袋装砂斜坡堤在杭州湾围填海工程中的应用

陆 晓 宇

(上海金山新城区建设发展有限公司，上海 200433)

围堤是防止吹填土扩散，将围填海区域圈围成封闭区域而修建的堤坝。根据是否需具备防洪(潮)功能，分为永久堤防围堤和临时吹填围堰。堤防围堤是兼具洪(潮)挡浪功能的围堤，围填海工程中大都为海堤，又名海塘、海挡和防潮堤。因此，海堤还需要满足防御风暴潮(洪)水和波浪对防护区的危害等要求[1]。目前国内外围堤的断面型式主要分为直立式、斜坡式和混合式三种基本型式，其中斜坡式结构凭借其经济性的优势和在生态建设方面的适应性[2]成为一种被广泛采用的结构。袋装砂斜坡堤作为斜坡式结构的一种，在适用性、经济性等方面有其优势，成为海堤结构的主要结构型式。

1 国内外袋装砂斜坡堤的应用实践

据了解，美国、法国、荷兰、日本、菲律宾、马来西亚、我国台湾省等均有使用充砂土工织物长管袋或充砂土工织物袋的工程实例，20世纪70年代，大型充砂袋结构引入我国[3]；李凯双等[4]对国内不同地区袋装砂斜坡堤的工程案例做了统计分析。经过一段时间的发展，尤其是大型施工机械的应用，使得袋装砂斜坡堤的施工效率和质量都得到了显著的提高。进入21世纪以来，围堤逐渐向深水区发展，堤身高度随之增加，筑堤工程量大幅增加。传统袋装砂斜坡堤的应用范围主要集中在浅水区，随着海堤向深水的迈进，袋装砂斜坡堤也在逐步向深水区探索。

2 杭州湾围填海项目案例[5]

2.1 工程简介

工程位于上海市金山区，项目范围为沪杭公路外侧区域，龙泉港出海闸以西、金山城市沙滩以东滩涂，南边界至该段水域规划驳岸线见图1，围堤总长度4 820 m，圈围面积约3 866亩，用海面积308.420 7 hm2，见图2。

工程区位于杭州湾北岸，岸线前沿海域开阔，风浪大，流场较复杂，200年一遇有效波高达3.60 m～3.91 m；工程区潮位高、潮差大，200年一遇高潮位达6.78 m，多年平均潮差4.07 m，实测最大潮差6.56 m；拟建堤线位置滩面较低，达-4 m～-6 m；地质条件较差，大堤直接坐落在淤泥质粉质粘土层上，且软土层普遍达到15 m厚；工程区上下游涉水工程密集，河势影响较敏感，工程施工易对周边涉水工程造成不利影响。

2.2 围堤结构设计的原则

围堤结构设计原则如下：1)建筑材料和施工方式应因地制宜；2)施工安全性与可操作性强；3)运行期对环境适应性强、安全性高；4)经济合理，投资较省；5)为后期围堤生态建设留有空间。

2.3 围堤结构方案

根据地形资料、平面布置方案和地质勘察成果等，经多方面比选确定围堤结构方案：

1)堤型选择。与直立堤相比，斜坡堤断面尺度相对较大，筑堤材料消耗较多；斜坡堤的柔性基础和堤身均能较好地适应滩地的软土地基条件，地基处理方式成熟有保障；斜坡堤对优质砂料需求量相对较大，对石料需求量较小；斜坡堤消浪效果好，对强风浪区具有较强的适应性，且不易对堤前基床造成冲刷；斜坡堤应用广泛，计算理论较成熟，设计经验较丰富；斜坡堤施工工艺成熟，进度质量有保证，无需占用太多场地，施工船机设备众多；斜坡堤方便后期维护，运行管理风险小；斜坡堤结构易于在外坡增加生态绿化，有利于生态岸线的构建；斜坡堤在经济性上具有一定的优势。根据对斜坡堤结构和直立堤结构的研究和分析，综合比选确定选用斜坡堤结构作为围堤结构方案。

2)斜坡堤结构选择。综合分析斜坡堤的断面结构、堤基构筑方式、反滤结构、地基处理方式、施工便利性、经济性等因素，斜坡堤结构推荐选用“外侧抛石结构堤+内侧袋装砂棱体+排水板地基处理”方案。

3)围堤断面结构方案。防浪墙墙顶高程11.00 m，堤顶高程9.80 m，顶宽9.50 m(每48 m至少设置一处2 m宽的植草砖步道)。外海侧消浪平台顶高程6.00 m～6.10 m，顶宽6.00 m，采用500 mm埋石混凝土护面。平台上下两侧以1∶3边坡分别连接防浪墙及3.00 m高程镇脚，上级坡面采用500 mm厚栅栏板护面，下设300 mm厚灌砌块石一层、200 mm厚袋装碎石及380 g/m2复合布一层，下级坡面采用3 t/个翼型块体护面，下设300 mm厚灌砌块石一层、200 mm厚袋装碎石及380 g/m2复合布一层。2.70 m～3.00 m高程镇压平台宽15 m～18 m，采用500 mm厚埋石混凝土护面，下设400 mm厚袋装碎石及380 g/m2复合布一层。镇压平台外侧为抛石结构挡砂堤，外坡坡比1∶2，内坡坡比1∶1.5，坡面及坝顶采用3 t/个扭王块体护面，外侧堤脚采用宽10 m厚2.5 m～3.7 m的抛石护脚和混凝土联锁块软体排护底，余排20 m长。抛石棱体内侧反滤层先在袋装砂棱体外侧设置一层复合土工布(230 g/m2机织布+150 g/m2无纺布)+袋装碎石(厚度500 mm)反滤结构，再在反滤外侧填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋装碎石(厚度200 mm)找平并铺设一层复合土工布反滤(230 g/m2机织布+150 g/m2无纺布)后填筑袋装砂棱体；同时在抛石棱体内侧设500 mm的1 kg～10 kg块石整平。内坡侧设二级复合坡，坡比均为1∶3，平台高程4.50 m，宽度5.00 m。内棱体内侧坡比为1∶1。4.50 m高程以上坡面采用彩道砖拱肋草皮护坡,见图3。

2.4 袋装砂斜坡堤在本项目应用中的创新

根据传统袋装砂斜坡的设计施工经验，结合本项目工程区现状，在项目应用中进行实践创新。

1)外侧抛石棱体反滤。原抛石棱体反滤结构布置在抛石棱体内侧，是由袋装碎石+砂肋软体排+混合倒滤层+两片石垫层组成。经调研后发现，反滤结构垫层需要皮带机施工，效率相对低下，且施工质量难以控制。反滤结构的质量和进度对于龙口合龙节点的完成，乃至整个围堤堤身的稳定都具有决定性的作用。面对龙口合龙前土方施工任务紧、压力大的局面，项目组积极开展反滤结构研究，最终确定了一种新的反滤结构：抛石棱体内侧反滤层先在袋装砂棱体外侧设置一层复合土工布(230 g/m2机织布+150 g/m2无纺布)+袋装碎石(厚度500 mm)反滤结构，再在反滤外侧填石碴至高程0.0 m，石碴上采用袋装碎石(厚度200 mm)找平并铺设一层复合土工布反滤(230 g/m2机织布+150 g/m2无纺布)后填筑袋装砂棱体；同时在抛石棱体内侧设500 mm的1 kg～10 kg块石整平，见图4。该反滤结构施工效率高，施工质量有保障，保证了龙口合龙节点的顺利完成，确保了大堤的安全稳定。

2)龙口合龙。金山地区涨落潮水流急、潮差大，龙口合龙条件恶劣，合龙施工强度大。设计单位采用数模计算，分析水流特征，确定理论的龙口宽度；实际施工过程中由于合龙施工任务重，施工单位提前将龙口束窄。施工单位对现场流速进行实测，数据显示流速在可控范围内。抛石截留后，潮差大使得抛石棱体内外侧水头差比较大，石头缝中水流窜流比较急，给通长袋施工带来很大难度。在外侧袋装砂棱体与抛石坝之间铺设锁坝来限制汇水流量，从而减小龙口水流流速，保证施工环境相对稳定，见图5。加强现场实测资料的分析，加上以往龙口合龙处理措施的应用，本工程深水区龙口合龙顺利完成，为深水区、大潮差围堤合龙积累了成功经验。

3)生态海堤示范应用[6]。为适应新形势下国家海洋生态文明建设的要求，开展生态海堤的研究，并在工程中进行示范应用。

全线大堤采用斜坡式堤型，实现缓坡入海；堤身材料选用长江口砂源和附近块石，向海侧护面在潮间带和潮下带区域采用混凝土块体和块石等适宜当地海域生态系统的无害化建筑材料，有利于藻类、贝类附着，促进生物多样性恢复；防浪墙内侧与路面设置绿化种植池，种植草皮和矮灌木，并在靠近防浪墙处种植爬山虎，使其攀爬在钢筋混凝土防浪墙上，实现堤顶绿化；背海侧采用彩道砖拱肋草皮护坡，并在内青坎上种植草皮、小灌木，实现背海坡绿化；研究开发了一种新型护面结构，并选择在西侧堤中进行示范应用，见图6。

3 结语

袋装砂斜坡堤在本围填海项目中的应用是其在杭州湾北岸深水筑堤的典型案例，项目的顺利实施进一步验证袋装砂斜坡堤在深水筑堤工程中的适用性。同时也响应了国家海洋生态文明建设的要求，在实现海堤生态化建设中具有一定的优势。