多港池龍口合龍施工部署及優(yōu)化措施

1、多港池龍口合龍施工部署及優(yōu)化措施摘要圍堤龍口合龍是圍海造陸工程中十分重要的施工內(nèi)容，是涉及到整個圍堤成敗的關(guān)鍵所在，而在多港池圍堤工程中，各港池龍口的合龍更是相輔相成，須進行認真分析，制定出最優(yōu)的施工方案。本文結(jié)合臨港經(jīng)濟區(qū)三期14區(qū)圍堤及部分吹填工程的實際情況，針對港池中各龍口的合龍條件和時間的選擇，龍口的寬度及合龍順序制定最優(yōu)的施工部署及優(yōu)化措施，希望能為后續(xù)類似工程的施工提供借鑒。關(guān)鍵詞龍口 多港池 合龍 順序 1、工程簡介臨港經(jīng)濟區(qū)三期14區(qū)圍堤及部分吹填工程分為東一區(qū)(2.06km²)、東二區(qū)(1.80km²)及西區(qū)(4.11km²)三個小區(qū)，共計7.9

2、7km²。其中外圍堤BJ段總長為2957.2m ；內(nèi)隔堤CI段為2060.2m(含跨越渤西管線EF段200m),GH段長為1875.8m（其中各區(qū)龍口預(yù)留位置如圖一所示）。圍隔堤頂標(biāo)高設(shè)計為+6.0m,施工區(qū)原泥面標(biāo)高為-2.1m-3.3m。BD段圍堤主體結(jié)構(gòu)斷面基礎(chǔ)及堤心采用通長砂被+打設(shè)塑料排水板+充填砂袋；IC段隔堤需跨越渤西管線，F(xiàn)點以北隔堤采用通常砂被+打設(shè)塑料排水板+磚渣土，E點以南采用通長砂被+打設(shè)塑料排水板+充填砂袋?？缭讲澄鞴芫€施工采用大面積吹填泥進行，泥面吹填至+5m后，采用填筑磚渣土形式進行跨越管線；）GH段隔堤采用通常砂被+打設(shè)塑料排水板+磚渣土。該工程所處海

3、域潮位特征值如下：最高高潮位5.81m最低低潮位-1.03m（1957年曾出現(xiàn)最低潮位-1.08m）平均高潮位3.74m平均低潮位1.34m平均海面2.56m最大潮差4.37m平均潮差2.40m圖一 總平面布置圖2、各龍口施工工況分析分析該工程的工況可以發(fā)現(xiàn)，該工程圍區(qū)總面積達7.97km²，漲落潮過水量較大、水流速度快，合龍施工難度較大。為此，在最外側(cè)大龍口合龍前，我們需對各龍口合龍進行合理部署安排，合理安排施工進度，制定最優(yōu)的施工部署及優(yōu)化措施，保證龍口順利合龍。首先，我們對該工程EF、BC、GH段三個龍口依次進行分析。因為有渤西管線兩條輸油、輸氣管線穿越EF段龍口，為確保管線安

4、全，設(shè)計要求EF段龍口施工采用大面積吹填泥形式進行，泥面吹填至+5.0m后，采用填筑磚渣土形式進行跨越管線。所以，EF段龍口需待BC段及GH段龍口合龍，圍區(qū)合圍后進行。IF段圍堤主體采用磚渣土施工，預(yù)留龍口長度70米，東二區(qū)圍合面積1.8平方公里，潮汐流通水量可達近200m³/s，為減小龍口合龍壓力，可以等待BC段龍口寬度縮小至一定程度，港池內(nèi)潮差變小后進行最后合龍。BC段圍堤主體為充填砂袋，龍口段充分考慮本工程施工區(qū)域的地理位置及潮位變化，根據(jù)水力計算結(jié)果先采用充砂袋立堵，將500m寬龍口縮窄至300m，然后采用拋石平堵方案，直至高潮位不過水。而在該龍口合龍前，先將IF段龍口合龍，

5、減小圍區(qū)面積，可大大減輕該龍口合龍壓力。由此可見，該工程BC、IF段兩個龍口合龍最佳施工方案為兩個龍口同時進行施工，對兩龍口施工進度進行合理控制安排，確保兩個龍口相互減壓、相輔相成。3、龍口水力計算堵口水力計算的內(nèi)容是擬定龍口尺寸和計算龍口水力要素，一般采用水量平衡法和寬頂堰流的水力計算公式相結(jié)合得到。3.1 水量平衡原理計算公式和計算步驟水量平衡原理計算公式為： (3.1)式中 計算時段內(nèi)內(nèi)陸流域來水平均流量(m³/s)，為0；計算時段內(nèi)水閘泄水平均流量(m³/s)，為0；計算時段內(nèi)龍口溢流平均流量(m³/s)；計算時段內(nèi)龍口堆石體滲流平均流量(m³/

6、s)，取為0；t計算時段，可取600s1800s，本次計算取1800s；W2計算時段末圍區(qū)容量(m³)；W1計算時段初圍區(qū)容量(m³)。圍區(qū)水位過程線的計算步驟：1) 選定計算時段t；2) 選圍區(qū)起始水位h1，可選用水閘底檻高程或稍高一些；3) 根據(jù)初始外水位高程H1和h1，計算、，并與(如有)相加得Q1；本工程=0，計算時不考慮4) 假設(shè)時段末圍區(qū)水位h2；5) 根據(jù)時段末外水位高程H2和h2，計算、，與Qo(如有)相加得Q2；6) 計算W，W=0.5×(Q1+Q2)·t；7) 根據(jù)h1，在圍區(qū)庫容曲線上查得W1；8) 計算W2，W2=W1+W；9)

7、根據(jù)W2在圍區(qū)庫容曲線上查h2，若h2和假設(shè)的h2的差值大小在某一精度范圍1內(nèi)，則即為所求之值。否則需要重新假設(shè)h2和重新計算h2，直到假設(shè)h2和計算h2的差值達到精度范圍1范圍內(nèi)為止；10) 以H2和h2為下一時段之起始上下游水位，重復(fù)(3)(9)計算步驟，求第二時段末的內(nèi)港水位；11) 逐個時段進行計算，經(jīng)過二個潮期(24小時50分左右)后所得之圍區(qū)水位與一開始選定的圍區(qū)起始水位h1之差值在要求精度范圍2內(nèi)，則計算結(jié)束。否則，需重新選定圍區(qū)起始水位h1，重復(fù)以上(2)(11)計算步驟；12) 將求得各時段末的圍區(qū)水位畫出，即得圍區(qū)水位過程線。13）根據(jù)外水位過程線和所求得的圍區(qū)水位過程線，

8、按水力學(xué)公式，即可求得落差、流速和單寬流量過程線。3.2 寬頂堰流水力計算公式 寬頂堰流的水力計算分自由出流和淹沒出流，當(dāng)hs>0.8H0時為淹沒出流（式中hs為下游水位至堰頂?shù)木嚯x，H0為堰頂上游全水頭）。3.2.1 自由出流計算公式式中：為流量；為流量系數(shù)：為堰寬；為重力加速度；為堰頂上游全水頭；為側(cè)收縮系數(shù)。3.2.2 淹沒出流計算公式式中：為淹沒系數(shù)；其余參數(shù)同上。3.3 計算工況和成果在上述計算大潮條件下，計算龍口不同寬度和底高程時的龍口最大單寬流量，龍口最大落差和龍口最大流速。計算龍口寬度：100m、200m、300m、400m、500m。計算龍口底高程：-2.5m、-1.8

9、m、-1.1m、-0.4m、+0.3m、+1.0m、+1.7m、+2.4m、+3.1m。成果表見表3-1表3-2，典型龍口尺度條件下的潮位過程線、圍區(qū)內(nèi)水位過程線及龍口流速過程線見圖3-1。表3-1 龍口水力特性最大值（漲潮）龍口底高程龍口寬度（m）100200300400500單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)-2.520.261.054.2411.

10、350.362.507.290.171.725.300.101.314.430.071.08-1.818.781.194.5111.790.512.967.580.262.105.440.151.594.340.101.29-1.116.921.335.4111.860.753.608.040.402.625.780.252.064.390.151.63-0.414.771.395.2511.951.014.578.850.703.946.440.462.824.910.332.37+0.311.641.384.8510.621.174.609.201.024.367.200.814.106.

11、290.723.76+1.08.761.304.418.751.264.417.821.074.137.141.003.875.890.863.87+1.76.171.183.936.171.153.926.161.053.925.470.953.775.030.883.61+2.43.901.003.373.900.963.373.900.923.373.890.883.373.890.863.37+3.12.010.822.702.010.812.702.010.752.702.010.702.702.000.662.70備注：最大落差為圍區(qū)內(nèi)外的最大水位差（以下同）。表3-2 龍口水力特

12、性最大值（落潮）龍口底高程龍口寬度（m）100200300400500單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)單寬流量(m3/s)最大.落差(m)最大.流速(m/s)-2.5-14.02-0.93-3.99-8.89-0.33-2.38-7.74-0.15-1.60-7.13-0.08-1.20-6.45-0.09-1.21-1.8-12.79-1.12-4.86-8.38-0.46-2.81-7.18-0.23

13、-1.98-6.54-0.14-1.54-6.04-0.09-1.24-1.1-11.20-1.38-4.69-7.80-0.65-3.92-6.53-0.35-2.45-5.99-0.22-1.94-5.57-0.15-1.60-0.4-9.81-1.71-4.51-7.08-0.95-3.98-6.00-0.57-3.29-5.35-0.39-2.89-5.24-0.27-2.15+0.3-8.08-2.04-4.26-6.16-1.34-3.81-4.93-0.97-3.37-4.80-0.75-3.22-4.44-0.60-2.83+1.0-5.92-2.33-3.78-5.09-1.

14、79-3.58-4.23-1.46-3.20-3.65-1.27-3.04-3.27-1.13-2.94+1.7-3.75-2.62-3.32-3.89-2.26-3.30-3.31-2.01-3.17-2.87-1.84-2.84-2.80-1.73-2.73+2.4-2.03-2.92-2.67-2.49-2.74-2.87-2.56-2.55-2.83-2.25-2.43-2.73-2.22-2.34-2.46+3.1-0.65-3.15-1.85-0.96-3.11-2.11-1.13-3.07-2.23-1.24-3.01-2.28-1.15-2.96-2.24備注：“-”表示落潮出

15、流。圖3-1 典型龍口尺度條件下潮位、圍區(qū)水位及龍口流速過程線3.4 龍口水力學(xué)成果分析3.4.1 龍口砂袋穩(wěn)定性判斷條件主要采用參考文獻1中圍堤工程合龍口充填砂袋在水流作用下的穩(wěn)定性物理模型試驗成果,見表3-3。表3-3 不同龍口頂高程，砂袋臨界穩(wěn)定時的水流流速龍口頂高程（m）-2.5-1.8-1.1-0.4+0.3+1.0+1.7+2.4+3.1+3.8臨界流速VA（m/s）3.702.602.502.402.252.12.502.472.382.05注：（1）龍口頂高程為-2.5m高程，在10.36m³/s流量和3.7m/s流速作用下穩(wěn)定，試驗沒有繼續(xù)提高流量。3.4.2 龍口

16、寬度的確定流速是堵口過程中最重要的控制因素，在以上45組龍口尺度變化中，其流速變化規(guī)律為：當(dāng)口門寬度不變而抬高底檻高程(平堵)時，無論進流與出流，最大流速開始逐漸增大，到某一高程(口門越窄，此高程越低)時達到最大值，然后隨底檻(龍口堤頂)高程的抬高，最大流速逐漸減少，直至堤頂高出水面時變?yōu)榱?。?dāng)?shù)讬懜叱滩蛔兌鴫嚎s口門寬度(即立堵)時，則最大流速逐漸增大，隨著龍口底高程的抬高，龍口最大流速增幅逐漸減小，當(dāng)龍口底高程在+1.0m以上時，最大流速隨著龍口寬度的縮窄，變幅已較小。龍口漲潮流速一般均大于落潮流速，但也有個別條件龍口落潮流速大，將計算成果與砂袋的臨界穩(wěn)定流速（表3-3）對比可知： （1）利

17、用充填砂袋進行平堵2層至-1.1m高程時，龍口寬度為400m時，龍口最大流速為2.06m/s，略小于砂袋的臨界穩(wěn)定流速2.50m/s，龍口寬度不應(yīng)小于400m。（2）利用充填砂袋進行平堵3層至-0.4m高程時，龍口寬度為500m時，龍口最大流速為2.37m/s，略小于砂袋的臨界穩(wěn)定流速2.40m/s，龍口寬度不應(yīng)小于500m。因此為安全起見，采用砂袋至-1.1m高程，即平堵2層，龍口寬度取500m。（3）根據(jù)灘涂治理工程技術(shù)規(guī)范（SL389-2008）8.6.1條，“選擇龍口尺寸的控制流速可取2m/s4m/s。當(dāng)施工條件允許時，也可適當(dāng)提高控制流速”。 條文說明中解釋：“選用4m/s作為控制流

18、速，主要考慮在此流速下，采用重量為140kg的塊石即能穩(wěn)定且易于施工。如果施工條件允許搬運更大的石塊也可將控制流速提高，以減少堵口工程量”。本工程以4.0m/s為控制流速，砂袋平堵至-1.1m高程后，繼續(xù)采用拋石平堵即可滿足要求，龍口最大流速為3.87m/s。（4）拋石塊體重量的計算堵口塊石粒徑可按伊茲巴斯公式計算式中：D截流塊石折算為球體的直徑m； V作用于塊石的流速，m/s；m塊石的容重，取m=2.6t/m3；0水的容重,取0 =1.025t/m3；g重力加速度，9.81m/s2；K綜合穩(wěn)定系數(shù)，取K=0.85。計算得到堵口方案的龍口不同尺度時的堵口塊石粒徑和重量見表3-4，方案中需使用塊

19、石的最大粒徑和最大重量分別為0.69m和140.9kg。表3-4 尺度條件下的塊石粒徑和重量要求龍口尺度（m）流速(m/s)塊石粒徑(m)塊石重量(kg)龍口寬度龍口高程500-0.402.37 0.267.50.303.76 0.65118.51.003.87 0.69140.91.703.61 0.6092.92.403.37 0.5261.53.102.70 0.3316.34、龍口合龍施工進度安排合龍時機應(yīng)盡可能選擇在潮差小的時段進行。根據(jù)本工程施工進度安排及2012年各月份潮位預(yù)報結(jié)果，選于在2012年10月7日10月12日間的小潮為開始合龍的時間最佳。10月7日前，確保BC段龍口完

20、成充砂袋立堵將龍口縮小至300米，完成剩余段一級棱體護底壓護及外側(cè)平臺拋石截流，GH段龍口磚渣及建筑混凝土廢料推進縮小至30米。GH段龍口待BC段外圍堤龍口施工拋石截流完成后，低潮位兩側(cè)采用建筑混凝土廢料推進合龍。5、BC段外圍堤龍口合龍工藝流程5.1口基礎(chǔ)施工及防護5.1.1時限：2012年8月25日至2012年9月10日5.1.2投入機械設(shè)備：大型鋪排船三組、吹砂定位船兩組、打板船一艘、交通船4艘5.1.3施工部署及要點： 龍口預(yù)留寬度為500米，位置在南堤BC1+0001+500; 兩側(cè)堤頭1：2斜坡式處理，并各護上兩層長絲機織布壓砂肋軟體排護面。龍口底層先后經(jīng)過充填袋擋埝施工、吹填黑砂

21、施工、底層砂被施工，并打設(shè)塑料排水板，打設(shè)排水板之后鋪設(shè)高強軟體排壓護。初步沉降后龍口預(yù)留標(biāo)高控制在-1m-0.5m米左右。5.2龍口立堵及防護5.2.1時限：2012年9月10日至2012年9月20日5.2.2投入機械設(shè)備：電吹定位船2艘、運砂船5艘、自航平板駁1艘、交通船2艘5.2.3施工部署及要點：龍口原始預(yù)留寬度為500米，位置在南堤BC1+0001+500。采用充填砂袋立堵口時，龍口寬度為300m時，經(jīng)計算龍口最大流速為2.46m/s，小于砂袋的臨界穩(wěn)定流速2.50m/s，因此龍口可利用充填砂袋立堵200m。龍口立堵前，將兩側(cè)堤頭拋石進行清理，滿足充填砂袋打設(shè)要求。本工程以4.0m/

22、s為控制流速，為避免不利水流條件，立堵后龍口位置縮小至300米，位置在BC1+1001+400。堤頭再加一層軟體排做防護。5.2.4技術(shù)要求及注意事項：（1）原始龍口兩端堤頭拋石進行清理，保證基礎(chǔ)底面平整度以達到充填砂袋施工要求；（2）充砂袋布采用230g/編織布，以增加其抗沖刷強度；（3）軟體排采用600g/長絲機織布；5.3充填砂袋一級棱體打設(shè)形成拋石平臺5.3.1時限：2012年9月21日至2012年9月30日5.3.2投入機械設(shè)備：電吹定位船2艘、運砂船4艘、自航平板駁1艘、交通船2艘5.3.3施工部署及要點：根據(jù)龍口水力特性計算，龍口處進行充填砂袋一級棱體打設(shè)至+1m左右，形成拋石平

23、臺。充填砂袋打設(shè)高度控制在+1m左右，堤頭處袋體采用400g/m2長絲機織布，增強抗磨損強度。5.3.4技術(shù)要求及保障措施：（1）一級棱體袋布強度要求較高，平起階段兩層一級棱體充砂袋袋布分別采用230g/編織布、600g/長絲機織布，以確保龍口在短時間內(nèi)抗沖刷能力，同時，長絲機織布強度亦可滿足后期拋石要求，有效防止拋石造成袋體破壞；（2）平起同時適當(dāng)縮小龍口寬度，堤頭處袋體均采用600g/長絲機織布，確保其對龍口繞堤流抗沖刷能力。5.4外部拋石擋壩截流5.4.1時限：2012年10月1日至2012年10月7日（最終合龍前）5.4.2投入機械設(shè)備：起錨定位綜合應(yīng)用船3艘（龍口內(nèi)側(cè)留用）、大型專用

24、鏟車船2艘、倒運平板駁2艘、反鏟挖掘機4臺、交通船4艘。5.4.3施工部署及要點：流速是堵口過程中最重要的控制因素，當(dāng)龍口寬度不變而抬高底檻高程(平堵)時，最大流速隨龍口底高程增加逐漸增大，到某一高程時達到最大值，然后流速逐漸減少，直至堤頂高出水面時變?yōu)榱?。?dāng)龍口底檻高程不變而壓縮口門寬度(即立堵)時，最大流速隨龍口寬度減小逐漸增大，龍口底高程的越高，龍口最大流速增幅逐漸減小。采用拋石平堵方案，直至高潮位不過水，最大流速發(fā)生在龍口底高程+0.3m，為3.76m/s，塊石的重量宜為200-300kg左右。5.4.4技術(shù)要求及保障措施：（1）為保障充砂袋施工效率及拋石截流成功率，采取在龍口內(nèi)側(cè)放置

25、34艘定位船協(xié)助施工，可有效解決因龍口流水過大，充砂袋及拋石船施工定位難的問題。（2）拋石擋壩截流施工較為關(guān)鍵，由于龍口標(biāo)高在+0米左右時水流作用已經(jīng)很急，龍口落差及流速明顯增加，施工時應(yīng)選擇每日低潮位開始拋石，并確保堤頭充砂袋體與拋石擋壩間無空擋，拋石標(biāo)高在+6米以上。大型專用拋石船垂直堤軸線方向定位，先在龍口中央拋出一道2m高的石墻，然后再從兩側(cè)向中間拋石，拋石擋壩在5個工作日內(nèi)完成。5.5龍口二級棱體充砂袋合龍5.5.1時限：2012年10月7日至2012年10月13日5.5.2投入機械設(shè)備：起錨定位綜合應(yīng)用船3艘（龍口內(nèi)側(cè)留用）、大型多排架吹砂定位船4艘、運砂船10艘、交通船4艘。5.5.3施工部署及要點：拋石擋壩形成后，龍口急流可基本被消減，為最終的充灌砂袋合龍?zhí)峁┝擞欣麠l件，但由于拋石擋壩透水性強，基底高，整體穩(wěn)定性不足，因此必須及時進行最后的二級棱體合龍施工。擬在拋石擋壩形成后，選擇最有利合龍時機，平均潮差最小日進行合龍，充砂袋合龍采用小灌袋截流與大灌袋平起相結(jié)合的方式進行，砂源充足，確保在1