多港池龙口合龙施工部署及优化措施

1、多港池龙口合龙施工部署及优化措施摘要 围堤龙口合龙是围海造陆工程中十分重要的施工内容，是涉及到整个围堤成败的关键所在，而在多港池围堤工程中，各港池龙口的合龙更是相辅相成，须进行认真分析，制定出最优的施工方案。 本文结合临港经济区三期14区围堤及部分吹填工程的实际情况，针对港池中各龙口的合龙备件和时间的选择，龙口的宽度及舍龙顺序制定最优的施工部署及优化措施，希望能为后续类似工程的施工提供借鉴。1、工程简介 临港经济区三期14区围堤及部分吹填工程分为东一区(2. 06km2)、东二区(1, 80km2)及西区(4.1 1km2)三个小区，共计7.97km2。其中外围堤BJ段 总长为2957. 2m

2、；内隔堤CI段为2060. 2m(含跨越渤西管线EF段200m)，GH段长为1875. 8m（其中各区龙口预留位置如图一所示）。围隔堤顶标高设计为+6. Om，施工区原泥面标高为-2- Im-3. 3m。BD段围堤主体结构断面基础及堤心采用通长砂被+打设塑料排水板+充填砂袋；IC段隔堤需跨越渤西管线，F点以北隔堤采用通常砂被十打设塑料排水板十砖渣土，E点以南采用通长砂被十打设塑料排水板十充填砂袋；跨越渤西管线施工采用大面积吹填泥进行，泥面吹填至+5后，采用填筑砖渣土形式进行跨越管线；）GH段隔堤采用通常砂被+打设塑料排水板十砖渣土。 该工程所处海域潮位特征值如下： 最高高潮位5. 81m 最低

3、低潮位-1. 03m（1957年曾出现最低潮位-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 图一总平面布置图2、各龙口施工工况分析分析该工程的工况可以发现，该工程围区总面积达7.97km2，涨落潮过水量较大、水流速度快，合龙施工难度较大。为此，在最外侧大龙口合龙前，我们需对各龙口合龙进行合理部署安排，合理安排施工进度，制定最优的施工部署及优化措施，保证龙口顺利合龙。首先，我们对该工程EF、BC、GH段三个龙口依次进行分析。因为有渤西管线两条输油、输气管线穿越EF段龙口，为确保管线安全，设计要求EF段龙口施工采用大面积

4、吹填泥形式进行，泥面吹填至+5.0m后，采用填筑砖渣土形式进行跨越管线。所以，EF段龙口需待BC段及GH段龙口合龙，围区合围后进行。IF段围堤主体采用砖渣土施工，预留龙口长度70米，东二区围合面积1.8平方公里，潮汐流通水量可达近200m3/s，为减小龙口合龙压力，可以等待BC段龙口宽度缩小至一定程度，港池内潮差变小后进行最后合龙。BC段围堤主体为充填砂袋，龙口段充分考虑本工程施工区域的地理位置及潮位变化，根据水力计算结果先采用充砂袋立堵，将500m宽龙口缩窄至300m，然后采用抛石平堵方案，直至高潮位不过水。而在该龙口合龙前，先将IF段龙口合龙，减小围区面积，可大大减轻该龙口合龙压力。由此可

5、见，该工程BC、IF段两个龙口合龙最佳施工方案为两个龙口同时进行施工，对两龙口施工进度进行合理控制安排，确保两个龙口相互减压、相辅相成。3、龙口水力计算堵口水力计算的内容是拟定龙口尺寸和计算龙口水力要素，一般采用水量平衡法和宽顶堰流的水力计算公式相结合得到。3.1水量平衡原理计算公式和计算步骤水量平衡原理计算公式为： (3.1)式中 -计算时段内内陆流域来水平均流量(m3/s)为0；-计算时段内水闸泄水平均流量(m3/s)，为0；-计算时段内龙口溢流平均流量(m3/s)；计算时段内龙口堆石体渗流平均流量(m3/s)，取为0；t计算时段，可取600s1800s，本次计算取1800s；W2-计算时

6、段末围区容量(m3)；Wl-计算时段初围区容量(m3)。围区水位过程线的计算步骤：1)选定计算时段t；2)选围区起始水位hl，可选用水闸底槛高程或稍高一些；3)根据初始外水位高程Hl和hl，计算1、1、1，并与（如有）相加得Q1;本工程=0，计算时不考虑。4)假设时段末围区水位h2;5)根据时段末外水位高程H2和h2，计算2、2、2，并与（如有）相加得Q2;6)计算W，W=0.5×(Q1+Q2)*t；7)根据hl，在围区库容曲线上查得Wl;8)计算W2，W2=WI+W；9)根据W2在围区库容曲线上查h2，若h2和假设的h2的差值大小在某一精度范围1内，则即为所求之值。否则需要重新假设

7、h2和重新计算h2，直到假设h2和计算h2的差值达到精度范围1范围内为止；10)以H2和h2为下一时段之起始上下游水位，重复(3)(9)计算步骤，求第二时段末的内港水位：1 1)逐个时段进行计算，经过二个潮期(24小时50分左右)后所得之围区水位H1与一开始选定的围区起始水位hl之差值在要求精度范围2内，则计算结束。否则，需重新选定围区起始水位hl，重复以上(2)(1 1)计算步骤；12)将求得各时段末的围区水位画出，即得围区水位过程线。13)根据外水位过程线和所求得的围区水位过程线，按水力学公式，即可求得落差、流速和单宽流量过程线。3.2 宽项堰流水力计算公式 宽顶堰流的水力计算分自由出流和

8、淹没出流，当hs>0. 8 H0时为淹没出流（式中hs为下游水位至堰顶的距离，H0为堰顶上游全水头）。3.2.1自由出流计算公式 Q =mbH0 3/2 式中：Q为流量；m为流量系数：b为堰宽；g为重力加速度；Ho为堰顶上游全水头；为侧收缩系数。3.2.2淹没出流计算公式Q =smbH0 3/2 式中：s为淹没系数；其余参数同上。3.3计算工况和成果在上述计算大潮条件下，计算龙口不同宽度和底高程时的龙口最大单宽流量，龙口最大落差和龙口最大流速。计算龙口宽度：lOOm、200m、300m、400m、500m。计算龙口底高程：-2. 5m、-1. 8m、-1. Im、-0. 4m、+0. 3

9、m、+1. Om、+1. 7m、+2.4m、+3. Im。成果表见表3-1表3-2，典型龙口尺度条件下的潮位过程线、围区内水位过程线及龙口流速过程线见图3-1。备注：最大落差为围区内外的最大水位差（以下同）。3.4龙口水力学成果分析3.4.1龙口砂袋稳定性判断条件 主要采用参考文献1中围堤工程合龙口充填砂袋在水流作用下的稳定性物理模型试验成果，见表3-3。表3-3 不同龙口顶高程，砂袋临界稳定时的水流流速 注：(1)龙口顶高程为-2. 5m高程，在10. 36m/S流量和3.7m/s流速作用下稳定，试验没有继续提高流量。3.4.2龙口宽度的确定 流速是堵口过程中最重要的控制因素，在以上45组龙

10、口尺度变化中，其流速变化规律为：当口门宽度不变而抬高底槛高程（平堵）时，无论进流与出流，最大流速开始逐渐增大，到某一高程（口门越窄，此高程越低）时达到最大值，然后随底槛（龙口堤顶）高程的抬高，最大流速逐渐减少，直至堤项高出水面时变为零。当底槛高程不变而压缩口门宽度（即立堵）时，则最大流速逐渐增大，随着龙口底高程的抬高，龙口最大流速增幅逐渐减小，当龙口底高程在+1. Om以上时，最大流速随着龙口宽度的缩窄，变幅已较小，龙口涨潮流速一般均大于落潮流速，但也有个别条件龙口落潮流速大，将计算成果与砂袋的临界稳定流速（表3-3）对比可知： (1)利用充填砂袋进行平堵2层至-1. Im高程时，龙口宽度为4

11、00m时，龙口最大流速为2.06m/s，略小于砂袋的临界稳定流速2. 50m/s，龙口宽度不应小于400m。 (2)利用充填砂袋进行平堵3层至-0. 4m高程时，龙口宽度为500m时，龙口最大流速为2.37m/s，略小于砂袋的临界稳定流速2. 40m/s，龙口宽度不应小于500m。因此为安全起见，采用砂袋至-1. Im高程，即平堵2层，龙口宽度取500m。 (3)根据滩涂治理工程技术规范(SL389-2008)8.6.1条 “选择龙口尺寸的控制流速可取2m/s4m/s。当施工条件允许时，也可适当提高控制流速”。条文说明中解释：“选用4m/s作为控制流速，主要考虑在此流速下，采用重量为140kg

12、的块石即能稳定且易于施工。如果施工条件允许搬运更大的石块也可将控制流速提高，以减少堵口工程量”。 本工程以4. Om/s为控制流速，砂袋平堵至-1. Im高程后，继续采用抛石平堵即可满足要求，龙口最大流速为3. 87m/s。 (4)抛石块体重量的计算 堵口块石粒径可按伊兹巴斯公式计算 式中：D-截流块石折算为球体的直径m； V-作用于块石的流速，m/s; -块石的容重，取 =2. 6t/m3; -水的容重，取 =1. 025t/m3;； g-重力加速度，9.81m/s2; K-综合稳定系数，取K=O. 85。 计算得到堵口方案的龙口不同尺度时的堵口块石粒径和重量见表3-4，方案中需使用块石的最

13、大粒径和最大重量分别为0.69m和140.9kg。表3-4 尺度条件下的块石粒径和重量要求4、龙口合龙施工进度安排合龙时机应尽可能选择在潮差小的时段进行。根据本工程施工进度安排及2012年各月份潮位预报结果，选于在2012年10月7日10月12日间的小潮为开始合龙的时间最佳。10月7日前，确保BC段龙口完成充砂袋立堵将龙口缩小至300米，完成剩余段一级棱体护底压护及外侧平台抛石截流，GH段龙口砖渣及建筑混凝土废料推进缩小至30米。GH段龙口待BC段外围堤龙口施工抛石截流完成后，低潮位两侧采用建筑混凝土废料推进合龙。5、BC段外围堤龙口合龙工艺流程5.1口基础施工及防护5.1.1时限：2012年

14、8月25日至20 12年9月10日5.1.2投入机械设备：大型铺排船三组、吹砂定位船两组、打板船一艘、交通船4艘5.1.3施工部署及要点：龙口预留宽度为500米，位置在南堤BCl+0001+500：两侧堤头1：2斜坡式处理，并各护上两层长丝机织布压砂肋软体排护面。龙口底层先后经过充填袋挡埝施工、吹填黑砂施工、底层砂被施工，并打设塑料排水板，打设排水板之后铺设高强软体排压护。初步沉降后龙口预留标高控制在-lm-0. 5m米左右。5.2龙口立堵及防护5.2.1时限：2012年9月10日至2012年9月20日5.2.2投入机械设备：电吹定位船2艘、运砂船5艘、自航平板驳1艘、交通船2艘5.2.3旖工

15、部署及要点：龙口原始预留宽度为500米，位置在南堤BCl+0001+500。采用充填砂袋立堵口时，龙口宽度为300m时，经计算龙口最大流速为2。46m/s，小于砂袋的临界稳定流速2.50m/s，因此龙口可利用充填砂袋立堵200m。龙口立堵前，将两侧堤头抛石进行清理，满足充填砂袋打设要求。本工程以4. Om/s为控制流速，为避免不利水流条件，立堵后龙口位置缩小至300米，位置在BC' 1+1001+400。堤头再加一层软体排做防护。5.2.4技术要求及注意事项： (1)原始龙口两端堤头抛石进行清理，保证基础底面平整度以达到充填砂袋施工要求； (2)充砂袋布采用230g/m2编织布，以增加

16、其抗冲刷强度； (3)软体排采用600g/m2丝机织布；5.3充填砂袋一级棱体打设形成抛石平台5.3.1时限：2012年9月2 1日至20 12年9月30日5.3.2投入机械设备：电吹定位船2艘、运砂船4艘、自航平板驳1艘、交通船2艘5.3.3施工部署及要点： 根据龙口水力特性计算，龙口处进行充填砂袋一级棱体打设至+lm左右，形成抛石平台。充填砂袋打设高度控制在+lm左右，堤头处袋体采用400g/m2长丝机织布，增强抗磨损强度。5.3.4技术要求及保障措施： (1)一级棱体袋布强度要求较高，平起阶段两层一级棱体充砂袋袋布分别采用230g/m2织布、600g/m2长丝机织布，以确保龙口在短时间内

17、抗冲刷能力，同时，长丝机织布强度亦可满足后期抛石要求，有效防止抛石造成袋体破坏； (2)平起同时适当缩小龙口宽度，堤头处袋体均采用600g/m2长丝机织布，确保其对龙口绕堤流抗冲刷能力。5.4外部抛石挡坝截流5.4.1时限：2012年10月1日至20 12年10月7日（最终合龙前）5.4.2投入机械设备：起锚定位综合应用船3艘（龙口内侧留用>、大型专用铲车船2艘、倒运平板驳2艘、反铲挖掘机4台、交通船4艘。5.4.3施工部署及要点： 流速是堵口过程中最重要的控制因素，当龙口宽度不变而抬高底槛高程（平堵）时，最大流速随龙口底高程增加逐渐增大，到某一高程时达到最大值，然后流速逐渐减少，直至堤

18、顶高出水面时变为零。当龙口底槛高程不变而压缩口门宽度（即立堵）时，最大流速随龙口宽度减小逐渐增大，龙口底高程的越高，龙口最大流速增幅逐渐减小。采用抛石平堵方案，直至高潮位不过水，最大流速发生在龙口底高程+0. 3m，为3.76m/s，块石的重量宜为200-300kg左右。5.4.4技术要求及保障措施： (1)为保障充砂袋施工效率及抛石截流成功率，采取在龙口内侧放置3、4艘定位船协助施工，可有效解决因龙口流水过大，充砂袋及抛石船施工定位难的问题。 (2)抛石挡坝截流施工较为关键，由于龙口标高在+O米左右时水流作用已经很急，龙口落差及流速明显增加，施工时应选择每日低潮位开始抛石，并确保堤头充砂袋体

19、与抛石挡坝间无空挡，抛石标高在+6米以上。大型专用抛石船垂直堤轴线方向定位，先在龙口中央抛出一道2m高的石墙，然后再从两侧向中间抛石，抛石挡坝在5个工作日内完成。5.5龙口二级棱体充砂袋合龙5.5.1时限：2012年10月7日至20 12年10月13日5.5.2投入机械设备：起锚定位综合应用船3艘（龙口内侧留用）、大型多排架吹砂定位船4艘、运砂船10艘、交通船4艘。5.5.3施工部署及要点： 抛石挡坝形成后，龙口急流可基本被消减，为最终的充灌砂袋合龙提供了有利条件，但由于抛石挡坝透水性强，基底高，整体稳定性不足，因此必须及时进行最后的二级棱体合龙施工。 拟在抛石挡坝形成后，选择最有利合龙时机，平均潮差最小日进行合龙，充砂袋合龙采用小灌袋截流与大灌袋平起相结合的