淺談長江口中低灘圍墾工程龍口合龍關鍵技術

易曉輝

摘 要：龍口合龍是促淤圍墾工程中至關重要的步驟，關系到圍堤施工的成敗。隨著天然高灘資源的逐步利用完畢，促淤圈圍工程開始向中低灘拓展，該區域臺風、寒潮等動力條件復雜，圍堤龍口、天然竄溝或因惡劣自然條件、施工不當等因素對已填筑的堤身造成沖槽的封堵施工風險和技術難度越來越大。本文主要論述中低灘龍口合龍施工關鍵技術，旨在總結經驗、降低施工風險和損失，順利、優質交付承建的施工項目。

關鍵詞：圍墾工程；龍口；拋石棱體；鋪排船；子母袋

我國海岸線長、海灣多，改革開放以來，東部沿海地區一直是我國經濟增長最活躍、工業化和城市化進度最快的區域，隨著人口增長和經濟高速發展，其非農建設用地擴張與耕地資源銳減，環境惡化、資源短缺與人民生活需求日益提高之間的矛盾日趨尖銳，優化生態環境，維持社會經濟全面、協調、可持續發展，將是沿海城市發展的重要選擇之一。圍海造地是人類開發利用海洋的重要方式，也是人類拓展生存空間及生產空間的重要手段，建國后60年間全國主要河口海岸灘涂圍墾總面積累計達22361.7km2，平均每年約350～400km2，而我國入海泥沙自然造陸能力為100km2，這樣的造陸能力遠遠低于每年圍海造地的能力，長江口地區涉及上海、南通和蘇州三市，其中上海市1949～2000年圈圍灘涂面積達843 km2，約占上海市現有土地面積的13.3%；2008年長江口綜合整治規劃經國務院批復后，上海市對中央沙、青草沙、橫沙東灘、南匯東灘以及崇明島北緣的部分高灘區域實施了圈圍，累計圍涂約98.7km2。過去圍墾起用高程的確定，往往與平均高潮位相近，主要順應灘涂淤漲趨勢，在高灘的前沿修筑海堤，既起到防汛抗臺，抵御海水侵蝕的作用，又達到了收益土地的目的。

傳統意義上的高灘圍墾主要是針對平均高潮位以上區域進行圍墾，圍墾區水動力弱、波浪強度小，多采用常規的閉氣土方堤，通過簡單的地基處理方法即可形成圍堤。隨著高灘資源的日益減少，沿海中低灘圍墾已成為今后圍墾發展重要方向，外海中低灘圍墾主要是針對平均中低潮位下的區域進行圍墾。長江口地區水動力強、波浪大，潮流動力、泥沙活動性均較強，圍堤施工過程中，構筑物改變了水流的方向或流速大小，原有的平衡狀態被破壞，會引起局部范圍內的沖刷現象。圍堤臨時堤頭是沿堤流與繞堤流雙重作用部位，堤側灘地及前方灘面上沖刷加快，易形成竄溝及沖刷深槽，故合理組織龍口合龍施工是圍堤工程至關重要的環節。

1 圍墾與圍涂工程概念

圍墾：在沿江、濱湖和海邊的灘地上圈筑圍堤進行墾殖的工程技術；在海灘和淺海上建造圍堤阻隔海水，并排干圍區內積水使之成為陸地，叫圍海造地也稱圍涂。從施工內容上看，可劃分為促淤工程和圍墾工程；一般是先實施促淤工程，待原始灘涂在循環漲退潮過程中淤積2～5年后再進行圍墾形成陸地。從結構型式和施工方式上可劃分為充泥管袋筑堤和炸山石料筑堤兩種主要型式；充泥管袋筑堤主要適用于上海、江蘇、山東、遼寧和天津等中國東北部沿海地區，炸山石料筑堤主要適用于浙江、福建、廣東和海南等東南部沿海地區。炸山獲取石料會在一定程度上破壞生態環境且造價和安全風險較高，在實際使用中會受到國家比較嚴厲的政策限制。而充泥管袋以其就地取材、快速形成堤身和陸地、對不可再

生資源占用少以及材質廉價等優點，在近年來得到大規模的推

廣應用。本文主要論述充泥管袋堤身結構，其標準斷面示意圖如下圖1。

2 龍口及合龍準備

2.1 龍口定義及分類

龍口：在河口地區實施灘涂圍墾工程時，受潮汐影響，工程區水位時漲時落，在圍堤不斷進占形成圍區時，為了工程和施工安全，在堤線上常預留一個或幾個口門讓潮水自由進出，這種口門稱為龍口。根據龍口保護底高程的不同，可把龍口分為高、中、低灘（含天然深槽部位）龍口三種。國內對高中低灘劃分有多種理解，高灘是指高潮位可能湮沒、低潮位露出，中低灘一直湮沒在水下，長江口地區按高程劃分，一般定義為：高程在0m以上為高灘，高程0～-5m左右為中灘，高程-5m以下為低灘。

2.2 龍口平面選址特點

隨著圍墾項目趨向規模化、深水化、施工工藝成熟化，單庫實施可以省去分割成多庫區建設隔堤的施工工期和工程費用，單龍口可以減少施工協調難度及建設風險。龍口的平面選址決定了圍堤不斷進占的實施順序，為了確保在漲落潮不斷變換更替的感潮地區圍堤逐步安全出水，盡量使工程實施過程對周邊河勢環境的負面影響減至最小，龍口的位置確定需要考慮圍區內外的水交換與整體河勢環境相協調，兼顧圍堤實施順序，避免工程周圍的灘地局部大沖或大淤，確保堤基安全。

2.3 龍口水流特點

隨著圍區非龍口部分其它堤段逐步出水斷流，圍區的潮水進出逐步歸于龍口，龍口上進出水量逐步加大，過水斷面在水平方向和垂直方向產生收縮，流速升高，高流速進、出水歷時加長，設計單位計算結果表明口門橫向上中心流速大于口門兩側流速，在縱向上底坡內外兩側頂角處水流受重力作用加強，垂向斷面收縮，在漲、落急時刻分別形成大流速區，是龍口結構布置時重點抗沖保護區域，需要設置抗沖性較強、自重大且牢固的護面材料。

2.4 拋石棱體在合龍施工中的應用

拋石棱體也稱拋石壩，是一種填筑于龍口或沖槽外海側20～30m與堤壩連接的U型斜坡防護堤，是圍堤的保護屏障，起到消浪、阻水，保護充泥管袋安全、加快圍堤堵口封堵速度、提高封堵成功率的作用。自然情況下龍口水流最大流速超過5m/s，直接進行龍口封堵難度較大，在我公司與南京水利科學研究院合作開發科研課題《長江口復雜水動力條件下中低灘圍堤施工關鍵技術研究與應用》過程中，經數模試驗得出結論，在龍口兩側采用

拋石棱體擋浪阻水，可將龍口流速降低至3.5m/s以內，有利于龍口或沖槽封堵施工。同一時間有無設置拋石棱體水流流速數模試驗對比如圖2、3所示。

拋石棱體是設在龍口段圍堤外的一道保護屏障，是龍口合龍、深槽封堵中關鍵的一步，漲退潮對拋石壩沖刷作用劇烈，往往造成拋石棱體滑移、石料損失。通過以下途徑提高拋石壩的防水毀性能：

①在拋石前用土工布做軟體排進行護底，再在軟體排上拋石可有效防止拋石壩壩腳被淘空失穩；

②提高壩體表層單位塊體的形狀穩定系數，如采用人工塊體代替天然塊石，使形狀穩定系數由4提高至24～28，穩定性大為改善；

③增加壩體護面塊體的整體性，如采用合金鋼絲籠、混凝土鉸連體等，也可以用鋼筋把打好孔的塊石一個個地穿起來，將整個壩體表表層護住，使之形成一個整體。

2.5 龍口合龍時間

龍口合龍時間的選擇非常重要，不僅關系到合龍難度的大小，也影響整個工程的施工部署。選擇合龍時間時須對合龍期的水文氣象、龍口的變化情況及施工條件等慎重分析。一般選在非汛期、小潮汛、初潮期開始進行龍口合龍。確定龍口合龍的時間原則為：

①天文月份最低潮；

②潮差最小；

③風力最小；

④工程施工進度。

2.6 龍口合龍具備條件

龍口合龍施工前，聯合科研單位進行數模、物模試驗，研究圍堤堤頭的沖刷深度和范圍，預測構筑物附近的局部沖刷深度，提出合理的防護范圍和防護后的沖刷深度，對設計文件中龍口平面位置、龍口寬度、龍口護底結構、堤頭防護結構、龍口保護措施、龍口擋水措施、龍口合龍斷面形式等方面進行復核論證，進一步優化施工方案。

經多個圍墾工程龍口合龍成功經驗總結，龍口合龍應具備以下條件：

①堤身斷面：合龍前所有堤身必須全部達到設計合龍斷面；

②合龍方式：一般采用平立堵結合或全部平堵至合龍斷面兩種合龍方式；

③人員及龍口搶險物資充足，有健全的組織機構，由項目經理統一部署調配，龍口合龍施工方案切實可行；

④龍口兩側的泥庫內備砂量應達到合龍時龍口內外棱體及堤芯土方的兩倍以上；

⑤圍堤外棱體應達到合龍期擋潮高程以上0.5m，內棱體標高及堤內閉氣土達到其防滲要求，尤其是堤芯閉氣土方極為關鍵；

⑥龍口合龍前泥漿泵數量充足完好，并將備用泵安裝到位，供電正常且有應急預案，充砂管袋準備充足由并專人管理，泥漿泵管現場連接、檢查，并進行充水實驗，保證管線連接處不漏漿、管線無破損，保證管線暢通，由專人跟蹤監管；

⑦觀測龍口流速：應選擇合龍前兩個月開始觀測，專人觀測并記錄小潮汛期間龍口漲退潮水流流速；觀測頻率為每半小時一次，觀測儀器為箭式靜止流速儀；觀測記錄應整理并繪制流速曲線；龍口水流流速一般宜控制在2～4m/s；

⑧退水口施工完畢，可以分解龍口合龍時的水流量，解決合龍后的庫區排水問題；

⑨水文氣象條件適宜，潮位預測分析準確。

3 中低灘龍口合龍施工

以往高灘水域龍口高程在0～-1.0m之間，低潮位時采用人工攤鋪、充灌充泥管袋抬升堤身，直至龍口合龍斷流，隨著圍墾工程逐步向中低灘推進，圍堤龍口處水位也隨著不斷加深，人海戰術安全風險大不再適用。中低灘深水區龍口合龍施工一般分為兩種方法：一種是利用鋪排船鋪設水下龍口段堤身填筑，另一種是采用子母式管袋進行深水區龍口封堵。

3.1 龍口合龍原理

利用鋪袋船對龍口或竄溝鋪設軟體排進行護底，降低過槽水流對灘面的沖刷，使其處于穩定狀態；圍區外側設置拋石棱體進行阻水，將潮流速降低至3.5m/s；在泥庫備砂及龍口或竄溝兩側堤身達到設計要求后，開始啟動龍口合龍或竄溝封堵；采用平立堵相結合的方式將龍口或竄溝的底高程逐步抬升至平均灘面高程，而后利用一個小潮汛將堤身迅速斷水并抬高到大潮汛平均高潮位之上。

3.2 利用鋪排船鋪設水下充泥管袋堤身及合龍施工

3.2.1 測量放樣

利用GPS配合測深儀進行水下地形測量和鋪排船定位，利用測得的數據繪制斷面圖，根據測量結果在施工區域用浮標標示堤軸線和施工邊線。

3.2.2 護底施工

充泥管袋施工前先進行護底軟體排施工，軟體排采用土工布加筋型式，排布采用320g/m2長絲機織土工布制作，用砂肋進行壓載。

3.2.3 充泥管袋加工

充泥管袋采用230g/m2防老化土工織布在場內集中加工，其長度由龍口設計底寬決定，最長可達200m，寬度根據現有鋪排船的滾筒尺寸可達40～60m。必要時進行加筋處理以提高袋體抗拉強度。

3.2.4 袋體展鋪

將加工成型的充泥管袋在鋪排船上展開，充泥管袋尾部的套環上系連接繩，從尾部開始按進漿口朝內的方式均勻卷在鋪排船滾筒上，充泥管袋首部留在鋪排船的展鋪板上，首部兩端系上浮球。

3.2.5 船舶定位、設備準備

將卷好充泥管袋的鋪排船精確定位在施工邊線處，鋪排船鋪設方向垂直或平行于堤軸線，運砂船靠近鋪排船停泊，并用繩索連接，吹砂泵安裝在運砂船上，將輸砂管線與充泥管袋的進漿口連接。

3.2.6 袋體充填、沉放

首先充填留在展鋪板上的充泥管袋，充填飽滿度達到預計值后，開放滾筒并下放鋪排船的滑板，讓充填好的充泥管袋緩慢下沉到設計位置。

3.2.7 移船，續放袋體、充填

充泥管袋首部下放到施工邊線后繼續釋放0.5～1.0m充泥管袋，縱向緩慢移船，移船速度與滾筒釋放速度協調一致，待充填好的充泥管袋沉入水中，繼續充填，充填量達到預計充填量后，割斷或收回輸砂管線，并循環連接留在展鋪板上的進漿口，繼續進行充泥管袋充填，待整個充泥管袋充填至尾部時，繼續釋放滾筒，使充泥管袋尾部沉放于施工邊線處，同時繼續充填充泥管袋，達到預計充填量后收回連接繩，使充泥管袋完全沉放至原始灘面或下層袋體上。

3.2.8 橫向移船，鋪設下一充泥管袋

橫向移動鋪排船到下一個施工區域，重復上述工序繼續下一充泥管袋的鋪設、充填。充泥管袋充填如圖4所示。

圖4 充泥管袋充填示意圖

3.2.9 構筑拋石棱體：龍口外側進行拋石，優先選用自重大、易于吊裝的鋼框石籠，形成的拋石棱體頂高程應高于合龍實施期間大潮汛高潮位50cm，以降低龍口水流流速，保護內側充泥管袋。

3.2.10 合龍施工

利用鋪排船鋪設水下充泥管袋堤身至龍口段高程達到-0.5m左右后，即可由人工完成袋體鋪設，泥漿泵充灌袋體，采用兩端同步施工、抬升堤身高程的立堵方式，將龍口底寬縮窄至150m以內，而后采用平堵的方式抬升堤身，同步進行閉氣土裸吹回填，吹填形成的水下自然坡度應滿足設計要求，且不得陡于1：5。閉氣土對袋體形成有效的支撐，同時可防止出現滲透破壞。并于退潮末期至漲潮初期時間段內高效率充填充泥管袋，整體抬升龍口高程，實現龍口斷水。

3.3 子母式管袋水下封堵龍口或竄溝

子母式管袋由子袋和母袋組成，在雙向水流作用下可通過控制子袋的充填次序實現整個袋體的準確定位，不易被水流沖走；同時，可利用子袋進行緩沖，避免母袋下沉就位時被槽底或原灘面的塊石棱體等異物穿刺破壞。

此技術綜合應用了護底軟體排鋪設、拋石棱體阻水、子母式管袋水下施工、防滲閉氣土吹填四項專業施工技術。首先，利用鋪袋船進行水下護底軟體排鋪設，對槽底地基實施防沖刷保護；其次，在竄溝的上下游側設置拋石棱體進行消浪和阻水，將漲退潮期間的過槽流速降低至3.5m/s以內，在龍口（或竄溝）的物質邊界條件及水流條件滿足要求后，可開展封堵作業；再次，利用先進的子母式管袋進行水下充填，逐層填筑至平均灘面高程；最后，于封堵過程中同步吹填閉氣土進行防滲處理，直至封堵工作全部結束。

3.3.1 測量放樣、護底軟體排鋪設同3.2.1、3.2.2，此處不再贅述。

3.3.2 外（內）側消浪拋石棱體拋投

采用20～60cm級配石料，在水流平緩或者漲平潮期間（水流0.5～1.0m/s）拋投，流速過大時可采用網兜石整體拋投。按照標識的內邊線拋投，確保擬施工子母袋體與拋石壩內坡坡腳之間間隔5～8m距離，避免袋體被石塊刮破。拋石壩應比現場平均灘地高程高出0.5～1.0m。

3.3.3 子母式管袋袋體加工

袋體由子袋和母袋組成（見圖5）。子袋在母袋內并沿母袋的寬度方向設置，位于母袋端部。子袋一般分為單子袋和雙子袋，具體根據水流方向而定，單向水流設置單子袋，雙向水流的，在母袋的兩個寬向端部各設置一個子袋即為雙子袋。垂直與軸線方向的子袋寬度為母袋長度的1/20，順堤軸線方向的子袋長度同母袋寬度。

子母袋進漿袋口采用袖口式，袋口采用整條幅丙綸長絲機織布縫制，子袋在袋體兩端上表面設置進漿袋口，母袋在袋體上表面每250m2設置一個進漿袋口，進漿袋口直徑為進漿輸砂管線直徑的1.2倍，進漿袋口長度為0.3～15m。