浅析舟山钓梁二期围垦工程加快龙口合龙优化设计

孙 杰,曾 甄

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002)

1 问题的提出

2011年6月30日,国务院正式批准设立浙江舟山群岛新区,舟山成为我国继上海浦东、天津滨海、重庆两江新区后又一个国家级新区,也是首个以海洋经济为主题的国家级新区。

为贯彻中央和浙江省委、省政府关于推进舟山群岛新区建设的精神,舟山市委、市政府提出要加快钓梁二期围垦工程及其围区开发建设的速度,力争在2012年底前实现工程圈围,2013—2014年陆续提供“三通一平”的可用熟地,为群岛新区建设发展提供土地后备资源。

舟山市钓梁二期围垦工程位于舟山本岛东北部,防潮标准为50 a一遇,建筑物级别为3级,围垦面积1 133.33 hm2(约1.7万亩),工程主体由北Ⅰ海堤、北Ⅱ海堤、南堤和1座水闸组成,堤线总长7.1 km。工期计划为4 a,概算投资5.93亿元。工程龙口位置设在南堤桩号2+025～2+325 m,口门宽度为300 m,底槛高程为0.5 m,原计划合龙时间为34个月,龙口束窄施工采用双向立堵进占方式进行。

根据舟山市委、市政府加快钓梁围垦工程指示精神以及钓梁围区开发建设的新要求,合龙施工时间较原计划需提前10个月。为确保工程安全,需优化南堤龙口合龙设计方案。

2 优化思路

(1)工程圈围时间目标提前,合龙前海堤施工周期缩短,需调整海堤施工加载曲线,加快海堤加载速率,为确保堤身稳定,需加大堤身断面尺寸。

(2)原初步设计中太阳岗、大矗等石料场因政策处理等原因,已无法为南堤施工提供料源,可用料源仅剩梁横山料场,单头供料,为加快工程施工进度,保证石方供应,将龙口适当西移。

(3)重新进行龙口水力计算,优化龙口及堵口设计。

(4)以龙口堵口为其中关键节点,将南堤进行分阶段实施。

3 设计要点

3.1 加大南堤堤身断面方案

由于南堤在北Ⅰ、北Ⅱ促淤堤形成后最近几年淤涨的涂面上填筑,根据地质勘察报告,南堤地基为高含水率、高压缩性、高灵敏度、低强度的淤泥,工程地基条件极差,为保证堤身稳定、控制工后沉降,地基采用排水插板处理方式,因此分级加载是控制南堤建设速率的主要因素。经复核分析,在考虑施工加荷极限强度的基础上,为满足调整后的堵口时间要求,调整各级加荷厚度,并将每级加荷时间由3.0个月缩短至1.5个月,将主堤身外侧镇压层平台宽度增加约10 m,子堤基础处理方式增设排水插板以加快地基固结。

3.2 龙口西移方案

根据工程布置特点和工期安排,考虑到目前可用料源仅剩梁横山料场,单头供料,为方便施工,南堤龙口应西移至堤头(靠南峰山嘴)。龙口西移后,龙口堵口合龙采取单向进占方式施工。

3.3 龙口及堵口设计

3.3.1 龙口设计

鉴于钓梁围区已大规模陆域吹填施工,围区水域面积较原设计大为减小,根据设计标准和围区库容曲线,不同方案龙口度汛水力计算成果见表1。

根据表1计算成果,确定度汛龙口宽200 m、底槛高程1.0 m,龙口位置设在南堤桩号2+400～2+600 m处,汛期10 a一遇最大流速为3.08 m/s(涨潮流速)。

龙口底槛护底和两侧堤头保护的块石抗冲稳定重量是根据度汛龙口最大流速按依兹巴什公式计算:

式中:v为石块的极限抗冲流速,m/s;d为石块化为球形时的粒径,m;rs为石块容重,kg/m3,按2 650 kg/m3计;r为水的容重,kg/m3;k为综合稳定系数,主要与石块形状及其所处的边界条件有关,取0.9(平堵合龙,当石块抛在光滑平底河床时,k取0.9;当石块在粗糙河床或同种材料基础上时,k取1.2;立堵合龙,k取0.9)。

龙口度汛最大流速为3.08 m/s,经计算,块石粒径需大于0.36 m,块石容重按2 650 kg/m3计,块石重量应大于65 kg,设计采用150～200 kg大块石保护以防止水流冲刷龙口。龙口段盘头考虑波流集中等因素,适当加大块石保护重量,选用重量大于200 kg的大块石进行保护。

目前南堤2+400～2+600 m段子堤抛石已经开始抛填,为保证龙口段今后海堤稳定需要,拟在龙口段主堤与子堤之间的闭气土方区域涂面采用简易软体排保护(2层120 kN/m有纺土工布加袋装石渣压包),软体排长度范围为10～22m。

表1 龙口度汛水力计算成果表 (汛期10 a一遇高潮位及潮型)

3.3.2 堵口设计

龙口堵口水力计算见表2。

表2 堵口合龙水力计算成果表 (非汛期5 a一遇高潮位及潮型)

根据工程施工总进度安排、当地水文潮汐条件、堵口前后的工程量及施工强度等分析,龙口束窄采用单向立堵进占,整个堵口时间拟计划在2012年底前1个月小潮期内完成,此时口门最大流速为2.74 m/s,小于度汛时最大流速3.08 m/s。

堵口合龙采用临时截流戗堤,断面尺寸为:堤顶高程取3.0 m,为非汛期5 a一遇高潮位2.31 m加安全超高;堤顶宽度按2车交会考虑取8.0 m;两侧边坡为1∶1.5,合龙采用单向立堵进占。按照堵口最大流速2.736 m/s计算,堵口小石坝抛石单块重量要求大于75 kg。

堵口段永久海堤断面尺寸:堤顶高程为3.7 m,防浪墙顶高程4.5 m,堤顶总宽8.0m。外坡自堤顶高程起至1.0 m高程设C20细石混凝土灌砌块石挡墙。在1.0 m高程处设29.8 m宽的一级镇压平台。一级镇压平台以下设二级镇压平台,二级平台宽度16.9 m,高程-0.50 m。二级平台之间采用1∶3的坡度衔接,二级平台以1∶2的坡度至涂面。石堤内坡侧以1∶1.2的斜坡至涂面。闭气土方后侧的抛石子堤顶高程1.5 m,堤顶宽8.0 m,子堤内外坡坡比分别为1∶1.5和1∶4。闭气土体顶高程为3.70 m,宽1.0 m,结合稳定要求,1.0 m高程的平台与3.70 m平台之间采用1∶3的边坡,闭气土方1.0m高程平台在水平距离17.0 m后与抛石子堤相接。主堤采用塑料排水插板法进行基础处理。插板底高程-20.0 m,插板宽度32.4 m,间距1.2 m。

堵口截流(合龙)的施工范围为总宽度200 m,底槛高程1.0 m的口门范围。根据截流堤设计断面,方量为6 600 m3。按2.0倍以上备料,则需备石方13 200 m3以上,因此需要在梁横山料场开采后,提前备料。石方堵口合龙后,应马上进行土方闭气施工,在两侧镇压的前提下再将堤身逐步加高至堤顶。计划先在抛石体内侧用袋装土封堵,小断面进行龙口闭气。小断面闭气土方初步完成后,再进行加宽加高。土方闭气必须集中力量,在最短的时间内达到闭气的要求。制定周密的快速有序的施工方案,确保人车绝对安全和堵口合龙顺利进行。

3.4 分阶段实施南堤主体工程

以龙口堵口为其中关键节点,将南堤分阶段组织实施主体工程,即第1阶段主要实现南堤龙口合龙,南堤堤顶石方施工至3.20m高程,闭气土方施工至2.80 m高程,龙口合龙阶段外海侧护面结构按10 a一遇波浪标准计算;第2阶段主要完成南堤龙口合龙的后续建设工作,主堤堤顶路面施工至3.70 m高程。最终海堤外海侧护面结构按50 a一遇波浪标准计算。龙口优化前后工程平面示意分别见图1、2。

图1 龙口优化前工程平面示意图

图2 龙口优化后工程平面示意图

4 结 语

(1)根据中央和浙江省委、省政府关于推进舟山群岛新区建设的精神,舟山市委、市政府提出加快钓梁围垦工程及其围区开发建设的速度,力争在2012年底前实现钓梁围垦工程圈围。从长远和整体看,堵口合龙时间提前有利于缩短工程建设周期,提前工程产出,早日为群岛新区建设发展提供土地后备资源。

(2)原计划南堤龙口合龙施工时间为34个月,而实际施工需提前10个月,因此需要采取相应的工程措施确保工程安全。

(3)为实现上述龙口合龙目标,该工程采取了加大海堤断面尺寸、龙口西移、龙口及堵口优化设计,分阶段实施海堤主体工程等优化方案,并尽量控制工程投资。

(4)要实现2012年底前顺利堵口目标,后续工程量大,施工强度高。其中闭气土方的施工是后续工作的重点和难点,需要做好相应的施工组织设计、进度安排及措施保障。

[1]舟山海洋综合开发试验区建设工作办公室.全面推进 “浙江舟山群岛新区”建设 [J].浙江经济,2011(7):14-15.

[2]曾甄,孙杰.舟山市钓梁围垦工程加快龙口合龙设计报告[R].杭州:浙江省水利水电勘测设计院,2012.