生态修复项目围堤结构设计范文

1．筑堤材料和堤型选择

围堤常用的堤型有土石堤﹑抛石堤﹑混凝土或浆砌石堤等，土石堤和抛石堤对地基变形适应性好，对承载力的要求最低，混凝土或浆砌石等刚性材料对地基基础要求较高，在本工程区并不适用。结合上海及其他沿海地区类似工程的实践经验，充填袋装砂棱体斜坡式围堤结构型式具有因地制宜、就近取材、施工工艺成熟简单、施工速度快、工期短、节省工程投资等优势，并且对软土地基产生的变形和沉降适应性强，因此优先采用充填袋装砂棱体斜坡式围堤结构。这种堤型结构采用充填砂管袋构筑堤身内外棱体，堤芯则可采用吹填散砂或回填粘性土。采用充填袋装砂棱体斜坡式围堤结构的关键是必须有合适的筑堤砂源，从节约投资的角度，优先考虑就地取砂。根据地质资料，本工程沿堤线的堤基表层土从北至南依次为粘质粉土、砂质粉土和粉砂。从堤基表层土质量分析可知，1＃和3#修复区以及2＃修复区北段为②3-1粘质粉土，不宜冲填，因此上述区段均缺少砂源，解决筑堤砂源是确定该区段围堤结构型式的关键。本工程堤线滩地高程一般在2.0~3.5m，处于潮位变化区间内的中高滩，工程区滩势平缓，-1.0m等高线距离本工程圈围大堤堤线基本在3.0km以上，与一般的高滩或低滩圈围工程相比，筑堤施工、材料运输和设备都受到很大的限制。

以下对两种筑堤砂料来源进行分析：（1）利用2＃修复区南侧相对丰富的砂源。地勘资料表明，2＃修复区南侧堤基表层分布厚度10m以上的粉砂，砂质较好，结合随塘河开挖剥离表层淤泥后，即可采砂。主要存在的问题是砂源运输的难题，1＃和3#修复区全部区域堤线距离南侧砂源点约为12~19km，平均运距约为16km，2＃修复区北部区域堤线距离南侧砂源点约为4~12km，平均运距约为9km，均需采用长排距吹填输泥管线供砂，对施工工艺和施工设备的要求较高，砂料成本相对也较高。（2）采用本工程区域外的砂源。若采用外来砂进行堤身填筑或吹填，直接通过水路至堤前进行材料运输的难度较大，需通过八滧港水闸外侧河道和老东旺沙水闸外侧河道作为水上材料运输的通道，且需要二次转运，本工程堤线长达20多公里，其运输距离较大，成本较高，对工期也有一定影响。而且目前长江口筑堤砂源严重短缺，砂源可开采点和可开采量均较少，砂料成本大幅增加，对工程投资影响较大。由以上分析可见，1＃和3#修复区以及2＃修复区北段区域砂源运输和来源均比较困难，应尽量减少筑堤用砂量，方能控制投资。为此提出两种筑堤方案：方案一是外棱体采用充填袋装砂施工，堤身堤芯采用随塘河开挖土方直接按回填粘质粉土压实方式填筑；方案二是传统的全断面用吹填砂筑堤方案，即内外双棱体采用充填袋装砂，堤身堤芯采用吹填砂和充填砂袋子堰填筑。筑堤方案一和方案二见图1~2。采用潮间带就地取土筑堤的设计思路，突破了上海地区传统圈围工程的充填袋装砂筑堤方案，为便于主体工程的施工，同时也为主体工程采用粉土填筑堤芯施工工艺的可操作性积累更多的现场施工经验，先行开展施工便道工程。施工便道工程于2009年12月底开工，2010年12月底基本完工。该工程是第一次在上海沿海滩涂较大规模的采用滩地取土的方式进行筑堤，带有较强的试验性质，由于是在中高滩地上就地取土筑堤，施工条件差，施工难度较大，施工期间受自然条件影响较多，在施工中遇到了许多新的问题。主要可归结为以下几方面：1）工程战线长，地质情况复杂多变，筑堤土料的选择对筑堤效果影响较大。2）潮汐对就地取土筑堤施工的影响大。3）天气状况对工程施工进度影响很大。4）施工机具及施工工艺的对工程进度和质量影响大。总结先期实施施工便道工程的经验和存在的问题，认为直接采用就地开挖取土筑堤的最主要缺点是施工质量控制难度较大，工期可控性不强，不确定风险大，主要表现在常规机械设备在滩涂上挖、运、填、压工序较复杂，固结压实施工受天气和潮水影响大。因此，与传统充填砂袋筑堤方式相比较，其效果不理想，后期大规模应用于主体工程堤型方案实施难度和风险较大。另外，2#修复区南段围堤外棱体砂源供应考虑结合随塘河开挖就近取砂，并供应北段区域做为构筑围堤充砂管袋外棱体。取砂结合随塘河开挖进行，由人工采用水力冲挖机组开挖砂土，再用大功率泥浆泵接力的方式输送至北段区域的泥库中。滩涂就地取土（砂）同样存在较大的人员安全隐患，管理难度较大，受自然条件影响大，作业时间相对较短，而且一潮水过后会形成回淤，影响采砂质量和效率，采砂功效大大降低。对棱体合龙和后续工程的开展形成一定的风险。为从根本上消除上述风险，确保主体工程能够按计划顺利完成，根据砂源情况和前期施工道路工程实践经验，最终采用堤型设计方案为：（1）1#（3#）修复区和2#修复区北段（桩号E5+266以北）地表层以粘质粉土为主，围堤堤身用砂（包括内外棱体和堤芯砂）全部采用外来砂（工程区域外砂源），围堤全线合拢后，青坎填筑结合修复区随塘河就近采用机械开挖粘质粉土回填压实。（2）2#修复区南段，地表层以砂质粉土和粉砂为主，围堤外棱体采用外来砂填筑，外棱体合龙后再结合修复区随塘河开挖，就近采用水力冲挖吹填内棱体、子堰、堤芯和青坎。

2．护面结构方案比较

本工程对采用栅栏板、扭工块体、螺母块体和四脚空心方块四种护面型式的围堤断面进行经济技术比选，以顺堤段为例，四种方案断面结构型式如下：方案一：栅栏板护面型式，迎水侧采用0.25m厚栅栏板护面，其下设0.3m厚灌砌块石，0.20m厚袋装碎石。采用单坡，外坡坡比为1：3，内坡坡比1：2.5，设20m青坎，堤顶高程7.80m，防浪墙顶高程9.00m。防浪墙高度1.20m。方案二：扭工字块护面型式。迎水侧采用规则安放1.0t扭工块体护面，其下设0.30m厚干砌块石，0.25m厚袋装碎石。采用单坡，坡比为1：3，内坡坡比1：2.5，设20m青坎，根据《海堤工程设计规范》，不计防浪墙的堤顶高程不低于设计潮位加0.5H1％，堤顶高程取7.70m，防浪墙顶高程8.50m。方案三：封底螺母块体护面型式。迎水侧采用0.4m厚封底螺母块体，其下设0.30m厚袋装碎石，采用单坡，坡比为1：3，内坡坡比1：2.5，设20m青坎，堤顶高程8.10m，防浪墙顶高程9.30m。方案四：四脚空心方块护面型式。迎水侧采用1.0t四脚空心方块，其下设0.30m厚干砌块石，0.25m厚袋装碎石，采用单坡，坡比为1：3，内坡坡比1：2.5，设20m青坎，堤顶高程8.10m，防浪墙顶高程9.30m。

各方案优缺点见表3。首先四个方案在技术方面都很成熟，差别主要是对风浪的适应性和外观上。栅栏板护面施工质量可靠，美观，在设计波高小于3m的情况下，所需厚度一般在50cm以内，经济性上一般较扭工字块、四角空心方块等人工块体更节约。封底螺母块体因取消传统螺母块体的砌石垫层结构使投资有较大幅度的降低，而且节省工期，是较好的护面结构，但因其抗风浪能力有限，不宜用于风浪较大的堤段。四角空心方块对垫层作用为点作用方式，如采用混凝土板作为垫层受力不好，容易破碎，因此采用砌石比较合适，总体造价比栅栏板略便宜，但由于块石运输及上海地区块石来料难度大等因素，本工程拟不予采用。综上所述，本工程顺堤拟推荐采用封底螺母块体护面结构。

3.结语

（1）在潮位变化区间内的中高滩涂上构筑围堤，与一般的高滩或低滩圈围工程相比，筑堤施工、材料运输和设备都受到很大的限制。通过筑堤材料来源、运输、施工方法的分析比较，推荐安全可靠、节约投资的堤型方案用于工程。（2）通过围堤不同护面结构型式的比选，推荐采用封底螺母块体护面，与传统螺母块体相比底部封闭，不设硬质垫层，可节约工程投资，具有一定的抗风浪能力，对类似工程具有参考意义。

作者：吴雄远单位：上海勘测设计研究院