福寧灣圍墾工程堵口實例分析

劉震

福寧灣圍墾工程堵口實例分析

劉震

（福建省水利建設中心 福建福州 350001）

該文從福寧灣圍墾工程的自然地理位置、潮汐、地質、地形、施工條件等方面進行堵口時間和位置的分析確定，通過堵口水力計算等研究分析，提出堵口截流、閉氣施工程序和步驟，實現了該工程一次性堵口截流、閉氣成功。文章總結了該工程堵口成功的條件和經驗，為以后類似的工程提供了經驗和參照。【關鍵詞】 堵口 截流 閉氣 水力條件

1 工程概況及特點

1.1 工程規模

福寧灣圍墾為大型省重點圍墾工程，位于霞浦縣福寧灣內，面向東海，堤線朝向開敞式海域，距城關6km。海堤全長5434m，南北兩岸水閘各一座，其中北岸松山水閘為10孔×5m，南岸南岐山水閘為7孔×5m，圍墾面積34100畝。工程建成后，可提供農業種植16400畝，水產養殖7460畝，建設用地2600畝，滯洪區7640畝。

海堤、排洪閘和納潮閘按三級水工建筑物設計，工程批復總概算為34789萬元。

1.2 自然條件概述

水文氣象：本區屬亞熱帶海洋性季風氣候，夏季多西南風，冬季多東北風，每年7～9月為臺風季節，每年受影響或登陸臺風有2～3次，最大風力超12級。年平均降雨量1430mm，多年平均最大24小時暴雨量116.7mm。墾區上游集雨面積120km2， 10年一遇洪水總量2306萬m3，10年一遇洪峰流量842m3/s。

潮汐：根據三沙海洋觀測站連續42年來實測資料統計，多年平均最高潮位3.74m（黃零標高，下同）多年平均最低潮位-3.48m，50年一遇設計高潮位4.43m，歷年最高潮位4.4m，歷年最低潮位-3.71m，最大潮差8.04m。

1.3 堵口段地形地質

地形：堵口段大口門位置在樁號2+400～ 3+200，寬度800m,小口門位置在樁號2+600～3+000。堵口段灘涂面高程-2.2～-2.4m，處于整條堤線地形最低堤段，也是堤線中間堤段。

地質：堵口段位置軟弱土層厚度為17.1～17.4m，地質條件較差，含水量46.98～51.77%，直剪快剪Cq=8.5～15.0KPa,φq=1.0～2.0o。

1.4 主要特點

福寧灣圍墾工程特點表現在自然條件惡劣，體現在三個方面：

（1）堤線長，海堤總長5434m，中間沒有島嶼或島礁依托連接南北兩岸；

（2）海堤朝向開敞式海域，受外海涌浪影響；

（3）海堤基礎地質條件差，持力層為深軟基，為淤泥和淤泥質土層，厚度17～18m。

2 堵口前施工現狀25

福寧灣圍墾工程于2008年4月18日開工，至2011年10月17日止，工程形象進度為：

2.1 海堤工程

2.1.1 南側海堤（3+200～5+434）

（1）堤身山土：樁號3+200～5+434堤段山土達到6.0m高程。

（2）外坡護面：樁號4+350～5+300堤段下坡面和4.5m高程平臺丁砌條石護面已完成。

2.1.2 北側海堤（0+000～2+400）

（1）堤身山土：樁號0+000～2+400堤段山土達到6.0m高程。

（2）外坡護面：樁號0+060～1+500堤段下坡面和4.8m高程平臺護面已完成。

2.2 水閘工程

南北兩岸水閘已完建并安裝調試，閘門啟閉自如，可根據需要調節墾區水位。

2.3 口門段（2+400～3+200）施工

（1）拋石護坦：堵口段外海側拋石護坦基本完成。

（2）截流堤：南岸拋石截流堤已進占至樁號2+900處，北岸已進占至樁號2+800處，截流堤頂高程4.0m，形成寬度100m的小口門，口門底檻高程2.5m，基本上做到小潮期間不過流。

（3）閉氣體：樁號2+400～2+700堤段山土達到3.5m高程，樁號3+100～3+200堤段山土達到3.5m高程，閉氣體口門寬度約400m。

（4）閉氣體護底：堵口段內海側閉氣體底部采用小型袋裝砂包壓頂進行護底，護底高程在-0.5～0.0m。

（5）堵口段：樁號2+600～3+000的堵口段內壓載拋石已施工至-0.5m高程，準備加高至0.5m設計高程。

3 堵口擬定時間、位置

3.1 堵口時間段

根據自然條件，潮汐變化規律及現場施工狀況，該工程堵口時間選擇：11月29日～12月1日（農歷十一月初五～初七）完成截流堤拋石合攏，12月20日（農歷十一月二十六）前完成閉氣。

3.2 口門位置、寬度

堵口位置選擇應考慮地形、地質、水力條件和料場等因素，一般應選擇在地質條件較好和地勢較低的堤段。從該工程地形、地質、水力條件、料場分布、施工運輸等方面綜合考慮，堵口段選擇在堤線中部附近，即樁號2+600～3+000堤段。

堵口段寬度400m，兩側各留50m過渡段。堵口段灘涂面高程相對較低，為-2.2～-2.4m，地質條件與兩側海堤相當，水力條件尚好，口門位置便于南北兩岸土石料運輸，對南北兩岸同時進占有利。

4 堵口基本條件分析

4.1 堵口前應具備的基本條件

（1）海堤堤頂高程：海堤全線（堵口段除外）按設計全斷面堤頂高程達到5.5m以上，且堤身觀測穩定。

（2）堵口段護底：堵口段外護坦拋石、人工排鐵籠按設計圖完成，截流堤底檻抬至2.0m設計高程。閉氣體護底采用充灌袋砂，設計高程在-0.27m～-0.23m。

（3）水閘工程：水閘要基本建成通水，做到水閘啟閉自如，水流進出暢通無阻。

（4）海堤護坡砌筑：海堤全線（堵口段除外）外護坡砌筑高程達到5.0m高程以上，以防止冬季大潮和外海涌浪沖擊。

（5）海堤沉降、位移觀測：要求海堤地表垂直沉降≤10mm/日,地表水平位移≤5mm/日。

4.2 堵口施工期自然條件分析

（1）潮水：從2011年10月至2012年6月這一時段，高潮位逐漸降低，且這一時期為年內中小潮期，大潮高潮位不超過3.4m，小潮高潮位不超過2.6m，有利于外護坡砌筑和閉氣山土填筑。

（2）臺風浪：時適2011年臺汛期已過，此時至2012年5月這一時段內，海堤不會遭受臺風暴潮襲擊，但會受到冬季大潮和外海涌浪的一定影響。

（3）降雨：從10月至2012年春節期間，降雨較少，有利于堵口段山土填筑、合攏閉氣。

總體來看，堵口前施工現狀和海堤沉降、位移觀測值基本滿足了堵口具備的條件，同時考慮從10月至2012年春節期間進行堵口施工有利于堵口段截流閉氣，堵口合攏后有較充裕的時間進行護坡砌筑，迎接來年的防臺度汛。

5 堵口水力計算

堵口水力計算是推求堵口過程內港水位隨時間的變化，以及在壓縮、抬高口門底檻過程中各水力要素（流速V、落差Z、單寬流量q）的變化規律，為做好口門防護和選擇堵口截流施工程序提供水力條件依據。

5.1 堵口施工期潮位資料分析

（1）堵口截流閉氣期間潮位情況

據三沙海洋站觀測資料分析預報，2011年11月潮位特征如下：月內大潮期間最高潮位2.93m，出現在11月26日（農歷十一月初二）10時13分；最低潮位：-3.72m，出現在11月26日（農歷十一月初二）3時58分；最大潮差6.65m。月內小潮期間最高潮位2.36m，出現在11月14日（農歷十一月十九）5時24分；最低潮位：-2.58m，出現在11月14日（農歷十一月十九）11時36分；最大潮差4.94m。

（2）堵口設計潮型選擇

本工程堵口施工期擬定在2011年11月20日至12月20日近2個月（農歷十月二十四～十一月二十六）小潮期間進行。堵口前預留的口門要經歷11、12月期間大潮沖擊。為此，需分別選擇堵口施工期大小潮型。

堵口設計大潮型：根據三沙海洋站1964～2005年歷年11、12月月內大潮期間的高潮位及對應的低潮位序列資料統計，取其平均值，并結合目前施工現場潮位實際情況，來選取施工期堵口設計大潮型的特征值。選擇的施工期堵口設計大潮型曲線的高潮位為3.40m，相應的低潮位取-3.70m。

堵口設計小潮型：同樣在歷年11、12月月內小潮期間，采用與堵口設計大潮型選擇相同的原則，來選取施工期堵口設計小潮型的特征值。選擇的施工期堵口設計小潮型曲線的高潮位為2.50m，相應的低潮位取-2.60m。

5.2 堵口水力計算

根據水量平衡原理進行堵口水力計算，采用的計算公式為：

［Q內±（Q閘+ Q泄+ Q滲）］·Δt=V2-V1

式中：

Q內—計算時段內內陸流域來水平均流量，m3/s;

Q閘——計算時段內水閘泄水平均流量，m3/s;

Q泄——計算時段內龍口溢流平均流量，m3/s;

Q滲——計算時段內龍口堆石體滲流平均流量，m3/s;

Δt——計算時段，可取900～1800s；

V2 ——計算時段末內港庫容量，m3；

V1——計算時段初內港庫容量，m3。

根據上述堵口設計大、小潮型和庫容曲線，按照上述公式采用電算法計算內港水位過程線和龍口各水力要素，計算時考慮堵口期間兩岸水閘均參加分流。

將上述大小潮型水力計算成果繪成等值線圖，見圖1、圖2。

圖1 大潮型（大口門）水力計算等值線圖

圖2 小潮型（小口門）水力計算等值線圖

6 堵口截流施工程序

6.1 大口門施工程序

樁號2+400～3+200堤段為大口門，寬800m。樁號2+600～3+000堤段為小口門，寬400m。根據堵口施工期大潮型水力計算成果和大潮型（大口門）水力計算等值線圖，由大口門向小口門壓縮過程中，隨著口門底檻抬高，口門流速逐漸降低，當底檻高程-2.0m抬至+2.0m時，潮水流速由5.15m/s降至2.78m/s，流量逐漸減小，單寬流量由19.60 m3/s降至2.60m3/s。采用平立堵結合的方法，按下述（1）、（2）、（3）、（4）程序依次進行：

（1）平堵:大口門樁號2+400～3+200堤段護底拋石底檻平堵抬高至0.0～0.5m高程。

（2）立堵：利用小潮期從口門兩側分別進占150m，形成口門樁號2+550～3+050，寬500m，在此期間拋石底檻高程相應抬高至0.5～1.0m。

（3）平堵：利用退潮從樁號2+550～3+050堤段兩端車拋石并進，將截流堤底檻平堵抬高至1.5～2.0m高程。

（4）立堵：利用小潮期從樁號2+550～3+050堤段兩端按3.5m高程車拋石并進，壓縮口門至樁號2+600～3+000，寬400m，形成小口門堤段，此時，小口門拋石底檻已達2.0m高程。

在上述施工過程中應同時做好口門段閉氣體區域底部充灌砂袋護底工作，以防泥質基礎被沖刷。

根據上述2.3節海堤堵口前施工現狀的描述，此時小潮期間的潮水基本不過流，將剩下的100 m口門封堵已經沒困難。

6.2 小口門施工程序

從小口門堵口水力計算成果和水力計算等值線圖分析來看，底檻抬至2.0m高程以后，最大流速＜1.7m/s，單寬流量＜1.0m3/s，且壓縮口門對流速沒有影響，故可采取單向立堵快速截流。根據上述實際施工現狀，施工單位于11月21日（農歷10月26），按 4.0m高程將100m的口門一次性實施立堵合攏。

6.3 閉氣體施工

當截流堤合攏，閉氣體充灌袋護底和內壓載拋石完成后，山土閉氣應緊密結合潮水，出水面小斷面快速填筑合攏后再加固培厚，達到設計全斷面。閉氣體施工要緊跟截流堤前進，利用兩岸水閘控制內港水位，進行山土填筑，將閉氣體填筑至3.5m高程，形成23m面寬，內坡1：8的閉氣土體，具體施工過程按4個步驟進行：

（1）利用小潮期有利時機，出水面小斷面快速填筑合攏，填筑高程分2.5m，2.0m二級；

（2）當潮水轉為中潮時，對小斷面進行適當加高、培厚、拓寬，填筑高程分3.0m，2.5m，2.0m三級；

（3）當潮水轉為大潮時，對閉氣斷面進一步適當加高、培厚、拓寬，填筑高程分3.5m，3.0m二級；

（4）山土閉氣全斷面填筑至3.5m高程。

至2011年12月25日，海堤全斷面施工至3.5m高程，福寧灣堵口工程一氣呵成，成功截流閉氣。

6.4 沉降位移觀測

在堵口施工過程中，必須結合堵口段附近已設觀測點的沉降、位移的觀測數據來指導施工，根據河海大學關于《福寧灣圍墾工程海堤施工安全監測報告》，在堵口段附近設置的觀測斷面有樁號2+000和2+500兩個斷面，每個斷面在外壓載、截流堤、堤頂等3處設觀測點。截取2011年8月～2012年8月間即堵口前后1年期間每月的沉降和位移觀測值，換算成日沉降值，以此來判斷海堤是否處于穩定和安全狀態。

根據設計要求：從“觀測報告”的觀測數據可看出，堵口段附近的2+000和2+500斷面在外壓載、截流堤和堤頂3處觀測點的日平均沉降值在2.0～9.7 mm/d，2+000斷面最大值是在堤頂處為10.2mm/d，2個斷面沉降值基本≤10mm/d，2+500斷面最大值也是堤頂為12.9mm/d，是在堵口期間閉氣體還未施工至3.0m高程，滿足3.0m高程以下時＜20mm/d要求；深層側向位移值在0.1～0.4 mm/d，＜5mm/d允許值。

截至2013年7月，福寧灣海堤基本完工，距2011年12月底海堤堵口閉氣合攏有1年半的時間，海堤經受了各種臺風、大潮、風浪打擊考驗，處于安全穩定的狀態，因此可以肯定的說福寧灣海堤堵口設計和施工是成功的。

7 感想和建議

福寧灣圍墾工程于2008年4月18日開工，2011年11月15日開始堵口截流，2011年12月25日閉氣合攏成功，截止2013年7月工程接近完工。該工程實現一次性堵口合攏和閉氣成功，同時沒有出現滑坡、沖刷、塌陷等安全事故，對于圍墾面積達3.41萬畝，一潮吞吐量達7760萬m3的圍墾工程來說，是一個成功的案例。通過該工程的實施，筆者有如下感想和建議：

7.1 選擇正確的堵口時間段

堵口時間段應選擇一年中的小潮期，根據我省的潮汐情況，一年中的4～5月和11～12月是小潮期，同時也避開了6～10月我省的臺風暴潮的侵襲。結合本工程的施工進度，選擇10月底進行堵口合攏截流是適當的。

7.2 選擇合適的堵口位置

根據地形、地質、料場、施工和水流等情況和條件，本工程堵口位置選擇在樁號2+600～3+000堤段，該堤段位于堤線中部，選擇該處做為堵口段位置有以下好處：

（1）土石料場分布在兩岸堤頭，便于兩岸施工車輛運料同時進占，保證施工進度；

（2）堵口段地質條件與其他堤段相當，地形位于堤線灘涂最低處，利于口門水流進出，改善口門水力條件。

7.3 選擇適宜的堵口施工程序和步驟

在確定堵口時間段后，根據潮汐變化規律擬定堵口施工程序和步驟，通過該工程堵口施工實踐，在小潮期間進行拋石體（截流堤）快速截流，在接下來的閉氣體施工應緊跟潮水，分區分級進行。小潮期出水面、小斷面快速閉氣，中大潮期進行加高培厚，逐漸形成全斷面。

7.4 做好閉氣體護底工作

口門在壓縮過程中，水流條件是越來越惡劣，流速增大，內外水位差也增大，水流對閉氣體底部的沖擊破壞力增強。如果閉氣體護底沒做好，就會被淘刷，破壞堤身基礎，形成沖刷坑。閉氣體底部為砂墊層和軟土層，砂墊層為中粗砂，其允許抗沖平均流速0.40～0.80m/s，軟土層為淤泥，其允許抗沖平均流速0.19～0.26m/s，根據堵口水力計算成果，口門流速為1.66～5.46m/s，因此堵口段閉氣體基礎必須要進行護底，主要采取充灌砂袋鋪設和砂袋拋填兩種措施以增強底部抗沖刷能力，實踐證明取得了良好效果。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.025

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1672-2469（2014）01-0075-05

劉震（1969年—），男，高級工程師。