余姚治江圍涂工程中砂肋軟體排護底技術的應用

李來武，楊火其，劉 勇，邵 杰，姚文偉

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

錢塘江屬于強潮河口，歷史上經常受到風暴潮的影響，威脅兩岸人民的生命和財產安全，傳統的治江圍涂方法是采用直接拋壩護灘來實現，按照《錢塘江河口綜合規劃》，余姚治理規劃的岸段水深最大，自然涂面高程一般在-5.00 ～ -7.00 m，很難進行直接筑堤圍涂治理。為使圍區涂面達到適圍高程，并在今后圍堤防潮擋浪過程中防止堤前灘面沖深，保證圍堤堤腳的安全穩定，首先要在圍堤外側進行拋石促淤。

余姚一期工程于2001年開始實施， 2007年完成。在實施拋壩的過程中，由于壩頭流速增大，致使堤頭出現嚴重的沖深，增加了工程量和工程造價。根據實測，一期曹朗丁壩設計長度650 m，在拋筑長度達到250 m時，壩頭附近最大測點流速達到4.23 m/s，垂線平均最大流速達到2.95 m/s，堤頭前沿嚴重沖深，形成深度為17.00 m的橢圓形深坑，工程不得不暫停施工。為了解決這個問題，在二期陶家路圍區和四期工程實施中采用砂肋軟體排護底技術。

2 工程概況

2.1 項目區位

余姚治江圍涂工程位于錢塘江河口尖山河灣南岸，西與上虞市接壤，東與慈溪市交界，北側與海寧市和海鹽縣隔江相望，先后已經完成一期、二期治江圍涂工程和四期治江圍涂工程，累計完成治江圍涂面積為6 552 hm2，圍堤工程總長度70.90 km，其中臨江側堤線長度17.25 km（見表1）。

表1 余姚治江圍涂工程情況統計表

2.2 水文泥沙特征

杭州灣為喇叭口形海灣，外海潮波傳入灣內后，潮波受岸線壓縮，能量聚集，高潮位自灣口向灣頂不斷抬高，低潮位則相反，工程區屬非正規半日淺海潮，日、夜潮不等現象顯著。平均高潮位3.17 m，平均低潮位-2.55 m，平均潮差5.72 m。

余姚岸段潮流為往復流性質，漲潮歷時5.47 h，落潮歷時6.97 h，流向受地形影響，不同岸段有所不同。大潮漲潮平均流速1.35 m/s，落潮0.65 m/s；小潮漲潮平均流速0.65 m/s，落潮 0.50 m/s。

圍區地質為粉細沙，中值粒徑0.02 ～ 0.04 mm。大潮漲潮垂線最大含沙量1.9 ～ 6.2 kg/m3，落潮垂線最大含沙量1.8 ～ 4.5 kg/m3；小潮漲潮垂線最大含沙量 0.3 ～ 0.7 kg/m3，落潮垂線最大含沙量0.2 ～ 0.9 kg/m3。

3 設計及應用

3.1 砂肋軟體排護底技術

砂肋軟體排是指在土工織物上，沿徑向每隔一定距離（一般1.5 m）縫制1條寬度為5 cm加筋帶，將壓載的長管狀砂肋袋（直徑30 cm）固定在其上，砂肋袋內充填砂料壓載，用施工船鋪設在海床上（見圖1）。主要作用是用于水下床面的保灘護底，防止拋壩施工過程中堤頭前沿的沖深。適用于水深2.00 ～ 12.00 m的平坦地形。此技術曾在長江口航道整治工程中使用過，而在錢塘江治江圍涂工程中尚無使用先例。

圖1 砂肋軟體排設計結構圖

為了驗證砂肋軟體排護底技術能在錢塘江這樣強潮河口地區應用的可行性，在工程實施前進行水槽模擬試驗，水動力條件取工程地實測水文條件，獲得的主要結論如下:在自然條件下，砂肋軟體排的臨界穩定流速最大為1.65 m/s左右，幅寬對穩定性無影響；在砂肋軟體排表面壓載后，采用的料石大小對其穩定性無影響，但拋填厚度對穩定性有影響；在拋筑丁壩后拋填厚度大于1.50 m后即可保持軟體排的穩定，且丁壩前沿流速變化不大，不會對海床造成明顯沖刷。

3.2 拋壩護底設計

以余姚四期湖北西丁壩設計為例（見圖2），護底的設計采用砂肋軟體排，考慮到水下施工偏差和壓載的需要，軟體排兩側應留有一定的富裕寬度b，根據工程施工經驗，富裕寬度b不應小于3 m，在該段丁壩的設計中，淺水段取3 m，深水段取5 m。為保證鋪排后軟體排的穩定，其上層鋪設1層厚80 cm的碎石層，其目的是鋪排后立即壓載。再上層為船拋塊石混合料，采用船拋是考慮既要保證在以后立拋時壩體本身的穩定，又要使該層不能太厚，避免影響其前沿軟體排的鋪設。可采用在船上網吊或小型漏底船均勻鋪設塊石混合料。最上層采用汽車陸上運輸立拋，堤頂最小寬度a應滿足施工交通的需要。

圖2 湖北西丁壩設計斷面圖

3.3 拋壩護底施工

砂肋軟體排鋪設作業采用專用施工船舶進行，該船舶可對2.00 ～ 12.00 m的不同水深，幅寬為35 m砂肋軟體排鋪設作業。其作業過程是將35 m寬的土工布卷在機動卷筒上，然后鋪放在施工船舶的甲板和翻版上，用泥沙漿泵將長管狀砂肋袋灌注成砂肋，再將翻板放下，在移船的同時把砂肋軟體排鋪放到海底。其作業過程可連續進行（見圖3）。

圖3 砂肋軟體排的施工現場圖

砂肋軟體排鋪設完成后，立即在其上拋填碎石層壓載，以防止軟體排被水流沖跑移位或出現翻排情況，拋填時注意層厚均勻，不應漏拋，重點是排布的邊緣要壓牢。當碎石層拋填到一定距離后可開始用船拋填塊石混合料進行二次壓載，其厚度不宜太厚，一般控制在3.00 m左右，應特別注意控制堤頭與前方軟體排的施工保持一定距離，以免使堤頭流速過大，給軟體排施工帶來困難。根據余姚施工經驗，一般保持在100 m左右比較合適。以后便是立拋，立拋也不能跟的太緊，應與堤頭保持200 m左右。

3.4 施工質量控制

施工時軟體排的鋪設要求定位準確，中軸線的偏差不得大于底寬的3%，各排體之間搭接完整，最小搭接長度不少于1.5 m。軟體排的排布材料宜采用250 g/m2的編織裂膜絲土工布制作，縱向、橫向抗拉強度應分別大于200，1 400 N/50 mm，加筋帶的拉伸強度應大于16 000 N。

砂肋袋材料宜采用250 g/m2的機織土工布制作。兩側4 m范圍內的壓載砂肋間距為80 cm，中間為150 cm，充填砂肋的砂土材料要求中值粒徑大于0.10 mm，砂肋袋充填飽滿度達到80%以上。

壓載軟體排的船拋碎石層材料宜采用人工碎石，粒徑不大于10 cm，頂面的平整度控制在10 cm以內，塊石混合料的料質采用巖性均勻，無風化、遇水不軟化的新鮮堅硬巖石，抗壓強度大于40 MPa。兩側護面塊石的單塊重量要求大于100 kg。

3.5 使用效果

治江圍涂工程投資一般比較大，余姚岸段治江圍涂投資見表2。

表2 余姚治江圍涂工程投資情況統計表

由表2可見，在工程投資構成中，拋壩部分的工程費用占總費用的27% ～ 42%，這部分費用最不確定，最難控制。因為影響這部分費用的直接因素是在施工過程中的灘面沖深，要控制投資就要首先控制灘面沖深，它對工程投資影響非常大。

根據余姚拋壩施工情況統計，未采用該技術的一期工程拋壩施工完后實際拋石工程量，比施工前按現場所測工程量增加35%左右，費用增加 5 000多萬元。二期和四期工程開始采用軟體排保灘護底后，雖然工程量有所增加，但費用相比減少很多，只增加3% ～ 4%，將軟體排鋪設、碎石層、船拋層增加的費用考慮在內，經計算對比可節約費用12%左右，有效控制了工程造價。

4 結 語

余姚治江圍涂工程中，先后在二期、四期工程中采用砂肋軟體排護底技術，取得積極成果，不僅節約工程投資，而且降低了施工難度，很好地解決拋壩施工中堤頭沖刷問題，為錢塘江的治江圍涂積累豐富的施工經驗，對今后類似工程的建設有一定的啟發和借鑒作用。