。

本工程建于粉砂土地基上，其地層主要由砂質(zhì)粉土組成，該土層干容重為15kN/m3，含水率w=28.4%，孔隙比e=0.790，壓縮模量Es=12.00MPa，c快=5.9kPa，Φ快=29.9°，c固快=6.2kPa，Φ固快=31.6°。其水平向滲透系數(shù)為2.07×10-4cm/s，經(jīng)顆粒分析泥沙粒徑以0.01-0.075mm為多數(shù)，不勻稱系數(shù)d60/d10≈6.

圍區(qū)西端處在杭州灣南岸西三潮溝末段，為防止西三潮溝對本工程產(chǎn)生不利影響，工程西段采納拋石順壩作為抗沖刷的主要手段，其余堤段均采納泥心順壩。工程分兩期實(shí)施，一期實(shí)施馬中灣直堤以東19K㎡和西隔堤以西8.66K㎡.本次堵口方案設(shè)計(jì)主要針對一期實(shí)施項(xiàng)目。

二、圍海工程堵口的特點(diǎn)及堵口技術(shù)

堵口工程是修筑海堤的最終階段，它的成敗是整個圍海工程的關(guān)鍵。堵口工程是海塘修筑的最終一段，這時所遇到的水力條件比任何時候都不利，隨著口門的壓縮，水力條件將更為惡劣，一旦失事，水流巨大的能量將會對已建堤身和基礎(chǔ)產(chǎn)生極大的破壞作用，在實(shí)際工程中有沖垮已建工程百余米，有基礎(chǔ)掏深達(dá)數(shù)十米，不僅是修復(fù)工作極端困難，工期推后，而且增加大量工程量和造價，很難按原方案完成工程。

我國海堤工程歷史悠久，而隨著海堤的修筑和海堤失事后的修復(fù)積累了豐富的堵口技術(shù)閱歷，長期以來，主要經(jīng)受了高灘淺港上筑堤，堵口工程難度不大，堵口主要憑閱歷，采納的方法主要為柴排墊層，立堵進(jìn)展，解放后，隨著圍海工程逐步走向低灘圍墾和深水堵港，難度大大加大，采納傳統(tǒng)的、完全憑閱歷的方法已不能適應(yīng)需要，迫使人們探求其他途徑。主要變化為是50年月采納大塊石代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柴排材料，狀況有所好轉(zhuǎn)，但當(dāng)時仍缺乏理論指導(dǎo)，工程失事仍舊許多，60年月，在廣闊圍海工程技術(shù)人員的努力下，開展調(diào)查討論，收集實(shí)際資料，分析緣由，提出解決措施，在堵口時間的選擇，龍口尺寸與布置、龍口水力計(jì)算，截流堤設(shè)計(jì)、堵口挨次與方法、土方閉氣設(shè)計(jì)與施工等問題上不斷討論改進(jìn)，逐步建立起一套圍海堵口工程的理論與方法，70年月這套理論與方法在我市胡陳港深水堵口工程上勝利應(yīng)用，從而徹底轉(zhuǎn)變了我國圍海工程憑閱歷堵口的現(xiàn)狀，而進(jìn)入有完整理論方法指導(dǎo)下堵口的新階段，但這套理論與方法主要針對拋石堵口。80年月，尤其是缺石地區(qū)，工程技術(shù)人員又樂觀探究其他堵口方法。在這些方法中最有成效的是沖泥管袋工藝，不僅勝利地應(yīng)用于截流堤設(shè)計(jì)中代替石料，還直接用此工藝進(jìn)行了堵口合龍。目前，對沖泥管袋堵口工藝尚待進(jìn)一步討論與實(shí)踐。

三、四灶浦西側(cè)圍涂堵口設(shè)計(jì)方法

1、龍口設(shè)置

一期工程龍口共有三處，堵口采納兩種截流壩型式，即西隔堤以西的拋石順壩型式和馬中灣直堤以東的泥心順壩型式，馬中灣直堤以東以東隔堤為界分為兩個標(biāo)段，分別設(shè)置龍口。

渡汛大龍口寬度要求分別為西片西隔堤以西為1200m，東邊兩個標(biāo)段分別為1000m，設(shè)計(jì)要求堵口小龍口分別為西橫堤400m，東邊兩標(biāo)段分別為600m.

實(shí)際堵口龍口西橫堤為600m，東橫堤兩標(biāo)段均為800m左右。

2、堵口時間選擇

本工程海堤屬三級海堤，龍口渡汛屬臨時性工程，依據(jù)《圍海工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，龍口水力計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)潮位重現(xiàn)值采納10年一遇，堵口合攏時小龍口一般選擇在非汛期的小潮汛設(shè)計(jì)潮位重現(xiàn)值為5年一遇。

依據(jù)海洋水文分析，本地區(qū)12~4月份潮位較低，潮差小，對堵口最為有利。但從堵口其他條件如風(fēng)浪、下階段施工支配等考慮，排在10~11月份最為有利，雖然潮位略高，但可免受西北風(fēng)的影響，并可使堵口合攏后，能在下一年的汛期到來之前，有足夠的時間進(jìn)行大塘土方加寬和加高，從而確保海堤安全渡汛，因此本次設(shè)計(jì)堵口時間西橫堤和馬中灣直堤~東隔堤之間在農(nóng)歷9月初5開頭進(jìn)行堵口東隔堤以東放在農(nóng)歷9月21開頭堵口，要求在7天堵口全部完成。

3截流堤設(shè)計(jì)

截流堤是在堵口段用來最終截斷潮流的海堤，依據(jù)不同的海堤順壩型式，分別采納不同的截流壩型式，西橫堤順壩采納拋石結(jié)構(gòu)，堤頂高程為7.1m，斷面型式與順壩相同，要求最終200~300m合龍時可降低至5.5m進(jìn)行截流，截流后加寬加高至設(shè)計(jì)斷面，如附圖二。東橫堤截流堤結(jié)構(gòu)與橫堤泥芯順壩型式相同，詳細(xì)為順壩內(nèi)外兩側(cè)采納寬2m的沖泥灌袋，中間為沖填土，順壩頂采納山渣墊層，外海側(cè)采納拋石愛護(hù)，如附圖三所示。

堵口段海堤全斷面設(shè)計(jì)成果與非堵口段相同。其底高程與非堵口段相同，基礎(chǔ)采納復(fù)合土工布做護(hù)底防沖刷處理，迎水坡采納大塊石愛護(hù)。

4龍口護(hù)底和堤頭愛護(hù)

粉砂土地基龍口護(hù)底應(yīng)與粉沙地基抗沖刷結(jié)合考慮，渡汛時要求龍口底檻采納一層復(fù)合土工布加鋼釬進(jìn)行護(hù)底，削減龍口基礎(chǔ)沖刷，兩側(cè)堤頭用沖泥管袋加拋石愛護(hù)，護(hù)底愛護(hù)寬度為50m.口門壓縮時，護(hù)底愛護(hù)應(yīng)加強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)先護(hù)底后壓縮，由于涂面淤漲，西橫堤有原設(shè)計(jì)2.5高程淤至3.5~4.2m，因此，堵口前要求對小龍口加強(qiáng)護(hù)底，加鋪一層400g/㎡的復(fù)合土工布護(hù)底，龍口不作抬高；東橫堤涂面高程比原設(shè)計(jì)抬高0.5m，不增加龍口護(hù)底愛護(hù)，要求堵口前，對流溝采納20×20或20×40等大規(guī)格沖泥管袋進(jìn)行填平，確保龍口一次平行抬高。

5堵口程序和方法

確定詳細(xì)時間后，對兩種截流堤型式分別確定堵口方法：

1、西橫堤拋石截流堤堵口，首先進(jìn)行涂面護(hù)底愛護(hù)，粉砂土地基最怕沖刷，因此選擇護(hù)底型式成為堵口成敗的關(guān)鍵，目前，對粉砂土地基抗沖護(hù)底尚無人進(jìn)行專題討論試驗(yàn)，大家各憑閱歷，大多數(shù)地方采納編織布進(jìn)行護(hù)底，在本次拋填順壩過程中，我們比較了一般編織布和復(fù)合土工布護(hù)底效果后，認(rèn)為復(fù)合土工布更適合于護(hù)底，主要由于復(fù)合土工布無紡布可以有效阻擋地基粉砂土析出，編織布有利提高粉砂土表面抗沖力量。其次選擇合適的堵口方法，對于石壩截流，大部分專家均認(rèn)為先進(jìn)行平堵，然后再進(jìn)行立堵，應(yīng)當(dāng)平立堵相結(jié)合，但我們分析實(shí)際涂面狀況和護(hù)底狀況后，認(rèn)為本段無法進(jìn)行平堵施工，因此建議降低拋石高程至5.5m，縮小截流壩斷面，削減截流拋石方量，采納拋石立堵的方法，保證了截流勝利。本段從10月20日按順壩斷面開頭拋石立堵，10月22日縮窄至300m，開頭降低高程至5.5m，10月23日下午平潮時截流勝利，10月27日加高加寬至設(shè)計(jì)斷面，10月28日小塘土方開頭閉氣，11月10日小塘閉氣完成，堵口取得了圓滿勝利。

2、橫堤東段泥芯順壩堵口，橫堤東段以東隔堤為界分為I標(biāo)段和II標(biāo)段，首先由I標(biāo)段進(jìn)行堵口，堵口方案采納沖泥管袋進(jìn)行平堵，采納沖泥管袋堵口在我市尚屬首次，因此我們設(shè)計(jì)人員對此都比較重視，對堵口方案進(jìn)行了反復(fù)計(jì)算，確保堵口勝利，第一步，要求對流溝進(jìn)行填平，為確保填堵流溝勝利，我們要求采納20×20或20×40等大規(guī)格沖泥管袋進(jìn)行填平，防止進(jìn)出潮水對涂面再度刷深。其次步，用沖泥管袋將龍口從1100m壓縮至800m.第三步，將800m均衡上升，并要求在最小高潮位時將潮水擋出。施工時基本根據(jù)上述步驟進(jìn)行施工，施工單位考慮到800m同時抬高，施工機(jī)械無法滿意，因此，采納預(yù)留兩個100左右的小龍口推后一潮施工，整個壩段采納非同步均衡上升方法，實(shí)踐證明，非同時均衡上升的方法具有肯定的風(fēng)險，而原設(shè)計(jì)考慮600m同時均衡上升是合理的。本段從10月20日開頭流溝填平和縮窄龍口工作，10月22日縮窄至800m，全線抬高至3.0~3.5m高程，10月23日局部300m抬高至4.0m，10月24日650m內(nèi)外側(cè)均抬高至4.0m~4.5m，并完成泥芯沖填，10月25日下午，全線抬高至4.5m~5.0m，將潮水擋出，26日~28日完成土方加高和外海側(cè)拋石愛護(hù)，堵口結(jié)束。其次II標(biāo)段進(jìn)行堵口，II標(biāo)段堵口方式與I標(biāo)相像，但有其特別的地方，有一道寬120m深6m的堤頭沖溝，如何對沖溝進(jìn)行處理，成為本段堵口的關(guān)鍵，對堤頭溝處理主要有兩種方法，一是采納拋石立堵方案，這種方案的缺陷是很簡單再次沖深或堤頭溝轉(zhuǎn)移，并且基礎(chǔ)拋石與泥芯壩結(jié)合很簡單留下滲流隱患。二是采納沖泥管袋水下平堵，這種方法的實(shí)施前提必需減緩堤頭溝的流速，因此要求在堤頭溝內(nèi)側(cè)臨塘河布設(shè)多道截流堰，一方面可以降低漲落潮流速，同時可以使臨塘河有效促淤，另一方面為堤頭溝平堵抬高制造條件。要求堤頭溝在堵口前從-3.0m抬高至1.5m，堵口開頭后首先抬高堤頭溝至涂面高程，其余堤段將涂面填平，要求同步抬高沖泥管袋，在實(shí)際施工中為防止其余堤段形成沖刷，采納不均衡上升的方法，堤頭溝總比其余堤段低0.5~1.0m，確保了堵口勝利。

四、結(jié)語

從本次堵口狀況來看，采納沖泥管袋在粉砂土地基上岸平堵方式進(jìn)行堵口設(shè)計(jì)是勝利的，對西橫堤采納先護(hù)底，后拋石立堵方案也是可行的。土工沖泥管袋具有就地取材、節(jié)約造價、加快施工進(jìn)度等優(yōu)點(diǎn)，在慈溪市西北部地區(qū)粉砂土地基上筑堤和堵口中的勝利應(yīng)用，標(biāo)志著我市