李 波

（上海宏渠工程咨詢監(jiān)理有限公司，上海市 201301）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地資源越來(lái)越緊張，已經(jīng)成了制約各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。為解決土地緊缺問(wèn)題，拓展經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間，各地都提出了“向海洋要土地”的觀點(diǎn)，以增加土地后備資源[1]。向海洋要地，就是在沿海灘涂開(kāi)展圈圍造地工程。該工程就是在灘涂上筑堤御水，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、圍堤、吹填和后期開(kāi)發(fā)利用。

上海市地處東經(jīng)120°52’～122°16’、北緯30°42’～31°48’，長(zhǎng)江與錢塘江入海匯合處，豐富的灘涂資源有利于更好地緩解土地緊張，為后續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造條件。為此，我們開(kāi)展了臨港新城灘涂圈圍造地工程。該工程位于浦東新區(qū)蘆潮港，海域風(fēng)急浪高，水流紊亂渦旋。灘涂低、沙灘軟、工程險(xiǎn)，又成為該區(qū)域圍墾的特點(diǎn)[3]。正是在這種工況下，開(kāi)始實(shí)施200 a 一遇高潮位的一線圍堤、吹填施工。

本文主要對(duì)此次圈圍造地實(shí)施中碰到的技術(shù)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行簡(jiǎn)單剖析。

1 裸吹

1.1 裸吹施工的意義

裸吹是先行采用挖泥船將外?；蛲夂幽嗌惩ㄟ^(guò)絞吸式挖泥船上的大型泥漿泵取沙后，通過(guò)管道運(yùn)輸至預(yù)定區(qū)域，抬高灘勢(shì)，為后續(xù)圍堤施工和灘地開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，裸吹具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義：

（1）抬高灘勢(shì)，減小有效庫(kù)容，降低進(jìn)出庫(kù)區(qū)的潮水量與平潮時(shí)間，大大降低龍口合龍風(fēng)險(xiǎn)。

（2）有效解決了圍堤施工與龍口合龍的優(yōu)質(zhì)沙源問(wèn)題。

（3）通過(guò)優(yōu)質(zhì)沙置換庫(kù)區(qū)淤泥層，尤其是主堤軸線、促淤壩側(cè)的溝壑等不良地質(zhì)層。

（4）采用高灘圍堤，有效降低了施工風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)成本。

（5）能夠有效縮短建設(shè)工期，提前開(kāi)發(fā)利用土地，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 裸吹施工

1.2.1 方案分析

本次圍堤位于杭州灣與長(zhǎng)江口交匯處的南匯嘴，海域水文條件、氣象條件惡劣，風(fēng)大、浪高、流態(tài)急而紊。堤線位置又在吳淞零米線上下，屬低灘圍墾。與高灘圍墾相比，低灘圍墾工程必須趕潮施工，有效作業(yè)時(shí)間短，且作業(yè)地點(diǎn)遠(yuǎn)離岸線，因此施工難度要大得多[4]。同時(shí)，此堤線位置地質(zhì)條件差，存在3～5 m厚的淤泥質(zhì)，有8 個(gè)6～10 m 的淤泥深坑。每個(gè)坑的面積在100 m×200 m 左右，屬不良軟弱地基。在如此惡劣的區(qū)域根本無(wú)法采用陸上地基處理方法。若采用常規(guī)的水下處理方法，則工藝復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)高，周期長(zhǎng)，造價(jià)高。經(jīng)過(guò)方案比選、論證，決定采用優(yōu)質(zhì)外來(lái)沙進(jìn)行置換。

大堤施工用沙（含深坑處理、合龍備沙等）約650萬(wàn)m3，再加上吹填用沙，總計(jì)約5 400 萬(wàn)m3，都要求優(yōu)化施工工藝與步驟，盡快解決沙源問(wèn)題。3～5 m 厚的淤泥層又給就近取沙施工帶來(lái)障礙與不太可能。至此，決定先行實(shí)施裸吹。

裸吹需解決的技術(shù)問(wèn)題如下：

（1）落潮時(shí)，大量泥沙被潮水帶走，流失量較大。經(jīng)過(guò)分析，采用的措施包括：漲潮吹，落潮停；重點(diǎn)地段、關(guān)鍵部位先吹；促淤壩內(nèi)側(cè)拋填碎石濾層，減少塊石之間的空隙，并在壩體內(nèi)側(cè)設(shè)置土工布濾層等。

（2）促淤壩內(nèi)側(cè)，細(xì)顆粒泥沙回淤沉積會(huì)對(duì)大堤基礎(chǔ)穩(wěn)定帶來(lái)不利影響。經(jīng)分析，決定后期再采用地基處理、鎮(zhèn)壓等措施解決。

（3）經(jīng)濟(jì)成本分析：考慮到裸吹降低合龍風(fēng)險(xiǎn)，提供優(yōu)質(zhì)沙源，縮短工期，降低成本，與流失量造成的損失相比，仍然是經(jīng)濟(jì)的。

（4）取沙與回淤分析：結(jié)合該區(qū)域吹沙施工經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)1974年以來(lái)的灘地測(cè)量資料、水文泥沙潮流同步測(cè)驗(yàn)資料的分析研究，摸索出灘地沖淤的規(guī)律，特別是吸取了南匯嘴附近及蘆潮港兩側(cè)，即受沖刷的杭州灣岸邊圍墾取沙的經(jīng)驗(yàn)。在杭州灣岸邊南段大堤外500 m 左右灘地做取沙試驗(yàn)，挖坑深5～6 m。經(jīng)半年時(shí)間的跟蹤測(cè)量，取沙坑經(jīng)過(guò)漲落潮，泥沙回淤可恢復(fù)到原狀。對(duì)坑中泥沙進(jìn)行取樣分析，大多為粉砂土。經(jīng)驗(yàn)證明，通過(guò)精心組織，合理布置取沙開(kāi)挖位置，加強(qiáng)觀測(cè)，就近取沙是可行的[5]。

1.2.2 裸吹施工

（1）設(shè)備選型。針對(duì)本工程的吹填規(guī)模與具體要求，決定從荷蘭租賃絞吸式挖泥船10000 型“奧利安”號(hào)和8000 型“諾西”號(hào)，以及國(guó)產(chǎn)“福岷9 號(hào)”絞吸式挖泥船正式投入吹填作業(yè)。該大型挖泥船可排沙5～7 km，抗風(fēng)性能好，可在7 級(jí)風(fēng)下正常作業(yè)，工作效率高，有效工作時(shí)間長(zhǎng)，為裸吹的實(shí)施提供了保障。

（2）裸吹施工。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，離新筑大堤外1～1.5 km，距庫(kù)區(qū)吹填中心約5 km，采用跳隔式取沙。實(shí)際施工中嚴(yán)格控制好位置、深度、間距等參數(shù)，嚴(yán)防挖坑串通，形成深溝。

經(jīng)過(guò)船舶就位，管線鋪設(shè)和施工方案審批后，開(kāi)始向圍區(qū)內(nèi)吹沙施工。對(duì)大堤軸線附近、深坑位置等重點(diǎn)位置，通過(guò)測(cè)量定位重點(diǎn)吹填，及時(shí)跟蹤。淤泥經(jīng)過(guò)反復(fù)擠壓，不斷置換，以及大容量、快節(jié)奏的連續(xù)吹沙，灘地土質(zhì)得以改善，圍區(qū)內(nèi)灘勢(shì)得以普遍抬高，吹填效果明顯。

1.3 效果

根據(jù)《補(bǔ)充工程調(diào)查報(bào)告》分析，大堤軸線區(qū)域淤泥層得以置換，土質(zhì)改善；深坑淤泥質(zhì)已經(jīng)置換，填平。

經(jīng)2003—2007年連續(xù)5 a 水下地形觀測(cè)資料分析，6～7 m 深的取沙坑經(jīng)過(guò)2 a 左右的時(shí)間，已全部淤平恢復(fù)原狀。證明取沙坑對(duì)灘地環(huán)境未產(chǎn)生不利影響[5]。

灘勢(shì)變化簡(jiǎn)況如下：

（1）總趨勢(shì)情況：筑堤后原拋石順壩側(cè)沿堤流產(chǎn)生的沖刷槽溝已消失，從-2 m 淤高至0 m 以上，0 m線外移。

（2）結(jié)合測(cè)量橫斷面分析，6～7 m 深的取沙坑，歷經(jīng)1 a 后已全部淤平，恢復(fù)原狀。

（3）南匯嘴近大堤外側(cè)由于受漲落潮頂沖影響，形成的一塊南北長(zhǎng)約2 km、東西寬0.6 km、深2 m左右的凹槽，現(xiàn)已淤高了近2 m，范圍也未擴(kuò)大，處在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，目前對(duì)大堤未構(gòu)成不利影響。

（4）大堤外坡腳至保灘順壩之間40 m 寬的保護(hù)帶、灘地已淤高，防浪作物生長(zhǎng)良好，起到了防浪保灘作用。

2 多庫(kù)區(qū)合龍

龍口是隨著圍堤堤身（充泥管袋棱體）進(jìn)占，最后實(shí)施的按設(shè)計(jì)要求預(yù)留的納潮口。龍口兩側(cè)和納潮口上部均應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定、袋體抗沖刷與防老化等功能。當(dāng)圍堤施工進(jìn)占到一定規(guī)模，具備合龍條件時(shí)，就要多庫(kù)區(qū)及時(shí)合龍，迅速閉氣加固龍口。

2.1 方案分析

2002年12月初，圍堤一階段工程T1、T2 標(biāo)（即①庫(kù)區(qū)、②庫(kù)區(qū)）主堤具備合龍條件，但此時(shí)T3、T4標(biāo)（即③A 庫(kù)區(qū)、③B 庫(kù)區(qū)）施工滯后，不具備合龍條件（見(jiàn)圖1）。經(jīng)過(guò)技術(shù)分析，如果在這次小潮汛進(jìn)行T1、T2 標(biāo)合龍，T3、T4 標(biāo)因施工滯后，無(wú)法完成合龍，則必然經(jīng)過(guò)至少一個(gè)大潮汛（每月均有天文大潮）。當(dāng)天文大潮到來(lái)時(shí)，風(fēng)急浪高，2#隔堤工況分析見(jiàn)圖2、圖3。（2#隔堤2.4 m 潮位為合龍后庫(kù)區(qū)的維持水位，4.0 m 潮位為根據(jù)當(dāng)期潮汛表、龍口寬度、流速、時(shí)間等計(jì)算后的預(yù)估潮位）

圖1 平面示意圖

圖2 2#隔堤高潮位分析圖

圖3 2#隔堤低潮位分析圖

2# 隔堤一旦潰堤或出現(xiàn)缺口，1# 隔堤亦將不堪重負(fù)，合龍徹底失敗，影響非同尋常。最終采取的合龍方案為：等下一個(gè)小潮汛，即1月10 日后，再進(jìn)行多庫(kù)區(qū)合龍。T1、T2 標(biāo)應(yīng)將合龍準(zhǔn)備工作再細(xì)化、落到實(shí)處；T3、T4 標(biāo)加快施工進(jìn)度的同時(shí)，落實(shí)好合龍各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

2.2 合龍準(zhǔn)備

（1）外棱體全線高程達(dá)到5.5 m 以上，內(nèi)棱體達(dá)到4.5 m 以上，堤芯土達(dá)到3.5 m 以上。

（2）反濾布、碎石袋等搶險(xiǎn)物資，以及有關(guān)人員，應(yīng)按計(jì)劃落實(shí)到位。

（3）人員、設(shè)備準(zhǔn)備充分。預(yù)留備用設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、泥漿泵等。

（4）吹泥、照明用電專人看管，確保通暢、安全。

（5）沙源質(zhì)量要優(yōu)且有余量，預(yù)備量要在合龍用沙的1 倍以上。

（6）排水管、單向閥安裝完成，滿足要求，并能正常發(fā)揮調(diào)節(jié)庫(kù)區(qū)水位的作用。

（7）歷史同期及當(dāng)期潮汛預(yù)報(bào)資料。

（8）經(jīng)審批同意的專項(xiàng)施工方案和應(yīng)急預(yù)案等。

2.3 合龍施工

合龍施工是指對(duì)設(shè)計(jì)預(yù)留的納潮口進(jìn)行吹高加固，一線大堤聯(lián)通并基本成型，能夠有效阻擋潮水再次進(jìn)入庫(kù)區(qū)。

2.3.1 工藝流程

合龍工藝流程，見(jiàn)圖4。

2.3.2 合龍施工

圖5 中點(diǎn)A 代表第一層吹泥袋（494 m3）從1月10 日19 點(diǎn)15 分吹至23 點(diǎn)15 分結(jié)束，袋頂高程2.5 m。隨著工作面的展開(kāi)和設(shè)備的增加，在高潮2.47 m（見(jiàn)圖5）到來(lái)時(shí)，水位以上已有兩層管袋鎮(zhèn)壓，無(wú)安全隱患；下一個(gè)高潮到來(lái)時(shí)，管袋已按設(shè)計(jì)要求達(dá)到5.5 m 高程以上。

圖5 合龍施工過(guò)程線示意圖

2.4 龍口保護(hù)及后續(xù)施工

（1）外海側(cè)棱體保護(hù)：用碎石包壓反濾布，反濾布寬度大于3 m，頂部壓在第一層袋下，外坡底壓塊石，臺(tái)階壓碎石包。

（2）加快堤芯土吹填，同時(shí)加快內(nèi)、外棱體吹填，確保大堤安全、穩(wěn)定。

（3）加高龍口處原促淤壩斷面，提高消浪作用，以阻擋并減輕風(fēng)浪正面對(duì)大堤的沖擊。

（4）排水口應(yīng)有人專門管理，按需將水位調(diào)節(jié)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（5）龍口合龍后，加強(qiáng)巡視檢查，防止管涌與潰堤現(xiàn)象發(fā)生。

（6）盡快組織大方腳與護(hù)坡施工，徹底穩(wěn)固一線大堤。

3 大堤堤基處理

二階段圍堤工程F—K 點(diǎn)計(jì)3 939 m，早在2002年初進(jìn)行水下測(cè)繪時(shí)就獲知有10 余處深坑。其中8處深且范圍大，最深處達(dá)吳淞-9 m 多，位置均在一線防汛大堤軸線附近。后來(lái)裸吹施工時(shí)，泥沙在潮水作用下分離，粒徑較大的沙在灘涂上沉積，抬高灘勢(shì)，較小的沙顆粒隨落潮水和波浪向外海漂移。深坑淤泥因定點(diǎn)高強(qiáng)度的吹填而得以置換，坑深與灘地淤泥質(zhì)土層均有改善。而促淤壩處，因流速減慢，淤泥質(zhì)沉淀，原溝壑土質(zhì)變化不大。

雖進(jìn)行定點(diǎn)裸吹，淤泥層擠壓置換，但土質(zhì)短期很難固結(jié)穩(wěn)定，再加上后續(xù)棱體持續(xù)吹高、荷載增加，難免出現(xiàn)棱體塌方和軸線位移的情況。事實(shí)證明，上述現(xiàn)象確實(shí)出現(xiàn)了。根據(jù)畢肖普法計(jì)算土坡穩(wěn)定性，分析了滑移的幾種不利工況，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終確定了如下措施：

3.1 堤前反壓

在促淤壩至大方腳之間鋪設(shè)吹泥管袋鎮(zhèn)壓，鎮(zhèn)壓層頂高程4.0 m，確保大堤在上升過(guò)程中不會(huì)因淤泥被迅速擠出而引發(fā)大堤沉降，繼發(fā)滑移失穩(wěn)。同時(shí)，使淤泥在相對(duì)“封閉”下均勻受壓，緩慢排水而逐步固結(jié)密實(shí)。

3.2 鋪設(shè)土工格柵

使土體受力均勻，提高抗拉、抗剪與穩(wěn)定性，加快排水，避免因沉降不均而發(fā)生袋體爆裂和袋體間相對(duì)滑動(dòng)失穩(wěn)。

3.3 加寬外平臺(tái)

原設(shè)計(jì)外平臺(tái)寬度為5 m，根據(jù)畢肖普土體抗滑移法，計(jì)算出平臺(tái)加寬至15 m，灘地鋪設(shè)至4.0 m 高程的鎮(zhèn)壓層后，下部抗滑移安全系數(shù)為3.52。此時(shí)平臺(tái)以上的抗滑移安全系數(shù)為1.15，均可滿足設(shè)計(jì)安全和穩(wěn)定可靠要求[2]。15 m 寬平臺(tái)及增設(shè)的鎮(zhèn)壓層，增大了接觸面，有效地抵抗滑移，讓淤泥層在壓力下逐漸排水固結(jié)，提高了壩體的穩(wěn)定性與抗風(fēng)浪能力。

3.4 控制加載

在施工過(guò)程中對(duì)整個(gè)壩體（堤身）加載速率進(jìn)行有效控制。明確了緩加壓、慢施工與二快二慢的施工方案。在放慢施工節(jié)拍的同時(shí)，鎮(zhèn)壓層要快，壩體慢；壩體與鎮(zhèn)壓層高差在3 m 內(nèi)時(shí)要快，3 m 以上時(shí)要慢。同時(shí)，密切做好大堤沉降、位移監(jiān)測(cè)與安全巡視等工作。

在實(shí)際施工過(guò)程中，每50 m 設(shè)沉降觀測(cè)斷面，進(jìn)行每日觀測(cè)，分析數(shù)據(jù)，成功渡過(guò)汛期，最終獲得成功。

4 結(jié)語(yǔ)

灘涂圈圍造地工程風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并存，施工階段要時(shí)刻關(guān)注潮位、氣象，與潮水搶時(shí)間，搶進(jìn)度。尤其合龍閉氣，一旦滯后將功虧一簣。對(duì)于吳淞高程2.0 m以下灘地、土質(zhì)較差或沙源不足等情況，均可以先行實(shí)施裸吹，或在筑堤時(shí)同步進(jìn)行。多庫(kù)區(qū)合龍主要針對(duì)圈圍面積大、庫(kù)區(qū)劃分多且緊鄰、庫(kù)區(qū)間相互牽制，若單一合龍則風(fēng)險(xiǎn)大、成功率低。堤基處理應(yīng)根據(jù)灘涂土質(zhì)，技術(shù)上科學(xué)合理，施工上可操控，具體實(shí)施則應(yīng)組織嚴(yán)謹(jǐn)、協(xié)調(diào)一致。

因施工中要受制于水文、地質(zhì)以及各種不可預(yù)見(jiàn)因素的影響，沿海各地碰到的技術(shù)問(wèn)題很難一致。本文僅就上述三個(gè)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行闡述，望能為今后圈圍工程提供借鑒與參考。