福清东壁岛大型围垦工程深港堵口综合技术研究

张裕平

（福建省水利水电勘测设计研究院 福州 350001）

1 工程概况

1.1 工程规模

福清东壁岛围垦工程位于福建省福清湾的西南部，是福建省目前建成的的最大围垦项目，围垦面积4.34万亩，海堤总长4820m。工程级别为3级，防潮标准为50年一遇，堵口设计潮型为20年一遇。海堤分为北堤 （长3247.5m）和东堤 （长1572.5m）两段，总长4820m；工程共布置水闸5座，其中能参与堵口分流的有4座 （分流总净宽180m）。堵口设在东堤，大口门宽度1020m，其中深港处小口门宽度450m。

1.2 风况及潮位

工程区平均每年有2～3次台风影响，多出现在7～9月份，以东北风为主，实测东北风最大风速34m／s。围垦工程区潮型为正规半日潮，潮位特征值为：50年一遇高 （低）潮位5.14m （－3.65m）（黄零，下同）；堵口期20年一遇高 （低）潮位分别为：农历8月大潮4.54m （－3.15m），公历11～12月潮位3.69m （－2.81m），公历1～3月潮位3.83m （－3.00m）。

1.3 地质

口门根据滩涂地形的不同分为深港及高滩两部分（见图1）。深港部分滩涂－5.0m高程以下宽度约250m，最深处高程为－12.8m；深港范围基础为淤泥夹粉细砂，厚度3～10m，下部为中粗砂及残积砂质粘土。高滩部分滩涂高程在－3.3～－4.5m之间；高滩处基础表层 （粉）细砂厚度1.8～4.9m，下部为淤泥夹粉细砂 （厚度5～14m）及淤泥质粘土 （厚度2～4m），两层均为力学指标较差的软弱土层，再下部为中粗砂及残积砂质粘土。

图1 堵口地形及合龙实际施工程序图

1.4 截流堤断面

堵口截流堤下部采用扩展断面，上部采用密集断面，截流抛投材料为块石与铁笼，考虑到基础淤泥夹沙层有一定的排水作用，经比较，截流堤基础不进行专门处理，对表面为淤泥的滩面，采用抛中粗砂垫层加速基础的排水固结，在砂垫层表面铺高强机织土工布保护，同时起加筋作用，小口门截流堤典型断面见图2。

图2 堵口小口门截流堤断面图

1.5 堵口难度

本工程堵口合龙难度主要表现为：龙口合龙潮差7.69m、龙口水流吞吐量1.2亿m3、龙口水深19m、龙口软基淤泥最大厚度18m。通过对大型围垦工程深港堵口水流特性的系统性研究，制定深港堵口护底及截流的综合措施，并根据现场施工情况的变化，及时修正堵口施工程序及堵口护底和截流材料，顺利实现了在大库容、大潮差、大水深、深软基上的高难度条件下大型围垦工程一次性堵口合龙成功，节约工程投资1000多万元。工程于2004年3月全面开工，口门于2005年5月23日顺利合龙成功，垦区于2005年9月即开始水产养殖发挥效益，创造了从开工到实现堵口合龙只用不到15个月、较同等工程缩短一半施工工期的奇迹。

2 堵口合龙程序制定

2.1 原设计采用方案

根据水量平衡原理，采用宽顶堰公式计算过流能力，共计算了14种不同的工况，从方便陆上施工及避开较大的龙口流速角度考虑，推荐了以立堵为主、平堵为辅 （先抬高深港段口门，然后先堵大口门，再堵小口门）的堵口合龙施工程序。

河海大学堵口整体水工模型试验共进行了11个工况的全潮试验，从避开较大的龙口流速角度考虑，推荐了以平堵为主、立堵为辅 （先抬高深港段口门，然后大、小龙口同时平堵抬高，两龙口高差1.0m）的堵口合龙施工程序。

对上述两种方法边界条件基本相同的堵口工序流速分析表明，口门最大流速差值在5%以内，吻合性很好。由于两种方法推荐的堵口程序不尽相同，取相近堵口工序进行对比可知，水工模型试验推荐的堵口程序龙口最大流速要比水量平衡原理计算法推荐的堵口程序小20%左右。

根据省水利厅堵口技术方案审查意见，设计采用了龙口最大流速较小的水工模型试验推荐堵口程序，即深港段需先抬高底槛高程至－3.0m高程，然后以平、立堵相结合的方法进行施工，南尾高滩段比深港段高1m交错抬高底槛，待深港段底槛抬高至0.0m高程后，以立堵为主、平堵为辅的方法进行堵口合龙。按该程序制定的施工进度为：在2004年农历8月大潮来临前，北堤应全线贯通挡水；东堤应完成口门护底工作，即堵口深港段部位应填筑至－5.0m高程，高滩部位应护底至－2.0m高程，以便东堤口门安全度过年内农历8月大潮，水闸于2004年12月底通水参与口门分流，东堤口门在农历8月大潮过后即开始堵口，于2005年3月左右实现合龙。

2.2 堵口合龙程序修正

2.2.1 修正的必要性

在实际施工过程中，工地屡次受群众阻挠而停工，施工进度缓慢，同时施工单位认为用船抛平堵需二次倒运，会增加成本，投入抛石的船只也无法满足小口门先行抬高的要求。到2004年11月11日为止，北堤尚留缺口宽度为1300m，底槛高程为1.0m；东堤深港段部位只填筑至－7.0m高程，高滩部位才护底至－2.0m高程。

若按原定堵口合龙程序进行施工，需增加大量的抛投船只，才能满足深港段从－7.0m迅速抬高至－3.0m高程，然后方可开始高滩段用汽车抛填、深港段用船只抛填，必然影响整个工程的堵口施工进度。为此，在2004年11月中旬对堵口合龙程序作了适当的修正。

2.2.2 修正的可能性

修正的可能性主要体现在以下三个方面。

（1）堵口分流条件较好。目前北堤还有1300m的口门可进行分流，该段海堤需到2005年1月份左右才能全线贯通挡水；接下来，总净宽达180m的四座水闸将可参与堵口分流。

（2）后续潮型有利于堵口合龙施工。按目前施工进度，堵口合龙时间将推迟到年内高潮位较低、潮差较小的4～5月份，如此可部分改善口门的水流条件，对堵口截流堤合龙较为有利。

（3）基础地质条件较好。基础表层为 （粉）细砂，下部为淤泥夹粉细砂，淤泥内的粉细砂夹层有利于消除孔隙水压力，经稳定计算分析，深港段基础可满足较快的加荷速率要求。

2.2.3 修正思路

为加快施工进度，克服缺少船只的影响，把停工损失的时间争取回来，修正的思路为加大施工强度，采用陆上车抛与水上船抛平堵相结合的方式同时进行施工。

2.2.4 修正后的堵口合龙程序

图3 堵口合龙程序修正图

按以上思路修正后的堵口合龙程序见图3。堵口合龙程序修正后，采用水量平衡原理计算方法重新复核龙口水力要素。

3 大型平面铁笼及特大块石的运用

3.1 问题提出

堵口合龙程序适当修正后，南尾高滩段采用车抛立堵方式进行抬高口门底槛，速度较快，而深港段用有限的船只进行抛投平堵抬高口门底槛，速度较慢，如此，深港段处流速必然增加较大，如：堵口工序2大口门底槛由－0.5m抬高到1.5m时，涨落潮最大流速分别由原设计方案3.80m／s（－3.08m／s）增加到4.35m／s （－3.18m／s）；另外，工序2和3在小口门底槛从－5.0m抬高到－0.5m过程中，涨落潮最大流速也分别由原设计方案3.46～4.69m／s （－2.83～ －3.85m／s）增加到5.22～5.51m／s （－4.71～－4.96m／s）；最大流速增加幅度在11～17%之间，经分析，口门缩窄后可通过大型平面铁笼及特大块石来抵抗高流速的冲刷，以确保截流堤的水力稳定。

3.2 大型平面铁笼

高滩部位大口门1.5m高程处，涨落潮最大流速分别为4.35m／s （－3.18m／s），用普通的铁笼（5m×1.5m×0.8m，单个重10.5t）难以抵御如此大的流速。经分析，在深港小口门底槛高程为－2.5m时，高滩部位－0.5m高程处，每个潮水有2～3h的露滩时间，非常适合人工赶潮排铁笼施工。为加快施工进度及提高铁笼的抗冲能力，提出了人排大型平面铁笼的新工艺。该工艺将现场准备的用于编织原普通铁笼的铁丝网连接成片，采用机械装石，人工绑扎的方法，形成长度约10m、宽度为5m、高度为1m的大型平面铁笼，如此单个铁笼重量超过80t，足以抵抗高流速水流的冲刷。要求在小口门左右两侧计200m范围大口门段截流堤内外侧1.0m高程处均铺设一道此大型平面铁笼，铁笼长度方向沿堤轴线布置。

3.3 特大块石

深港小口门底槛从－5.0m抬高到－0.5m过程中，最大流速达5.51m／s，如采用普通铁笼（5m×1.5m×0.8m）进行护底，需集中抛投大量铁笼，利用铁笼间的相互嵌合作用，方能抵御如此大的流速，如此必然增加工程投资及施工难度；如采用零星的铁笼进行护底，则单个铁笼重量需超过18t，如此重的铁笼在船抛施工时，铁笼极易损坏。根据施工现场存在大量的特大块石 （单个重量在2～6t）的情况，提出了采用特大块石来代替一部分普通铁笼的办法，经分析，大块石与大块石或铁笼间可相互嵌合形成一个整体，可以抵挡超过5m／s的水流冲刷。特大块石主要采用大型液压开体船进行抛投施工。

4 堵口实际施工程序

根据修正后的堵口程序及采用的合龙新工艺，堵口合龙实际施工程序见图1。施工过程中东堤大口门两侧于2004年6月8日全断面填筑到4.0m高程，4座水闸于2005年2月全部通水分流，北堤于2005年1月15日全线贯通挡水。堵口主要过程简述如下。

4.1 护底阶段

深港段采用大型船只抛石，结合吹砂船抛砂，使深港小口门从－12.8m抛填到－7.0m；高滩段采用大型自卸汽车抛石护底到－2.0m高程 （施工时段：2004.6.9～2004.11.11）。

4.2 压缩口门阶段

深港段采用大型船只抛普通块石、特大块石及铁笼，结合吹砂船抛砂，使深港小口门从－7.0m平堵到－3.5m；高滩段压缩口门，底槛高程抬高到1.5m高程。口门宽度压缩到600m，小口门主要由特大块石及普通铁笼护底，大口门由大型平面铁笼护底，见图1中①、②工序 （施工时段：2004.11.12～2005.2.24）。

4.3 堵口攻坚阶段

采用汽车为主、船只为辅抛填普通块石，口门压缩到小口门宽度450m，小口门底槛从－3.5m抬高到1.5m，变为宽敞式口门，见图1中③工序（施工时段：2005.2.25～2005.4.17）。该阶段最艰难时刻为小口门剩余宽度约200m，底槛从－3.0m左右抬高到1.5m过程中，施工时间选择在月内小潮的农历3月9日 （公历4月17日），集中工地所有运输设备在一个白天内完成。

4.4 堵口闭气阶段

该阶段口门剩余宽度450m，底槛高程已抬高至1.5m，由于是小潮期，龙口实际流速已比较小，采用汽车抛石立堵进占及抛填山土闭气，低滩部位仍采用吹砂船抛填海泥沙闭气，见图1中④、⑤工序 （施工时段：2005.4.18～2005.6.10），其中小口门于2005年5月23日顺利实现合龙。

5 结语

本大型围垦工程高难度堵口能迅速顺利的合龙，总结采用的综合技术有：

①应用大型施工机械设备 （如大型液压开体船等）进行施工；

②采用大型平面铁笼 （长10m×宽5m×厚1m）和特大块石 （块重达2～6t）进行堵口；

③制定合理的堵口程序从而避开不利的水流条件；

④利用有效的分流措施 （如北堤与东堤互相分流、水闸参与分流）；

⑤充分利用有利小潮期 （4、5月份）进行合龙。