灘涂圈圍造地施工技術探討

李 波

（上海宏渠工程咨詢監理有限公司，上海市 201301）

0 引言

隨著社會經濟的發展，土地資源越來越緊張，已經成了制約各地經濟發展的瓶頸之一。為解決土地緊缺問題，拓展經濟發展空間，各地都提出了“向海洋要土地”的觀點，以增加土地后備資源[1]。向海洋要地，就是在沿海灘涂開展圈圍造地工程。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、吹填和后期開發利用。

上海市地處東經120°52’～122°16’、北緯30°42’～31°48’，長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，為后續經濟發展創造條件。為此，我們開展了臨港新城灘涂圈圍造地工程。該工程位于浦東新區蘆潮港，海域風急浪高，水流紊亂渦旋。灘涂低、沙灘軟、工程險，又成為該區域圍墾的特點[3]。正是在這種工況下，開始實施200 a 一遇高潮位的一線圍堤、吹填施工。

本文主要對此次圈圍造地實施中碰到的技術問題與應對措施進行簡單剖析。

1 裸吹

1.1 裸吹施工的意義

裸吹是先行采用挖泥船將外海或外河泥沙通過絞吸式挖泥船上的大型泥漿泵取沙后，通過管道運輸至預定區域，抬高灘勢，為后續圍堤施工和灘地開發利用奠定基礎。

實踐證明，裸吹具有極其重要的現實意義：

（1）抬高灘勢，減小有效庫容，降低進出庫區的潮水量與平潮時間，大大降低龍口合龍風險。

（2）有效解決了圍堤施工與龍口合龍的優質沙源問題。

（3）通過優質沙置換庫區淤泥層，尤其是主堤軸線、促淤壩側的溝壑等不良地質層。

（4）采用高灘圍堤，有效降低了施工風險與經濟成本。

（5）能夠有效縮短建設工期，提前開發利用土地，產生經濟效益。

1.2 裸吹施工

1.2.1 方案分析

本次圍堤位于杭州灣與長江口交匯處的南匯嘴，海域水文條件、氣象條件惡劣，風大、浪高、流態急而紊。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，有效作業時間短，且作業地點遠離岸線，因此施工難度要大得多[4]。同時，此堤線位置地質條件差，存在3～5 m厚的淤泥質，有8 個6～10 m 的淤泥深坑。每個坑的面積在100 m×200 m 左右，屬不良軟弱地基。在如此惡劣的區域根本無法采用陸上地基處理方法。若采用常規的水下處理方法，則工藝復雜，風險高，周期長，造價高。經過方案比選、論證，決定采用優質外來沙進行置換。

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

裸吹需解決的技術問題如下：

（1）落潮時，大量泥沙被潮水帶走，流失量較大。經過分析，采用的措施包括：漲潮吹，落潮停；重點地段、關鍵部位先吹；促淤壩內側拋填碎石濾層，減少塊石之間的空隙，并在壩體內側設置土工布濾層等。

（2）促淤壩內側，細顆粒泥沙回淤沉積會對大堤基礎穩定帶來不利影響。經分析，決定后期再采用地基處理、鎮壓等措施解決。

（3）經濟成本分析：考慮到裸吹降低合龍風險，提供優質沙源，縮短工期，降低成本，與流失量造成的損失相比，仍然是經濟的。

（4）取沙與回淤分析：結合該區域吹沙施工經驗，以及對1974年以來的灘地測量資料、水文泥沙潮流同步測驗資料的分析研究，摸索出灘地沖淤的規律，特別是吸取了南匯嘴附近及蘆潮港兩側，即受沖刷的杭州灣岸邊圍墾取沙的經驗。在杭州灣岸邊南段大堤外500 m 左右灘地做取沙試驗，挖坑深5～6 m。經半年時間的跟蹤測量，取沙坑經過漲落潮，泥沙回淤可恢復到原狀。對坑中泥沙進行取樣分析，大多為粉砂土。經驗證明，通過精心組織，合理布置取沙開挖位置，加強觀測，就近取沙是可行的[5]。

1.2.2 裸吹施工

（1）設備選型。針對本工程的吹填規模與具體要求，決定從荷蘭租賃絞吸式挖泥船10000 型“奧利安”號和8000 型“諾西”號，以及國產“福岷9 號”絞吸式挖泥船正式投入吹填作業。該大型挖泥船可排沙5～7 km，抗風性能好，可在7 級風下正常作業，工作效率高，有效工作時間長，為裸吹的實施提供了保障。

（2）裸吹施工。根據設計圖紙，離新筑大堤外1～1.5 km，距庫區吹填中心約5 km，采用跳隔式取沙。實際施工中嚴格控制好位置、深度、間距等參數，嚴防挖坑串通，形成深溝。

經過船舶就位，管線鋪設和施工方案審批后，開始向圍區內吹沙施工。對大堤軸線附近、深坑位置等重點位置，通過測量定位重點吹填，及時跟蹤。淤泥經過反復擠壓，不斷置換，以及大容量、快節奏的連續吹沙，灘地土質得以改善，圍區內灘勢得以普遍抬高，吹填效果明顯。

1.3 效果

根據《補充工程調查報告》分析，大堤軸線區域淤泥層得以置換，土質改善；深坑淤泥質已經置換，填平。

經2003—2007年連續5 a 水下地形觀測資料分析，6～7 m 深的取沙坑經過2 a 左右的時間，已全部淤平恢復原狀。證明取沙坑對灘地環境未產生不利影響[5]。

灘勢變化簡況如下：

（1）總趨勢情況：筑堤后原拋石順壩側沿堤流產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）結合測量橫斷面分析，6～7 m 深的取沙坑，歷經1 a 后已全部淤平，恢復原狀。

（3）南匯嘴近大堤外側由于受漲落潮頂沖影響，形成的一塊南北長約2 km、東西寬0.6 km、深2 m左右的凹槽，現已淤高了近2 m，范圍也未擴大，處在相對穩定狀態，目前對大堤未構成不利影響。

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

2 多庫區合龍

龍口是隨著圍堤堤身（充泥管袋棱體）進占，最后實施的按設計要求預留的納潮口。龍口兩側和納潮口上部均應滿足強度、穩定、袋體抗沖刷與防老化等功能。當圍堤施工進占到一定規模，具備合龍條件時，就要多庫區及時合龍，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（即①庫區、②庫區）主堤具備合龍條件，但此時T3、T4標（即③A 庫區、③B 庫區）施工滯后，不具備合龍條件（見圖1）。經過技術分析，如果在這次小潮汛進行T1、T2 標合龍，T3、T4 標因施工滯后，無法完成合龍，則必然經過至少一個大潮汛（每月均有天文大潮）。當天文大潮到來時，風急浪高，2#隔堤工況分析見圖2、圖3。（2#隔堤2.4 m 潮位為合龍后庫區的維持水位，4.0 m 潮位為根據當期潮汛表、龍口寬度、流速、時間等計算后的預估潮位）

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缺口，1# 隔堤亦將不堪重負，合龍徹底失敗，影響非同尋常。最終采取的合龍方案為：等下一個小潮汛，即1月10 日后，再進行多庫區合龍。T1、T2 標應將合龍準備工作再細化、落到實處；T3、T4 標加快施工進度的同時，落實好合龍各項準備工作。

2.2 合龍準備

（1）外棱體全線高程達到5.5 m 以上，內棱體達到4.5 m 以上，堤芯土達到3.5 m 以上。

（2）反濾布、碎石袋等搶險物資，以及有關人員，應按計劃落實到位。

（3）人員、設備準備充分。預留備用設備，如發電機、泥漿泵等。

（4）吹泥、照明用電專人看管，確保通暢、安全。

（5）沙源質量要優且有余量，預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，并能正常發揮調節庫區水位的作用。

（7）歷史同期及當期潮汛預報資料。

（8）經審批同意的專項施工方案和應急預案等。

2.3 合龍施工

合龍施工是指對設計預留的納潮口進行吹高加固，一線大堤聯通并基本成型，能夠有效阻擋潮水再次進入庫區。

2.3.1 工藝流程

合龍工藝流程，見圖4。

2.3.2 合龍施工

圖5 中點A 代表第一層吹泥袋（494 m3）從1月10 日19 點15 分吹至23 點15 分結束，袋頂高程2.5 m。隨著工作面的展開和設備的增加，在高潮2.47 m（見圖5）到來時，水位以上已有兩層管袋鎮壓，無安全隱患；下一個高潮到來時，管袋已按設計要求達到5.5 m 高程以上。

圖5 合龍施工過程線示意圖

2.4 龍口保護及后續施工

（1）外海側棱體保護：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，臺階壓碎石包。

（2）加快堤芯土吹填，同時加快內、外棱體吹填，確保大堤安全、穩定。

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

（4）排水口應有人專門管理，按需將水位調節在設計范圍內。

（5）龍口合龍后，加強巡視檢查，防止管涌與潰堤現象發生。

（6）盡快組織大方腳與護坡施工，徹底穩固一線大堤。

3 大堤堤基處理

二階段圍堤工程F—K 點計3 939 m，早在2002年初進行水下測繪時就獲知有10 余處深坑。其中8處深且范圍大，最深處達吳淞-9 m 多，位置均在一線防汛大堤軸線附近。后來裸吹施工時，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，較小的沙顆粒隨落潮水和波浪向外海漂移。深坑淤泥因定點高強度的吹填而得以置換，坑深與灘地淤泥質土層均有改善。而促淤壩處，因流速減慢，淤泥質沉淀，原溝壑土質變化不大。

雖進行定點裸吹，淤泥層擠壓置換，但土質短期很難固結穩定，再加上后續棱體持續吹高、荷載增加，難免出現棱體塌方和軸線位移的情況。事實證明，上述現象確實出現了。根據畢肖普法計算土坡穩定性，分析了滑移的幾種不利工況，并結合現場實際情況，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吹泥管袋鎮壓，鎮壓層頂高程4.0 m，確保大堤在上升過程中不會因淤泥被迅速擠出而引發大堤沉降，繼發滑移失穩。同時，使淤泥在相對“封閉”下均勻受壓，緩慢排水而逐步固結密實。

3.2 鋪設土工格柵

使土體受力均勻，提高抗拉、抗剪與穩定性，加快排水，避免因沉降不均而發生袋體爆裂和袋體間相對滑動失穩。

3.3 加寬外平臺

原設計外平臺寬度為5 m，根據畢肖普土體抗滑移法，計算出平臺加寬至15 m，灘地鋪設至4.0 m 高程的鎮壓層后，下部抗滑移安全系數為3.52。此時平臺以上的抗滑移安全系數為1.15，均可滿足設計安全和穩定可靠要求[2]。15 m 寬平臺及增設的鎮壓層，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，提高了壩體的穩定性與抗風浪能力。

3.4 控制加載

在施工過程中對整個壩體（堤身）加載速率進行有效控制。明確了緩加壓、慢施工與二快二慢的施工方案。在放慢施工節拍的同時，鎮壓層要快，壩體慢；壩體與鎮壓層高差在3 m 內時要快，3 m 以上時要慢。同時，密切做好大堤沉降、位移監測與安全巡視等工作。

在實際施工過程中，每50 m 設沉降觀測斷面，進行每日觀測，分析數據，成功渡過汛期，最終獲得成功。

4 結語

灘涂圈圍造地工程風險與機遇并存，施工階段要時刻關注潮位、氣象，與潮水搶時間，搶進度。尤其合龍閉氣，一旦滯后將功虧一簣。對于吳淞高程2.0 m以下灘地、土質較差或沙源不足等情況，均可以先行實施裸吹，或在筑堤時同步進行。多庫區合龍主要針對圈圍面積大、庫區劃分多且緊鄰、庫區間相互牽制，若單一合龍則風險大、成功率低。堤基處理應根據灘涂土質，技術上科學合理，施工上可操控，具體實施則應組織嚴謹、協調一致。

因施工中要受制于水文、地質以及各種不可預見因素的影響，沿海各地碰到的技術問題很難一致。本文僅就上述三個技術問題進行闡述，望能為今后圈圍工程提供借鑒與參考。