長江口航道整治建筑物修復實踐

石 進，陳 琳，陳復奎

(1.交通運輸部長江口航道管理局，上海 200003；2.中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海 200120)

長江口是長江黃金水道的咽喉，“三級分汊、四口入海”，河勢復雜多變。作為世界巨型河口航道治理的典范，長江口的工程建設者們通過整治與疏浚相結合的總體方案，通過實施一系列的重大工程，取得了良好的整治效果。“打通攔門沙，治理長江口”，幾代人的夙愿得以實現[1-2]。為充分發揮整治建筑物“導流、擋沙、減淤”功能，長江口航道治理工程建設了約200 km長的各種類型整治建筑物，分布在長江口南北槽航道南北側以及河勢變化復雜的長江口南北港分汊口和南北槽分流口河段。長江口航道治理工程通過驗收、航道開通后，雖然整個長江口的河勢得到了初步控制，但局部區域沖淤變化劇烈，堤線防沖護灘壓力增大[3]，加之人類活動頻繁，長江口航道整治建筑物時有損壞。整治建筑物的損壞不僅會降低整治功能，還會進一步改變建筑物周邊流場，加大、加速損壞或形成新的破壞，甚至危及航道安全，因此必須及時進行修復。航道整治建筑物修復的關鍵是通過查明原因、專項設計、質量控制，確保修復后不再重復毀壞。工程師們在“實踐—認識—再實踐—再認識”的過程中，形成了一套較為科學的航道整治建筑物監測分析方法，開展了損壞成因、治理對策、結構優化等方面的研究[4-5]，修復實施過程中加強對施工質量的把控，取得了較好的效果。

1 長江口航道整治建筑物概況

長江口航道原通航水深僅7.0 m，經長江口深水航道治理工程(一期、二期、三期)、長江口南北港分汊口河段新瀏河沙護灘及南沙頭限流工程、長江口12.5 m深水航道向上延伸工程、長江口南槽航道治理一期工程等的建設，形成了水深12.5 m、底寬350～400 m、長約125 km的深水航道和水深6 m、底寬600 m、長約86 km的南槽航道，同步建成導堤、丁壩等航道整治建筑物203.44 km，如表1和圖1所示。

表1 長江口航道整治建筑物Tab.1 Regulating structures in the Yangtze River estuary

圖1 長江口航道主要整治建筑物及近年來修復位置示意圖Fig.1 Sketch of regulating structure in the Yangtze River estuary

2 長江口航道整治建筑物主要結構型式

考慮建筑物結構對長江口復雜流場的適應性和其建設對流場的調節作用[6]，長江口航道整治建筑物主要采用軟體排護底、拋石堤心、半圓體或拋石堤身結構。護底堤身部位多排為砂肋軟體排，排體基布采用 230 g/m2機織布與150 g/m2無紡布復合，砂肋采用230 g/m2機織布。余排部位多采用混凝土聯鎖塊軟體排，單個混凝土塊尺寸為0.4 m×0.4 m×0.16 m；堤心多采用10～100 kg拋石，少部分采用袋裝砂；主要結構段堤身多采用半圓體、半圓形沉箱結構，結構長5～6 m，高4～9 m，圓弧半徑4～6 m。堤身肩部及丁壩頭部、靠外海段等風浪較大段堤頂多采用4 t或2 t重扭王字塊(鉤連塊體)護面。發生損壞的多為護底軟體排余排部位及拋石斜坡堤身(圖2)。

圖2 主要結構斷面圖(高程：m，單位：mm)Fig.2 The main structures

3 長江口航道整治建筑物典型損壞情況

3.1 新瀏河沙護灘堤

新瀏河沙護灘堤位于長江口歷史上河勢變化最為復雜、最不穩定的第二級分汊口河段，整治建筑物采用Y型布置，主要為拋石斜坡堤結構[7]。2016年10月19日在例行巡視時發現HT2+380～HT2+680段堤身損壞出現缺口，調查發現：損壞處灘面呈南高北低斜坡狀，護灘堤南側淤積、北側沖刷(排體邊緣處沖刷深度為6～7 m)，軸線處灘面高程較工前測量時低了1～2 m。探摸發現：堤身南側探摸到的護面扭王字塊、護腳塊石的位置、寬度均與設計圖基本一致；堤身北側軸線至距軸線約5 m范圍原安放扭王字塊區域，能摸到扭王字塊和少量塊石，距軸線約5 m 至距軸線約11 m范圍原護腳棱體處也能摸到塊石和少量扭王字塊，與設計圖相比除少量扭王字塊體有向北散落外，其余堤身材料所處位置與設計基本一致。南北側余排范圍局部能直接探摸到護底軟體排。

2016年10月21日發現HT10+720～HT10+758堤身坍塌，HT10+748處的燈樁基礎傾斜滑移、燈樁倒入水中損壞。調查發現：損壞處護灘堤軸線北側淤積幅度大于2 m、南側排體邊緣處沖刷深度約為10 m。探摸發現：堤身護面扭王字塊體向南側散落(最遠在距軸線15 m處發現扭王字塊體，設計安放范圍在距軸線約6 m)，軸線北側探摸到的護面扭王字塊、護腳塊石的位置、寬度均與設計圖基本一致。護排區域均能摸到完整的護底軟體排。

前述損壞原因推斷為在大洪水和天文大潮作用下，因地基表層為極易沖刷的粉砂和特殊的平面形態[8]，加之軟體排又可能存在局部損壞的情況下形成的局部破壞。

3.2 潛堤

2016年5月地形加密測量和分析時發現，潛堤SQ1+845斷面南側護底軟體排余排內出現了深約3 m的沖刷坑，探摸發現：護底余排損壞，坑的邊坡是斷裂的砼聯鎖塊，斷裂處能摸到土工布；同時摸到了漁網和鐵鉤；坑底有堆積在一起的砼聯鎖塊和漂浮損壞的土工布，空隙處為泥沙，坑底高低不平。

損毀原因推斷為當地漁民鋪設漁網作業時，在整治建筑物護底軟體排上打設木樁、掛鐵鉤導致[9]。

4 修復措施及實施

4.1 修復措施

表2 修復措施匯總表Tab.2 Reclamation activities

4.2 修復實施

4.2.1 填坑找平

新瀏河沙護灘堤主要結構為拋石堤身及扭王字塊護面，HT2+380～HT2+680段損壞后，地基上殘余少量拋石和扭王字塊，凹凸不平。為避免尖銳材料或深凹坑損壞擬鋪設護底軟體排[10]，并能有效排水，設計采用拋開山石渣進行覆蓋和填坑并找平，如圖3所示。

圖3 新瀏河沙HT2+400斷面拋開山石渣設計示意圖(高程：m，單位：mm)Fig.3 Design of repair on the Xinliuhesha shoal(HT2+400)

施工過程中采用拋前多波束測圖結合人工水下探摸定位，用小型機械在低平潮時盡量將地基上殘余構筑物清除干凈，然后按網格法定點拋填開山石渣。

施工質量控制要點為拋填過程必須避開落潮流速較大時段，拋填完成后不得有大于1:3的陡坡或隆起存在，并不得在設計范圍內留空白[11]。按照每5～10 m一個斷面逐斷面進行驗收(圖4)。

圖4 新瀏河沙HT2+558斷面開山石渣拋填驗收示意圖(單位：m)Fig.4 Acceptance criteria about gravel(HT2+558)

4.2.2 鋪設護底軟體排

新瀏河沙護灘堤鋪設軟體排前，先拋填一層0.5 m厚的袋裝碎石作為墊層；潛堤鋪設軟體排前，先拋填一層0.8 m厚的袋裝砂作為墊層。丁壩頭直接補鋪軟體排。施工質量控制要點為正負偏差0.25 m，且拋填完成后不得有隆起或凹坑，不得留有空白。按照多波束加密測量拋前拋后對比和水下探摸進行驗收。

軟體排鋪設是長江口航道整治建筑物質量控制的重中之重[12]，軟體排的鋪設質量直接關系到修復工程的成敗。設計單位通過對長江口北槽N4丁壩壩頭暴露出局部排體邊緣失穩以及塊體間隙大排布易受損的問題，開展排體優化的相關試驗研究。本次修復時砼聯鎖片主要采用0.48 m×0.48 m×0.12 m規格，邊緣壓載時采用0.48 m×0.48 m×0.20 m規格，排布采用550 g/m2+250 g/m2復合而成。

施工質量控制要點為砼聯鎖塊綁扎牢靠，鋪設完成后搭接寬度不得小于4 m(單塊連鎖片寬度)。砼聯鎖塊綁扎時嚴格監理旁站[13]，且0.48 m×0.48 m×0.20 m規格采用雙道系法，確保砼聯鎖片不脫落。鋪排過程中，采用MS-1000水下成像技術進行實時掃測(圖5)，判斷排體定位、成排及排與排之間的搭接情況，確保鋪排質量。

圖5 MS-1000水下成像圖 圖6 燈樁基礎恢復圖Fig.5 Underwater imaging of MS-1000 Fig.6 Foundation of the new light beacon

4.2.3 堤身恢復

堤身修復按原設計標準進行，恢復后的堤身斷面尺度、高程和材料規格均不得低于原結構設計。

施工質量控制要點為各部位石料嚴格確保規格，并控制坡比，做好理坡。

4.2.4 燈樁基礎恢復

安裝燈樁基礎前先對基床進行整平，施工質量控制關鍵點為嚴格控制整平偏差。

整平施工時采用先小型機械設備進行初整，再采用整平架刮刀法人工整平，最后使用整平架對燈樁安裝范圍進行固定定位。燈樁基礎下采用級配良好并拋填均勻、密實的墊層塊石，并在表層200 mm厚范圍內用碎石填實縫隙(圖6)。

圖7 新瀏河沙修復后固定斷面監測(單位：m)Fig.7 Topography survey results on the Xinliuhesha shoal

5 修復效果

長江口航道整治建筑物監測分析已形成一套較為完善的體系，由測量單位定期(月、季度、半年)開展跟蹤測量，并由專業單位進行監測分析。監測分析結果顯示，修復工程實施后，局部水動力條件有所改善，排內沖刷態勢明顯緩解，以新瀏河沙護灘堤修復為例：整治建筑物堤身兩側各300 m測量范圍內，按照間隔100 m的固定斷面測線進行季度單波束測量如圖7所示。修復前，排邊向堤軸線30 m范圍內沖刷明顯，洪季2月內累計沖刷1.8 m，且距軸線40 m處出現局部深坑，深度達4 m，對整治建筑物造成一定的威脅；修復工程實施后，排邊沖刷迅速穩定，局部深坑沖刷停止發展，整體地形變化在0.3 m以內，并在枯水期出現0.5 m的正常淤積，整體沖刷態勢明顯緩解，改善了周邊流場流態發展，穩定了河床地形。相關堤身恢復后，沉降位移年累計10 cm以內，沉降曲線逐漸趨緩、逐步穩定，修復的同一位置或部位未發生再次破壞。修復工程的實施取得了較好的效果。

6 結語

(1)長江口航道整治建筑物種類繁多、分布廣泛，局部沖刷劇烈，定期開展科學監測和分析，及時發現整治建筑物運行安全隱患或損壞并及時修復對于整治功能正常發揮是十分必要的。

(2)長江口航道整治建筑物修復是一項專業性強、技術復雜的工程，需要從原因分析、設計優化、施工質量控制等全方位加強研究和完善，確保整治建筑物修復效果。

(3)長江口航道整治建筑物修復過程中摸索出的修復對策和技術措施，已在工程實踐中得以檢驗和發展，可為長江口航道整治建筑物修復提供技術支撐。

(4)作為世界上治理難度極大的潮汐河口航道，整治建筑物的修復實踐具有典型代表性，可推廣到其他潮汐河口及沿海航道養護管理中。