余姚治江围涂工程中砂肋软体排护底技术的应用

2019-10-14李来武杨火其姚文伟

浙江水利科技 2019年5期

李来武，杨火其，刘勇，邵杰，姚文伟

（浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020）

1 问题的提出

钱塘江属于强潮河口，历史上经常受到风暴潮的影响，威胁两岸人民的生命和财产安全，传统的治江围涂方法是采用直接抛坝护滩来实现，按照《钱塘江河口综合规划》，余姚治理规划的岸段水深最大，自然涂面高程一般在-5.00 ～ -7.00 m，很难进行直接筑堤围涂治理。为使围区涂面达到适围高程，并在今后围堤防潮挡浪过程中防止堤前滩面冲深，保证围堤堤脚的安全稳定，首先要在围堤外侧进行抛石促淤。

余姚一期工程于2001年开始实施， 2007年完成。在实施抛坝的过程中，由于坝头流速增大，致使堤头出现严重的冲深，增加了工程量和工程造价。根据实测，一期曹朗丁坝设计长度650 m，在抛筑长度达到250 m时，坝头附近最大测点流速达到4.23 m/s，垂线平均最大流速达到2.95 m/s，堤头前沿严重冲深，形成深度为17.00 m的椭圆形深坑，工程不得不暂停施工。为了解决这个问题，在二期陶家路围区和四期工程实施中采用砂肋软体排护底技术。

2 工程概况

2.1 项目区位

余姚治江围涂工程位于钱塘江河口尖山河湾南岸，西与上虞市接壤，东与慈溪市交界，北侧与海宁市和海盐县隔江相望，先后已经完成一期、二期治江围涂工程和四期治江围涂工程，累计完成治江围涂面积为6 552 hm2，围堤工程总长度70.90 km，其中临江侧堤线长度17.25 km（见表1）。

表1 余姚治江围涂工程情况统计表

2.2 水文泥沙特征

杭州湾为喇叭口形海湾，外海潮波传入湾内后，潮波受岸线压缩，能量聚集，高潮位自湾口向湾顶不断抬高，低潮位则相反，工程区属非正规半日浅海潮，日、夜潮不等现象显著。平均高潮位3.17 m，平均低潮位-2.55 m，平均潮差5.72 m。

余姚岸段潮流为往复流性质，涨潮历时5.47 h，落潮历时6.97 h，流向受地形影响，不同岸段有所不同。大潮涨潮平均流速1.35 m/s，落潮0.65 m/s；小潮涨潮平均流速0.65 m/s，落潮 0.50 m/s。

围区地质为粉细沙，中值粒径0.02 ～ 0.04 mm。大潮涨潮垂线最大含沙量1.9 ～ 6.2 kg/m3，落潮垂线最大含沙量1.8 ～ 4.5 kg/m3；小潮涨潮垂线最大含沙量 0.3 ～ 0.7 kg/m3，落潮垂线最大含沙量0.2 ～ 0.9 kg/m3。

3 设计及应用

3.1 砂肋软体排护底技术

砂肋软体排是指在土工织物上，沿径向每隔一定距离（一般1.5 m）缝制1条宽度为5 cm加筋带，将压载的长管状砂肋袋（直径30 cm）固定在其上，砂肋袋内充填砂料压载，用施工船铺设在海床上（见图1）。主要作用是用于水下床面的保滩护底，防止抛坝施工过程中堤头前沿的冲深。适用于水深2.00 ～ 12.00 m的平坦地形。此技术曾在长江口航道整治工程中使用过，而在钱塘江治江围涂工程中尚无使用先例。

图1 砂肋软体排设计结构图

为了验证砂肋软体排护底技术能在钱塘江这样强潮河口地区应用的可行性，在工程实施前进行水槽模拟试验，水动力条件取工程地实测水文条件，获得的主要结论如下:在自然条件下，砂肋软体排的临界稳定流速最大为1.65 m/s左右，幅宽对稳定性无影响；在砂肋软体排表面压载后，采用的料石大小对其稳定性无影响，但抛填厚度对稳定性有影响；在抛筑丁坝后抛填厚度大于1.50 m后即可保持软体排的稳定，且丁坝前沿流速变化不大，不会对海床造成明显冲刷。

3.2 抛坝护底设计

以余姚四期湖北西丁坝设计为例（见图2），护底的设计采用砂肋软体排，考虑到水下施工偏差和压载的需要，软体排两侧应留有一定的富裕宽度b，根据工程施工经验，富裕宽度b不应小于3 m，在该段丁坝的设计中，浅水段取3 m，深水段取5 m。为保证铺排后软体排的稳定，其上层铺设1层厚80 cm的碎石层，其目的是铺排后立即压载。再上层为船抛块石混合料，采用船抛是考虑既要保证在以后立抛时坝体本身的稳定，又要使该层不能太厚，避免影响其前沿软体排的铺设。可采用在船上网吊或小型漏底船均匀铺设块石混合料。最上层采用汽车陆上运输立抛，堤顶最小宽度a应满足施工交通的需要。

图2 湖北西丁坝设计断面图

3.3 抛坝护底施工

砂肋软体排铺设作业采用专用施工船舶进行，该船舶可对2.00 ～ 12.00 m的不同水深，幅宽为35 m砂肋软体排铺设作业。其作业过程是将35 m宽的土工布卷在机动卷筒上，然后铺放在施工船舶的甲板和翻版上，用泥沙浆泵将长管状砂肋袋灌注成砂肋，再将翻板放下，在移船的同时把砂肋软体排铺放到海底。其作业过程可连续进行（见图3）。

图3 砂肋软体排的施工现场图

砂肋软体排铺设完成后，立即在其上抛填碎石层压载，以防止软体排被水流冲跑移位或出现翻排情况，抛填时注意层厚均匀，不应漏抛，重点是排布的边缘要压牢。当碎石层抛填到一定距离后可开始用船抛填块石混合料进行二次压载，其厚度不宜太厚，一般控制在3.00 m左右，应特别注意控制堤头与前方软体排的施工保持一定距离，以免使堤头流速过大，给软体排施工带来困难。根据余姚施工经验，一般保持在100 m左右比较合适。以后便是立抛，立抛也不能跟的太紧，应与堤头保持200 m左右。

3.4 施工质量控制

施工时软体排的铺设要求定位准确，中轴线的偏差不得大于底宽的3%，各排体之间搭接完整，最小搭接长度不少于1.5 m。软体排的排布材料宜采用250 g/m2的编织裂膜丝土工布制作，纵向、横向抗拉强度应分别大于200，1 400 N/50 mm，加筋带的拉伸强度应大于16 000 N。

砂肋袋材料宜采用250 g/m2的机织土工布制作。两侧4 m范围内的压载砂肋间距为80 cm，中间为150 cm，充填砂肋的砂土材料要求中值粒径大于0.10 mm，砂肋袋充填饱满度达到80%以上。

压载软体排的船抛碎石层材料宜采用人工碎石，粒径不大于10 cm，顶面的平整度控制在10 cm以内，块石混合料的料质采用岩性均匀，无风化、遇水不软化的新鲜坚硬岩石，抗压强度大于40 MPa。两侧护面块石的单块重量要求大于100 kg。

3.5 使用效果

治江围涂工程投资一般比较大，余姚岸段治江围涂投资见表2。

表2 余姚治江围涂工程投资情况统计表

由表2可见，在工程投资构成中，抛坝部分的工程费用占总费用的27% ～ 42%，这部分费用最不确定，最难控制。因为影响这部分费用的直接因素是在施工过程中的滩面冲深，要控制投资就要首先控制滩面冲深，它对工程投资影响非常大。

根据余姚抛坝施工情况统计，未采用该技术的一期工程抛坝施工完后实际抛石工程量，比施工前按现场所测工程量增加35%左右，费用增加 5 000多万元。二期和四期工程开始采用软体排保滩护底后，虽然工程量有所增加，但费用相比减少很多，只增加3% ～ 4%，将软体排铺设、碎石层、船抛层增加的费用考虑在内，经计算对比可节约费用12%左右，有效控制了工程造价。