論鹽黃砂塢治江圍墾方案中的丁壩處理方案

論鹽黃砂塢治江圍墾方案中的丁壩處理方案

1海運黃砂救濟工程概況近年來，在人口眾多、經濟發(fā)達省份浙江，由于可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域資源，以及河流和荷塘管理的需要，每年都有計劃在池塘兩岸修建河流和湖泊。海鹽黃砂塢治江圍墾工程位于錢塘江北岸長山～高陽山之間,是一項以圍促淤的治江圍墾工程,是錢塘江尖山河段整治的重要組成部分。工程等別為Ⅱ等,主要建筑物一線主堤為2級建筑物,按100年一遇高潮位與同頻率風浪疊加和安全超高不允許越浪設計,圍墾總面積2.25萬畝,圍墾主堤長度8.31km。工程西接已完工的海寧尖山圍墾4號堤,東與長山閘西800m處的長山圍堤相接。圍墾區(qū)的總體布置如圖1所示。2丁壩壩底沖刷及保護由于錢塘江屬于強涌潮河段,而且每年都要受臺風侵襲,故圍墾工程具有風險大、施工季節(jié)性明顯、不確定因素多的特點。在圍墾過程中,積累了大量的施工經驗,據錢塘江兩岸多年的圍墾經驗,本圍墾項目的方案是在錢塘江北岸黃砂塢老虎山、獅子山兩處通過修筑丁壩促淤,在灘涂面淤積達到一定高度后,再實施順壩及主堤工程,形成圍墾區(qū),丁壩同時也起到了主堤施工時的臨時運輸通道的作用。丁壩促淤主要在于利用丁壩挑流局部改變水流的流向,使江流遠離海塘及江岸,使潮水主流回歸江心,掩護下游不受水流沖刷,使壩的上下游產生回流區(qū)造成落淤條件利于泥沙落淤,通過丁壩的修筑促使岸灘淤積,從而起到保護岸線形成淤灘的作用,達到圍墾的目的。在修筑丁壩的過程中,由于是頂水施工,它每天都要受漲潮和退潮的沖刷,施工難度非常大,它的施工順利與否在某種意義上可以說決定了圍墾工程的進度和投資。其中丁壩壩頭的沖刷和保護一直是錢塘江口丁壩修建的最大技術難題。由于錢塘江是世界著名的強潮河口涌潮,潮頭高度可達3m,實測最大流速可達12m/s,潮水漲落時的流速非常大,河床表層土質大多為粉砂土,在丁壩壩頭附近水流流速急劇增加,并形成豎向旋渦,猛烈沖刷床面泥沙,會使床面形成一瓢形沖刷坑。對丁壩壩頭前的沖刷坑的形成原理,有關試驗研究結果已經闡明了沖坑在壩頭處的形成機理及其發(fā)展情況。初期沖刷首先產生于壩頭上游側,在沖刷過程中沖坑深度不斷增大,伴隨著沖刷面積的擴大和沖坑側面坡度的增加。在沖刷的初始階段,沖深發(fā)展很快,此時水流的沖蝕能力為最大。隨著沖坑的發(fā)展沖深逐漸增加,但沖刷率下降,到后期最大沖深達到相對穩(wěn)定,不再隨時間的推移有明顯變化?？梢姵跗跊_刷在全部沖刷量中所占比例很大,而被沖刷的泥沙均沉降淤積在沖坑的下游側。最大沖深的位置在沖刷過程中幾乎保持不變。3“船拋結合陸拋”沖坑的施工方案老虎山丁壩壩址位于老虎山,從東北向西南延伸,設計總長度3300m(樁號0+000～3+300),在2+950處與主堤相接,作為圍墾項目的試驗壩,先行實施。其設計斷面和施工方案主要根據原有灘涂和當地石料的情況來確定。樁號0+000～2+500段因原始灘涂面已較高,高程從3.9～-1.9m(85國家基準高程,下同),決定采用候潮施工的方案,低潮位(多年平均低潮位高程-2.3m)時用管袋吹填粉砂土,作為堤心,堤身兩側及堤頂采用120cm厚拋石護坡。堤身斷面尺寸為堤頂高程6.0m,堤頂寬度7m,兩側邊坡1∶1.5。從2+500開始,原始涂面已處于低潮位以下,因強涌潮的沖刷出現(xiàn)了沖坑。經測量分析,壩頭沖坑的橫向剖面(即順沿丁壩方向)沖坑的最深處高程-11m,并緩慢向兩側抬高,在2+800處恢復至原始涂面高程(-2.0m),即沖坑深度達到了9～10m,沿丁壩方向的沖坑寬度達300m左右。對沖坑的處理采用了船拋結合陸拋的施工方案,船拋護底至高程-2.0m,然后運輸車輛集中進行陸拋,直接對深坑進行強行拋填。在深坑拋填過程中,因潮水的沖刷,大量的石材被潮水帶走,損耗量非常大,強行拋填工作從2005年4月15日開始,至2005年7月15日完工,持續(xù)了近3個月,完成了2+500～3+300共800m的丁壩填筑工程。共耗費船拋石方8.5萬m3,陸拋共30萬m3,達到了堤頂高程6.0m,堤頂寬度9m,兩側邊坡1∶1的設計斷面要求。4壩底沖坑設計獅子山丁壩壩址位于東西向臨時子堤上,獅子山以西約50m,原設計直線長度1400m(樁號0+000～1+400),在老虎山丁壩和東西向臨時子堤基本完成后開始施工。其設計斷面和施工方案與老虎山丁壩基本相同。樁號0+000+600段采用砂土管袋填心、塊石護坡的常規(guī)施工方案,而從0+600開始也出現(xiàn)了沖坑。經測量,壩頭沖坑的剖面形狀與老虎山丁壩壩頭沖坑的形狀類似,且因該處流速更大,沖坑更深,橫向(即順沿丁壩方向)沖坑的最深處在樁號0+700處,高程達-12m,并緩慢向兩側抬高,在0+900處恢復至原始涂面高程(-2.0m),即沖坑深度達到了10～12m,沿丁壩方向的沖坑寬度達300m左右;其縱向剖面(即垂直丁壩方向),沖坑延伸到丁壩壩頭下游側約300m,上游側約150m。為了完成丁壩繼續(xù)向外延伸跨越12m深的深坑的技術難題,根據深坑的剖面形狀和形成的機理,提出了“繞”的施工方案,即順水流方向先筑順壩繞開深坑再筑丁壩的施工方案。在0+600處先沿順水流方向施工一條約300m長度的順壩,順壩壩頭處形成了高程-2.0m左右的淤積灘涂,起到了良好的淤積效果,決定即時沿垂直水流方向筑砂土管袋丁壩,在砂土管袋丁壩施工的同時通過GPS定位開始石方的船拋護底工程。在施工過程中,因砂土管袋丁壩和船拋同時開始作業(yè),沒有形成新的沖坑,節(jié)約了石方。整個工程從2006年4月20日開始施工,持續(xù)了2個月,完成了0+600～1+400共800m長度丁壩的填筑,共耗費船拋石方6萬m3,陸拋21萬m3,達到了堤頂高程6.0m,堤頂寬度9m,兩側邊坡1∶1的設計斷面要求。5公民山丁壩壩底沖刷深坑處理技術經濟分析對二種施工方案的技術經濟比較如表1所列。對深坑的二種技術處理方案,通過實施,雖然最終均達到了設計