红旗路、B03路基围埝龙口预留及合龙分析

李俊丰，靳光辉，韩利波

（华北水利水电工程集团有限公司，天津 300170）

1 工程概况

天津南港工业区红旗路、B03路基围埝工程是南港工业区2010年重点建设项目，是“雄心壮志建南港”的重要组成部分，也是南港工业区内交通主干道的基础。工程能否按期完工关系到港池后方吹填造陆及后续招商引资等建设项目的开展。龙口预留及合龙则是本工程施工组织和安排的重要内容和关键控制点，也是主体工程的收尾之笔，其重要性不言而喻。

1.1 平面布置

红旗路呈东西向布置，总长度约3 650 m，原基面高程自西向东为0.8～-2.7 m （1972年大沽高程系，下同），其东端与B03路基围埝相交于H点。B03路基围埝呈南北向布置，由3个标段组成，本标段为第2标段（图中粗线所示），区域范围为M+100～C-100，位于整个B03路基围埝中部，长度约4 180 m，原基面高程均为-2.7 m。平面位置，如图1所示。

1.2 路基结构

B03路基围埝基础处理采用砂垫层+排水板结构，主体采用两侧大型充填砂袋、中间吹填散砂的斜坡堤型式，护面采用抛块石结构，路面为山皮石铺填（设计顶高程4.0 m），防浪墙采用浆砌石砌筑（设计高程5.0 m）。

图1 项目区位置示意

B03路基围埝处于中等水深区，其西为围海造陆区，围域面积约10 km2，在如此大的海域内进行大型充填砂袋堤身的龙口预留及合龙，在南港是第一次。龙口预留及合龙既是本工程的关键点，同时也是难点，在龙口预留宽度、位置、数量及合龙方案和时间安排上均需进行全方位的思考和方案比较。

2 龙口预留

2.1 龙口功用

龙口根据功能和用途可分为两种：一种仅为满足泄水要求；另一种除满足泄水要求外，还要满足通航和运输要求。因红旗路在B03路基围埝所围海域内部，构成其主体工程的大型充填袋所需砂料，需在砂源地开采后由运砂船运至现场。根据合同工期要求，两条路基围埝又必须安排平行作业，同步施工。因此，B03路基围埝的龙口预留除满足泄水要求外，还要满足船舶水上运输和安全要求。

2.2 龙口预留要考虑的问题

龙口预留主要考虑两个问题：一是龙口布置，应考虑龙口留置宽度、位置及数量；二是龙口结构，主要指龙口防护设计。

2.2.1 龙口留置宽度、位置和数量

龙口留置宽度、数量主要是为满足由潮汐作用引起的围区内外水位变化和泄水要求，使路基围埝在沿海软基尚未完全排水固结和主体工程尚未完全成型时尽量减小围区内外水位压差和较大渗流的不利影响，同时也有利于降低龙口流速，使运输船舶安全通行。龙口留设位置则主要考虑施工方便、安全和其他要求。本工程龙口预留有以下具体要求：龙口宽度要适当，其纳潮和泄流时形成的流速不宜太大，否则容易造成基底冲刷；龙口护底高程尽可能降低，以确保进出施工船舶通行安全。

根据上述思路，结合本工程地处整个B03路基围埝的位置，防止北侧一标段和南侧三标段对本工程施工的影响和干扰，将龙口留置于本标段内部。

根据数模计算和分析，确定龙口预留总宽度宜为300 m。因B03路基围埝走向一致，基底高程相同，因此单宽泄水量基本相同。根据这一前提条件，并考虑施工期间船舶运输要求，相应有3种龙口留设方案，分别为在B03路基围埝上留设1个300 m龙口、2个150 m龙口或3个100 m龙口。考虑到龙口留置数量增多必然会增加龙口端头防护数量和龙口周边护底面积，因此在保证安全和使用功能的前提下，为降低施工措施成本，龙口数量宜尽量少设。综合考虑多方面因素，最终确定在红旗路与B03路基围埝交接处H点两侧各150m范围预留1个龙口。

2.2.2 龙口防护设计

龙口结构设计是龙口自身防潮流冲刷和抗浪的内在要求。受涨退潮影响，路基围埝预留龙口处有破坏作用的水流主要有 “底部流”“绕堤流”和 “沿堤流”，其流速大小均与龙口内外水位差或水力坡降相关。“底部流”是指在龙口宽度范围沿海底运动的潮水流，其流速在预留期一般不是太大，但在合龙期，随着泄流断面减小和水位差、水力坡降的增大，其流速将增大很多，对龙口基底和周边海床影响较大。“绕堤流”是指潮水在涨退过程中沿龙口端头运动的水流，主要对龙口端头结构物造成影响。“沿堤流”是在龙口端头两侧各一定长度范围内有明显运动速度的水流，其特点是距端头越近，流速越大，反之越小。

龙口留置时间一般较长，在涨退潮形成的往复流长期作用下，若不采取有效措施，龙口周边海床极易形成冲沟，从而导致地基承载力和抗剪强度大大降低，严重危及合龙期主体加载和路基围埝自身稳定。因此，龙口自身及其周边应采取必要的保护措施，防止龙口处基底、端头和周边海床遭受冲刷破坏。

结合B03路基围埝工程设计和施工要求，最终采取以下龙口预留方案：先进行砂垫层抛填和塑料排水板打设，然后按设计图纸铺设1层土工格栅，并进行底层大型充填砂袋施工，其厚度控制在30～50 cm。为避免过往船只对充填袋造成破坏，先在充填袋上铺设1层600 g/m2土工布软体排，并抛填30 cm片石压护，施工完成后再利用测深仪对龙口处高程进行实测，以获取准确数据，确保船只通行安全。最后，对龙口两侧端头及受水流影响较大的堤身范围进行适当防护，防止水冲、浪掏。

另外，龙口预留期间，还应定期对龙口及周边海床地形进行水下测量，特别是出现潮位异常、增水和风暴潮后，应及时对龙口周边进行测量，对比地形变化，当发现龙口护底及海床遭受冲刷时应及时采取有效补救措施。

3 龙口合龙

在海域内进行预留龙口的合龙不同于江河截流，一般江河水流流向常年保持一致，由上游向下游单向流动，且一年四季中河道流量与季节降水量关系甚密，截流时间一般选择在枯水期，并与临时施工导流相结合。而在海域内进行龙口合龙，水流受围区内外水位差的影响，往往在龙口处呈现与涨退潮步调不相协调的往复流，表现在龙口处水流有时与涨退潮方向一致，有时相反，这与龙口在不同时期的宽度和泄水断面大小有关。龙口宽度和泄水断面越大，龙口水流流向与涨退潮方向一致性越大，反之越小，这是在合龙的各个时期必须考虑的一个重要影响因素。

3.1 合龙方案设计

3.1.1 总体方案

因本工程不仅仅是为了满足吹填而修建的围埝，其主体吹填砂还是今后永久干道的基础，因此保持路基材料的相对一致性和避免路基的不均匀沉降是保证路基工程质量的重要前提。根据这一理念和为业主单位负责的精神，我们没有采纳原设计抛石合龙参考方案，而是结合围埝外侧的抛石护坡，构思出在大型充填袋外侧先施做临时挡潮（水）石坝，并在石坝内侧按原设计的结构型式和断面进行主体大型充填袋和堤心散砂吹填施工。

3.1.2 抛填石坝施工步骤

结合工程特点和运输条件，排除了陆上运输，确定了抛填石料主要靠船运解决。

经公司及项目部技术人员共同研究，最终确定了“平立结合”的施工方法：首先在龙口长度方向，先平抛护底块石至低平潮位，采用3艘大型抛石船，由内向外同步进行；然后采用3艘中型抛石船分段抛填小石坝，抛填高程以超出施工期最高潮位0.5 m为宜，石坝宽度控制在3 m，石坝分段长度和间距控制在20 m左右，最终使整个龙口的泄水断面呈齿形，其优点是在实现分流效果和降低龙口流速的同时不会减少抛石作业面和抛填强度，有利于快速合龙；最后组织3艘中型抛石船将齿形过水通道依次封堵，最终实现龙口石坝闭合；在龙口石坝内侧进行简单闭水处理，最后进行路基主体充填砂施工；主体工程完成后，按设计断面将临时石坝整理为护坡块石。

3.1.3 合龙时机选择

合龙时机选择主要结合总体部署和施工进度安排确定，从施工整体考虑，一般选择在潮差小、大风和大雾较少的季节，但潮位应能满足船舶运输要求。

3.2 合龙施工组织

3.2.1 合龙准备

龙口合龙是整个工程的关键环节，也是南港当年度的重要任务目标，其施工难度大、风险高，对船机设备、材料组织、现场管控和技术能力要求均较高，必须根据本工程的工况条件、气象、潮汐特征等，仔细研究和分析各施工阶段可能会遇到的各种问题，制定具体的应对措施和方法。其准备工作总结如下：做好人员组织准备，明确职责，落实责任；做好技术准备，制定可行的施工技术方案，做好施工前的技术交底，同时提前做好龙口基底及周边防护，必要时加大龙口护底范围，防止水流对基面造成破坏性冲刷；根据天气、潮汐及海浪预报，确定最佳合龙日期；选择船况良好且抗风浪能力强的抛石船舶和配套机械，配备强劲的锚缆系统；合龙用料留足备用量，现场应保证至少有3艘抛石船待命。

3.2.2 船舶定位时机选择

受库区龙口泄水和潮水涨退双重影响，龙口处往往形成与涨退潮步调不一致的往复流，随着合龙进行，由涨退潮形成的内外水位差都会对船舶就位与作业造成影响，因此船舶的最佳定位时机应选在涨潮及库区内外水位相差不大时进行。船舶定位后，应充分利用高平潮时段突击抛填，为提高抛填强度，每艘抛石船应至少配备2台挖掘机。

3.2.3 抛填注意事项

龙口合龙从某种意义上等同于工程抢险，因此必须快速就位、高效抛填、抛点准确、定点定量。

（1）快速就位：根据潮汐水位确定好最佳就位时机后，要及时组织船机迅速定位，多船同时进行时要按次序进行并做好相互协调。

（2）高效抛填：要求船机就位后，快速进行抛填施工，各船石料要在同一个平潮期完成，否则不仅影响施工进度，也增大了船机安全风险和合龙风险，可采取配备多台机械设备保证。

（3）抛点准确、定点定量：该要求难度较大，若做得不好，挽救起来费时费力。因前期护底抛石达到一定高度时会对后续船舶就位造成很大影响，若前期抛石位置及断面不准确，不仅难以保证抛投断面和轴线，也造成很大的石料浪费，增加合龙难度和施工成本。为避免上述影响，可采取2种方法克服：一是第一批船舶定位抛填后不再撤离，而是作为临时水上施工平台，后续船舶通过平台中转倒运抛投石料；二是若条件具备时，可考虑在龙口两端设临时石料场，采用陆上倒运与水上抛填相结合的方式合龙。