水利工程论文-对粉砂土地基堵口设计方法的探讨.doc水利工程论文-对粉砂土地基堵口设计方法的探讨.doc

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水利工程论文对粉砂土地基堵口设计方法的探讨摘要堵口工程是围垦工程的关键,历来受到各方的广泛关注,堵口的成败,往往在于堵口设计的好坏。以往大家对深港堵口和软土地基堵口技术讨论较多,且积累了大量的实践经验,形成了一套完整的理论和方法,但对粉砂地基如何进行堵口设计讨论较少,本文从慈溪市四灶浦西侧67万亩围涂工程堵口设计的实际,探讨如何进行粉砂基础堵口设计,并对平立堵方案的选择条件进行分析研究。提出适合粉砂地基堵口的合理方法,为我市杭州湾地区进一步围垦创造技术条件。关键词围垦工程冲泥管袋粉砂土堵口1、工程概况慈溪四灶浦西侧围涂工程西起三八江以西2KM,东至四灶浦十一塘闸,为杭州湾南岸庵东滩面西侧,本段滩面平均含沙量为1232KG/M3,中值粒径002006MM,泥沙来源主要来自长江口。围区涂面高程在27M(吴淞基面,下同),横堤(北堤)全长20475KM,西直堤225KM,东直堤23KM,中间设三条隔堤,总长644KM,围涂总面积447KM2(67万亩),见附图一。本工程自2000年5月试验堤破土动工兴建以来,已完成东直堤全长23M,三条隔堤全长64KM,西直堤23M抛石顺坝及125KM长的横堤顺坝工程施工。并于10月底前完成了东Ⅰ标片及西横堤大桥片的龙口合拢工作,东II标也在11月10日完成堵口合龙。围区西端处在杭州湾南岸西三潮沟末段,为防止西三潮沟对本工程产生不利影响,工程西段采用抛石顺坝作为抗冲刷的主要手段,其余堤段均采用泥心顺坝。工程分两期实施,一期实施马中湾直堤以东19KM2和西隔堤以西866KM2。本次堵口方案设计主要针对一期实施项目。2、地基特性本工程建于粉砂土地基上,其地层主要由砂质粉土组成,该土层干容重为15KN/M3,含水率W=284,孔隙比E=0790,压缩模量ES=1200MPA,C快=59KPA,Φ快=299,C固快=62KPA,Φ固快=316。其水平向渗透系数为207104CM/S,经颗粒分析泥沙粒径以0010075MM为多数,不均匀系数D60/D10≈6。粉沙土地基,一般地基的承载力标准值为120170KPA,具有强度高,压缩性较低,最大的弱点就是抗冲刷能力极弱,极易被潮水冲刷形成潮流沟。3、四灶浦西侧围涂堵口设计方法31龙口设置一期工程主要由东隔堤、马中湾直堤、西隔堤和西直堤组成,自然而然形成三块万亩以上的围区,为保证每一块围区横堤的渡汛安全,分别设置龙口。本次堵口采用两种截流坝型式,即西隔堤以西的抛石顺坝型式和马中湾直堤以东的泥心顺坝型式。渡汛大龙口宽度根据水量平衡原理进行龙口水利计算,根据中国围海工程中推荐的采用冲泥管袋施工情况下,要求控制流速不大于3M/S控制,考虑本围区围粉砂土地基,极易冲刷,因此在渡汛时我们控制最大流速不大于20M/S,以防涂面冲刷,堵口时仍按不大于3M/S控制。龙口渡汛标准为汛期10年一遇高潮位设计潮型,堵口为非汛期5年一遇高潮位设计潮型,对不同龙口宽度、相同底槛高程进行多方案试算,经分析最后选定施工渡汛龙口要求如下东片当龙口底槛高程30M、口门宽各为1000M时,最大落潮流速183M/S,最大涨潮流速149M/S;中片当龙口底槛高程30M、口门宽各为1000M时,最大落潮流速178M/S,最大涨潮流速152M/S;西区龙口龙口底槛高程300M、口门宽1200M时,最大落潮流速159M/S,最大涨潮流速159M/S;确定堵口龙口要求如下西片堵口小龙口底槛必须抬高至高程330M、堵口前龙口缩窄至宽200M时,最大落潮流速300M/S,最大涨潮流速264M/S;中片堵口小龙口底槛高程必须抬高至350M、堵口前龙口缩窄至宽400M时,最大落潮流速262M/S,最大涨潮流速238M/S;东片堵口小龙口底槛高程必须抬高至350M、堵口前龙口缩窄至宽400M时,最大落潮流速279M/S,最大涨潮流速242M/S。实际堵口龙口西横堤为600M,东横堤两标段均为800M左右。32堵口时间选择本工程海堤属三级海堤,龙口渡汛属临时性工程,根据围海工程技术规范规定,龙口水力计算设计标准的设计潮位重现值采用10年一遇,堵口合拢时小龙口一般选择在非汛期的小潮汛设计潮位重现值为5年一遇。根据海洋水文分析,本地区124月份潮位较低,潮差小,对堵口最为有利。但从堵口其他条件如风浪、下阶段施工安排等考虑,排在1011月份最为有利,虽然潮位略高,但可免受西北风对波浪增水和涂面冲刷的影响,并可使堵口合拢后,能在下一年的汛期到来之前,有足够的时间进行大塘土方加宽和加高,从而确保海堤安全渡汛,因此本次设计堵口时间确定西横堤和马中湾直堤东隔堤之间在农历9月初5开始进行堵口、东隔堤以东放在农历9月21开始堵口,要求在7天小潮汛期间堵口全部完成。33截流堤设计截流堤是在堵口段用来最终截断潮流的海堤,根据不同的海堤顺坝型式,分别采用不同的截流坝型式,西横堤顺坝采用抛石结构,堤顶高程为71M,断面型式与顺坝相同,要求最后200300M合龙时可降低至55M进行截流,截流后加宽加高至设计断面,如附图二。东横堤截流堤结构与横堤泥芯顺坝型式相同,具体为顺坝内外两侧采用宽2M的冲泥管袋,中间为冲填土,顺坝顶采用山渣垫层,外海侧采用抛石保护,如附图三所示。堵口段海堤全断面设计成果与非堵口段相同。其底高程与非堵口段相同,基础采用复合土工布做护底防冲刷处理,迎水坡采用大块石保护。34龙口护底和堤头保护粉砂土地基龙口护底应与粉沙地基抗冲刷结合考虑,渡汛时要求龙口底槛采用一层复合土工布加钢钎固定进行护底,减少潮水进出对龙口基础冲刷,两侧堤头用冲泥管袋加表层抛石保护,护底保护宽度为50M。口门压缩时,护底保护应加强,强调先护底后压缩。由于涂面淤涨,如西横堤从原设计25高程淤至3542M,因此,堵口前要求对小龙口加强护底,加铺一层宽度为100M400G/M2的复合土工布护底,龙口不作抬高;东横堤涂面高程比原设计抬高05M,不增加龙口护底保护,要求堵口前,对流沟采用2020或2040等大规格冲泥管袋进行填平,确保龙口一次平行抬高。35堵口程序和方法确定具体时间后,对两种截流堤型式分别确定堵口方法1、西横堤抛石截流堤堵口,首先进行涂面护底保护,粉砂土地基最怕冲刷,因此选择护底型式成为堵口成败的关键,目前,对粉砂土地基抗冲护底尚无人进行专题研究试验,大家各凭经验,大多数地方采用编织布进行护底,在本次抛填顺坝过程中,我们比较了普通编织布和复合土工布护底效果后,认为复合土工布更适合于护底,主要因为复合土工布无纺布可以有效阻止地基粉砂土析出,编织布有利提高粉砂土表面抗冲能力。其次选择合适的堵口方法,对于石坝截流,大部分专家均认为先进行平堵,然后再进行立堵,应该平立堵相结合,但我们分析实际涂面情况和护底情况后,认为本段无法进行平堵施工,因此建议降低抛石高程至55M,缩小截流坝断面,减少截流抛石方量,采用抛石立堵的方法,保证了截流成功。2、横堤东段泥芯顺坝堵口,横堤东段以东隔堤为界分为I标段和II标段,首先由I标段进行堵口,堵口方案采用冲泥管袋进行平堵,采用冲泥管袋堵口在我市尚属首次,因此我们设计人员对此都比较重视,对堵口方案进行了反复计算,确保堵口成功,第一步,要求对流沟进行填平,为确保填堵流沟成功,我们要求采用2020或2040等大规格冲泥管袋进行填平,防止进出潮水对涂面再度刷深。第二步,用冲泥管袋将龙口从1100M压缩至800M。第三步,将800M堤段均衡上升,并要求在最小高潮位时将潮水挡出。施工时基本按照上述步骤进行施工,施工单位考虑到800M同时抬高,施工机械无法满足,因此,采用预留两个100左右的小龙口推后一潮施工,整个坝段采用非同步均衡上升方法,实践证明,非同时均衡上升的办法具有一定的风险,而原设计考虑600M同时均衡上升是合理的。其次II标段进行堵口,II标段堵口方式与I标相似,但有其特殊的地方,有一道宽120M深6M的堤头冲沟,如何对冲沟进行处理,成为本段堵口的关键,对堤头沟处理主要有两种办法,一是采用抛石立堵方案,这种方案的缺陷是很容易再次冲深或堤头沟转移,并且基础抛石与泥芯坝结合很容易留下渗流隐患。二是采用冲泥管袋水下平堵,这种方法的实施前提必须减缓堤头沟的流速,因此要求在堤头沟内侧临塘河布设多道截流堰,一方面可以降低涨落潮流速,同时可以使临塘河有效促淤,另一方面为堤头沟平堵抬高创造条件。要求堤头沟在堵口前从30M抬高至15M,堵口开始后首先抬高堤头沟至涂面高程,其余堤段将涂面
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