滩涂圈围造地施工技术探讨

李 波

（上海宏渠工程咨询监理有限公司，上海市 201301）

0 引言

随着社会经济的发展，土地资源越来越紧张，已经成了制约各地经济发展的瓶颈之一。为解决土地紧缺问题，拓展经济发展空间，各地都提出了“向海洋要土地”的观点，以增加土地后备资源[1]。向海洋要地，就是在沿海滩涂开展圈围造地工程。该工程就是在滩涂上筑堤御水，然后填筑土料使其形成可利用土地或水面的工程[2]，主要包括促淤、围堤、吹填和后期开发利用。

上海市地处东经120°52’～122°16’、北纬30°42’～31°48’，长江与钱塘江入海汇合处，丰富的滩涂资源有利于更好地缓解土地紧张，为后续经济发展创造条件。为此，我们开展了临港新城滩涂圈围造地工程。该工程位于浦东新区芦潮港，海域风急浪高，水流紊乱涡旋。滩涂低、沙滩软、工程险，又成为该区域围垦的特点[3]。正是在这种工况下，开始实施200 a 一遇高潮位的一线围堤、吹填施工。

本文主要对此次圈围造地实施中碰到的技术问题与应对措施进行简单剖析。

1 裸吹

1.1 裸吹施工的意义

裸吹是先行采用挖泥船将外海或外河泥沙通过绞吸式挖泥船上的大型泥浆泵取沙后，通过管道运输至预定区域，抬高滩势，为后续围堤施工和滩地开发利用奠定基础。

实践证明，裸吹具有极其重要的现实意义：

（1）抬高滩势，减小有效库容，降低进出库区的潮水量与平潮时间，大大降低龙口合龙风险。

（2）有效解决了围堤施工与龙口合龙的优质沙源问题。

（3）通过优质沙置换库区淤泥层，尤其是主堤轴线、促淤坝侧的沟壑等不良地质层。

（4）采用高滩围堤，有效降低了施工风险与经济成本。

（5）能够有效缩短建设工期，提前开发利用土地，产生经济效益。

1.2 裸吹施工

1.2.1 方案分析

本次围堤位于杭州湾与长江口交汇处的南汇嘴，海域水文条件、气象条件恶劣，风大、浪高、流态急而紊。堤线位置又在吴淞零米线上下，属低滩围垦。与高滩围垦相比，低滩围垦工程必须赶潮施工，有效作业时间短，且作业地点远离岸线，因此施工难度要大得多[4]。同时，此堤线位置地质条件差，存在3～5 m厚的淤泥质，有8 个6～10 m 的淤泥深坑。每个坑的面积在100 m×200 m 左右，属不良软弱地基。在如此恶劣的区域根本无法采用陆上地基处理方法。若采用常规的水下处理方法，则工艺复杂，风险高，周期长，造价高。经过方案比选、论证，决定采用优质外来沙进行置换。

大堤施工用沙（含深坑处理、合龙备沙等）约650万m3，再加上吹填用沙，总计约5 400 万m3，都要求优化施工工艺与步骤，尽快解决沙源问题。3～5 m 厚的淤泥层又给就近取沙施工带来障碍与不太可能。至此，决定先行实施裸吹。

裸吹需解决的技术问题如下：

（1）落潮时，大量泥沙被潮水带走，流失量较大。经过分析，采用的措施包括：涨潮吹，落潮停；重点地段、关键部位先吹；促淤坝内侧抛填碎石滤层，减少块石之间的空隙，并在坝体内侧设置土工布滤层等。

（2）促淤坝内侧，细颗粒泥沙回淤沉积会对大堤基础稳定带来不利影响。经分析，决定后期再采用地基处理、镇压等措施解决。

（3）经济成本分析：考虑到裸吹降低合龙风险，提供优质沙源，缩短工期，降低成本，与流失量造成的损失相比，仍然是经济的。

（4）取沙与回淤分析：结合该区域吹沙施工经验，以及对1974年以来的滩地测量资料、水文泥沙潮流同步测验资料的分析研究，摸索出滩地冲淤的规律，特别是吸取了南汇嘴附近及芦潮港两侧，即受冲刷的杭州湾岸边围垦取沙的经验。在杭州湾岸边南段大堤外500 m 左右滩地做取沙试验，挖坑深5～6 m。经半年时间的跟踪测量，取沙坑经过涨落潮，泥沙回淤可恢复到原状。对坑中泥沙进行取样分析，大多为粉砂土。经验证明，通过精心组织，合理布置取沙开挖位置，加强观测，就近取沙是可行的[5]。

1.2.2 裸吹施工

（1）设备选型。针对本工程的吹填规模与具体要求，决定从荷兰租赁绞吸式挖泥船10000 型“奥利安”号和8000 型“诺西”号，以及国产“福岷9 号”绞吸式挖泥船正式投入吹填作业。该大型挖泥船可排沙5～7 km，抗风性能好，可在7 级风下正常作业，工作效率高，有效工作时间长，为裸吹的实施提供了保障。

（2）裸吹施工。根据设计图纸，离新筑大堤外1～1.5 km，距库区吹填中心约5 km，采用跳隔式取沙。实际施工中严格控制好位置、深度、间距等参数，严防挖坑串通，形成深沟。

经过船舶就位，管线铺设和施工方案审批后，开始向围区内吹沙施工。对大堤轴线附近、深坑位置等重点位置，通过测量定位重点吹填，及时跟踪。淤泥经过反复挤压，不断置换，以及大容量、快节奏的连续吹沙，滩地土质得以改善，围区内滩势得以普遍抬高，吹填效果明显。

1.3 效果

根据《补充工程调查报告》分析，大堤轴线区域淤泥层得以置换，土质改善；深坑淤泥质已经置换，填平。

经2003—2007年连续5 a 水下地形观测资料分析，6～7 m 深的取沙坑经过2 a 左右的时间，已全部淤平恢复原状。证明取沙坑对滩地环境未产生不利影响[5]。

滩势变化简况如下：

（1）总趋势情况：筑堤后原抛石顺坝侧沿堤流产生的冲刷槽沟已消失，从-2 m 淤高至0 m 以上，0 m线外移。

（2）结合测量横断面分析，6～7 m 深的取沙坑，历经1 a 后已全部淤平，恢复原状。

（3）南汇嘴近大堤外侧由于受涨落潮顶冲影响，形成的一块南北长约2 km、东西宽0.6 km、深2 m左右的凹槽，现已淤高了近2 m，范围也未扩大，处在相对稳定状态，目前对大堤未构成不利影响。

（4）大堤外坡脚至保滩顺坝之间40 m 宽的保护带、滩地已淤高，防浪作物生长良好，起到了防浪保滩作用。

2 多库区合龙

龙口是随着围堤堤身（充泥管袋棱体）进占，最后实施的按设计要求预留的纳潮口。龙口两侧和纳潮口上部均应满足强度、稳定、袋体抗冲刷与防老化等功能。当围堤施工进占到一定规模，具备合龙条件时，就要多库区及时合龙，迅速闭气加固龙口。

2.1 方案分析

2002年12月初，围堤一阶段工程T1、T2 标（即①库区、②库区）主堤具备合龙条件，但此时T3、T4标（即③A 库区、③B 库区）施工滞后，不具备合龙条件（见图1）。经过技术分析，如果在这次小潮汛进行T1、T2 标合龙，T3、T4 标因施工滞后，无法完成合龙，则必然经过至少一个大潮汛（每月均有天文大潮）。当天文大潮到来时，风急浪高，2#隔堤工况分析见图2、图3。（2#隔堤2.4 m 潮位为合龙后库区的维持水位，4.0 m 潮位为根据当期潮汛表、龙口宽度、流速、时间等计算后的预估潮位）

图1 平面示意图

图2 2#隔堤高潮位分析图

图3 2#隔堤低潮位分析图

2# 隔堤一旦溃堤或出现缺口，1# 隔堤亦将不堪重负，合龙彻底失败，影响非同寻常。最终采取的合龙方案为：等下一个小潮汛，即1月10 日后，再进行多库区合龙。T1、T2 标应将合龙准备工作再细化、落到实处；T3、T4 标加快施工进度的同时，落实好合龙各项准备工作。

2.2 合龙准备

（1）外棱体全线高程达到5.5 m 以上，内棱体达到4.5 m 以上，堤芯土达到3.5 m 以上。

（2）反滤布、碎石袋等抢险物资，以及有关人员，应按计划落实到位。

（3）人员、设备准备充分。预留备用设备，如发电机、泥浆泵等。

（4）吹泥、照明用电专人看管，确保通畅、安全。

（5）沙源质量要优且有余量，预备量要在合龙用沙的1 倍以上。

（6）排水管、单向阀安装完成，满足要求，并能正常发挥调节库区水位的作用。

（7）历史同期及当期潮汛预报资料。

（8）经审批同意的专项施工方案和应急预案等。

2.3 合龙施工

合龙施工是指对设计预留的纳潮口进行吹高加固，一线大堤联通并基本成型，能够有效阻挡潮水再次进入库区。

2.3.1 工艺流程

合龙工艺流程，见图4。

2.3.2 合龙施工

图5 中点A 代表第一层吹泥袋（494 m3）从1月10 日19 点15 分吹至23 点15 分结束，袋顶高程2.5 m。随着工作面的展开和设备的增加，在高潮2.47 m（见图5）到来时，水位以上已有两层管袋镇压，无安全隐患；下一个高潮到来时，管袋已按设计要求达到5.5 m 高程以上。

图5 合龙施工过程线示意图

2.4 龙口保护及后续施工

（1）外海侧棱体保护：用碎石包压反滤布，反滤布宽度大于3 m，顶部压在第一层袋下，外坡底压块石，台阶压碎石包。

（2）加快堤芯土吹填，同时加快内、外棱体吹填，确保大堤安全、稳定。

（3）加高龙口处原促淤坝断面，提高消浪作用，以阻挡并减轻风浪正面对大堤的冲击。

（4）排水口应有人专门管理，按需将水位调节在设计范围内。

（5）龙口合龙后，加强巡视检查，防止管涌与溃堤现象发生。

（6）尽快组织大方脚与护坡施工，彻底稳固一线大堤。

3 大堤堤基处理

二阶段围堤工程F—K 点计3 939 m，早在2002年初进行水下测绘时就获知有10 余处深坑。其中8处深且范围大，最深处达吴淞-9 m 多，位置均在一线防汛大堤轴线附近。后来裸吹施工时，泥沙在潮水作用下分离，粒径较大的沙在滩涂上沉积，抬高滩势，较小的沙颗粒随落潮水和波浪向外海漂移。深坑淤泥因定点高强度的吹填而得以置换，坑深与滩地淤泥质土层均有改善。而促淤坝处，因流速减慢，淤泥质沉淀，原沟壑土质变化不大。

虽进行定点裸吹，淤泥层挤压置换，但土质短期很难固结稳定，再加上后续棱体持续吹高、荷载增加，难免出现棱体塌方和轴线位移的情况。事实证明，上述现象确实出现了。根据毕肖普法计算土坡稳定性，分析了滑移的几种不利工况，并结合现场实际情况，最终确定了如下措施：

3.1 堤前反压

在促淤坝至大方脚之间铺设吹泥管袋镇压，镇压层顶高程4.0 m，确保大堤在上升过程中不会因淤泥被迅速挤出而引发大堤沉降，继发滑移失稳。同时，使淤泥在相对“封闭”下均匀受压，缓慢排水而逐步固结密实。

3.2 铺设土工格栅

使土体受力均匀，提高抗拉、抗剪与稳定性，加快排水，避免因沉降不均而发生袋体爆裂和袋体间相对滑动失稳。

3.3 加宽外平台

原设计外平台宽度为5 m，根据毕肖普土体抗滑移法，计算出平台加宽至15 m，滩地铺设至4.0 m 高程的镇压层后，下部抗滑移安全系数为3.52。此时平台以上的抗滑移安全系数为1.15，均可满足设计安全和稳定可靠要求[2]。15 m 宽平台及增设的镇压层，增大了接触面，有效地抵抗滑移，让淤泥层在压力下逐渐排水固结，提高了坝体的稳定性与抗风浪能力。

3.4 控制加载

在施工过程中对整个坝体（堤身）加载速率进行有效控制。明确了缓加压、慢施工与二快二慢的施工方案。在放慢施工节拍的同时，镇压层要快，坝体慢；坝体与镇压层高差在3 m 内时要快，3 m 以上时要慢。同时，密切做好大堤沉降、位移监测与安全巡视等工作。

在实际施工过程中，每50 m 设沉降观测断面，进行每日观测，分析数据，成功渡过汛期，最终获得成功。

4 结语

滩涂圈围造地工程风险与机遇并存，施工阶段要时刻关注潮位、气象，与潮水抢时间，抢进度。尤其合龙闭气，一旦滞后将功亏一篑。对于吴淞高程2.0 m以下滩地、土质较差或沙源不足等情况，均可以先行实施裸吹，或在筑堤时同步进行。多库区合龙主要针对圈围面积大、库区划分多且紧邻、库区间相互牵制，若单一合龙则风险大、成功率低。堤基处理应根据滩涂土质，技术上科学合理，施工上可操控，具体实施则应组织严谨、协调一致。

因施工中要受制于水文、地质以及各种不可预见因素的影响，沿海各地碰到的技术问题很难一致。本文仅就上述三个技术问题进行阐述，望能为今后圈围工程提供借鉴与参考。