徐 磊，胡 正

（中交上航局上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136）

通州灣粉砂高灘潮溝類特殊地段人工水上護(hù)底施工工藝

徐 磊，胡 正

（中交上航局上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136）

土工織物作為灘地護(hù)底工程施工中重要的結(jié)構(gòu)，施工工藝成熟，在國(guó)內(nèi)外河流及圍堤護(hù)底工程中得到廣泛應(yīng)用，但在粉砂高灘潮溝類特殊地段進(jìn)行人工護(hù)底施工還沒有類似的實(shí)例。文章通過南通通州灣匡圍工程成功的施工案列，介紹粉砂高灘潮溝類特殊地段護(hù)底施工技術(shù)，對(duì)軟體排的制作，搭接及施工工藝進(jìn)行闡述。

水上；人工；鋪排施工

0 引言

軟體排施工是土工織物為基本材料縫接成一定尺寸的排布形式加一定的壓載形成的防沖護(hù)底結(jié)構(gòu)，如今砂肋軟體排已廣泛成為圍堤護(hù)底的基本形式。

對(duì)于通州灣沿海高灘匡圍工程中，出于保護(hù)特殊地質(zhì)條件下的灘涂，土工布護(hù)底是不可替代的施工工藝。

本文結(jié)合南通通州灣匡圍工程對(duì)深水條件下人工鋪排施工工藝進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

1 傳統(tǒng)軟體排鋪設(shè)工藝介紹及分析

1.1 傳統(tǒng)軟體排工藝

1）人工鋪排：低潮時(shí)人工趕潮鋪設(shè)軟體排，此方法適用于高灘水域，鋪設(shè)之前首先清基，保證基底平整，然后將加工好的軟體排布垂直于軸線已設(shè)定區(qū)域鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)用人工繃緊排布順平無褶皺平鋪于基底。

2）鋪排船鋪設(shè)軟體排：利用專門的鋪排設(shè)備進(jìn)行軟體排鋪設(shè)。

1.2 傳統(tǒng)軟體排工藝限制性及優(yōu)缺點(diǎn)

1）人工鋪排：人工鋪排為趕潮作業(yè)，施工方便，施工成本低，鋪設(shè)位置準(zhǔn)確，肋條充盈度高，軟體排鋪設(shè)護(hù)底效果好。但受制于灘地及人工，對(duì)地域水深、施工作業(yè)時(shí)間及軟體排加工尺寸均有限制。

2）鋪排船鋪排：鋪排船鋪排適用于水深較深，人工無法施工工況。鋪排船施工受限于船機(jī)及輔助材料運(yùn)輸船舶，且施工區(qū)域要求寬闊，可作業(yè)范圍較大，受潮水影響較大。

2 通州灣沿海灘涂特點(diǎn)及對(duì)護(hù)底施工要求

2.1 通州灣沿海灘涂特點(diǎn)

1）地形特點(diǎn)：通州灣中南部為海積平原，在岸外輻射狀潮流脊群的封閉條件下，海岸不斷淤長(zhǎng)形成寬約40~50 km的平原[1]。

2）土層特點(diǎn)：土層較為深厚，海積平原表層系潮灘堆積，組成物質(zhì)南粗北細(xì)。表層沉積的粗細(xì)間互呈現(xiàn)為水平層理。第二層為三角洲相棕黃色與灰黃色粉砂質(zhì)黏土夾黏土質(zhì)粉砂和黏土層，含鐵錳結(jié)核及少量河口-濱海相生物化石。底部為海相青灰色粉砂質(zhì)黏土和粉砂沉積。上述3層全新世紀(jì)沉積總厚度20~30 m[1]。

3）土質(zhì)特點(diǎn)：灘面組成物以粉細(xì)砂為主（占70%~90%），沉積層具交錯(cuò)層里。

4）圍墾對(duì)潮溝響應(yīng)特點(diǎn)：根據(jù)潮溝的成因可分為4種：淤灘面水流沖刷型；于潮流輻聚侵蝕型；盂陸源水流侵蝕繼承型；榆瀉湖廣海間潮流侵蝕型[2]。以上潮溝均為自然成因，隨著灘涂圍墾施工，潮溝長(zhǎng)度呈減小趨勢(shì)，潮溝密度呈先增大后減小趨勢(shì)[3]。

根據(jù)通州灣沿海灘涂特點(diǎn)可以看出，灘涂極易受潮水影響沖刷成溝。尤其是圍墾過程中，已形成的堤壩改變?cè)兴髁鲌?chǎng)，水流匯聚形成新的潮溝。

2.2 潮溝防護(hù)的必要性

在圍墾施工過程中產(chǎn)生的新的潮溝，原有護(hù)底可能產(chǎn)生變形，極易產(chǎn)生滲透破壞導(dǎo)致上部堤身結(jié)構(gòu)崩塌，必須采取措施對(duì)原有潮溝進(jìn)行防護(hù)，對(duì)新的潮溝進(jìn)行預(yù)防。

2.3 特殊地段軟體排護(hù)底施工工藝

在圍墾施工過程中產(chǎn)生的新的流場(chǎng)，加深原有潮溝，潮溝狹窄且水深較深，在此工況條件下，低潮人工無法施工；且區(qū)域狹窄，大型鋪排設(shè)備無法施工的條件下，若需對(duì)灘地進(jìn)行護(hù)底施工，此時(shí)需對(duì)傳統(tǒng)軟體排施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，以應(yīng)對(duì)特殊地段下軟體排護(hù)底。水上人工鋪排適用于狹窄水域且水深較深工況。

3 特殊地域水上人工護(hù)底施工工藝流程

具體施工工藝流程見圖1。

圖1 人工水上鋪排施工工藝流程Fig.1 Construction process flow of artificial water laying

4 施工工藝

4.1 施工方案

1）軟體排鋪設(shè)區(qū)域劃分

根據(jù)實(shí)際測(cè)量好的地形圖劃分軟體排鋪設(shè)區(qū)塊，根據(jù)鋪設(shè)方案中軟體排之間搭接長(zhǎng)度確定每塊軟體排的鋪設(shè)位置，為測(cè)量放樣提供數(shù)據(jù)。

2）根據(jù)潮水確定鋪排時(shí)間

大潮汛期間，施工水域最大流速為2.15 m/s，平潮時(shí)間約1 h；小潮汛期間，施工水域最大流速為1.03 m/s，平潮時(shí)間約3 h。

3）軟體排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟體排是由復(fù)合土工布、橫向砂肋和縱向加筋帶組成的組合結(jié)構(gòu)。

4）針對(duì)深水人工排體的優(yōu)化加工

淤搭接寬度的確定：軟體排鋪設(shè)寬度應(yīng)首先滿足水運(yùn)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，其次考慮施工工藝中現(xiàn)場(chǎng)所能鋪設(shè)的最大寬度，根據(jù)排布包裝、實(shí)際運(yùn)輸及人工排體鋪展能力，軟體排寬度定為40 m。

于為滿足設(shè)計(jì)中相鄰排體現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)后的有效搭接寬度不小于3 m要求，根據(jù)軟體排的伸縮率及現(xiàn)場(chǎng)工況條件，綜合考慮排體在拉伸狀態(tài)下的收縮、水流作用下的卷邊情況及排體沉放過程中誤差，L施工搭接=L設(shè)計(jì)搭接+L收縮長(zhǎng)度+L水流作用下卷邊+ L沉排誤差。

盂系結(jié)受力點(diǎn)的加強(qiáng)處理：不同于人工灘地軟體排鋪設(shè)，深水人工鋪排靠系結(jié)于排體四周尼龍繩拖拽鋪展及定位（詳細(xì)見施工工藝流程），因此排體四周受力點(diǎn)需要做加強(qiáng)加固處理。

榆砂肋條加長(zhǎng)：不同于典型段中砂肋條長(zhǎng)度相對(duì)于軟體排寬度幾乎不需要考慮富裕長(zhǎng)度，深水下人工鋪排工藝中，為保證砂肋條具有良好的壓載效果，砂肋條相對(duì)于軟體排寬度兩端各留有2~3 m富裕量。

4.2 軟體排制作

軟體排由專業(yè)廠商進(jìn)行生產(chǎn)加工。

4.3 施工準(zhǔn)備

1）輔助條件準(zhǔn)備

淤軟體排排邊系好浮標(biāo)，軟體排鋪設(shè)完成后確定下一軟體排鋪設(shè)位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)整。

于軟體排在水中借助海水浮力，由錨艇動(dòng)力及錨艇卷筒拉力提供動(dòng)力進(jìn)行鋪展。因此在施工前期，在軟體排鋪設(shè)范圍外進(jìn)行海錨布設(shè)，布設(shè)數(shù)量依據(jù)實(shí)際軟體排的大小，通州灣地區(qū)軟體排為80 m伊40 m軟體排，現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)3只海錨，可滿足現(xiàn)場(chǎng)軟體排展開所需抓地力。

盂深水人工鋪排前期，由于通州灣地區(qū)砂源較好，現(xiàn)場(chǎng)可就地取砂。鋪排前進(jìn)行吸砂設(shè)備調(diào)試，確保鋪排過程中能夠持續(xù)穩(wěn)定供砂。

2）測(cè)量放樣

不同于人工軟體排鋪設(shè)在實(shí)測(cè)灘地上進(jìn)行旗桿放樣，深水條件下采用GPS踩點(diǎn)后，由施工人員采用人工拋投浮標(biāo)方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)軟體排邊線控制，浮標(biāo)繩索長(zhǎng)度控制在4 m左右，原則為最大水深與小潮汛低潮位之和加上1 m的富余長(zhǎng)度，繩索太長(zhǎng)受潮流影響會(huì)導(dǎo)致浮標(biāo)位置與放樣位置偏差太大，影響鋪排護(hù)底效果，繩索較短則會(huì)導(dǎo)致浮標(biāo)沉入水中無法作為鋪排施工位置依據(jù)。

3）軟體排包裝準(zhǔn)備

深水人工軟體排鋪設(shè)前期，有別于人工灘地鋪排，為提高施工效率，縮短作業(yè)時(shí)間，深水人工鋪排需在陸上將砂肋條穿插好（見圖2）。并在陸上人工將排布沿堤軸線方向卷好，卷排布不同于鋪排船上滾筒式卷排布，陸上人工排布卷排方式見圖3。

4.4 軟體排鋪展及砂肋條充灌

圖2 深水人工鋪排卷排方式Fig.2 The way of artificial deepwater laying and rolling

圖3 現(xiàn)場(chǎng)人工卷排Fig.3 Field artificial rolling

1）軟體排鋪展及定位。將卷好的軟體排借助挖機(jī)等設(shè)備運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)排布位置，垂直堤軸線方向排邊預(yù)留好尼龍繩固定在陸上，另一邊將預(yù)留好的尼龍繩移交至錨艇上施工人員，借助錨艇動(dòng)力將排布浮在水面，借助水的浮力將軟體排慢慢展開，見圖4。排布完全展開后由預(yù)留的海錨通過錨艇上卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行二次定位，確保排布位置準(zhǔn)確。由于軟體排土工布密度小于海水密度，軟體排平展漂浮在水面。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)軟體排展開Fig.4 Field soft mattress scheduling

軟體排受水浮力漂浮在水面，水流對(duì)軟體排定位影響極大，為確保軟體排鋪設(shè)位置準(zhǔn)確搭接符合設(shè)計(jì)要求，故排體鋪展后軟體排水面固定顯得尤為重要。軟體排鋪展后位置漂移主要受水流影響，可從兩個(gè)方面保證軟體排位置準(zhǔn)確：淤選擇合適的軟體排鋪設(shè)時(shí)期，通州灣地區(qū)軟體排鋪設(shè)選擇在小潮汛低潮時(shí)期，小潮汛期間高低潮潮位相差較小，平潮時(shí)間較長(zhǎng)，可施工時(shí)間較長(zhǎng)，低潮水排體距離護(hù)底灘地高程相差最小，可減小排體沉入水底后與設(shè)計(jì)鋪設(shè)位置誤差；于排體鋪展后對(duì)排體進(jìn)行固定，排體上兩側(cè)各預(yù)留6根尼龍繩用于固定軟體排，靠岸3根尼龍繩固定在岸邊已完成充填袋棱體上，另外3根尼龍繩與預(yù)留的海錨相連固定住。具體見圖5、圖6。

圖5 軟體排固定示意圖Fig.5 Schematic diagram of the soft mattress fixing

圖6 現(xiàn)場(chǎng)軟體排固定Fig.6 Site soft mattress fixing

2）砂肋條充灌砂。軟體排定位完成后，將陸上已穿插好的砂肋條抽出，已調(diào)試完成的吸砂船開始吸砂，由事先準(zhǔn)備好的充砂皮龍管塞進(jìn)砂肋條，按順序?qū)ι袄邨l進(jìn)行充灌砂。充灌時(shí)用14號(hào)鉛絲將砂肋袋袖口擰在皮龍管分流口上，打開分流口閥門進(jìn)行充灌。充灌砂肋從一頭充灌，禁止雙向?qū)Τ?，沖灌完成后方能扎緊袋口。砂肋條充灌飽滿過程中，軟體排隨砂肋條重力沉入水底。隨即對(duì)后面砂肋條繼續(xù)進(jìn)行充灌砂，重復(fù)以上過程，最后完成軟體排護(hù)底鋪設(shè)。

4.5 質(zhì)量控制與檢查

1）軟體排鋪設(shè)平面位置質(zhì)量控制

為使軟體排鋪設(shè)在設(shè)計(jì)部位，可在排體兩邊每隔三米位置設(shè)置浮標(biāo)確保軟體排鋪展時(shí)位置的可靠性，且后期可對(duì)浮標(biāo)位置進(jìn)行DGPS采點(diǎn)并在CAD展開取得排體實(shí)際鋪設(shè)位置，與設(shè)計(jì)鋪設(shè)位置進(jìn)行比較檢查。

2）軟體排之間搭接長(zhǎng)度檢測(cè)

為達(dá)到軟體排護(hù)底效果，軟體排之間的有效搭接尤為重要，施工控制10 m搭接，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際潛摸軟體排搭接長(zhǎng)度為4.5 m左右，滿足設(shè)計(jì)要求。

3）軟體排上部壓載可靠性檢測(cè)

南通通州灣軟體排壓載采用網(wǎng)格法袋裝碎石壓載結(jié)合塊石壓載方式，同樣后期進(jìn)行了潛摸檢測(cè)，袋裝碎石壓載效果較好，保證了龍口的順利合龍，說明特殊區(qū)域下水上人工軟體排鋪設(shè)施工質(zhì)量是有保證的。

4.6 軟體排后期壓載

軟體排鋪設(shè)完成后，受潮水連續(xù)漲落影響，排體極易發(fā)生懸掛變形，造成原有灘地甚至軟體排自身破壞。

為保護(hù)好已完成的軟體排，軟體排施工完成后需及時(shí)對(duì)軟體排進(jìn)行壓載，軟體排壓載可用充填袋壓載、袋裝碎石壓載、塊石壓載等方式。

1）充填袋壓載：充填袋壓載采用溝槽兩側(cè)對(duì)拉方式進(jìn)行充砂沉底。此方式適用于水流條件較好且水深條件較低的區(qū)域，充填袋壓載對(duì)排體保護(hù)效果較好，受制于充砂效率及袋體鋪展誤差，充填袋施工效率較低，且對(duì)施工區(qū)域水文條件要求較高。

2）袋裝碎石壓載：采用人工網(wǎng)格定點(diǎn)拋投袋裝碎石。在陸上已裝袋碎石運(yùn)輸至拋石船上，人工劃分網(wǎng)格對(duì)軟體排鋪設(shè)區(qū)域進(jìn)行袋裝碎石拋投壓載，袋裝碎石重量大，拋投時(shí)對(duì)軟體排沖擊小，且施工方便，效率較高，南通通州灣匡圍工程采用袋裝碎石進(jìn)行軟體排工后壓載。

3）塊石壓載：采用拋石船直接對(duì)軟體排上部進(jìn)行壓載，見圖7。水流流速較大且水深條件較深區(qū)域可采用此方法，施工過程簡(jiǎn)單，施工效率較高。但由于塊石本身質(zhì)量較大，拋投過程中對(duì)軟體排沖擊較大，容易造成軟體排破壞。

圖7 軟體排塊石壓載Fig.7 Rubble ballast of soft mattress

5 特殊區(qū)域水上人工鋪排控制要點(diǎn)總結(jié)

1）針對(duì)特殊區(qū)域水上人工鋪設(shè)軟體排的制作：針對(duì)特殊區(qū)域水上人工鋪設(shè)軟體排排布制作，砂肋條相對(duì)于排體寬度兩側(cè)各預(yù)留2~3 m富裕量，保證了砂肋條全局的壓載效果。且四周加筋帶進(jìn)行了加強(qiáng)處理，保證軟體排在水上拖拽鋪展的整體性。

2）施工作業(yè)時(shí)段選擇：深水人工鋪排靠水浮力及尼龍繩固定排布，水流對(duì)排布位置的影響較大，為盡量減小水流對(duì)排布位置的影響，施工時(shí)段選擇要求平潮時(shí)間盡可能長(zhǎng)，故選擇在小潮汛期間的低平潮施工。

3）排布搭接確定：軟體排作為貼合灘地護(hù)灘結(jié)構(gòu)，軟體排之間的搭接長(zhǎng)度直接影響軟體排護(hù)底效果，即L施工搭接=L設(shè)計(jì)搭接+L收縮長(zhǎng)度+L水流作用下卷邊+ L沉排誤差，根據(jù)不同的施工工況，對(duì)收縮長(zhǎng)度，卷邊長(zhǎng)度，沉排誤差需做相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算。

4）軟體排鋪展有效位置控制：前期對(duì)鋪排區(qū)域進(jìn)行鋪排測(cè)量放樣，并用浮標(biāo)做標(biāo)記，施工前對(duì)浮標(biāo)位置進(jìn)行測(cè)量檢查，確保位置準(zhǔn)確。另外，軟體排施工前在排體四周進(jìn)行浮標(biāo)標(biāo)記，軟體排施工完成后及時(shí)對(duì)軟體排浮標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，為下張軟體排施工位置提供數(shù)據(jù)。

5）充灌效果不好的應(yīng)對(duì)措施

水上人工鋪排施工由于砂肋條沖灌過程大部分在水下完成，砂肋條充盈度不同于鋪排船及灘地人工鋪排，充盈度極難控制，且沖灌過程砂肋條受水流影響來回?cái)[動(dòng)，極易產(chǎn)生破壞，如圖8。

圖8 肋條易爆裂位置示意圖Fig.8 Schematic diagram of rib burst location

砂肋條破壞后軟體排失去上部荷載，排體受水流擾動(dòng)難以貼合灘面喪失護(hù)底作用，因此軟體排鋪設(shè)完成后需及時(shí)進(jìn)行上部壓載，確保軟體排護(hù)底效果。

6）軟體排壓載控制：網(wǎng)格法袋裝碎石拋投時(shí)，受現(xiàn)場(chǎng)水流影響，必然產(chǎn)生偏差。因此軟體排上部壓載時(shí)段也選擇在平潮時(shí)間。為減小水流影響，袋裝碎石拋投時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水流流向采用偏位拋投結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)桿探測(cè)的方法。

6 結(jié)語

護(hù)底施工是圍堤工程的基礎(chǔ)，護(hù)底效果直接關(guān)系到上層結(jié)構(gòu)施工的成敗。南通通州灣匡圍工程后續(xù)在此基礎(chǔ)上順利進(jìn)行了龍口合龍，說明水上人工鋪設(shè)軟體排施工技術(shù)是成功的，采取的一系列技術(shù)措施是有效的。水上人工鋪排施工工藝解決了粉砂高灘潮溝類狹窄區(qū)域護(hù)底施工難題。

[1] 耿秀山，傅命佐.通州灣中南部平原淤泥灘岸的地貌特征[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1988（2）：93-104.

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[2]呂亭豫，龔政，張長(zhǎng)寬，等.粉砂淤泥質(zhì)潮灘潮溝形態(tài)特征及發(fā)育演變過程研究現(xiàn)狀[J].河海大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，44（2）：178-188.

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[4] SL 260—2014，堤防工程施工規(guī)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，江蘇南通人，工程師，主要從事港口航道與海岸工程管理工作。E-mail：1292980898@qq.com