平湖九龙山围垦工程方案比选

王晓华，吴志刚，应 博

(1.浙江水利水电工程审价中心，浙江杭州 310020;2.嘉兴市水利水电勘察设计研究院，浙江嘉兴 314001;3.浙江省水利水电建筑监理公司，浙江杭州 310020)

浙江省平湖九龙山度假区海洋公园围垦工程，根据工程区域的现场实际条件及前期数模、物模研究成果，维持通道过水断面对整个工程实施后的冲淤变化的影响是非常重要的.为保证通道足够的过水断面，选择围堤结构断面型式时，充分考虑工程布置时束窄通道过水断面的影响，根据实际地形、地质等条件推选合理的工程结构型式，在保证围堤结构安全的基础上，使围堤结构本身尽量不占用原有的通道过水断面.

鉴于本工程的实施技术难点及工程本身的重要性，通过对几种围堤结构的技术、安全性、经济性等方面的分析比选，拟定一号堤(试验段)合理的围堤结构方案.

1 工程概况

浙江省平湖九龙山度假区海洋公园围垦工程，位于浙江省平湖市境内，地处杭州湾北岸，乍浦港以东的蒲山湾.主要由三条堤及五条护堤促淤丁坝组成，形成南北两个区块，区块间形成过水通道.北区块堤线(一号堤)由一期工程船闸位置经小孟山至上海石化陈山码头，与原有西沙湾一期围堤及陈山形成北区封闭圈.南区块堤线由二号堤及三号堤组成，二号堤由大孟山北端至外浦山北端，三号堤由大孟山南端至外浦山南端，二号堤、三号堤与大孟山、外浦山形成南区封闭圈，五条护堤短丁坝沿三号堤外侧基本均匀分布.本工程主要建筑物:一号堤长2.8 km(其中试验段 1.23 km)，二号堤长1.97 km，三号堤长1.6 km.

工程区处于钱塘江北岸，工程区域的设计流况、风浪、泥沙冲淤变化非常复杂，工程区的地形、地质情况变化大，且离工程区不远即为钱塘江北深槽.

图1 九龙山度假区海洋公园工程布置图

工程确定为三等，围堤工程为3级水工建筑物、与围堤交叉的建筑物如船闸工程与主要建筑物级别一致，也属3级水工建筑物，设计防潮重现期50年一遇.工程布置图见图1.

2 方案比选

2.1 围堤结构选型

本工程围堤地基条件差，浅层为淤泥质粉质粘土夹粉土或淤泥质粘土，压缩性大，强度低，且竖向分布比较深厚，同时围堤外侧滩面较低，波浪较大，因此，围堤断面型式宜选用斜坡式结构.斜坡式结构相对于直立式结构，具有对地基承载力要求低、对地基的沉降变化适应性强、消浪效果好、施工技术简单、维修容易等诸多优点，缺点是爬高大、堤身高、断面大、造价高.

为克服斜坡式结构堤身高、断面大的缺点，可采用高防浪墙结构，以降低堤身填筑高度，减小堤身地基应力，节省工程量.

2.2 筑堤材料选择

由于袋装砂筑堤以其较好的经济性，在很多地方得到广泛应用，利用袋装砂筑堤、海砂吹填是具有相当优势的堤心材料，且筑堤的各种条件也满足工程需要.

筑堤材料的选择既要充分利用本工程区丰富的海砂资源，围堤堤身▽1.0 m以下基础的堤心采用抛石棱体填筑.因此，按照因地制宜、就地取材的原则，抛石和袋装砂都是可取的，需根据本工程现状条件的特点及使用要求进行综合比选，见表1.

2.3 围堤地基处理选择

本工程堤基含水量高，空隙比大，具高压缩性，天然承载力低.考虑围堤施工速率要求高，同时滩面较低，而且局部围堤段受到堤顶前沿水下地形复杂、局部水深大、坡度陡的限制，无法加大堤身断面，因此根据围堤稳定安全和减少后期沉降的需要，围堤地基必须进行经济、安全的合理处理，达到在保证围堤安全的基础上尽量节省工程投资的目的，这也是本工程选择方案的重点和难点.

根据本工程的地质特点，参照类似工程地基处理的经验，一般可采用下面几种方法进行围堤地基处理.

(1)基础处理方法分析

①设置镇压层的重力堤的基础处理.由于本工程堤轴线处原状滩地基面较低，同时浦山湾通道水面宽度较小，通过设置镇压层的重力堤会影响通道的实际使用及水流的通畅，且对软土基础的固结速度过慢.

表1 堤心材料比较

②施打塑料排水板法:塑料排水板作为一种软土地基加固和地基排水材料，是用聚合物制成的条带状复合型结构，中间是挤出成型的塑料芯板，是排水带的骨架和垂直排水通道，芯带起支撑作用并将滤层渗进来的水向上排出.该方法主要运用于淤泥质土、冲填土等饱和粘性土及杂填土的软土地基，对沿海地区的应用非常合适.具有以下优点:滤水性好，排水畅通，能确保良好的排水效果;材料具有一定的强度和延伸性，适合地基变形能力强，而不影响排水性能;排水板断面尺寸小，插板时对地基扰动小;可在超软弱粘土层之上进行插板施工;施工速度快，工人劳动强度低，是软基加固工程的理想排水固结材料;质量容易控制，造价较低.

因此，塑料排水板法比较适合处理滩面较坦的软土堤基，可充分显示施工方法经济、简单、造价低的特点，但不是很适合水深大，滩面坡度陡的堤基处理.

③爆炸挤淤法是一种水下软基处理施工的新技术，处于国内领先地位，特别是水下爆炸排淤填石法属国内首创，达到了国际先进水平.所以，从堤身稳定性上来看，采用水下爆炸处理软基筑堤方法优于塑料排水板及土工织物筑堤等其他方法，围堤整体抗滑性能明显优于后者，且剩余沉降量小.

该施工方法施工速度快，不受涨落潮等自然条件的影响制约，也无需分期加载，易保证工期，爆炸后堤身稳定，能增加地基土强度，其圆弧滑动整体稳定安全系数均满足相关规范要求，处理后的海堤基础固结快，剩余沉降量小，经济效益好.特别是对于水深大、紧临陡坡的围堤基础，采用爆炸挤淤法处理，在施工严格控制好抛填尺度、炸药用量和布药位置与深度，可以精确控制爆炸后堤基抛石体的形状和位置，保证围堤施工期的整体稳定性［1-3］.

该法的缺点采用爆炸挤淤法处理地基的工程造价要高于施打塑料排水板法.

④大直径现浇混凝土筒桩是将内外钢护壁套管嵌于环形桩尖内外槽中，利用高频液压振动锤振动沉入地层成孔，形成桩体所需的环形空间，然后配置钢筋笼并现场浇灌混凝土，启动振动锤拔出钢护壁套管而形成的筒型桩［4］.一般可分为单体筒桩和联体筒桩.可用于建筑桩基础、支护结构、防波堤结构以及复合地基中的竖向增强体.该法筒桩桩周表面积大，可提供较大侧阻力，直径大抗弯性能好，可提供良好的竖向承载力及单桩水平承载力，非常适合本工程的围堤结构的使用，具有抗御风浪袭击能力强、施工速度快、节约建材等优点.

该方案在维持蒲山湾通道过水面积、施工安全性、技术可行性等方面都具有比较明显的优势.

(2)通道过水断面分析，初步拟选基础处理方法

由于本工程所处地段上下游有各类大型工程，工程的敏感性非常突出，考虑了围堤本身所占的通道过水断面面积和现场地形条件布置围堤等因素，维持通道过水断面对整个工程实施后的冲淤变化的影响是非常重要的.

围堤结构断面型式方案比选时，也充分考虑工程布置时束窄通道过水断面的影响，为了保证通道足够的过水断面，主要从下面两个方面着手解决.通过完善过水通道两侧围堤结构型式，尽量避免在工程实施后减小通道原有的过水断面面积.对各结构断面过水通道横断面进行分析.为保持蒲山湾通道的过水面积，在通道两侧建议采用大直径现浇混凝土筒桩方案.根据各断面位置的堤身结构，分别分析蒲山湾通道采用爆炸挤淤处理和现浇混凝土筒桩方案对通道过水断面的增减比例.

由上述对各通道的过水断面分析结果可知，对比筑围堤前后，采用爆炸挤淤方案的通道过水断面面积的减小率均＜5%，采用大直径现浇混凝土筒桩方案的通道过水断面面积的减小率均＜2.3%，因此，按照本专题研究提供的围堤结构断面对通道的影响非常小，可忽略不计，满足数模分析的前提条件，使通道的过水条件在数模试验与工程实际相匹配吻合.

通过上述对几种常用的围堤地基处理方法的优缺点的比较和通道过水断面的分析，考虑本工程围堤的现状条件，初步拟选基础处理方法——爆炸挤淤方案和大直径现浇混凝土筒桩方案，以达到工程技术和工期的要求.

2.4 堤身结构拟定及投资比选

(1)堤身结构拟定

①爆炸挤淤方案的堤身结构拟定.围堤地基处理采用爆炸挤淤法的方案，处理范围及爆炸填石的断面尺寸依据围堤整体稳定性验算确定，爆炸石棱体落底高程约为 -18.0～ -26.5 m，顶宽度为8 m，底宽为12～18 m左右，堤身最大宽度约为33～41 m.

爆炸围堤堤身直立式挡墙采用抛石基础.围堤堤心下部采用水抛石棱体，上部采用吹填砂和袋装砂进行填筑.抛石棱体顶宽取8 m，抛石棱体临水侧采用1∶2斜坡连接至-1.5 m高程平台，内侧采用1∶1.5斜坡连接至促淤后泥面线，袋装砂通长袋上铺设一层软体排.抛石棱体堤心内侧、堤心上部及围堤区内填土均采用袋装砂及吹填砂填筑.

在抛石棱体上部设置直立墙，墙后设平台，采用1∶2栅栏板斜坡连接圆弧形返浪墙.直立墙外侧设抛石镇脚平台，采用钢筋混凝土栅栏板斜坡护面，栅栏板下设置灌砌块石，在抛石棱体内侧设置反滤层.

镇压棱体外侧采用1∶2斜坡抛石至滩面高程.镇压棱体表面采用大块石，棱体内部则可采用小块石抛填.

②筒桩方案的堤身结构拟定.大直径现浇混凝土筒桩方案是在堤轴线外侧滩涂上设置一排密排钢筋混凝土筒桩，对外侧可用于抗御外海侧的风浪，对内侧可以起到挡土作用，内侧滩涂面可通过自然淤高或人工吹填砂的方式形成高程为0.5 m的平台.充分发挥该方案在维持蒲山湾通道过水面积、施工安全性、技术可行性等方面的优势.

在堤轴线外侧设两排D150钢筋混凝土筒桩，第一排(最外侧)筒桩中心间距为1.7 m，第二排筒桩中心间距为5.1 m，筒桩顶部均设置钢筋混凝土导梁、导梁间采用钢筋混凝土系梁连接，使两排桩形成框架，提高筒桩的水平抗力.内侧通过自然淤积或人工吹填砂形成0.5 m高程平台，堤身基础处理共采用4排D100的素混凝土筒桩，桩中心间距为3.5 m，桩顶高程为0.5 m，下设一层高强度土工布及30 cm厚级配良好的碎石垫层.在充填粉土管袋上修筑直立式挡墙，墙顶设置防浪墙，挡墙外侧3.9 m平台与1.9 m高程平台间采用1∶2.5斜坡相接，平台及斜坡上铺设混凝土螺母块.结构断面示意图，见图2.

图2 堤身结构断面示意图

(2)投资比选

根据拟定的堤身结构方案，从投资方面综合分析一号堤(实验段)工程投资，爆炸挤淤方案造价为8.53万元/米，投资约10 491.9万元;筒桩方案造价为7.16万元/米，投资约8 806.8万元.经比较，筒桩方案节省投资约1 685万元.围堤结构主要工程量及投资比较见表2.

表2 围堤结构主要工程量及投资比较表

3 结语

对几种围堤中常用的围堤结构方案进行分析比选，最后根据现场的具体条件，考虑工程的技术、安全性和经济性，根据堤段的地形地质条件以及本工程维持蒲山湾通道的重要性，推选混凝土筒桩方案作为本工程一号堤(试验段)的结构方案.除上述推选的围堤结构方案外，在下阶段还可通过论证选用更经济、安全、合理的技术方案，如下部重力堤结合上部混凝土空箱轻型结构相结合的混合断面结构形式或预应力混凝土管桩、灌注桩和水泥搅拌桩结合进行基础处理上部混凝土空箱轻型结构等.

［1］杨振声，张加华，王 峰.“包芯”断面海堤爆炸法施工技术［P］.中国专利:ZL97121735.1，1997-12-18.

［2］连云港港口工程设计研究所.JTJ/T258-98爆炸法处理水下地基和基础技术规程［S］.北京:人民交通出版社，1998.

［3］杨振声，张加华.堤下爆炸挤淤法［P］.中国专利:ZL97125894.5，1997-12-24.

［4］浙江大学建筑工程学院.DB33/1044-2007大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程［S］.北京:中国计划出版社，2007.