通州湾粉砂高滩潮沟类特殊地段人工水上护底施工工艺

徐 磊，胡 正

（中交上航局上海交通建设总承包有限公司，上海 200136）

通州湾粉砂高滩潮沟类特殊地段人工水上护底施工工艺

徐 磊，胡 正

（中交上航局上海交通建设总承包有限公司，上海 200136）

土工织物作为滩地护底工程施工中重要的结构，施工工艺成熟，在国内外河流及围堤护底工程中得到广泛应用，但在粉砂高滩潮沟类特殊地段进行人工护底施工还没有类似的实例。文章通过南通通州湾匡围工程成功的施工案列，介绍粉砂高滩潮沟类特殊地段护底施工技术，对软体排的制作，搭接及施工工艺进行阐述。

水上；人工；铺排施工

0 引言

软体排施工是土工织物为基本材料缝接成一定尺寸的排布形式加一定的压载形成的防冲护底结构，如今砂肋软体排已广泛成为围堤护底的基本形式。

对于通州湾沿海高滩匡围工程中，出于保护特殊地质条件下的滩涂，土工布护底是不可替代的施工工艺。

本文结合南通通州湾匡围工程对深水条件下人工铺排施工工艺进行重点介绍。

1 传统软体排铺设工艺介绍及分析

1.1 传统软体排工艺

1）人工铺排：低潮时人工赶潮铺设软体排，此方法适用于高滩水域，铺设之前首先清基，保证基底平整，然后将加工好的软体排布垂直于轴线已设定区域铺设，铺设时用人工绷紧排布顺平无褶皱平铺于基底。

2）铺排船铺设软体排：利用专门的铺排设备进行软体排铺设。

1.2 传统软体排工艺限制性及优缺点

1）人工铺排：人工铺排为赶潮作业，施工方便，施工成本低，铺设位置准确，肋条充盈度高，软体排铺设护底效果好。但受制于滩地及人工，对地域水深、施工作业时间及软体排加工尺寸均有限制。

2）铺排船铺排：铺排船铺排适用于水深较深，人工无法施工工况。铺排船施工受限于船机及辅助材料运输船舶，且施工区域要求宽阔，可作业范围较大，受潮水影响较大。

2 通州湾沿海滩涂特点及对护底施工要求

2.1 通州湾沿海滩涂特点

1）地形特点：通州湾中南部为海积平原，在岸外辐射状潮流脊群的封闭条件下，海岸不断淤长形成宽约40~50 km的平原[1]。

2）土层特点：土层较为深厚，海积平原表层系潮滩堆积，组成物质南粗北细。表层沉积的粗细间互呈现为水平层理。第二层为三角洲相棕黄色与灰黄色粉砂质黏土夹黏土质粉砂和黏土层，含铁锰结核及少量河口-滨海相生物化石。底部为海相青灰色粉砂质黏土和粉砂沉积。上述3层全新世纪沉积总厚度20~30 m[1]。

3）土质特点：滩面组成物以粉细砂为主（占70%~90%），沉积层具交错层里。

4）围垦对潮沟响应特点：根据潮沟的成因可分为4种：淤滩面水流冲刷型；于潮流辐聚侵蚀型；盂陆源水流侵蚀继承型；榆泻湖广海间潮流侵蚀型[2]。以上潮沟均为自然成因，随着滩涂围垦施工，潮沟长度呈减小趋势，潮沟密度呈先增大后减小趋势[3]。

根据通州湾沿海滩涂特点可以看出，滩涂极易受潮水影响冲刷成沟。尤其是围垦过程中，已形成的堤坝改变原有水流流场，水流汇聚形成新的潮沟。

2.2 潮沟防护的必要性

在围垦施工过程中产生的新的潮沟，原有护底可能产生变形，极易产生渗透破坏导致上部堤身结构崩塌，必须采取措施对原有潮沟进行防护，对新的潮沟进行预防。

2.3 特殊地段软体排护底施工工艺

在围垦施工过程中产生的新的流场，加深原有潮沟，潮沟狭窄且水深较深，在此工况条件下，低潮人工无法施工；且区域狭窄，大型铺排设备无法施工的条件下，若需对滩地进行护底施工，此时需对传统软体排施工工艺进行改进，以应对特殊地段下软体排护底。水上人工铺排适用于狭窄水域且水深较深工况。

3 特殊地域水上人工护底施工工艺流程

具体施工工艺流程见图1。

图1 人工水上铺排施工工艺流程Fig.1 Construction process flow of artificial water laying

4 施工工艺

4.1 施工方案

1）软体排铺设区域划分

根据实际测量好的地形图划分软体排铺设区块，根据铺设方案中软体排之间搭接长度确定每块软体排的铺设位置，为测量放样提供数据。

2）根据潮水确定铺排时间

大潮汛期间，施工水域最大流速为2.15 m/s，平潮时间约1 h；小潮汛期间，施工水域最大流速为1.03 m/s，平潮时间约3 h。

3）软体排结构设计

软体排是由复合土工布、横向砂肋和纵向加筋带组成的组合结构。

4）针对深水人工排体的优化加工

淤搭接宽度的确定：软体排铺设宽度应首先满足水运设计规范要求，其次考虑施工工艺中现场所能铺设的最大宽度，根据排布包装、实际运输及人工排体铺展能力，软体排宽度定为40 m。

于为满足设计中相邻排体现场铺设后的有效搭接宽度不小于3 m要求，根据软体排的伸缩率及现场工况条件，综合考虑排体在拉伸状态下的收缩、水流作用下的卷边情况及排体沉放过程中误差，L施工搭接=L设计搭接+L收缩长度+L水流作用下卷边+ L沉排误差。

盂系结受力点的加强处理：不同于人工滩地软体排铺设，深水人工铺排靠系结于排体四周尼龙绳拖拽铺展及定位（详细见施工工艺流程），因此排体四周受力点需要做加强加固处理。

榆砂肋条加长：不同于典型段中砂肋条长度相对于软体排宽度几乎不需要考虑富裕长度，深水下人工铺排工艺中，为保证砂肋条具有良好的压载效果，砂肋条相对于软体排宽度两端各留有2~3 m富裕量。

4.2 软体排制作

软体排由专业厂商进行生产加工。

4.3 施工准备

1）辅助条件准备

淤软体排排边系好浮标，软体排铺设完成后确定下一软体排铺设位置进行现场实际调整。

于软体排在水中借助海水浮力，由锚艇动力及锚艇卷筒拉力提供动力进行铺展。因此在施工前期，在软体排铺设范围外进行海锚布设，布设数量依据实际软体排的大小，通州湾地区软体排为80 m伊40 m软体排，现场布设3只海锚，可满足现场软体排展开所需抓地力。

盂深水人工铺排前期，由于通州湾地区砂源较好，现场可就地取砂。铺排前进行吸砂设备调试，确保铺排过程中能够持续稳定供砂。

2）测量放样

不同于人工软体排铺设在实测滩地上进行旗杆放样，深水条件下采用GPS踩点后，由施工人员采用人工抛投浮标方法进行现场软体排边线控制，浮标绳索长度控制在4 m左右，原则为最大水深与小潮汛低潮位之和加上1 m的富余长度，绳索太长受潮流影响会导致浮标位置与放样位置偏差太大，影响铺排护底效果，绳索较短则会导致浮标沉入水中无法作为铺排施工位置依据。

3）软体排包装准备

深水人工软体排铺设前期，有别于人工滩地铺排，为提高施工效率，缩短作业时间，深水人工铺排需在陆上将砂肋条穿插好（见图2）。并在陆上人工将排布沿堤轴线方向卷好，卷排布不同于铺排船上滚筒式卷排布，陆上人工排布卷排方式见图3。

4.4 软体排铺展及砂肋条充灌

图2 深水人工铺排卷排方式Fig.2 The way of artificial deepwater laying and rolling

图3 现场人工卷排Fig.3 Field artificial rolling

1）软体排铺展及定位。将卷好的软体排借助挖机等设备运输至现场需要铺设排布位置，垂直堤轴线方向排边预留好尼龙绳固定在陆上，另一边将预留好的尼龙绳移交至锚艇上施工人员，借助锚艇动力将排布浮在水面，借助水的浮力将软体排慢慢展开，见图4。排布完全展开后由预留的海锚通过锚艇上卷扬机进行二次定位，确保排布位置准确。由于软体排土工布密度小于海水密度，软体排平展漂浮在水面。

图4 现场软体排展开Fig.4 Field soft mattress scheduling

软体排受水浮力漂浮在水面，水流对软体排定位影响极大，为确保软体排铺设位置准确搭接符合设计要求，故排体铺展后软体排水面固定显得尤为重要。软体排铺展后位置漂移主要受水流影响，可从两个方面保证软体排位置准确：淤选择合适的软体排铺设时期，通州湾地区软体排铺设选择在小潮汛低潮时期，小潮汛期间高低潮潮位相差较小，平潮时间较长，可施工时间较长，低潮水排体距离护底滩地高程相差最小，可减小排体沉入水底后与设计铺设位置误差；于排体铺展后对排体进行固定，排体上两侧各预留6根尼龙绳用于固定软体排，靠岸3根尼龙绳固定在岸边已完成充填袋棱体上，另外3根尼龙绳与预留的海锚相连固定住。具体见图5、图6。

图5 软体排固定示意图Fig.5 Schematic diagram of the soft mattress fixing

图6 现场软体排固定Fig.6 Site soft mattress fixing

2）砂肋条充灌砂。软体排定位完成后，将陆上已穿插好的砂肋条抽出，已调试完成的吸砂船开始吸砂，由事先准备好的充砂皮龙管塞进砂肋条，按顺序对砂肋条进行充灌砂。充灌时用14号铅丝将砂肋袋袖口拧在皮龙管分流口上，打开分流口阀门进行充灌。充灌砂肋从一头充灌，禁止双向对充，冲灌完成后方能扎紧袋口。砂肋条充灌饱满过程中，软体排随砂肋条重力沉入水底。随即对后面砂肋条继续进行充灌砂，重复以上过程，最后完成软体排护底铺设。

4.5 质量控制与检查

1）软体排铺设平面位置质量控制

为使软体排铺设在设计部位，可在排体两边每隔三米位置设置浮标确保软体排铺展时位置的可靠性，且后期可对浮标位置进行DGPS采点并在CAD展开取得排体实际铺设位置，与设计铺设位置进行比较检查。

2）软体排之间搭接长度检测

为达到软体排护底效果，软体排之间的有效搭接尤为重要，施工控制10 m搭接，现场实际潜摸软体排搭接长度为4.5 m左右，满足设计要求。

3）软体排上部压载可靠性检测

南通通州湾软体排压载采用网格法袋装碎石压载结合块石压载方式，同样后期进行了潜摸检测，袋装碎石压载效果较好，保证了龙口的顺利合龙，说明特殊区域下水上人工软体排铺设施工质量是有保证的。

4.6 软体排后期压载

软体排铺设完成后，受潮水连续涨落影响，排体极易发生悬挂变形，造成原有滩地甚至软体排自身破坏。

为保护好已完成的软体排，软体排施工完成后需及时对软体排进行压载，软体排压载可用充填袋压载、袋装碎石压载、块石压载等方式。

1）充填袋压载：充填袋压载采用沟槽两侧对拉方式进行充砂沉底。此方式适用于水流条件较好且水深条件较低的区域，充填袋压载对排体保护效果较好，受制于充砂效率及袋体铺展误差，充填袋施工效率较低，且对施工区域水文条件要求较高。

2）袋装碎石压载：采用人工网格定点抛投袋装碎石。在陆上已装袋碎石运输至抛石船上，人工划分网格对软体排铺设区域进行袋装碎石抛投压载，袋装碎石重量大，抛投时对软体排冲击小，且施工方便，效率较高，南通通州湾匡围工程采用袋装碎石进行软体排工后压载。

3）块石压载：采用抛石船直接对软体排上部进行压载，见图7。水流流速较大且水深条件较深区域可采用此方法，施工过程简单，施工效率较高。但由于块石本身质量较大，抛投过程中对软体排冲击较大，容易造成软体排破坏。

图7 软体排块石压载Fig.7 Rubble ballast of soft mattress

5 特殊区域水上人工铺排控制要点总结

1）针对特殊区域水上人工铺设软体排的制作：针对特殊区域水上人工铺设软体排排布制作，砂肋条相对于排体宽度两侧各预留2~3 m富裕量，保证了砂肋条全局的压载效果。且四周加筋带进行了加强处理，保证软体排在水上拖拽铺展的整体性。

2）施工作业时段选择：深水人工铺排靠水浮力及尼龙绳固定排布，水流对排布位置的影响较大，为尽量减小水流对排布位置的影响，施工时段选择要求平潮时间尽可能长，故选择在小潮汛期间的低平潮施工。

3）排布搭接确定：软体排作为贴合滩地护滩结构，软体排之间的搭接长度直接影响软体排护底效果，即L施工搭接=L设计搭接+L收缩长度+L水流作用下卷边+ L沉排误差，根据不同的施工工况，对收缩长度，卷边长度，沉排误差需做相应的数值计算。

4）软体排铺展有效位置控制：前期对铺排区域进行铺排测量放样，并用浮标做标记，施工前对浮标位置进行测量检查，确保位置准确。另外，软体排施工前在排体四周进行浮标标记，软体排施工完成后及时对软体排浮标进行测量，为下张软体排施工位置提供数据。

5）充灌效果不好的应对措施

水上人工铺排施工由于砂肋条冲灌过程大部分在水下完成，砂肋条充盈度不同于铺排船及滩地人工铺排，充盈度极难控制，且冲灌过程砂肋条受水流影响来回摆动，极易产生破坏，如图8。

图8 肋条易爆裂位置示意图Fig.8 Schematic diagram of rib burst location

砂肋条破坏后软体排失去上部荷载，排体受水流扰动难以贴合滩面丧失护底作用，因此软体排铺设完成后需及时进行上部压载，确保软体排护底效果。

6）软体排压载控制：网格法袋装碎石抛投时，受现场水流影响，必然产生偏差。因此软体排上部压载时段也选择在平潮时间。为减小水流影响，袋装碎石抛投时可根据现场水流流向采用偏位抛投结合现场测杆探测的方法。

6 结语

护底施工是围堤工程的基础，护底效果直接关系到上层结构施工的成败。南通通州湾匡围工程后续在此基础上顺利进行了龙口合龙，说明水上人工铺设软体排施工技术是成功的，采取的一系列技术措施是有效的。水上人工铺排施工工艺解决了粉砂高滩潮沟类狭窄区域护底施工难题。

[1] 耿秀山，傅命佐.通州湾中南部平原淤泥滩岸的地貌特征[J].海洋地质与第四纪地质，1988（2）：93-104.

GENG Xiu-shan,FU Ming-zuo.Geomorphic features of silt beach in central and southern Jiangsu Province[J].Marine Geology& Quaternary Geology,1988(2):93-104.

[2]吕亭豫，龚政，张长宽，等.粉砂淤泥质潮滩潮沟形态特征及发育演变过程研究现状[J].河海大学报：自然科学版，2016，44（2）：178-188.

L譈Ting-yu,GONG Zheng,ZHANG Chang-kuan,et al.Reviews of morphological characteristics and evolution processes of silty mud tidal creeks[J].Journal of Hohai University:Natural Sciences, 2016,44(2):178-188.

[3]时海东，沈永明，康敏.江苏中部海岸潮沟形态对滩涂围垦的响应[J].海洋学报，2016，38（1）：106-115.

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[4] SL 260—2014，堤防工程施工规范[S]援SL 260—2014,Specification for levee project construction[S].

Construction technology of artificial water bottom protection in high silt-muddy flat tidal creek special area of Tongzhou Bay

XU Lei，HU Zheng
（SDC Shanghai Communications Construction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China）

The geotextile is an important structure in construction of beach bottom protection works,its construction technology is mature,and is widely used in the bottom protection of river and embankment at home and abroad.But in the high silt-muddy flat tidal creek special area,the artificial bottom protection construction has not been a similar example.Combined with the successful construction case of inning project in Nantong Tongzhou Bay,we introduced the bottom protection construction technology in high silt-muddy flat tidal creek special area,and described the production,lapping and construction technology of soft mattress.

over water;artificial;mattress laying construction

U655.4

B

2095-7874（2017）04-0085-05

10.7640/zggwjs201704019

2017-02-27

徐磊（1990— ），男，江苏南通人，工程师，主要从事港口航道与海岸工程管理工作。E-mail：1292980898@qq.com