杭州灣大潮差深水圍堤龍口合龍施工技術

譚必五 ，王鵬 ，王劍春 ，邵海兵

（1.上海交通建設總承包有限公司，上海 200136；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002）

0 引言

圈圍成陸工程中最核心及最關鍵的是完成袋裝砂合龍。經多年圈圍工程實踐，龍口合龍從設計到施工均已形成較為成熟的成套技術[1-3]。尤其是近年來，超大單圍區、深槽大龍口合龍[4]，大面積多庫區多龍口同步合龍[5]，為圍堤工程合龍技術的進一步提煉和升華總結了寶貴的經驗。

本文以杭州灣地區大潮差深水圍填海項目龍口合龍為例，結合自然工況，圍繞大潮差深水圍區的龍口護底結構、合龍技術準備、拋石截流與土方閉氣等施工關鍵技術進行闡述，供參考借鑒。

1 工程概況

濱海綜合會展中心等圍填海項目位于杭州灣北岸，金山城市沙灘與龍泉港出海閘之間。圍堤總長度4 820 m，為典型的袋裝砂斜坡堤結構。圈圍面積約257.73萬m2（3 866畝），圍內成陸土方約1 700萬m3，圈圍最大水深達11 m。以往圈圍工程龍口位置及尺寸的選擇需結合地質、潮汐、施工組織等并根據數模驗算后確定。但本工程順堤中段海底存在一根待廢棄的排海管道，在廢棄前不能在其上部進行任何施工作業。在滿足數模的前提下，將排海管兩側共400 m范圍作為龍口的選址位置。工程總體平面布置見圖1。

圖1 工程總體平面布置圖Fig.1 General layout of the project

杭州灣為強潮海灣，最大潮差6.56 m，平均潮差4.07 m，冬季合龍期最大潮差5.76 m。該區域季風氣候明顯，夏季以東及東南風為主，冬季以西北風為主。圍堤灘面集中在-6 m（吳淞基面，下同），地質條件差，抗沖刷能力差。

綜合自然、地質、施工條件，合龍選擇在冬季最為安全。

2 龍口護底及合龍技術準備

2.1 龍口護底保護

針對大潮差、大深水、軟堤基以及有特殊施工要求的圈圍工程的龍口護底，需綜合考慮龍口抗沖刷能力、堤基穩定、合龍工作量、口門預留持續時間等多重因素，選擇一種最合理、最安全的護底結構。結合數模及穩定驗算，工程中提出如下龍口護底設計優化思路，結構斷面圖見圖2。

圖2 龍口護底結構斷面圖Fig.2 Cross-section drawing of bottom protection structure of closure gap

1）在-始灘面鋪設一層砂肋+聯鎖片混合軟體排，堤身部分為砂肋排，余排為聯鎖片排，排布材料選用380 g/m2復合土工織物，排體間搭接寬度為5 m，形成對-始灘面的有效防護。

2）為減少合龍期閉氣棱體土方工作量，同時降低在軟基上快速加載堤身土方引起的滑動風險，經驗算，龍口底檻構筑時從-6 m抬高至-3 m。采用6層230 g/m2機織布+加筋帶的通長袋體結構。

3）傳統圈圍工程從龍口構筑至合龍閉氣時間跨度短，而本工程需持續4個月。為增強對已構筑袋體的有效保護，-3 m通長砂袋上及余排范圍內再增加鋪設1層全聯鎖片軟體排。

4）由于2018年1—7月排海管仍未廢棄，400 m龍口仍不能全面進行護底及底檻構筑，為防止龍口兩側裹頭構筑過程中繞堤流、漲落潮往復流引起灘面沖刷，在構筑裹頭時，僅在龍口兩端完成超前護底混合排各50 m，并壓載1層通長砂袋。

2.2 合龍技術準備工作

合龍前1個月內要充分掌握相關參數，做足技術準備工作，確保合龍萬無一失。主要的技術準備工作包括：1）固定頻率對龍口灘面實施沖淤監測，定期對龍口護底排進行聲吶掃測，制定應急措施避免龍口沖刷；2）對龍口實施流速、流向水文測驗，驗算同等邊界條件下數模計算結果，及時進行相關驗算參數修正，以更好指導龍口合龍施工；3）進行潮位校核，并結合合龍當月預報潮位進行偏差計算，得到工程區合龍期間準確的預報潮位，以便施工過程中進行施工標高控制。

3 龍口拋石截流

3.1 拋石截流堤標高確定

本工程龍口口門寬，口門底檻高程低，合龍外棱體土方量大，直接采用土方截流閉氣工藝合龍風險極高。因此，考慮在龍口外棱體土方閉氣前，先在外棱體外側構筑一道拋石截流堤，形成一道人工屏障，減小風浪、波浪直接對袋裝砂棱體造成破壞。同時還能延緩漲落潮某個時段的口門過流流速，使每日可作業時間延長，為合龍創造有利條件。

要確保任何時段拋石堤頂不再過流，降低臨時拋石堤被越堤流削頂的風險。需充分考慮截流堤頂標高，參考公式如下：

式中：H為拋石截流堤施工頂標高；hc為合龍期最大潮位推算的對應理論標高；hb為平均波浪標高，本工程以合龍期1月份平均波高0.65 m考慮；hy為當遇到大風天氣，風向與漲潮基本同向時的水位雍高值；hcj為拋石截流期間的沉降值。

根據合龍當月預報潮并結合驗潮偏差參數修正，本工程龍口合龍期間，現場最高水位出現在2019年1月22日，達到4.53 m。查閱歷史氣象資料，多年1月份平均波高0.65 m，再適當考慮現場波浪高、風向帶來的水位雍高及拋石工后沉降的影響，經現場實際測量后，最終本工程拋石截流堤頂控制標高定為+6.0 m。

3.2 拋石截流施工

經數模計算得到的龍口平堵拋石截流至任何高程流速不大于3 m/s的口門寬度為300 m。利用合龍保護期將400 m口門立堵收縮至300 m，同時在300 m口門兩側裹頭位置分別構筑1座鎖壩，控制標高+6.0 m，將外棱體與外側臨時拋石堤連接，以避免拋石截流后其余堤段的串溝水流涌向龍口，對龍口造成沖刷。

300m臨時拋石截流堤頂寬1m，頂高程+5.0m，兩側坡比1頤1.5，采用200~400 kg級配塊石，計算得到的斷面約為3.15萬m3，考慮施工風險按1.3~1.5系數進行備料，最終確定以4.5萬m3塊石進行備料。考慮工程中大潮差、大深水，為防止風浪水流對堤頂造成破壞，截流堤最上一層準備1 m見方的網兜石進行壓頂，壓頂后標高+6.0 m，形成對截流堤的有效防護。

綜合300 m口門寬度、水流條件、船舶布置、拋石需求量等，拋石截流選擇每日高平潮前1 h開始進行，300 m龍口等間距同時布置7艘拋石船舶，分4個高平潮至低平潮時段分批次進行拋石截流，最后進行網兜石壓頂，共計耗時3 d完成施工。

龍口口門及拋石截流示意圖見圖3。

圖3 龍口口門及拋石截流示意圖Fig.3 Sketch map for closure gap gate and riprap closure

4 龍口土方閉氣斷流

4.1 合龍期施工時段選擇

一般拋石截流后，龍口的過流流速明顯減小，利用一個中小潮汛期持續實施土方閉氣。但由于本工程屬于大潮差深水龍口，拋石截流完成后，圍外側漲水速度快，內外側形成一定水位差，最大達到2 m左右，水流透過拋石堤縫隙快速向圍內匯集，龍口內側流速大增，漲潮時局部時段內側流速超過3 m/s，無法實現期望的每日24 h持續施工作業。拋石截流前后圍內側高潮位水流見圖4。

圖4 拋石截流前后圍內側高潮位水流Fig.4 High tidal level inner flow before and after riprap closure

根據圖5，拋石截流后對圍內、圍外側持續進行水位監測，同時對水流情況進行同步跟蹤觀察，發現龍口位置最大水流集中在高平潮前后3~4 h內，當圍外側水位超過圍內側水位0.7 m時，臨時拋石堤內側龍口口門流速較大，最大超過3 m/s。其余時段，當外側與內側相差不大或內側比外側高時，口門流速較小。因此，外棱體土方閉氣選擇在小潮汛每日高平潮2 h后開始，每日可作業14 h。

圖5 圍內外側水位及水位差分析圖Fig.5 Analysis diagram of the inner and outer water level and the water level difference

4.2 外棱體閉氣斷水合龍

根據陳德春等對水力要素隨口門變化規律研究，當口門寬度不變而抬高底檻高程，進出水流逐漸增大，到一定高程達到峰值，繼續抬高則最大流速降低，出水后變為0；當底檻高程不變而壓縮口門寬度，則最大流速逐漸增大，到達某一寬度時達到最大，再壓縮口門，此時最大進流流速幾乎不變，出口流速稍有減小。

依據前述研究成果并結合本工程數模計算，工程中先進行3層通長袋平堵抬高至+0.0 m，同步跟進口門立堵收縮，立堵過程中在外側拋石截流堤與立堵外棱體間間隔30~40 m增設鎖壩，減緩龍口過流流速，最后口門收縮至100 m后選擇一個低潮至高潮時段一次性完成土方閉氣。

本工程300m口門外棱體從-3m加載至+6.0m，還需完成3層共計3 m厚通長砂袋，以及6 m厚外棱體砂袋，土方量約15萬m3，工程量是常規圍堤閉氣土方量的數倍。以往龍口合龍需要在龍口兩側構筑砂庫，同時外側配備足夠數量砂船。按照2倍合龍土方量進行準備，本工程共計需準備30萬m3。另外還要配備多達數十臺泥漿泵組及多艘吹砂船。而隨著設備的不斷更新換代，現場僅配備3艘高功率海吹船、2臺大型灘地泵進行充灌砂施工，利用多艘船載可達約5 000 m3的海運砂駁進行循環供砂，日均產量高達1.8萬m3/d左右（日均工作時間14 h）。工程于2018年12月27日開始土方合龍施工，2019年1月8日順利完成龍口合龍任務。

5 結語

龍口合龍是圈圍工程的核心，而在實施過程中龍口護底的構筑形式及保護措施十分關鍵。在大潮差深水圍堤龍口合龍中，拋石截流是確保順利合龍最為關鍵的一環。而隨著技術及設備不斷革新，選用高效的施工船機設備，不僅減少了設備數量及相關措施投入，而且施工效率也大為提高。文章通過大潮差深水圍堤護底結構、拋石截流、土方合龍閉氣等施工技術進行闡述與總結，可為業界類似項目提供借鑒與參考。