抛石平堵龙口合龙施工关键技术分析

黄 伟

(长江河湖建设有限公司，湖北 武汉 430010)

1 概 述

长江澄通河段通洲沙西水道长沙河—福山塘段边滩综合整治工程，位于张家港市乐余镇和南丰镇，包括南岸边滩综合整治工程围区Ⅵ和南岸边滩综合整治工程围区Ⅶ。南岸边滩综合整治工程围区Ⅶ上起七干河，下至福山塘，岸线全长3024m，围堤总长度5147m，最大水深约11m,岸线调整后形成陆域面积约3676亩。其中长江澄通河段通洲沙西水道长沙河—福山塘段边滩综合整治工程Ⅲ标围堤桩号为Ⅶ0+000～Ⅶ2+821；隔堤长710m。龙口位置中心桩号Ⅶ1+350。工程总体布置见图1。

图1 工程地理位置示意图

长江澄通河段为潮汐河口，传统陆路龙口封堵技术不适用于此项目，为了如期完成该工程，项目部和公司工程部在确定施工方案时充分考虑自然条件，制定了开底驳、甲板驳抛石平堵龙口合龙技术方案，形成了抛石平堵龙口合龙施工方法。

2 龙口工程设计

2.1 龙口布置

龙口一般排列在平直的岸线上，地质条件较好，地形平缓，水域相对较深。平直的岸线和平缓的地形可以保证水顺利流入龙口入口，避免了因入口流态紊乱而造成的关闭龙口困难；地层承载力高、抗冲刷能力强，有利于龙口堤防基础的稳定和龙口堤防的抗冲刷防护。龙口水深应适度,太深底部保护的龙口量太大,太浅水流的缓冲效果不明显。综合上述分析结合地形地质条件，龙口中心线布置在桩号Ⅶ1+350处。

2.2 龙口水力学演算

为了采取措施保证龙口合龙的顺利运行，有必要验证龙口合龙宽度，了解龙口合龙过程中闸门水力指标的变化情况。

2.2.1 演算推理

在龙口河截流过程中，龙口流量和河堤水量随入口内外潮位变化和龙口河底高程提高而随时间变化。忽略通过护堤及其地基的渗流量，假定护堤内水量的变化等于进出龙口的水量,根据水量平衡原理，在一定时期内，龙口流量与护堤内水量变化的关系如下：

(Q1+Q2)Δt/2=V2-V1

式中Q1——计算时段开始的龙口流量；

Q2——计算时段截止终了的龙口流量；

V2——计算时段起始的围堤内水量；

V1——计算时段终了截止的围堤内水量；

Δt=0.1h。

2.2.2 龙口泄水量计算

根据护堤内外水位，按宽顶堰流量计算龙口在以下两种情况下的流量:

a.H外>h内，围堤进水，落差Z=H外-h内。自由流

淹没流Q=VB(h内

当Z≥1/3(H外-h口门)时为自由流，反之为淹没流。

b.H外

自由流

淹没流Q=VB(h外

当Z≥1/3(H内-h口门)时为自由流，反之为淹没流。

式中H外——某时刻口门外潮位高程，m；

h内——某时刻口门内水位高程，m；

h口门——口门底槛高程，m；

m——流量系数，取0.36；

φ——流速系数，取0.9；

B——龙口平均过水断面宽度，m。

2.2.3 计算结果及分析

影响截流难度的关键因素是设计潮汐过程线对应的截流时间的选择、龙口的宽度和下垫面高程。通过对计算结果的分析，选择了前半个落潮期开始截流，有效地降低了龙口的截流难度，大大减少了保护工程量。不同龙口宽度时龙口在设计潮型下的流速记录见表1。

表1 龙口流速记录

2.3 设计龙口宽度

龙口宽度受龙口水力参数、围垦面积等因素的影响。龙口宽度对龙口截流及后期高度影响较大，工程量大，龙口宽度小，断面流速增大，冲刷影响大，增加了龙口河底护岸工程的难度和工程量,一般控制龙口最大流速不超过3.0m/s。综合上述分析结合地形地质条件，龙口置在桩号Ⅶ1+315～Ⅶ1+385处，口门底宽100m，护底垂直水流方向宽180m。图2为龙口布置断面。

图2 龙口布置断面

2.4 龙口工程设计

a.龙口合龙棱体。在设计潮位线的最高潮位上加0.5m。确定了棱体顶高度。闭合棱体是用抛石做的。上游坡度比为1 ∶3.0，下游坡度比为1 ∶2.5。

b.龙口护底。为了减少龙口河在封堵过程中对地基的侵蚀，降低封堵过程中的水深和封堵难度，必须在封堵外堤前采取封堵底部的防护措施。在底部防护结构施工前，在0.5m厚的砂层上铺设300g/m2编织物，在砂层上压入30cm@50cm装砂管袋，形成龙口前围区排水通道。

龙口围堤放坡，坡比为1 ∶3，坡面铺设230g/m2防老化编织布。

2.5 合龙时间选择

合龙工程主要受潮汐影响，潮差愈小，龙口水力条件愈好,合龙开始时间选择在高平潮时段较为理想。

根据当地的水文资料综合考虑上述因素，在龙口3月份高潮位较低、潮差较小的情况下进行了龙口的封闭试验。截流标准在3月份采用了10%设计潮位线。潮水位过程线见图3，特征值见表2。

图3 设计潮水位过程线

表2 10%设计潮水位过程特征值 (单位：m)

3 龙口抛石截流

3.1 开底驳选择

龙口宽度、龙口水深是选择龙口合龙开底驳主要影响因素。

沿江、沿海围区造地项目龙口布置一般在200m以内，开底驳船长控制在60m以内；龙口水深一般在3～5m之间，开底驳船深控制在2m以内，满载吃水控制在1.5m以内；300m3开底驳尺寸为55m×7.5m×1.8 m，500m3开底驳尺寸为60m×8 m×2.1 m。根据龙口宽度、龙口水深限制因素300～500m3开底驳能满足龙口合龙要求。

3.2 块石料径选择

准确抛投块石至水下滩面，并形成一定自然坡比棱体断面是龙口合龙的关键。在水深、水流速度确定情况下，块石重量尺寸是主要影响因素。龙口水深取4m；块石流距控制在2m以内；龙口水流速度3m/s。在龙口合龙前选择不同尺寸块石进行抛投实验(实验数据见表3)，根据块石漂距实验，选择150～200kg块石。

表3 块石漂距

3.3 块石备料

为保证封堵顺利进行，必须进行块石备料。根据施工强度，考虑备用78400m3块石，基本满足开底驳龙口块石抛填需求。

为保障堤心石抛填的工程质量，石料要求坚硬无风化，抛填块石重量在150～200kg之间。

3.4 水流流速监测及船定位

加强龙口水流监测，观测涨落潮时水流速。堤身沉降观测和记录要详细。

龙口合龙时龙口位置水流流速较高，龙口合龙施工强度大，为保证龙口顺利合龙，必须准备定位船辅助定位，采用2000t方驳作为定位船。定位船平行于龙口棱体轴线布置，用四根锚呈八字锚固在龙口位置， 2根锚锚固在龙口内100m滩地上，2根锚锚固在龙口外150m水中，抛锚后要进行稳定测试，保证不走锚。定位船上配备2台GPS，船头、船尾各布置一台，用于平面定位；布置测深仪一台，用于高程测量。定位船定位见图4。

图4 定位船定位示意图

3.5 龙口合龙施工

龙口抛石截流棱体分两阶段实施，开底驳满载吃水深度在1.0～1.5m之间，因此在龙口截流棱体抬升到距离水面1.5m左右时必须改用抛石船继续完成一次性断流抛石。

3.5.1 第一阶段开底驳龙口合龙施工

第一阶段龙口整个堤身范围通长抛石棱体抬高至距水面1.0～1.5m之间，采用开底驳施工。将开底驳装满块石后抛锚等待。待天气、水文条件达到龙口合龙要求时开始施工。施工时安排每条开底驳每个高平潮只进行一次抛石施工。

开始施工前定位船放内锚、收外锚，定位船停船在龙口外80m处；开底驳自航行至施工区域，在拖轮辅助下靠泊定位船，开底驳、定位船用缆绳绑牢；定位船在拖轮辅助下收内锚、放外锚，GPS定位停锚至指定抛投位置；开底驳抛投块石。定位船上GPS、测深仪时时检测，根据测量数据调整下次定位船位置。

施工中随时测量水下棱体变化，随时做出施工调整，待水下棱体整体距离水面1.5m时，开底驳龙口合龙抛石施工完毕，改用甲板驳抛石船继续施工。开底驳龙口合龙抛石见图5。

图5 开底驳龙口合龙抛石

3.5.2 第二阶段甲板驳抛石船龙口合龙施工

第二阶段一次性断流加高到龙口棱体出水，采用甲板驳抛石船施工。甲板驳抛石船满载块石在现场抛锚等待。开底驳完成预定抛投施工后在下个高平潮进入龙口合龙施工，完成龙口棱体出水，断流。

甲板驳抛石船靠泊定位船，在拖轮辅助下到达指定抛投位置；甲板驳抛石船自带反铲挖掘机，反铲挖掘机开始抛石施工。龙口棱体出水，完成龙口截流；在低平潮时人工观测棱体渗水情况，随时补抛块石。防止出现险情；当龙口棱体基本稳定后，乘低平潮时水上挖机整理块石，龙口棱体成型。甲板驳龙口合龙抛石见图6。

图6 甲板驳龙口合龙抛石

4 龙口闭气断流

龙口抛石完成截流后，铺筑一层碎石袋，铺设完毕后从龙口两侧两个作业面相向阶梯式推进内棱体及闭气土方，防止下一潮大汛对龙口的冲刷，确保龙口段的安全。

5 结 语

通洲沙西水道长沙河—福山塘段边滩整治工程Ⅲ标施工，对传统龙口合龙工艺进行了优化设计，采用开底驳抛石平堵龙口合龙技术，缩短了龙口封堵的时间，为今后类似工程提供了施工经验。