袋裝砂斜坡堤在杭州灣圍填海工程中的應(yīng)用

陸 曉 宇

(上海金山新城區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200433)

圍堤是防止吹填土擴散，將圍填海區(qū)域圈圍成封閉區(qū)域而修建的堤壩。根據(jù)是否需具備防洪(潮)功能，分為永久堤防圍堤和臨時吹填圍堰。堤防圍堤是兼具洪(潮)擋浪功能的圍堤，圍填海工程中大都為海堤，又名海塘、海擋和防潮堤。因此，海堤還需要滿足防御風(fēng)暴潮(洪)水和波浪對防護區(qū)的危害等要求[1]。目前國內(nèi)外圍堤的斷面型式主要分為直立式、斜坡式和混合式三種基本型式，其中斜坡式結(jié)構(gòu)憑借其經(jīng)濟性的優(yōu)勢和在生態(tài)建設(shè)方面的適應(yīng)性[2]成為一種被廣泛采用的結(jié)構(gòu)。袋裝砂斜坡堤作為斜坡式結(jié)構(gòu)的一種，在適用性、經(jīng)濟性等方面有其優(yōu)勢，成為海堤結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)型式。

1 國內(nèi)外袋裝砂斜坡堤的應(yīng)用實踐

據(jù)了解，美國、法國、荷蘭、日本、菲律賓、馬來西亞、我國臺灣省等均有使用充砂土工織物長管袋或充砂土工織物袋的工程實例，20世紀70年代，大型充砂袋結(jié)構(gòu)引入我國[3]；李凱雙等[4]對國內(nèi)不同地區(qū)袋裝砂斜坡堤的工程案例做了統(tǒng)計分析。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，尤其是大型施工機械的應(yīng)用，使得袋裝砂斜坡堤的施工效率和質(zhì)量都得到了顯著的提高。進入21世紀以來，圍堤逐漸向深水區(qū)發(fā)展，堤身高度隨之增加，筑堤工程量大幅增加。傳統(tǒng)袋裝砂斜坡堤的應(yīng)用范圍主要集中在淺水區(qū)，隨著海堤向深水的邁進，袋裝砂斜坡堤也在逐步向深水區(qū)探索。

2 杭州灣圍填海項目案例[5]

2.1 工程簡介

工程位于上海市金山區(qū)，項目范圍為滬杭公路外側(cè)區(qū)域，龍泉港出海閘以西、金山城市沙灘以東灘涂，南邊界至該段水域規(guī)劃駁岸線見圖1，圍堤總長度4 820 m，圈圍面積約3 866畝，用海面積308.420 7 hm2，見圖2。

工程區(qū)位于杭州灣北岸，岸線前沿海域開闊，風(fēng)浪大，流場較復(fù)雜，200年一遇有效波高達3.60 m～3.91 m；工程區(qū)潮位高、潮差大，200年一遇高潮位達6.78 m，多年平均潮差4.07 m，實測最大潮差6.56 m；擬建堤線位置灘面較低，達-4 m～-6 m；地質(zhì)條件較差，大堤直接坐落在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層上，且軟土層普遍達到15 m厚；工程區(qū)上下游涉水工程密集，河勢影響較敏感，工程施工易對周邊涉水工程造成不利影響。

2.2 圍堤結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

圍堤結(jié)構(gòu)設(shè)計原則如下：1)建筑材料和施工方式應(yīng)因地制宜；2)施工安全性與可操作性強；3)運行期對環(huán)境適應(yīng)性強、安全性高；4)經(jīng)濟合理，投資較省；5)為后期圍堤生態(tài)建設(shè)留有空間。

2.3 圍堤結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)地形資料、平面布置方案和地質(zhì)勘察成果等，經(jīng)多方面比選確定圍堤結(jié)構(gòu)方案：

1)堤型選擇。與直立堤相比，斜坡堤斷面尺度相對較大，筑堤材料消耗較多；斜坡堤的柔性基礎(chǔ)和堤身均能較好地適應(yīng)灘地的軟土地基條件，地基處理方式成熟有保障；斜坡堤對優(yōu)質(zhì)砂料需求量相對較大，對石料需求量較小；斜坡堤消浪效果好，對強風(fēng)浪區(qū)具有較強的適應(yīng)性，且不易對堤前基床造成沖刷；斜坡堤應(yīng)用廣泛，計算理論較成熟，設(shè)計經(jīng)驗較豐富；斜坡堤施工工藝成熟，進度質(zhì)量有保證，無需占用太多場地，施工船機設(shè)備眾多；斜坡堤方便后期維護，運行管理風(fēng)險小；斜坡堤結(jié)構(gòu)易于在外坡增加生態(tài)綠化，有利于生態(tài)岸線的構(gòu)建；斜坡堤在經(jīng)濟性上具有一定的優(yōu)勢。根據(jù)對斜坡堤結(jié)構(gòu)和直立堤結(jié)構(gòu)的研究和分析，綜合比選確定選用斜坡堤結(jié)構(gòu)作為圍堤結(jié)構(gòu)方案。

2)斜坡堤結(jié)構(gòu)選擇。綜合分析斜坡堤的斷面結(jié)構(gòu)、堤基構(gòu)筑方式、反濾結(jié)構(gòu)、地基處理方式、施工便利性、經(jīng)濟性等因素，斜坡堤結(jié)構(gòu)推薦選用“外側(cè)拋石結(jié)構(gòu)堤+內(nèi)側(cè)袋裝砂棱體+排水板地基處理”方案。

3)圍堤斷面結(jié)構(gòu)方案。防浪墻墻頂高程11.00 m，堤頂高程9.80 m，頂寬9.50 m(每48 m至少設(shè)置一處2 m寬的植草磚步道)。外海側(cè)消浪平臺頂高程6.00 m～6.10 m，頂寬6.00 m，采用500 mm埋石混凝土護面。平臺上下兩側(cè)以1∶3邊坡分別連接防浪墻及3.00 m高程鎮(zhèn)腳，上級坡面采用500 mm厚柵欄板護面，下設(shè)300 mm厚灌砌塊石一層、200 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復(fù)合布一層，下級坡面采用3 t/個翼型塊體護面，下設(shè)300 mm厚灌砌塊石一層、200 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復(fù)合布一層。2.70 m～3.00 m高程鎮(zhèn)壓平臺寬15 m～18 m，采用500 mm厚埋石混凝土護面，下設(shè)400 mm厚袋裝碎石及380 g/m2復(fù)合布一層。鎮(zhèn)壓平臺外側(cè)為拋石結(jié)構(gòu)擋砂堤，外坡坡比1∶2，內(nèi)坡坡比1∶1.5，坡面及壩頂采用3 t/個扭王塊體護面，外側(cè)堤腳采用寬10 m厚2.5 m～3.7 m的拋石護腳和混凝土聯(lián)鎖塊軟體排護底，余排20 m長。拋石棱體內(nèi)側(cè)反濾層先在袋裝砂棱體外側(cè)設(shè)置一層復(fù)合土工布(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)+袋裝碎石(厚度500 mm)反濾結(jié)構(gòu)，再在反濾外側(cè)填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋裝碎石(厚度200 mm)找平并鋪設(shè)一層復(fù)合土工布反濾(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)后填筑袋裝砂棱體；同時在拋石棱體內(nèi)側(cè)設(shè)500 mm的1 kg～10 kg塊石整平。內(nèi)坡側(cè)設(shè)二級復(fù)合坡，坡比均為1∶3，平臺高程4.50 m，寬度5.00 m。內(nèi)棱體內(nèi)側(cè)坡比為1∶1。4.50 m高程以上坡面采用彩道磚拱肋草皮護坡,見圖3。

2.4 袋裝砂斜坡堤在本項目應(yīng)用中的創(chuàng)新

根據(jù)傳統(tǒng)袋裝砂斜坡的設(shè)計施工經(jīng)驗，結(jié)合本項目工程區(qū)現(xiàn)狀，在項目應(yīng)用中進行實踐創(chuàng)新。

1)外側(cè)拋石棱體反濾。原拋石棱體反濾結(jié)構(gòu)布置在拋石棱體內(nèi)側(cè)，是由袋裝碎石+砂肋軟體排+混合倒濾層+兩片石墊層組成。經(jīng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，反濾結(jié)構(gòu)墊層需要皮帶機施工，效率相對低下，且施工質(zhì)量難以控制。反濾結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和進度對于龍口合龍節(jié)點的完成，乃至整個圍堤堤身的穩(wěn)定都具有決定性的作用。面對龍口合龍前土方施工任務(wù)緊、壓力大的局面，項目組積極開展反濾結(jié)構(gòu)研究，最終確定了一種新的反濾結(jié)構(gòu)：拋石棱體內(nèi)側(cè)反濾層先在袋裝砂棱體外側(cè)設(shè)置一層復(fù)合土工布(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)+袋裝碎石(厚度500 mm)反濾結(jié)構(gòu)，再在反濾外側(cè)填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋裝碎石(厚度200 mm)找平并鋪設(shè)一層復(fù)合土工布反濾(230 g/m2機織布+150 g/m2無紡布)后填筑袋裝砂棱體；同時在拋石棱體內(nèi)側(cè)設(shè)500 mm的1 kg～10 kg塊石整平，見圖4。該反濾結(jié)構(gòu)施工效率高，施工質(zhì)量有保障，保證了龍口合龍節(jié)點的順利完成，確保了大堤的安全穩(wěn)定。

2)龍口合龍。金山地區(qū)漲落潮水流急、潮差大，龍口合龍條件惡劣，合龍施工強度大。設(shè)計單位采用數(shù)模計算，分析水流特征，確定理論的龍口寬度；實際施工過程中由于合龍施工任務(wù)重，施工單位提前將龍口束窄。施工單位對現(xiàn)場流速進行實測，數(shù)據(jù)顯示流速在可控范圍內(nèi)。拋石截留后，潮差大使得拋石棱體內(nèi)外側(cè)水頭差比較大，石頭縫中水流竄流比較急，給通長袋施工帶來很大難度。在外側(cè)袋裝砂棱體與拋石壩之間鋪設(shè)鎖壩來限制匯水流量，從而減小龍口水流流速，保證施工環(huán)境相對穩(wěn)定，見圖5。加強現(xiàn)場實測資料的分析，加上以往龍口合龍?zhí)幚泶胧┑膽?yīng)用，本工程深水區(qū)龍口合龍順利完成，為深水區(qū)、大潮差圍堤合龍積累了成功經(jīng)驗。

3)生態(tài)海堤示范應(yīng)用[6]。為適應(yīng)新形勢下國家海洋生態(tài)文明建設(shè)的要求，開展生態(tài)海堤的研究，并在工程中進行示范應(yīng)用。

全線大堤采用斜坡式堤型，實現(xiàn)緩坡入海；堤身材料選用長江口砂源和附近塊石，向海側(cè)護面在潮間帶和潮下帶區(qū)域采用混凝土塊體和塊石等適宜當(dāng)?shù)睾Ｓ蛏鷳B(tài)系統(tǒng)的無害化建筑材料，有利于藻類、貝類附著，促進生物多樣性恢復(fù)；防浪墻內(nèi)側(cè)與路面設(shè)置綠化種植池，種植草皮和矮灌木，并在靠近防浪墻處種植爬山虎，使其攀爬在鋼筋混凝土防浪墻上，實現(xiàn)堤頂綠化；背海側(cè)采用彩道磚拱肋草皮護坡，并在內(nèi)青坎上種植草皮、小灌木，實現(xiàn)背海坡綠化；研究開發(fā)了一種新型護面結(jié)構(gòu)，并選擇在西側(cè)堤中進行示范應(yīng)用，見圖6。

3 結(jié)語

袋裝砂斜坡堤在本圍填海項目中的應(yīng)用是其在杭州灣北岸深水筑堤的典型案例，項目的順利實施進一步驗證袋裝砂斜坡堤在深水筑堤工程中的適用性。同時也響應(yīng)了國家海洋生態(tài)文明建設(shè)的要求，在實現(xiàn)海堤生態(tài)化建設(shè)中具有一定的優(yōu)勢。