摘要:堵口工程是围垦工程的关键,历来受到各方的广泛关注,堵口的成败,往往在于堵口设计的好坏。以往大家对深港堵口和软土地基堵口技术讨论较多,且积累了大量的实践经验,形成了一套完整的理论和方法,但对粉砂地基如何进行堵口设计讨论较少,本文从慈溪市四灶浦西侧6.7万亩围涂工程堵口设计的实际,探讨如何进行粉砂基础堵口设计,并对平立堵方案的选择条件进行分析研究。提出适合粉砂地基堵口的合理方法,为我市杭州湾地区进一步围垦创造技术条件。
关键词:围垦工程 冲泥管袋 粉砂土 堵口
1、工程概况
慈溪四灶浦西侧围涂工程西起三八江以西2km,东至四灶浦十一塘闸,为杭州湾南岸庵东滩面西侧,本段滩面平均含沙量为1.2~3.2kg/m3,中值粒径0.02~0.06mm,泥沙来源主要来自长江口。围区涂面高程在2.7m(吴淞基面,下同),横堤(北堤)全长20.475km,西直堤2.25km,东直堤2.3km,中间设三条隔堤,总长6.44km,围涂总面积44.7 km2(6.7万亩),见附图一。本工程自2000年5月试验堤破土动工兴建以来,已完成东直堤全长2.3m,三条隔堤全长6.4km,西直堤2.3m抛石顺坝及12.5km长的横堤顺坝工程。并于10月底前完成了东Ⅰ标片及西横堤大桥片的龙口合拢工作,东II标也在11月10日完成堵口合龙。
围区西端处在杭州湾南岸西三潮沟末段,为防止西三潮沟对本工程产生不利影响,工程西段采用抛石顺坝作为抗冲刷的主要手段,其余堤段均采用泥心顺坝。工程分两期实施,一期实施马中湾直堤以东19Km2和西隔堤以西8.66Km2。本次堵口方案设计主要针对一期实施项目。
2、地基特性
本工程建于粉砂土地基上,其地层主要由砂质粉土组成,该土层干容重为15kN/m3,含水率w=28.4%,孔隙比e=0.790,压缩模量Es=12.00 MPa,c快=5.9kPa,Φ快=29.9°,c固快=6.2kPa,Φ固快=31.6°。其水平向渗透系数为2.07×10-4cm/s,经颗粒分析泥沙粒径以0.01-0.075mm为多数,不均匀系数d60/d10≈6。 粉沙土地基,一般地基的承载力标准值为120-170kPa,具有强度高,压缩性较低,最大的弱点就是抗冲刷能力极弱,极易被潮水冲刷形成潮流沟。
3、四灶浦西侧围涂堵口设计方法
3.1 龙口设置
一期工程主要由东隔堤、马中湾直堤、西隔堤和西直堤组成,自然而然形成三块万亩以上的围区,为保证每一块围区横堤的渡汛安全,分别设置龙口。本次堵口采用两种截流坝型式,即西隔堤以西的抛石顺坝型式和马中湾直堤以东的泥心顺坝型式。
渡汛大龙口宽度根据水量平衡原理进行龙口计算,根据《中国围海工程》中推荐的采用冲泥管袋情况下,要求控制流速不大于3m/s控制,考虑本围区围粉砂土地基,极易冲刷,因此在渡汛时我们控制最大流速不大于2.0 m/s,以防涂面冲刷,堵口时仍按不大于3m/s控制。龙口渡汛标准为汛期10年一遇高潮位设计潮型,堵口为非汛期5年一遇高潮位设计潮型,对不同龙口宽度、相同底槛高程进行多方案试算,经分析最后选定渡汛龙口要求如下:东片当龙口底槛高程3.0m、口门宽各为1000m时,最大落潮流速1.83m/s,最大涨潮流速1.49m/s;中片当龙口底槛高程3.0m、口门宽各为1000m时,最大落潮流速1.78m/s,最大涨潮流速1.52m/s;西区龙口龙口底槛高程3.00m、口门宽1200m时,最大落潮流速1.59m/s,最大涨潮流速1.59m/s;确定堵口龙口要求如下:西片堵口小龙口底槛必须抬高至高程3.30m、堵口前龙口缩窄至宽200m时,最大落潮流速3.00m/s,最大涨潮流速2.64m/s;中片堵口小龙口底槛高程必须抬高至3.50m、堵口前龙口缩窄至宽400m时,最大落潮流速2.62m/s,最大涨潮流速2.38m/s;东片堵口小龙口底槛高程必须抬高至3.50m、堵口前龙口缩窄至宽400m时,最大落潮流速2.79m/s,最大涨潮流速2.42m/s。实际堵口龙口西横堤为600m,东横堤两标段均为800m左右。
3.2 堵口时间选择
本工程海堤属三级海堤,龙口渡汛属临时性工程,根据《围海工程技术规范》规定,龙口水力计算设计标准的设计潮位重现值采用10年一遇,堵口合拢时小龙口一般选择在非汛期的小潮汛设计潮位重现值为5年一遇。
根据海洋水文分析,本地区12~4月份潮位较低,潮差小,对堵口最为有利。但从堵口其他条件如风浪、下阶段安排等考虑,排在10~11月份最为有利,虽然潮位略高,但可免受西北风对波浪增水和涂面冲刷的影响,并可使堵口合拢后,能在下一年的汛期到来之前,有足够的时间进行大塘土方加宽和加高,从而确保海堤安全渡汛,因此本次设计堵口时间确定西横堤和马中湾直堤~东隔堤之间在农历9月初5开始进行堵口、东隔堤以东放在农历9月21开始堵口,要求在7天小潮汛期间堵口全部完成。
3.3 截流堤设计
截流堤是在堵口段用来最终截断潮流的海堤,根据不同的海堤顺坝型式,分别采用不同的截流坝型式,西横堤顺坝采用抛石,堤顶高程为7.1m,断面型式与顺坝相同,要求最后200~300m合龙时可降低至5.5m进行截流,截流后加宽加高至设计断面,如附图二。东横堤截流堤与横堤泥芯顺坝型式相同,具体为顺坝内外两侧采用宽2m的冲泥管袋,中间为冲填土,顺坝顶采用山渣垫层,外海侧采用抛石保护,如附图三所示。
堵口段海堤全断面设计成果与非堵口段相同。其底高程与非堵口段相同,基础采用复合土工布做护底防冲刷处理,迎水坡采用大块石保护。
3.4 龙口护底和堤头保护
粉砂土地基龙口护底应与粉沙地基抗冲刷结合考虑,渡汛时要求龙口底槛采用一层复合土工布加钢钎固定进行护底,减少潮水进出对龙口基础冲刷,两侧堤头用冲泥管袋加表层抛石保护,护底保护宽度为50m。口门压缩时,护底保护应加强,强调先护底后压缩。由于涂面淤涨,如西横堤从原设计2.5高程淤至3.5~4.2m,因此,堵口前要求对小龙口加强护底,加铺一层宽度为100m400g/m2的复合土工布护底,龙口不作抬高;东横堤涂面高程比原设计抬高0.5m,不增加龙口护底保护,要求堵口前,对流沟采用20×20或20×40等大规格冲泥管袋进行填平,确保龙口一次平行抬高。
3.5 堵口程序和方法
确定具体时间后,对两种截流堤型式分别确定堵口方法:
1、西横堤抛石截流堤堵口,首先进行涂面护底保护,粉砂土地基最怕冲刷,因此选择护底型式成为堵口成败的关键,目前,对粉砂土地基抗冲护底尚无人进行研究试验,大家各凭经验,大多数地方采用编织布进行护底,在本次抛填顺坝过程中,我们比较了普通编织布和复合土工布护底效果后,认为复合土工布更适合于护底,主要因为复合土工布无纺布可以有效阻止地基粉砂土析出,编织布有利提高粉砂土表面抗冲能力。其次选择合适的堵口方法,对于石坝截流,大部分专家均认为先进行平堵,然后再进行立堵,应该平立堵相结合,但我们分析实际涂面情况和护底情况后,认为本段无法进行平堵,因此建议降低抛石高程至5.5m,缩小截流坝断面,减少截流抛石方量,采用抛石立堵的方法,保证了截流成功。
2、横堤东段泥芯顺坝堵口,横堤东段以东隔堤为界分为I标段和II标段,首先由I标段进行堵口,堵口方案采用冲泥管袋进行平堵,采用冲泥管袋堵口在我市尚属首次,因此我们设计人员对此都比较重视,对堵口方案进行了反复计算,确保堵口成功,第一步,要求对流沟进行填平,为确保填堵流沟成功,我们要求采用20×20或20×40等大规格冲泥管袋进行填平,防止进出潮水对涂面再度刷深。第二步,用冲泥管袋将龙口从1100m压缩至800m。第三步,将800m堤段均衡上升,并要求在最小高潮位时将潮水挡出。时基本按照上述步骤进行,单位考虑到800m同时抬高,机械无法满足,因此,采用预留两个100左右的小龙口推后一潮,整个坝段采用非同步均衡上升方法,实践证明,非同时均衡上升的办法具有一定的风险,而原设计考虑600m同时均衡上升是合理的。其次II标段进行堵口,II标段堵口方式与I标相似,但有其特殊的地方,有一道宽120m深6m的堤头冲沟,如何对冲沟进行处理,成为本段堵口的关键,对堤头沟处理主要有两种办法,一是采用抛石立堵方案,这种方案的缺陷是很容易再次冲深或堤头沟转移,并且基础抛石与泥芯坝结合很容易留下渗流隐患。二是采用冲泥管袋水下平堵,这种方法的实施前提必须减缓堤头沟的流速,因此要求在堤头沟内侧临塘河布设多道截流堰,一方面可以降低涨落潮流速,同时可以使临塘河有效促淤,另一方面为堤头沟平堵抬高创造条件。要求堤头沟在堵口前从-3.0m抬高至1.5m,堵口开始后首先抬高堤头沟至涂面高程,其余堤段将涂面填平,要求同步抬高冲泥管袋,在实际中为防止其余堤段形成冲刷,采用不均衡上升的办法,堤头沟总比其余堤段低0.5~1.0m,确保了堵口成功。
4、结语
从本工程渡汛情况看,采用大龙口形式,编织布护底,控制流速2m/s是比较合理的。
从本次堵口情况来看,控制最大流速不大于3m/s,采用冲泥管袋在粉砂土地基上岸平堵方式进行堵口设计是成功的,对西横堤采用先护底,后抛石立堵方案也是可行的。土工冲泥管袋具有就地取材、节省造价、加快进度等优点,在慈溪市西北部地区粉砂土地基上筑堤和堵口中的成功应用,标志着我市围海堵口工程的又一个突破,为加快我市慈溪中西部围垦提供了技术保障,
建议在以后的堵口设计中应注意以下几点:龙口宽度应根据实际强度和机械配备情况而定,一般以600m为宜;堵口时间选择在中秋大潮后也比较合适;堵口方法尽量采用冲泥管袋平堵,但护底必须加强,一般宜采用300~400g/m2的复合土工布护底;应加强对土工冲泥管袋应用研究,根据实际土性、潮流情况,确定更加合适的袋布特性,冲泥管袋外形等,进一步提高工程质量,降低工程造价。