粉砂土地基堵口设计的方法

堵口工程是围垦工程的关键，历来受到各方的广泛关注，堵口的成败，往往在于堵口设计的好坏。以往大家对深港堵口和软土地基堵口技术讨论较多，且积累了大量的实践经验，形成了一套完整的理论和方法，但对粉砂地基如何进行堵口设计讨论较少，本文从慈溪市四灶浦西侧6.7万亩围涂工程堵口设计的实际，探讨如何进行粉砂基础堵口设计，并对平立堵方案的选择条件进行分析研究。提出适合粉砂地基堵口的合理方法，为我市杭州湾地区进一步围垦创造技术条件。

一、工程概况

慈溪四灶浦西侧围涂工程西起三八江以西2km，东至四灶浦十一塘闸，为杭州湾南岸庵东滩面西侧，本段滩面平均含沙量为1.2~3.2kg/m3，中值粒径0.02~0.06mm，泥沙来源主要来自长江口。围区涂面高程在2.7m（吴淞基面，下同），横堤（北堤）全长20.475km，西直堤1.5km，东直堤2.3km，中间设三条隔堤，总长6.44km，围涂总面积44.7k㎡（6.7万亩），见附图一。本工程自2000年5月试验堤破土动工兴建以来，已完成东直堤全长2.3m，三条隔堤全长6.4km，西直堤2.3m抛石顺坝及12.5km长的横堤顺坝工程施工。并于10月底前完成了东Ⅰ标片及西横堤大桥片的龙口合拢工作，东II标也在11月10日完成堵口合龙。

本工程建于粉砂土地基上，其地层主要由砂质粉土组成，该土层干容重为15kN/m3，含水率w=28.4%，孔隙比e=0.790，压缩模量Es=12.00MPa，c快=5.9kPa，Φ快=29.9°，c固快=6.2kPa，Φ固快=31.6°。其水平向渗透系数为2.07×10-4cm/s，经颗粒分析泥沙粒径以0.01-0.075mm为多数，不均匀系数d60/d10≈6.

围区西端处在杭州湾南岸西三潮沟末段，为防止西三潮沟对本工程产生不利影响，工程西段采用抛石顺坝作为抗冲刷的主要手段，其余堤段均采用泥心顺坝。工程分两期实施，一期实施马中湾直堤以东19K㎡和西隔堤以西8.66K㎡.本次堵口方案设计主要针对一期实施项目。

二、围海工程堵口的特点及堵口技术

堵口工程是修筑海堤的最后阶段，它的成败是整个围海工程的关键。堵口工程是海塘修筑的最后一段，这时所遇到的水力条件比任何时候都不利，随着口门的压缩，水力条件将更为恶劣，一旦失事，水流巨大的能量将会对已建堤身和基础产生极大的破坏作用，在实际工程中有冲毁已建工程百余米，有基础掏深达数十米，不仅是修复工作极端困难，工期推后，而且增加大量工程量和造价，很难按原计划完成工程。

我国海堤工程历史悠久，而随着海堤的修筑和海堤失事后的修复积累了丰富的堵口技术经验，长期以来，主要经历了高滩浅港上筑堤，堵口工程难度不大，堵口主要凭经验，采用的方法主要为柴排垫层，立堵进展，解放后，随着围海工程逐步走向低滩围垦和深水堵港，难度大大加大，采用传统的、完全凭经验的方法已不能适应需要，迫使人们探求其他途径。主要变化为是50年代采用大块石代替传统的柴排材料，情况有所好转，但当时仍缺乏理论指导，工程失事仍然很多，60年代，在广大围海工程技术人员的努力下，开展调查研究，收集实际资料，分析原因，提出解决措施，在堵口时间的选择，龙口尺寸与布置、龙口水力计算，截流堤设计、堵口顺序与方法、土方闭气设计与施工等问题上不断研究改进，逐步建立起一套围海堵口工程的理论与方法，70年代这套理论与方法在我市胡陈港深水堵口工程上成功应用，从而彻底改变了我国围海工程凭经验堵口的现状，而进入有完整理论方法指导下堵口的新阶段，但这套理论与方法主要针对抛石堵口。80年代，尤其是缺石地区，工程技术人员又积极探索其他堵口方法。在这些方法中最有成效的是冲泥管袋工艺，不仅成功地应用于截流堤设计中代替石料，还直接用此工艺进行了堵口合龙。目前，对冲泥管袋堵口工艺尚待进一步研究与实践。

三、四灶浦西侧围涂堵口设计方法

1、龙口设置

一期工程龙口共有三处，堵口采用两种截流坝型式，即西隔堤以西的抛石顺坝型式和马中湾直堤以东的泥心顺坝型式，马中湾直堤以东以东隔堤为界分为两个标段，分别设置龙口。

渡汛大龙口宽度要求分别为西片西隔堤以西为1200m，东边两个标段分别为1000m，设计要求堵口小龙口分别为西横堤400m，东边两标段分别为600m.

实际堵口龙口西横堤为600m，东横堤两标段均为800m左右。

2、堵口时间选择

本工程海堤属三级海堤，龙口渡汛属临时性工程，根据《围海工程技术规范》规定，龙口水力计算设计标准的设计潮位重现值采用10年一遇，堵口合拢时小龙口一般选择在非汛期的小潮汛设计潮位重现值为5年一遇。

根据海洋水文分析，本地区12~4月份潮位较低，潮差小，对堵口最为有利。但从堵口其他条件如风浪、下阶段施工安排等考虑，排在10~11月份最为有利，虽然潮位略高，但可免受西北风的影响，并可使堵口合拢后，能在下一年的汛期到来之前，有足够的时间进行大塘土方加宽和加高，从而确保海堤安全渡汛，因此本次设计堵口时间西横堤和马中湾直堤~东隔堤之间在农历9月初5开始进行堵口东隔堤以东放在农历9月21开始堵口，要求在7天堵口全部完成。

3截流堤设计

截流堤是在堵口段用来最终截断潮流的海堤，根据不同的海堤顺坝型式，分别采用不同的截流坝型式，西横堤顺坝采用抛石结构，堤顶高程为7.1m，断面型式与顺坝相同，要求最后200~300m合龙时可降低至5.5m进行截流，截流后加宽加高至设计断面，如附图二。东横堤截流堤结构与横堤泥芯顺坝型式相同，具体为顺坝内外两侧采用宽2m的冲泥灌袋，中间为冲填土，顺坝顶采用山渣垫层，外海侧采用抛石保护，如附图三所示。

堵口段海堤全断面设计成果与非堵口段相同。其底高程与非堵口段相同，基础采用复合土工布做护底防冲刷处理，迎水坡采用大块石保护。

4龙口护底和堤头保护

粉砂土地基龙口护底应与粉沙地基抗冲刷结合考虑，渡汛时要求龙口底槛采用一层复合土工布加钢钎进行护底，减少龙口基础冲刷，两侧堤头用冲泥管袋加抛石保护，护底保护宽度为50m.口门压缩时，护底保护应加强，强调先护底后压缩，由于涂面淤涨，西横堤有原设计2.5高程淤至3.5~4.2m，因此，堵口前要求对小龙口加强护底，加铺一层400g/㎡的复合土工布护底，龙口不作抬高；东横堤涂面高程比原设计抬高0.5m，不增加龙口护底保护，要求堵口前，对流沟采用20×20或20×40等大规格冲泥管袋进行填平，确保龙口一次平行抬高。

5堵口程序和方法

确定具体时间后，对两种截流堤型式分别确定堵口方法：

1、西横堤抛石截流堤堵口，首先进行涂面护底保护，粉砂土地基最怕冲刷，因此选择护底型式成为堵口成败的关键，目前，对粉砂土地基抗冲护底尚无人进行专题研究试验，大家各凭经验，大多数地方采用编织布进行护底，在本次抛填顺坝过程中，我们比较了普通编织布和复合土工布护底效果后，认为复合土工布更适合于护底，主要因为复合土工布无纺布可以有效阻止地基粉砂土析出，编织布有利提高粉砂土表面抗冲能力。其次选择合适的堵口方法，对于石坝截流，大部分专家均认为先进行平堵，然后再进行立堵，应该平立堵相结合，但我们分析实际涂面情况和护底情况后，认为本段无法进行平堵施工，因此建议降低抛石高程至5.5m，缩小截流坝断面，减少截流抛石方量，采用抛石立堵的方法，保证了截流成功。本段从10月20日按顺坝断面开始抛石立堵，10月22日缩窄至300m，开始降低高程至5.5m，10月23日下午平潮时截流成功，10月27日加高加宽至设计断面，10月28日小塘土方开始闭气，11月10日小塘闭气完成，堵口取得了圆满成功。

2、横堤东段泥芯顺坝堵口，横堤东段以东隔堤为界分为I标段和II标段，首先由I标段进行堵口，堵口方案采用冲泥管袋进行平堵，采用冲泥管袋堵口在我市尚属首次，因此我们设计人员对此都比较重视，对堵口方案进行了反复计算，确保堵口成功，第一步，要求对流沟进行填平，为确保填堵流沟成功，我们要求采用20×20或20×40等大规格冲泥管袋进行填平，防止进出潮水对涂面再度刷深。第二步，用冲泥管袋将龙口从1100m压缩至800m.第三步，将800m均衡上升，并要求在最小高潮位时将潮水挡出。施工时基本按照上述步骤进行施工，施工单位考虑到800m同时抬高，施工机械无法满足，因此，采用预留两个100左右的小龙口推后一潮施工，整个坝段采用非同步均衡上升方法，实践证明，非同时均衡上升的办法具有一定的风险，而原设计考虑600m同时均衡上升是合理的。本段从10月20日开始流沟填平和缩窄龙口工作，10月22日缩窄至800m，全线抬高至3.0~3.5m高程，10月23日局部300m抬高至4.0m，10月24日650m内外侧均抬高至4.0m~4.5m，并完成泥芯冲填，10月25日下午，全线抬高至4.5m~5.0m，将潮水挡出，26日~28日完成土方加高和外海侧抛石保护，堵口结束。其次II标段进行堵口，II标段堵口方式与I标相似，但有其特殊的地方，有一道宽120m深6m的堤头冲沟，如何对冲沟进行处理，成为本段堵口的关键，对堤头沟处理主要有两种办法，一是采用抛石立堵方案，这种方案的缺陷是很容易再次冲深或堤头沟转移，并且基础抛石与泥芯坝结合很容易留下渗流隐患。二是采用冲泥管袋水下平堵，这种方法的实施前提必须减缓堤头沟的流速，因此要求在堤头沟内侧临塘河布设多道截流堰，一方面可以降低涨落潮流速，同时可以使临塘河有效促淤，另一方面为堤头沟平堵抬高创造条件。要求堤头沟在堵口前从-3.0m抬高至1.5m，堵口开始后首先抬高堤头沟至涂面高程，其余堤段将涂面填平，要求同步抬高冲泥管袋，在实际施工中为防止其余堤段形成冲刷，采用不均衡上升的办法，堤头沟总比其余堤段低0.5~1.0m，确保了堵口成功。

四、结语

从本次堵口情况来看，采用冲泥管袋在粉砂土地基上岸平堵方式进行堵口设计是成功的，对西横堤采用先护底，后抛石立堵方案也是可行的。土工冲泥管袋具有就地取材、节省造价、加快施工进度等优点，在慈溪市西北部地区粉砂土地基上筑堤和堵口中的成功应用，标志着我市围海堵口工程的又一个突破，为加快我市慈溪中西部围垦提供了技术保障，

建议在以后的堵口设计中应注意以下几点：龙口宽度应根据实际施工强度和施工机械配备情况而定，一般以600m为宜；堵口时间选择在中秋大潮后也比较合适；堵口方法尽量采用冲泥管袋平堵，但护底必须加强，一般宜采用300~400g/㎡的复合土工布护底；应加强对土工冲泥管袋应用研究，根据实际土性、潮流情况，确定更加合适的袋布特性，冲泥管袋外形等，进一步提高工程质量，降低工程造价。