浅谈长江口中低滩围垦工程龙口合龙关键技术

易晓辉

摘 要：龙口合龙是促淤围垦工程中至关重要的步骤，关系到围堤施工的成败。随着天然高滩资源的逐步利用完毕，促淤圈围工程开始向中低滩拓展，该区域台风、寒潮等动力条件复杂，围堤龙口、天然窜沟或因恶劣自然条件、施工不当等因素对已填筑的堤身造成冲槽的封堵施工风险和技术难度越来越大。本文主要论述中低滩龙口合龙施工关键技术，旨在总结经验、降低施工风险和损失，顺利、优质交付承建的施工项目。

关键词：围垦工程；龙口；抛石棱体；铺排船；子母袋

我国海岸线长、海湾多，改革开放以来，东部沿海地区一直是我国经济增长最活跃、工业化和城市化进度最快的区域，随着人口增长和经济高速发展，其非农建设用地扩张与耕地资源锐减，环境恶化、资源短缺与人民生活需求日益提高之间的矛盾日趋尖锐，优化生态环境，维持社会经济全面、协调、可持续发展，将是沿海城市发展的重要选择之一。围海造地是人类开发利用海洋的重要方式，也是人类拓展生存空间及生产空间的重要手段，建国后60年间全国主要河口海岸滩涂围垦总面积累计达22361.7km2，平均每年约350～400km2，而我国入海泥沙自然造陆能力为100km2，这样的造陆能力远远低于每年围海造地的能力，长江口地区涉及上海、南通和苏州三市，其中上海市1949～2000年圈围滩涂面积达843 km2，约占上海市现有土地面积的13.3%；2008年长江口综合整治规划经国务院批复后，上海市对中央沙、青草沙、横沙东滩、南汇东滩以及崇明岛北缘的部分高滩区域实施了圈围，累计围涂约98.7km2。过去围垦起用高程的确定，往往与平均高潮位相近，主要顺应滩涂淤涨趋势，在高滩的前沿修筑海堤，既起到防汛抗台，抵御海水侵蚀的作用，又达到了收益土地的目的。

传统意义上的高滩围垦主要是针对平均高潮位以上区域进行围垦，围垦区水动力弱、波浪强度小，多采用常规的闭气土方堤，通过简单的地基处理方法即可形成围堤。随着高滩资源的日益减少，沿海中低滩围垦已成为今后围垦发展重要方向，外海中低滩围垦主要是针对平均中低潮位下的区域进行围垦。长江口地区水动力强、波浪大，潮流动力、泥沙活动性均较强，围堤施工过程中，构筑物改变了水流的方向或流速大小，原有的平衡状态被破坏，会引起局部范围内的冲刷现象。围堤临时堤头是沿堤流与绕堤流双重作用部位，堤侧滩地及前方滩面上冲刷加快，易形成窜沟及冲刷深槽，故合理组织龙口合龙施工是围堤工程至关重要的环节。

1 围垦与围涂工程概念

围垦：在沿江、滨湖和海边的滩地上圈筑围堤进行垦殖的工程技术；在海滩和浅海上建造围堤阻隔海水，并排干围区内积水使之成为陆地，叫围海造地也称围涂。从施工内容上看，可划分为促淤工程和围垦工程；一般是先实施促淤工程，待原始滩涂在循环涨退潮过程中淤积2～5年后再进行围垦形成陆地。从结构型式和施工方式上可划分为充泥管袋筑堤和炸山石料筑堤两种主要型式；充泥管袋筑堤主要适用于上海、江苏、山东、辽宁和天津等中国东北部沿海地区，炸山石料筑堤主要适用于浙江、福建、广东和海南等东南部沿海地区。炸山获取石料会在一定程度上破坏生态环境且造价和安全风险较高，在实际使用中会受到国家比较严厉的政策限制。而充泥管袋以其就地取材、快速形成堤身和陆地、对不可再

生资源占用少以及材质廉价等优点，在近年来得到大规模的推

广应用。本文主要论述充泥管袋堤身结构，其标准断面示意图如下图1。

2 龙口及合龙准备

2.1 龙口定义及分类

龙口：在河口地区实施滩涂围垦工程时，受潮汐影响，工程区水位时涨时落，在围堤不断进占形成围区时，为了工程和施工安全，在堤线上常预留一个或几个口门让潮水自由进出，这种口门称为龙口。根据龙口保护底高程的不同，可把龙口分为高、中、低滩（含天然深槽部位）龙口三种。国内对高中低滩划分有多种理解，高滩是指高潮位可能湮没、低潮位露出，中低滩一直湮没在水下，长江口地区按高程划分，一般定义为：高程在0m以上为高滩，高程0～-5m左右为中滩，高程-5m以下为低滩。

2.2 龙口平面选址特点

随着围垦项目趋向规模化、深水化、施工工艺成熟化，单库实施可以省去分割成多库区建设隔堤的施工工期和工程费用，单龙口可以减少施工协调难度及建设风险。龙口的平面选址决定了围堤不断进占的实施顺序，为了确保在涨落潮不断变换更替的感潮地区围堤逐步安全出水，尽量使工程实施过程对周边河势环境的负面影响减至最小，龙口的位置确定需要考虑围区内外的水交换与整体河势环境相协调，兼顾围堤实施顺序，避免工程周围的滩地局部大冲或大淤，确保堤基安全。

2.3 龙口水流特点

随着围区非龙口部分其它堤段逐步出水断流，围区的潮水进出逐步归于龙口，龙口上进出水量逐步加大，过水断面在水平方向和垂直方向产生收缩，流速升高，高流速进、出水历时加长，设计单位计算结果表明口门横向上中心流速大于口门两侧流速，在纵向上底坡内外两侧顶角处水流受重力作用加强，垂向断面收缩，在涨、落急时刻分别形成大流速区，是龙口结构布置时重点抗冲保护区域，需要设置抗冲性较强、自重大且牢固的护面材料。

2.4 抛石棱体在合龙施工中的应用

抛石棱体也称抛石坝，是一种填筑于龙口或冲槽外海侧20～30m与堤坝连接的U型斜坡防护堤，是围堤的保护屏障，起到消浪、阻水，保护充泥管袋安全、加快围堤堵口封堵速度、提高封堵成功率的作用。自然情况下龙口水流最大流速超过5m/s，直接进行龙口封堵难度较大，在我公司与南京水利科学研究院合作开发科研课题《长江口复杂水动力条件下中低滩围堤施工关键技术研究与应用》过程中，经数模试验得出结论，在龙口两侧采用

抛石棱体挡浪阻水，可将龙口流速降低至3.5m/s以内，有利于龙口或冲槽封堵施工。同一时间有无设置抛石棱体水流流速数模试验对比如图2、3所示。

抛石棱体是设在龙口段围堤外的一道保护屏障，是龙口合龙、深槽封堵中关键的一步，涨退潮对抛石坝冲刷作用剧烈，往往造成抛石棱体滑移、石料损失。通过以下途径提高抛石坝的防水毁性能：

①在抛石前用土工布做软体排进行护底，再在软体排上抛石可有效防止抛石坝坝脚被淘空失稳；

②提高坝体表层单位块体的形状稳定系数，如采用人工块体代替天然块石，使形状稳定系数由4提高至24～28，稳定性大为改善；

③增加坝体护面块体的整体性，如采用合金钢丝笼、混凝土铰连体等，也可以用钢筋把打好孔的块石一个个地穿起来，将整个坝体表表层护住，使之形成一个整体。

2.5 龙口合龙时间

龙口合龙时间的选择非常重要，不仅关系到合龙难度的大小，也影响整个工程的施工部署。选择合龙时间时须对合龙期的水文气象、龙口的变化情况及施工条件等慎重分析。一般选在非汛期、小潮汛、初潮期开始进行龙口合龙。确定龙口合龙的时间原则为：

①天文月份最低潮；

②潮差最小；

③风力最小；

④工程施工进度。

2.6 龙口合龙具备条件

龙口合龙施工前，联合科研单位进行数模、物模试验，研究围堤堤头的冲刷深度和范围，预测构筑物附近的局部冲刷深度，提出合理的防护范围和防护后的冲刷深度，对设计文件中龙口平面位置、龙口宽度、龙口护底结构、堤头防护结构、龙口保护措施、龙口挡水措施、龙口合龙断面形式等方面进行复核论证，进一步优化施工方案。

经多个围垦工程龙口合龙成功经验总结，龙口合龙应具备以下条件：

①堤身断面：合龙前所有堤身必须全部达到设计合龙断面；

②合龙方式：一般采用平立堵结合或全部平堵至合龙断面两种合龙方式；

③人员及龙口抢险物资充足，有健全的组织机构，由项目经理统一部署调配，龙口合龙施工方案切实可行；

④龙口两侧的泥库内备砂量应达到合龙时龙口内外棱体及堤芯土方的两倍以上；

⑤围堤外棱体应达到合龙期挡潮高程以上0.5m，内棱体标高及堤内闭气土达到其防渗要求，尤其是堤芯闭气土方极为关键；

⑥龙口合龙前泥浆泵数量充足完好，并将备用泵安装到位，供电正常且有应急预案，充砂管袋准备充足由并专人管理，泥浆泵管现场连接、检查，并进行充水实验，保证管线连接处不漏浆、管线无破损，保证管线畅通，由专人跟踪监管；

⑦观测龙口流速：应选择合龙前两个月开始观测，专人观测并记录小潮汛期间龙口涨退潮水流流速；观测频率为每半小时一次，观测仪器为箭式静止流速仪；观测记录应整理并绘制流速曲线；龙口水流流速一般宜控制在2～4m/s；

⑧退水口施工完毕，可以分解龙口合龙时的水流量，解决合龙后的库区排水问题；

⑨水文气象条件适宜，潮位预测分析准确。

3 中低滩龙口合龙施工

以往高滩水域龙口高程在0～-1.0m之间，低潮位时采用人工摊铺、充灌充泥管袋抬升堤身，直至龙口合龙断流，随着围垦工程逐步向中低滩推进，围堤龙口处水位也随着不断加深，人海战术安全风险大不再适用。中低滩深水区龙口合龙施工一般分为两种方法：一种是利用铺排船铺设水下龙口段堤身填筑，另一种是采用子母式管袋进行深水区龙口封堵。

3.1 龙口合龙原理

利用铺袋船对龙口或窜沟铺设软体排进行护底，降低过槽水流对滩面的冲刷，使其处于稳定状态；围区外侧设置抛石棱体进行阻水，将潮流速降低至3.5m/s；在泥库备砂及龙口或窜沟两侧堤身达到设计要求后，开始启动龙口合龙或窜沟封堵；采用平立堵相结合的方式将龙口或窜沟的底高程逐步抬升至平均滩面高程，而后利用一个小潮汛将堤身迅速断水并抬高到大潮汛平均高潮位之上。

3.2 利用铺排船铺设水下充泥管袋堤身及合龙施工

3.2.1 测量放样

利用GPS配合测深仪进行水下地形测量和铺排船定位，利用测得的数据绘制断面图，根据测量结果在施工区域用浮标标示堤轴线和施工边线。

3.2.2 护底施工

充泥管袋施工前先进行护底软体排施工，软体排采用土工布加筋型式，排布采用320g/m2长丝机织土工布制作，用砂肋进行压载。

3.2.3 充泥管袋加工

充泥管袋采用230g/m2防老化土工织布在场内集中加工，其长度由龙口设计底宽决定，最长可达200m，宽度根据现有铺排船的滚筒尺寸可达40～60m。必要时进行加筋处理以提高袋体抗拉强度。

3.2.4 袋体展铺

将加工成型的充泥管袋在铺排船上展开，充泥管袋尾部的套环上系连接绳，从尾部开始按进浆口朝内的方式均匀卷在铺排船滚筒上，充泥管袋首部留在铺排船的展铺板上，首部两端系上浮球。

3.2.5 船舶定位、设备准备

将卷好充泥管袋的铺排船精确定位在施工边线处，铺排船铺设方向垂直或平行于堤轴线，运砂船靠近铺排船停泊，并用绳索连接，吹砂泵安装在运砂船上，将输砂管线与充泥管袋的进浆口连接。

3.2.6 袋体充填、沉放

首先充填留在展铺板上的充泥管袋，充填饱满度达到预计值后，开放滚筒并下放铺排船的滑板，让充填好的充泥管袋缓慢下沉到设计位置。

3.2.7 移船，续放袋体、充填

充泥管袋首部下放到施工边线后继续释放0.5～1.0m充泥管袋，纵向缓慢移船，移船速度与滚筒释放速度协调一致，待充填好的充泥管袋沉入水中，继续充填，充填量达到预计充填量后，割断或收回输砂管线，并循环连接留在展铺板上的进浆口，继续进行充泥管袋充填，待整个充泥管袋充填至尾部时，继续释放滚筒，使充泥管袋尾部沉放于施工边线处，同时继续充填充泥管袋，达到预计充填量后收回连接绳，使充泥管袋完全沉放至原始滩面或下层袋体上。

3.2.8 横向移船，铺设下一充泥管袋

横向移动铺排船到下一个施工区域，重复上述工序继续下一充泥管袋的铺设、充填。充泥管袋充填如图4所示。

图4 充泥管袋充填示意图

3.2.9 构筑抛石棱体：龙口外侧进行抛石，优先选用自重大、易于吊装的钢框石笼，形成的抛石棱体顶高程应高于合龙实施期间大潮汛高潮位50cm，以降低龙口水流流速，保护内侧充泥管袋。

3.2.10 合龙施工

利用铺排船铺设水下充泥管袋堤身至龙口段高程达到-0.5m左右后，即可由人工完成袋体铺设，泥浆泵充灌袋体，采用两端同步施工、抬升堤身高程的立堵方式，将龙口底宽缩窄至150m以内，而后采用平堵的方式抬升堤身，同步进行闭气土裸吹回填，吹填形成的水下自然坡度应满足设计要求，且不得陡于1：5。闭气土对袋体形成有效的支撑，同时可防止出现渗透破坏。并于退潮末期至涨潮初期时间段内高效率充填充泥管袋，整体抬升龙口高程，实现龙口断水。

3.3 子母式管袋水下封堵龙口或窜沟

子母式管袋由子袋和母袋组成，在双向水流作用下可通过控制子袋的充填次序实现整个袋体的准确定位，不易被水流冲走；同时，可利用子袋进行缓冲，避免母袋下沉就位时被槽底或原滩面的块石棱体等异物穿刺破坏。

此技术综合应用了护底软体排铺设、抛石棱体阻水、子母式管袋水下施工、防渗闭气土吹填四项专业施工技术。首先，利用铺袋船进行水下护底软体排铺设，对槽底地基实施防冲刷保护；其次，在窜沟的上下游侧设置抛石棱体进行消浪和阻水，将涨退潮期间的过槽流速降低至3.5m/s以内，在龙口（或窜沟）的物质边界条件及水流条件满足要求后，可开展封堵作业；再次，利用先进的子母式管袋进行水下充填，逐层填筑至平均滩面高程；最后，于封堵过程中同步吹填闭气土进行防渗处理，直至封堵工作全部结束。

3.3.1 测量放样、护底软体排铺设同3.2.1、3.2.2，此处不再赘述。

3.3.2 外（内）侧消浪抛石棱体抛投

采用20～60cm级配石料，在水流平缓或者涨平潮期间（水流0.5～1.0m/s）抛投，流速过大时可采用网兜石整体抛投。按照标识的内边线抛投，确保拟施工子母袋体与抛石坝内坡坡脚之间间隔5～8m距离，避免袋体被石块刮破。抛石坝应比现场平均滩地高程高出0.5～1.0m。

3.3.3 子母式管袋袋体加工

袋体由子袋和母袋组成（见图5）。子袋在母袋内并沿母袋的宽度方向设置，位于母袋端部。子袋一般分为单子袋和双子袋，具体根据水流方向而定，单向水流设置单子袋，双向水流的，在母袋的两个宽向端部各设置一个子袋即为双子袋。垂直与轴线方向的子袋宽度为母袋长度的1/20，顺堤轴线方向的子袋长度同母袋宽度。

子母袋进浆袋口采用袖口式，袋口采用整条幅丙纶长丝机织布缝制，子袋在袋体两端上表面设置进浆袋口，母袋在袋体上表面每250m2设置一个进浆袋口，进浆袋口直径为进浆输砂管线直径的1.2倍，进浆袋口长度为0.3～15m。