紅旗路、B03路基圍埝龍口預留及合龍分析

李俊豐，靳光輝，韓利波

（華北水利水電工程集團有限公司，天津 300170）

1 工程概況

天津南港工業區紅旗路、B03路基圍埝工程是南港工業區2010年重點建設項目，是“雄心壯志建南港”的重要組成部分，也是南港工業區內交通主干道的基礎。工程能否按期完工關系到港池后方吹填造陸及后續招商引資等建設項目的開展。龍口預留及合龍則是本工程施工組織和安排的重要內容和關鍵控制點，也是主體工程的收尾之筆，其重要性不言而喻。

1.1 平面布置

紅旗路呈東西向布置，總長度約3 650 m，原基面高程自西向東為0.8～-2.7 m （1972年大沽高程系，下同），其東端與B03路基圍埝相交于H點。B03路基圍埝呈南北向布置，由3個標段組成，本標段為第2標段（圖中粗線所示），區域范圍為M+100～C-100，位于整個B03路基圍埝中部，長度約4 180 m，原基面高程均為-2.7 m。平面位置，如圖1所示。

1.2 路基結構

B03路基圍埝基礎處理采用砂墊層+排水板結構，主體采用兩側大型充填砂袋、中間吹填散砂的斜坡堤型式，護面采用拋塊石結構，路面為山皮石鋪填（設計頂高程4.0 m），防浪墻采用漿砌石砌筑（設計高程5.0 m）。

圖1 項目區位置示意

B03路基圍埝處于中等水深區，其西為圍海造陸區，圍域面積約10 km2，在如此大的海域內進行大型充填砂袋堤身的龍口預留及合龍，在南港是第一次。龍口預留及合龍既是本工程的關鍵點，同時也是難點，在龍口預留寬度、位置、數量及合龍方案和時間安排上均需進行全方位的思考和方案比較。

2 龍口預留

2.1 龍口功用

龍口根據功能和用途可分為兩種：一種僅為滿足泄水要求；另一種除滿足泄水要求外，還要滿足通航和運輸要求。因紅旗路在B03路基圍埝所圍海域內部，構成其主體工程的大型充填袋所需砂料，需在砂源地開采后由運砂船運至現場。根據合同工期要求，兩條路基圍埝又必須安排平行作業，同步施工。因此，B03路基圍埝的龍口預留除滿足泄水要求外，還要滿足船舶水上運輸和安全要求。

2.2 龍口預留要考慮的問題

龍口預留主要考慮兩個問題：一是龍口布置，應考慮龍口留置寬度、位置及數量；二是龍口結構，主要指龍口防護設計。

2.2.1 龍口留置寬度、位置和數量

龍口留置寬度、數量主要是為滿足由潮汐作用引起的圍區內外水位變化和泄水要求，使路基圍埝在沿海軟基尚未完全排水固結和主體工程尚未完全成型時盡量減小圍區內外水位壓差和較大滲流的不利影響，同時也有利于降低龍口流速，使運輸船舶安全通行。龍口留設位置則主要考慮施工方便、安全和其他要求。本工程龍口預留有以下具體要求：龍口寬度要適當，其納潮和泄流時形成的流速不宜太大，否則容易造成基底沖刷；龍口護底高程盡可能降低，以確保進出施工船舶通行安全。

根據上述思路，結合本工程地處整個B03路基圍埝的位置，防止北側一標段和南側三標段對本工程施工的影響和干擾，將龍口留置于本標段內部。

根據數模計算和分析，確定龍口預留總寬度宜為300 m。因B03路基圍埝走向一致，基底高程相同，因此單寬泄水量基本相同。根據這一前提條件，并考慮施工期間船舶運輸要求，相應有3種龍口留設方案，分別為在B03路基圍埝上留設1個300 m龍口、2個150 m龍口或3個100 m龍口。考慮到龍口留置數量增多必然會增加龍口端頭防護數量和龍口周邊護底面積，因此在保證安全和使用功能的前提下，為降低施工措施成本，龍口數量宜盡量少設。綜合考慮多方面因素，最終確定在紅旗路與B03路基圍埝交接處H點兩側各150m范圍預留1個龍口。

2.2.2 龍口防護設計

龍口結構設計是龍口自身防潮流沖刷和抗浪的內在要求。受漲退潮影響，路基圍埝預留龍口處有破壞作用的水流主要有 “底部流”“繞堤流”和 “沿堤流”，其流速大小均與龍口內外水位差或水力坡降相關。“底部流”是指在龍口寬度范圍沿海底運動的潮水流，其流速在預留期一般不是太大，但在合龍期，隨著泄流斷面減小和水位差、水力坡降的增大，其流速將增大很多，對龍口基底和周邊海床影響較大。“繞堤流”是指潮水在漲退過程中沿龍口端頭運動的水流，主要對龍口端頭結構物造成影響。“沿堤流”是在龍口端頭兩側各一定長度范圍內有明顯運動速度的水流，其特點是距端頭越近，流速越大，反之越小。

龍口留置時間一般較長，在漲退潮形成的往復流長期作用下，若不采取有效措施，龍口周邊海床極易形成沖溝，從而導致地基承載力和抗剪強度大大降低，嚴重危及合龍期主體加載和路基圍埝自身穩定。因此，龍口自身及其周邊應采取必要的保護措施，防止龍口處基底、端頭和周邊海床遭受沖刷破壞。

結合B03路基圍埝工程設計和施工要求，最終采取以下龍口預留方案：先進行砂墊層拋填和塑料排水板打設，然后按設計圖紙鋪設1層土工格柵，并進行底層大型充填砂袋施工，其厚度控制在30～50 cm。為避免過往船只對充填袋造成破壞，先在充填袋上鋪設1層600 g/m2土工布軟體排，并拋填30 cm片石壓護，施工完成后再利用測深儀對龍口處高程進行實測，以獲取準確數據，確保船只通行安全。最后，對龍口兩側端頭及受水流影響較大的堤身范圍進行適當防護，防止水沖、浪掏。

另外，龍口預留期間，還應定期對龍口及周邊海床地形進行水下測量，特別是出現潮位異常、增水和風暴潮后，應及時對龍口周邊進行測量，對比地形變化，當發現龍口護底及海床遭受沖刷時應及時采取有效補救措施。

3 龍口合龍

在海域內進行預留龍口的合龍不同于江河截流，一般江河水流流向常年保持一致，由上游向下游單向流動，且一年四季中河道流量與季節降水量關系甚密，截流時間一般選擇在枯水期，并與臨時施工導流相結合。而在海域內進行龍口合龍，水流受圍區內外水位差的影響，往往在龍口處呈現與漲退潮步調不相協調的往復流，表現在龍口處水流有時與漲退潮方向一致，有時相反，這與龍口在不同時期的寬度和泄水斷面大小有關。龍口寬度和泄水斷面越大，龍口水流流向與漲退潮方向一致性越大，反之越小，這是在合龍的各個時期必須考慮的一個重要影響因素。

3.1 合龍方案設計

3.1.1 總體方案

因本工程不僅僅是為了滿足吹填而修建的圍埝，其主體吹填砂還是今后永久干道的基礎，因此保持路基材料的相對一致性和避免路基的不均勻沉降是保證路基工程質量的重要前提。根據這一理念和為業主單位負責的精神，我們沒有采納原設計拋石合龍參考方案，而是結合圍埝外側的拋石護坡，構思出在大型充填袋外側先施做臨時擋潮（水）石壩，并在石壩內側按原設計的結構型式和斷面進行主體大型充填袋和堤心散砂吹填施工。

3.1.2 拋填石壩施工步驟

結合工程特點和運輸條件，排除了陸上運輸，確定了拋填石料主要靠船運解決。

經公司及項目部技術人員共同研究，最終確定了“平立結合”的施工方法：首先在龍口長度方向，先平拋護底塊石至低平潮位，采用3艘大型拋石船，由內向外同步進行；然后采用3艘中型拋石船分段拋填小石壩，拋填高程以超出施工期最高潮位0.5 m為宜，石壩寬度控制在3 m，石壩分段長度和間距控制在20 m左右，最終使整個龍口的泄水斷面呈齒形，其優點是在實現分流效果和降低龍口流速的同時不會減少拋石作業面和拋填強度，有利于快速合龍；最后組織3艘中型拋石船將齒形過水通道依次封堵，最終實現龍口石壩閉合；在龍口石壩內側進行簡單閉水處理，最后進行路基主體充填砂施工；主體工程完成后，按設計斷面將臨時石壩整理為護坡塊石。

3.1.3 合龍時機選擇

合龍時機選擇主要結合總體部署和施工進度安排確定，從施工整體考慮，一般選擇在潮差小、大風和大霧較少的季節，但潮位應能滿足船舶運輸要求。

3.2 合龍施工組織

3.2.1 合龍準備

龍口合龍是整個工程的關鍵環節，也是南港當年度的重要任務目標，其施工難度大、風險高，對船機設備、材料組織、現場管控和技術能力要求均較高，必須根據本工程的工況條件、氣象、潮汐特征等，仔細研究和分析各施工階段可能會遇到的各種問題，制定具體的應對措施和方法。其準備工作總結如下：做好人員組織準備，明確職責，落實責任；做好技術準備，制定可行的施工技術方案，做好施工前的技術交底，同時提前做好龍口基底及周邊防護，必要時加大龍口護底范圍，防止水流對基面造成破壞性沖刷；根據天氣、潮汐及海浪預報，確定最佳合龍日期；選擇船況良好且抗風浪能力強的拋石船舶和配套機械，配備強勁的錨纜系統；合龍用料留足備用量，現場應保證至少有3艘拋石船待命。

3.2.2 船舶定位時機選擇

受庫區龍口泄水和潮水漲退雙重影響，龍口處往往形成與漲退潮步調不一致的往復流，隨著合龍進行，由漲退潮形成的內外水位差都會對船舶就位與作業造成影響，因此船舶的最佳定位時機應選在漲潮及庫區內外水位相差不大時進行。船舶定位后，應充分利用高平潮時段突擊拋填，為提高拋填強度，每艘拋石船應至少配備2臺挖掘機。

3.2.3 拋填注意事項

龍口合龍從某種意義上等同于工程搶險，因此必須快速就位、高效拋填、拋點準確、定點定量。

（1）快速就位：根據潮汐水位確定好最佳就位時機后，要及時組織船機迅速定位，多船同時進行時要按次序進行并做好相互協調。

（2）高效拋填：要求船機就位后，快速進行拋填施工，各船石料要在同一個平潮期完成，否則不僅影響施工進度，也增大了船機安全風險和合龍風險，可采取配備多臺機械設備保證。

（3）拋點準確、定點定量：該要求難度較大，若做得不好，挽救起來費時費力。因前期護底拋石達到一定高度時會對后續船舶就位造成很大影響，若前期拋石位置及斷面不準確，不僅難以保證拋投斷面和軸線，也造成很大的石料浪費，增加合龍難度和施工成本。為避免上述影響，可采取2種方法克服：一是第一批船舶定位拋填后不再撤離，而是作為臨時水上施工平臺，后續船舶通過平臺中轉倒運拋投石料；二是若條件具備時，可考慮在龍口兩端設臨時石料場，采用陸上倒運與水上拋填相結合的方式合龍。