論鹽黃砂塢治江圍墾方案中的丁壩處理方案

論鹽黃砂塢治江圍墾方案中的丁壩處理方案

1海運(yùn)黃砂救濟(jì)工程概況近年來(lái)，在人口眾多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份浙江，由于可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域資源，以及河流和荷塘管理的需要，每年都有計(jì)劃在池塘兩岸修建河流和湖泊。海鹽黃砂塢治江圍墾工程位于錢塘江北岸長(zhǎng)山～高陽(yáng)山之間,是一項(xiàng)以圍促淤的治江圍墾工程,是錢塘江尖山河段整治的重要組成部分。工程等別為Ⅱ等,主要建筑物一線主堤為2級(jí)建筑物,按100年一遇高潮位與同頻率風(fēng)浪疊加和安全超高不允許越浪設(shè)計(jì),圍墾總面積2.25萬(wàn)畝,圍墾主堤長(zhǎng)度8.31km。工程西接已完工的海寧尖山圍墾4號(hào)堤,東與長(zhǎng)山閘西800m處的長(zhǎng)山圍堤相接。圍墾區(qū)的總體布置如圖1所示。2丁壩壩底沖刷及保護(hù)由于錢塘江屬于強(qiáng)涌潮河段,而且每年都要受臺(tái)風(fēng)侵襲,故圍墾工程具有風(fēng)險(xiǎn)大、施工季節(jié)性明顯、不確定因素多的特點(diǎn)。在圍墾過(guò)程中,積累了大量的施工經(jīng)驗(yàn),據(jù)錢塘江兩岸多年的圍墾經(jīng)驗(yàn),本圍墾項(xiàng)目的方案是在錢塘江北岸黃砂塢老虎山、獅子山兩處通過(guò)修筑丁壩促淤,在灘涂面淤積達(dá)到一定高度后,再實(shí)施順壩及主堤工程,形成圍墾區(qū),丁壩同時(shí)也起到了主堤施工時(shí)的臨時(shí)運(yùn)輸通道的作用。丁壩促淤主要在于利用丁壩挑流局部改變水流的流向,使江流遠(yuǎn)離海塘及江岸,使潮水主流回歸江心,掩護(hù)下游不受水流沖刷,使壩的上下游產(chǎn)生回流區(qū)造成落淤條件利于泥沙落淤,通過(guò)丁壩的修筑促使岸灘淤積,從而起到保護(hù)岸線形成淤灘的作用,達(dá)到圍墾的目的。在修筑丁壩的過(guò)程中,由于是頂水施工,它每天都要受漲潮和退潮的沖刷,施工難度非常大,它的施工順利與否在某種意義上可以說(shuō)決定了圍墾工程的進(jìn)度和投資。其中丁壩壩頭的沖刷和保護(hù)一直是錢塘江口丁壩修建的最大技術(shù)難題。由于錢塘江是世界著名的強(qiáng)潮河口涌潮,潮頭高度可達(dá)3m,實(shí)測(cè)最大流速可達(dá)12m/s,潮水漲落時(shí)的流速非常大,河床表層土質(zhì)大多為粉砂土,在丁壩壩頭附近水流流速急劇增加,并形成豎向旋渦,猛烈沖刷床面泥沙,會(huì)使床面形成一瓢形沖刷坑。對(duì)丁壩壩頭前的沖刷坑的形成原理,有關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)果已經(jīng)闡明了沖坑在壩頭處的形成機(jī)理及其發(fā)展情況。初期沖刷首先產(chǎn)生于壩頭上游側(cè),在沖刷過(guò)程中沖坑深度不斷增大,伴隨著沖刷面積的擴(kuò)大和沖坑側(cè)面坡度的增加。在沖刷的初始階段,沖深發(fā)展很快,此時(shí)水流的沖蝕能力為最大。隨著沖坑的發(fā)展沖深逐漸增加,但沖刷率下降,到后期最大沖深達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定,不再隨時(shí)間的推移有明顯變化?？梢姵跗跊_刷在全部沖刷量中所占比例很大,而被沖刷的泥沙均沉降淤積在沖坑的下游側(cè)。最大沖深的位置在沖刷過(guò)程中幾乎保持不變。3“船拋結(jié)合陸拋”沖坑的施工方案老虎山丁壩壩址位于老虎山,從東北向西南延伸,設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度3300m(樁號(hào)0+000～3+300),在2+950處與主堤相接,作為圍墾項(xiàng)目的試驗(yàn)壩,先行實(shí)施。其設(shè)計(jì)斷面和施工方案主要根據(jù)原有灘涂和當(dāng)?shù)厥系那闆r來(lái)確定。樁號(hào)0+000～2+500段因原始灘涂面已較高,高程從3.9～-1.9m(85國(guó)家基準(zhǔn)高程,下同),決定采用候潮施工的方案,低潮位(多年平均低潮位高程-2.3m)時(shí)用管袋吹填粉砂土,作為堤心,堤身兩側(cè)及堤頂采用120cm厚拋石護(hù)坡。堤身斷面尺寸為堤頂高程6.0m,堤頂寬度7m,兩側(cè)邊坡1∶1.5。從2+500開始,原始涂面已處于低潮位以下,因強(qiáng)涌潮的沖刷出現(xiàn)了沖坑。經(jīng)測(cè)量分析,壩頭沖坑的橫向剖面(即順沿丁壩方向)沖坑的最深處高程-11m,并緩慢向兩側(cè)抬高,在2+800處恢復(fù)至原始涂面高程(-2.0m),即沖坑深度達(dá)到了9～10m,沿丁壩方向的沖坑寬度達(dá)300m左右。對(duì)沖坑的處理采用了船拋結(jié)合陸拋的施工方案,船拋?zhàn)o(hù)底至高程-2.0m,然后運(yùn)輸車輛集中進(jìn)行陸拋,直接對(duì)深坑進(jìn)行強(qiáng)行拋填。在深坑拋填過(guò)程中,因潮水的沖刷,大量的石材被潮水帶走,損耗量非常大,強(qiáng)行拋填工作從2005年4月15日開始,至2005年7月15日完工,持續(xù)了近3個(gè)月,完成了2+500～3+300共800m的丁壩填筑工程。共耗費(fèi)船拋石方8.5萬(wàn)m3,陸拋共30萬(wàn)m3,達(dá)到了堤頂高程6.0m,堤頂寬度9m,兩側(cè)邊坡1∶1的設(shè)計(jì)斷面要求。4壩底沖坑設(shè)計(jì)獅子山丁壩壩址位于東西向臨時(shí)子堤上,獅子山以西約50m,原設(shè)計(jì)直線長(zhǎng)度1400m(樁號(hào)0+000～1+400),在老虎山丁壩和東西向臨時(shí)子堤基本完成后開始施工。其設(shè)計(jì)斷面和施工方案與老虎山丁壩基本相同。樁號(hào)0+000+600段采用砂土管袋填心、塊石護(hù)坡的常規(guī)施工方案,而從0+600開始也出現(xiàn)了沖坑。經(jīng)測(cè)量,壩頭沖坑的剖面形狀與老虎山丁壩壩頭沖坑的形狀類似,且因該處流速更大,沖坑更深,橫向(即順沿丁壩方向)沖坑的最深處在樁號(hào)0+700處,高程達(dá)-12m,并緩慢向兩側(cè)抬高,在0+900處恢復(fù)至原始涂面高程(-2.0m),即沖坑深度達(dá)到了10～12m,沿丁壩方向的沖坑寬度達(dá)300m左右;其縱向剖面(即垂直丁壩方向),沖坑延伸到丁壩壩頭下游側(cè)約300m,上游側(cè)約150m。為了完成丁壩繼續(xù)向外延伸跨越12m深的深坑的技術(shù)難題,根據(jù)深坑的剖面形狀和形成的機(jī)理,提出了“繞”的施工方案,即順?biāo)鞣较蛳戎槈卫@開深坑再筑丁壩的施工方案。在0+600處先沿順?biāo)鞣较蚴┕ひ粭l約300m長(zhǎng)度的順壩,順壩壩頭處形成了高程-2.0m左右的淤積灘涂,起到了良好的淤積效果,決定即時(shí)沿垂直水流方向筑砂土管袋丁壩,在砂土管袋丁壩施工的同時(shí)通過(guò)GPS定位開始石方的船拋?zhàn)o(hù)底工程。在施工過(guò)程中,因砂土管袋丁壩和船拋同時(shí)開始作業(yè),沒(méi)有形成新的沖坑,節(jié)約了石方。整個(gè)工程從2006年4月20日開始施工,持續(xù)了2個(gè)月,完成了0+600～1+400共800m長(zhǎng)度丁壩的填筑,共耗費(fèi)船拋石方6萬(wàn)m3,陸拋21萬(wàn)m3,達(dá)到了堤頂高程6.0m,堤頂寬度9m,兩側(cè)邊坡1∶1的設(shè)計(jì)斷面要求。5公民山丁壩壩底沖刷深坑處理技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)二種施工方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1所列。對(duì)深坑的二種技術(shù)處理方案,通過(guò)實(shí)施,雖然最終均達(dá)到了設(shè)計(jì)