杭州湾大潮差深水围堤龙口合龙施工技术

谭必五 ，王鹏 ，王剑春 ，邵海兵

（1.上海交通建设总承包有限公司，上海 200136；2.中交上海航道局有限公司，上海 200002）

0 引言

圈围成陆工程中最核心及最关键的是完成袋装砂合龙。经多年圈围工程实践，龙口合龙从设计到施工均已形成较为成熟的成套技术[1-3]。尤其是近年来，超大单围区、深槽大龙口合龙[4]，大面积多库区多龙口同步合龙[5]，为围堤工程合龙技术的进一步提炼和升华总结了宝贵的经验。

本文以杭州湾地区大潮差深水围填海项目龙口合龙为例，结合自然工况，围绕大潮差深水围区的龙口护底结构、合龙技术准备、抛石截流与土方闭气等施工关键技术进行阐述，供参考借鉴。

1 工程概况

滨海综合会展中心等围填海项目位于杭州湾北岸，金山城市沙滩与龙泉港出海闸之间。围堤总长度4 820 m，为典型的袋装砂斜坡堤结构。圈围面积约257.73万m2（3 866亩），围内成陆土方约1 700万m3，圈围最大水深达11 m。以往圈围工程龙口位置及尺寸的选择需结合地质、潮汐、施工组织等并根据数模验算后确定。但本工程顺堤中段海底存在一根待废弃的排海管道，在废弃前不能在其上部进行任何施工作业。在满足数模的前提下，将排海管两侧共400 m范围作为龙口的选址位置。工程总体平面布置见图1。

图1 工程总体平面布置图Fig.1 General layout of the project

杭州湾为强潮海湾，最大潮差6.56 m，平均潮差4.07 m，冬季合龙期最大潮差5.76 m。该区域季风气候明显，夏季以东及东南风为主，冬季以西北风为主。围堤滩面集中在-6 m（吴淞基面，下同），地质条件差，抗冲刷能力差。

综合自然、地质、施工条件，合龙选择在冬季最为安全。

2 龙口护底及合龙技术准备

2.1 龙口护底保护

针对大潮差、大深水、软堤基以及有特殊施工要求的圈围工程的龙口护底，需综合考虑龙口抗冲刷能力、堤基稳定、合龙工作量、口门预留持续时间等多重因素，选择一种最合理、最安全的护底结构。结合数模及稳定验算，工程中提出如下龙口护底设计优化思路，结构断面图见图2。

图2 龙口护底结构断面图Fig.2 Cross-section drawing of bottom protection structure of closure gap

1）在-始滩面铺设一层砂肋+联锁片混合软体排，堤身部分为砂肋排，余排为联锁片排，排布材料选用380 g/m2复合土工织物，排体间搭接宽度为5 m，形成对-始滩面的有效防护。

2）为减少合龙期闭气棱体土方工作量，同时降低在软基上快速加载堤身土方引起的滑动风险，经验算，龙口底槛构筑时从-6 m抬高至-3 m。采用6层230 g/m2机织布+加筋带的通长袋体结构。

3）传统圈围工程从龙口构筑至合龙闭气时间跨度短，而本工程需持续4个月。为增强对已构筑袋体的有效保护，-3 m通长砂袋上及余排范围内再增加铺设1层全联锁片软体排。

4）由于2018年1—7月排海管仍未废弃，400 m龙口仍不能全面进行护底及底槛构筑，为防止龙口两侧裹头构筑过程中绕堤流、涨落潮往复流引起滩面冲刷，在构筑裹头时，仅在龙口两端完成超前护底混合排各50 m，并压载1层通长砂袋。

2.2 合龙技术准备工作

合龙前1个月内要充分掌握相关参数，做足技术准备工作，确保合龙万无一失。主要的技术准备工作包括：1）固定频率对龙口滩面实施冲淤监测，定期对龙口护底排进行声呐扫测，制定应急措施避免龙口冲刷；2）对龙口实施流速、流向水文测验，验算同等边界条件下数模计算结果，及时进行相关验算参数修正，以更好指导龙口合龙施工；3）进行潮位校核，并结合合龙当月预报潮位进行偏差计算，得到工程区合龙期间准确的预报潮位，以便施工过程中进行施工标高控制。

3 龙口抛石截流

3.1 抛石截流堤标高确定

本工程龙口口门宽，口门底槛高程低，合龙外棱体土方量大，直接采用土方截流闭气工艺合龙风险极高。因此，考虑在龙口外棱体土方闭气前，先在外棱体外侧构筑一道抛石截流堤，形成一道人工屏障，减小风浪、波浪直接对袋装砂棱体造成破坏。同时还能延缓涨落潮某个时段的口门过流流速，使每日可作业时间延长，为合龙创造有利条件。

要确保任何时段抛石堤顶不再过流，降低临时抛石堤被越堤流削顶的风险。需充分考虑截流堤顶标高，参考公式如下：

式中：H为抛石截流堤施工顶标高；hc为合龙期最大潮位推算的对应理论标高；hb为平均波浪标高，本工程以合龙期1月份平均波高0.65 m考虑；hy为当遇到大风天气，风向与涨潮基本同向时的水位雍高值；hcj为抛石截流期间的沉降值。

根据合龙当月预报潮并结合验潮偏差参数修正，本工程龙口合龙期间，现场最高水位出现在2019年1月22日，达到4.53 m。查阅历史气象资料，多年1月份平均波高0.65 m，再适当考虑现场波浪高、风向带来的水位雍高及抛石工后沉降的影响，经现场实际测量后，最终本工程抛石截流堤顶控制标高定为+6.0 m。

3.2 抛石截流施工

经数模计算得到的龙口平堵抛石截流至任何高程流速不大于3 m/s的口门宽度为300 m。利用合龙保护期将400 m口门立堵收缩至300 m，同时在300 m口门两侧裹头位置分别构筑1座锁坝，控制标高+6.0 m，将外棱体与外侧临时抛石堤连接，以避免抛石截流后其余堤段的串沟水流涌向龙口，对龙口造成冲刷。

300m临时抛石截流堤顶宽1m，顶高程+5.0m，两侧坡比1颐1.5，采用200~400 kg级配块石，计算得到的断面约为3.15万m3，考虑施工风险按1.3~1.5系数进行备料，最终确定以4.5万m3块石进行备料。考虑工程中大潮差、大深水，为防止风浪水流对堤顶造成破坏，截流堤最上一层准备1 m见方的网兜石进行压顶，压顶后标高+6.0 m，形成对截流堤的有效防护。

综合300 m口门宽度、水流条件、船舶布置、抛石需求量等，抛石截流选择每日高平潮前1 h开始进行，300 m龙口等间距同时布置7艘抛石船舶，分4个高平潮至低平潮时段分批次进行抛石截流，最后进行网兜石压顶，共计耗时3 d完成施工。

龙口口门及抛石截流示意图见图3。

图3 龙口口门及抛石截流示意图Fig.3 Sketch map for closure gap gate and riprap closure

4 龙口土方闭气断流

4.1 合龙期施工时段选择

一般抛石截流后，龙口的过流流速明显减小，利用一个中小潮汛期持续实施土方闭气。但由于本工程属于大潮差深水龙口，抛石截流完成后，围外侧涨水速度快，内外侧形成一定水位差，最大达到2 m左右，水流透过抛石堤缝隙快速向围内汇集，龙口内侧流速大增，涨潮时局部时段内侧流速超过3 m/s，无法实现期望的每日24 h持续施工作业。抛石截流前后围内侧高潮位水流见图4。

图4 抛石截流前后围内侧高潮位水流Fig.4 High tidal level inner flow before and after riprap closure

根据图5，抛石截流后对围内、围外侧持续进行水位监测，同时对水流情况进行同步跟踪观察，发现龙口位置最大水流集中在高平潮前后3~4 h内，当围外侧水位超过围内侧水位0.7 m时，临时抛石堤内侧龙口口门流速较大，最大超过3 m/s。其余时段，当外侧与内侧相差不大或内侧比外侧高时，口门流速较小。因此，外棱体土方闭气选择在小潮汛每日高平潮2 h后开始，每日可作业14 h。

图5 围内外侧水位及水位差分析图Fig.5 Analysis diagram of the inner and outer water level and the water level difference

4.2 外棱体闭气断水合龙

根据陈德春等对水力要素随口门变化规律研究，当口门宽度不变而抬高底槛高程，进出水流逐渐增大，到一定高程达到峰值，继续抬高则最大流速降低，出水后变为0；当底槛高程不变而压缩口门宽度，则最大流速逐渐增大，到达某一宽度时达到最大，再压缩口门，此时最大进流流速几乎不变，出口流速稍有减小。

依据前述研究成果并结合本工程数模计算，工程中先进行3层通长袋平堵抬高至+0.0 m，同步跟进口门立堵收缩，立堵过程中在外侧抛石截流堤与立堵外棱体间间隔30~40 m增设锁坝，减缓龙口过流流速，最后口门收缩至100 m后选择一个低潮至高潮时段一次性完成土方闭气。

本工程300m口门外棱体从-3m加载至+6.0m，还需完成3层共计3 m厚通长砂袋，以及6 m厚外棱体砂袋，土方量约15万m3，工程量是常规围堤闭气土方量的数倍。以往龙口合龙需要在龙口两侧构筑砂库，同时外侧配备足够数量砂船。按照2倍合龙土方量进行准备，本工程共计需准备30万m3。另外还要配备多达数十台泥浆泵组及多艘吹砂船。而随着设备的不断更新换代，现场仅配备3艘高功率海吹船、2台大型滩地泵进行充灌砂施工，利用多艘船载可达约5 000 m3的海运砂驳进行循环供砂，日均产量高达1.8万m3/d左右（日均工作时间14 h）。工程于2018年12月27日开始土方合龙施工，2019年1月8日顺利完成龙口合龙任务。

5 结语

龙口合龙是圈围工程的核心，而在实施过程中龙口护底的构筑形式及保护措施十分关键。在大潮差深水围堤龙口合龙中，抛石截流是确保顺利合龙最为关键的一环。而随着技术及设备不断革新，选用高效的施工船机设备，不仅减少了设备数量及相关措施投入，而且施工效率也大为提高。文章通过大潮差深水围堤护底结构、抛石截流、土方合龙闭气等施工技术进行阐述与总结，可为业界类似项目提供借鉴与参考。