论文部分内容阅读
摘要：根据钱塘江河口余姚岸段水动力泥沙特点以及浙江省水利河口院的研究成果，护底抛坝促淤围涂从中段开始实施效果较好；通过抛坝促淤围涂实践，强潮河口不同滩涂高程宜采用不同的护底防冲技术，砂肋软件排护底能有效降低深水抛坝基础的冲刷；大型编织袋龙口护底基础上采用小断面土方截流闭气可加快施工进度节省工程投资。
关键词：土工布 砂肋软体排 抛坝 深水 围涂 龙口 编织袋充填土
中图分类号：P737文献标识码： A
1 前言
钱塘江河口余姚岸段岸线长23.2km。该岸段水动力强劲，滩涂冲淤多变。根据钱塘江河口综合整治规划，钱塘江河口余姚岸段岸线需要外推3.5～4.5km，抛坝促淤治江围涂的面积约11万亩（图1）。
图1 钱塘江河口余姚岸段抛坝围涂平面位置图
钱塘江河口余姚西段南股槽涨潮流顶冲，东段受反向西三潮沟涨潮流顶冲，而位于陶家路闸两侧中段区域水动力相对较弱，滩涂较高、也较为稳定。经过多年的观测、分析研究决定余姚岸段抛坝促淤治江围涂于钱塘江河口余姚岸段的中段起步抛坝促淤围涂2.0万亩，随后在东西两侧滩涂相对较低的区域实施后续的围涂工程。
由于钱塘江河口余姚岸段治江围涂区域有高滩、中滩、低滩以及深水区域，针对滩涂和水流特点，采取相应的抛坝方式决定着治江围涂工程的投资额大小以及施工进度快慢。由于工程区域滩涂水流的复杂多变性，采用不同护底抛坝方式的对比，得到相应水流、滩涂特征条件下护底抛坝的方法，可指导促淤坝的抛筑施工。
钱塘江河口抛坝促淤后的关键工程便是龙口的合龙、土方闭气。针对钱塘江河口水文特点，研究实践，采用技术可行经济合理的龙口合龙、闭气围涂方法是关键节点工程。大型编织充泥袋护底基础的小断面护底可加快施工进度节省工程投资。
2 中段出击的围涂布局
钱塘江西三潮沟位于钱塘江河口南岸余姚与慈溪的交界处。其平面形态表现为中沙与海塘之间的一长条形的潮流沟。南股潮流同样是由于中沙发育时一方面垂向淤高，另一方面又向下游和向岸淤涨，其深泓被推向沿线塘脚，断面宽深比不断增大，岸边水流断集中，塘脚床面不断冲刷，从而使南股槽内水深流急。两潮沟内近岸塘脚高程分别达到-15m与-12m（图2），由于潮沟深且紧贴海塘塘脚，曾出现数次海塘局部坍塌事故，余姚岸线东西段海塘一直处于被动抢险的局面。
图2 钱塘江河口南岸余姚江道形势图（1998年4月）
根据西三潮沟和南股潮沟的水文、河床特点结合省水利河口院的的研究成果，在两股潮流进口之间动力相对较弱、滩涂较高的的陶家路闸上下游河段先行实施抛坝促淤围涂一期工程，然后在其下游、上游抛坝促淤围涂工程。按照这样的围涂次序，一方面有利于围涂一期工程的实施，且在一期工程实施后，可降低后期抛坝围涂工程实施的难度。
3 不同滩涂高程抛坝促淤护底型式
3.1抛坝围涂过程中的冲刷问题
钱塘江河口余姚岸段的南股潮流和西三潮流位于西、东两侧，两股潮流的动态变化引起南股槽以及西三槽进口位置、槽沟深浅的改变，导致余姚岸段滩涂高程的多变性。由于钱塘江河口潮流含沙量大以及河床为易冲易淤的粉砂土，一般情况下，中、高滩区域的水动力相应较弱，低滩、深水区域的水动力则较强。
涂面高程在平均高潮位以上的高滩，小潮汛期间滩涂出露，大潮汛期间才会被淹没，这些区域的滩涂处于相对稳定状态，河床泥沙固结程度高，在坝体的抛筑过程中，滩涂受冲刷的影响不大，石坝能够顺利地抛筑。涂面高程在中潮位至高潮位的中滩，水动力条件相对较小，滩涂固结程度不如高滩，随着促淤抛石坝长度的延长，坝头会产生深度在2m以上的冲刷坑；同时，落潮过程中，沿抛石坝的一侧，落潮流会引起的局部冲刷，可能会引起坝体的沉降和局部坍塌。涂面高程在低潮位至中潮位的低滩，涨落潮流速较大，抛石坝头冲刷坑深度可达5m以上。在低潮位时没有涂面出露的地方称之为深水区，往往水动力强劲，在抛石坝抛筑过程中，绕坝头的流速增加较快，在没有防护情况下，会形成巨大的冲刷坑，从而导致抛石方量大幅度的增加。
3.2 促淤抛坝护底型式
针对钱塘江河口余姚岸段滩涂水动力特点，在余姚岸段抛坝促淤围涂实践中，分别采用土工编织布、充泥编织袋、船抛块石混合料以及砂肋软件排等护底型式，起到了较好的护底防冲效果。
土工编织布护底：高、中滩涂的动力较弱，冲刷坑深度相对较浅、较小，主要需关注促淤坝体以及龙口预留之后落潮水流贴坝的冲刷，可通过铺设土工布护底办法解决上述问题。
充泥编织袋护底：低滩地段水动力比较强，低滩上铺设的土工布承受较大的风浪作用，实践证明，要将土工布固定，本身非常困难，而采用一定重量压载的充泥编织袋能解决上述难题。在石坝抛筑之前，沿坝轴线铺设200g/m2编织袋后，采用泥浆泵充填成厚度0.5m左右充泥编织袋则能起到稳定护底的效果，充泥袋一方面起到护底防冲的作用，同时也起到以土代石节省投资的目的。
船抛块石混合料护底：深水低滩地段，水动力特别强劲，在没有护底的情况下，坝头冲刷深度极大。如湖北东丁坝抛筑时的床面高程为-6.0m左右，随着坝体的延长，坝头冲刷到高程-18.0m，从而不得不停止施工，后通过船抛护底方式显著地降低了工程投资、加快了工程推进速度。
砂肋软体排护底：深水地段采用船抛块石混合料平抛护底可有效改善坝头的冲刷，但实践中发现，船抛块石混合料的平整度、船抛后的潜坝坝头易刷深以及土石之间的粉沙土易产生接触冲刷等问题没办法得到根本解决。为此，与省水利河口研究院共同研究引进消化改进长江口砂肋软体排护底抛坝新技术，即在软体排铺设后进行船抛块石混合料压载，再进行立抛，可避免坝头冲刷坑产生的同时，减少坝体的沉降，避免土石之间接触冲刷，可加快施工进度、节省工程投资。
4 龙口小断面闭气
钱塘江河口抛坝促淤后的关键工程便是龙口的合龙、土方闭气实施圈围。本工程主要通过抛坝促淤基础上的围涂，龙口段的水动力强劲，龙口段冲刷严重，围涂时龙口段合龙闭气难度大。
像钱塘江这样的强潮河口，由于潮差大，龍口段采用石坝截流后再来实施土方闭气难度风险都比较大，失败的例子也屡见不鲜。为了避免一次性围涂的失败以及冲损，减轻难度及风险，通常在围区内侧涂面较高的位置先实施部分圈围（修筑子堤），减少纳潮量，即对同一块围区分两次围涂。另一种情况就是在龙口合龙闭气失败后，根据龙口内侧涂面冲刷情况，在龙口内修筑“燕子窝”形式的子堤，分两次合龙闭气。上述两种龙口合龙闭气方法增加了“部分圈围”子堤以及“燕子窝”子堤的工程量，工期也得相应延长。
针对钱塘江河口围区龙口潮流特征，在节省“部分圈围”子堤以及“燕子窝”子堤的前提下，对龙口设计断面进行了优化，即先采用大型编织充泥袋护底，使龙口段基础底高程抬升到中潮位附近，然后在非汛期小潮汛期间，采用土方工程量较少的小断面先行封堵闭气，再实施大断面土方工程。采用该种设计施工方法可在较短的时间内完成龙口的闭气合龙，大断面土方可在非赶潮状态下施工，从而可节省大量工程投资（图3）。
图3 大型编织充泥袋护底基础上的龙口小断面闭气
5 小结
（1）钱塘江河口余姚岸段西、东两段分别受南股槽涨潮流与西三反向潮流顶冲，水深、潮强流急，在两股潮流进口之间的中段水动力相对较弱、涂面较高，从中段出击抛坝促淤围涂可起到事半功倍的效果。
（2）抛坝促淤围涂不同区域滩涂、水动力条件不同，抛坝促淤过程中根据相应位置滩涂水流特征选用经济科学的护底结构型式。对高、中滩涂一般可采用编织土工布护底，对于低滩地段，宜采用充泥编织袋护底，而在深水地段可采用船抛块石混合料护底或者砂肋软体排结合船抛块石护底起到了较好的护底防冲效果。
（3）龙口段围涂封堵闭气在大型充泥编织袋护底基础上采用小断面闭气方式可加快龙口合龙闭气速度、节省工程投资。
作者简介：李赞庆，男，1969年7月5日，2012年9月天津大学土木工程专业毕业，2006年1月被评为工程师，主要从事水利水电工程建设管理工作。
关键词：土工布 砂肋软体排 抛坝 深水 围涂 龙口 编织袋充填土
中图分类号：P737文献标识码： A
1 前言
钱塘江河口余姚岸段岸线长23.2km。该岸段水动力强劲，滩涂冲淤多变。根据钱塘江河口综合整治规划，钱塘江河口余姚岸段岸线需要外推3.5～4.5km，抛坝促淤治江围涂的面积约11万亩（图1）。
图1 钱塘江河口余姚岸段抛坝围涂平面位置图
钱塘江河口余姚西段南股槽涨潮流顶冲，东段受反向西三潮沟涨潮流顶冲，而位于陶家路闸两侧中段区域水动力相对较弱，滩涂较高、也较为稳定。经过多年的观测、分析研究决定余姚岸段抛坝促淤治江围涂于钱塘江河口余姚岸段的中段起步抛坝促淤围涂2.0万亩，随后在东西两侧滩涂相对较低的区域实施后续的围涂工程。
由于钱塘江河口余姚岸段治江围涂区域有高滩、中滩、低滩以及深水区域，针对滩涂和水流特点，采取相应的抛坝方式决定着治江围涂工程的投资额大小以及施工进度快慢。由于工程区域滩涂水流的复杂多变性，采用不同护底抛坝方式的对比，得到相应水流、滩涂特征条件下护底抛坝的方法，可指导促淤坝的抛筑施工。
钱塘江河口抛坝促淤后的关键工程便是龙口的合龙、土方闭气。针对钱塘江河口水文特点，研究实践，采用技术可行经济合理的龙口合龙、闭气围涂方法是关键节点工程。大型编织充泥袋护底基础的小断面护底可加快施工进度节省工程投资。
2 中段出击的围涂布局
钱塘江西三潮沟位于钱塘江河口南岸余姚与慈溪的交界处。其平面形态表现为中沙与海塘之间的一长条形的潮流沟。南股潮流同样是由于中沙发育时一方面垂向淤高，另一方面又向下游和向岸淤涨，其深泓被推向沿线塘脚，断面宽深比不断增大，岸边水流断集中，塘脚床面不断冲刷，从而使南股槽内水深流急。两潮沟内近岸塘脚高程分别达到-15m与-12m（图2），由于潮沟深且紧贴海塘塘脚，曾出现数次海塘局部坍塌事故，余姚岸线东西段海塘一直处于被动抢险的局面。
图2 钱塘江河口南岸余姚江道形势图（1998年4月）
根据西三潮沟和南股潮沟的水文、河床特点结合省水利河口院的的研究成果，在两股潮流进口之间动力相对较弱、滩涂较高的的陶家路闸上下游河段先行实施抛坝促淤围涂一期工程，然后在其下游、上游抛坝促淤围涂工程。按照这样的围涂次序，一方面有利于围涂一期工程的实施，且在一期工程实施后，可降低后期抛坝围涂工程实施的难度。
3 不同滩涂高程抛坝促淤护底型式
3.1抛坝围涂过程中的冲刷问题
钱塘江河口余姚岸段的南股潮流和西三潮流位于西、东两侧，两股潮流的动态变化引起南股槽以及西三槽进口位置、槽沟深浅的改变，导致余姚岸段滩涂高程的多变性。由于钱塘江河口潮流含沙量大以及河床为易冲易淤的粉砂土，一般情况下，中、高滩区域的水动力相应较弱，低滩、深水区域的水动力则较强。
涂面高程在平均高潮位以上的高滩，小潮汛期间滩涂出露，大潮汛期间才会被淹没，这些区域的滩涂处于相对稳定状态，河床泥沙固结程度高，在坝体的抛筑过程中，滩涂受冲刷的影响不大，石坝能够顺利地抛筑。涂面高程在中潮位至高潮位的中滩，水动力条件相对较小，滩涂固结程度不如高滩，随着促淤抛石坝长度的延长，坝头会产生深度在2m以上的冲刷坑；同时，落潮过程中，沿抛石坝的一侧，落潮流会引起的局部冲刷，可能会引起坝体的沉降和局部坍塌。涂面高程在低潮位至中潮位的低滩，涨落潮流速较大，抛石坝头冲刷坑深度可达5m以上。在低潮位时没有涂面出露的地方称之为深水区，往往水动力强劲，在抛石坝抛筑过程中，绕坝头的流速增加较快，在没有防护情况下，会形成巨大的冲刷坑，从而导致抛石方量大幅度的增加。
3.2 促淤抛坝护底型式
针对钱塘江河口余姚岸段滩涂水动力特点，在余姚岸段抛坝促淤围涂实践中，分别采用土工编织布、充泥编织袋、船抛块石混合料以及砂肋软件排等护底型式，起到了较好的护底防冲效果。
土工编织布护底：高、中滩涂的动力较弱，冲刷坑深度相对较浅、较小，主要需关注促淤坝体以及龙口预留之后落潮水流贴坝的冲刷，可通过铺设土工布护底办法解决上述问题。
充泥编织袋护底：低滩地段水动力比较强，低滩上铺设的土工布承受较大的风浪作用，实践证明，要将土工布固定，本身非常困难，而采用一定重量压载的充泥编织袋能解决上述难题。在石坝抛筑之前，沿坝轴线铺设200g/m2编织袋后，采用泥浆泵充填成厚度0.5m左右充泥编织袋则能起到稳定护底的效果，充泥袋一方面起到护底防冲的作用，同时也起到以土代石节省投资的目的。
船抛块石混合料护底：深水低滩地段，水动力特别强劲，在没有护底的情况下，坝头冲刷深度极大。如湖北东丁坝抛筑时的床面高程为-6.0m左右，随着坝体的延长，坝头冲刷到高程-18.0m，从而不得不停止施工，后通过船抛护底方式显著地降低了工程投资、加快了工程推进速度。
砂肋软体排护底：深水地段采用船抛块石混合料平抛护底可有效改善坝头的冲刷，但实践中发现，船抛块石混合料的平整度、船抛后的潜坝坝头易刷深以及土石之间的粉沙土易产生接触冲刷等问题没办法得到根本解决。为此，与省水利河口研究院共同研究引进消化改进长江口砂肋软体排护底抛坝新技术，即在软体排铺设后进行船抛块石混合料压载，再进行立抛，可避免坝头冲刷坑产生的同时，减少坝体的沉降，避免土石之间接触冲刷，可加快施工进度、节省工程投资。
4 龙口小断面闭气
钱塘江河口抛坝促淤后的关键工程便是龙口的合龙、土方闭气实施圈围。本工程主要通过抛坝促淤基础上的围涂，龙口段的水动力强劲，龙口段冲刷严重，围涂时龙口段合龙闭气难度大。
像钱塘江这样的强潮河口，由于潮差大，龍口段采用石坝截流后再来实施土方闭气难度风险都比较大，失败的例子也屡见不鲜。为了避免一次性围涂的失败以及冲损，减轻难度及风险，通常在围区内侧涂面较高的位置先实施部分圈围（修筑子堤），减少纳潮量，即对同一块围区分两次围涂。另一种情况就是在龙口合龙闭气失败后，根据龙口内侧涂面冲刷情况，在龙口内修筑“燕子窝”形式的子堤，分两次合龙闭气。上述两种龙口合龙闭气方法增加了“部分圈围”子堤以及“燕子窝”子堤的工程量，工期也得相应延长。
针对钱塘江河口围区龙口潮流特征，在节省“部分圈围”子堤以及“燕子窝”子堤的前提下，对龙口设计断面进行了优化，即先采用大型编织充泥袋护底，使龙口段基础底高程抬升到中潮位附近，然后在非汛期小潮汛期间，采用土方工程量较少的小断面先行封堵闭气，再实施大断面土方工程。采用该种设计施工方法可在较短的时间内完成龙口的闭气合龙，大断面土方可在非赶潮状态下施工，从而可节省大量工程投资（图3）。
图3 大型编织充泥袋护底基础上的龙口小断面闭气
5 小结
（1）钱塘江河口余姚岸段西、东两段分别受南股槽涨潮流与西三反向潮流顶冲，水深、潮强流急，在两股潮流进口之间的中段水动力相对较弱、涂面较高，从中段出击抛坝促淤围涂可起到事半功倍的效果。
（2）抛坝促淤围涂不同区域滩涂、水动力条件不同，抛坝促淤过程中根据相应位置滩涂水流特征选用经济科学的护底结构型式。对高、中滩涂一般可采用编织土工布护底，对于低滩地段，宜采用充泥编织袋护底，而在深水地段可采用船抛块石混合料护底或者砂肋软体排结合船抛块石护底起到了较好的护底防冲效果。
（3）龙口段围涂封堵闭气在大型充泥编织袋护底基础上采用小断面闭气方式可加快龙口合龙闭气速度、节省工程投资。
作者简介：李赞庆，男，1969年7月5日，2012年9月天津大学土木工程专业毕业，2006年1月被评为工程师，主要从事水利水电工程建设管理工作。