新型空心方块斜坡堤结构在长江口深水航道治理工程中的应用

２００６年４月　￡ｌ】目囊湾盈设　Ａｐｒ．．２００６　第２期总第１４２期　ＣｈｉｎａＨａｒｂｏｕｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｏｔａｌ　１４２，Ｎｏ．２　新型空心方块斜坡堤结构在长江口　深水航道治理工程中的应用　高敏，范期锦　（交通部长江口航道管理局，上海　２００００３）　摘要：针对长江口ＮＩＩＣ一１区段特殊的工况和地质条件，采用了创新的空心方块斜坡堤结构　在满足抗浪稳定性　要求的同时，利用空心块体自身及块体问的大空隙率减轻堤身自重应力，满足了地基承载力和堤身整体稳定性要　求。开发了空心方块斜坡堤结构全套施３２：］２艺。该堤段工程已顺利建成，并经受了台风浪的考验，使用效果良好　文章对这一新型结构诞生的背景、创新思路、开发及实践过程和工程效果作了简要介绍。　关键词：长江口；空心方块；斜坡堤；设计；施工　中圈分类号：Ｕ６５６．２４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３６８８（２００６）０２—００４７－０６　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｏｕｎｄ　Ｂｒｅａｋｗａｔｅｒｓ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ｈｏｌｌｏｗ　Ｃｕｂｉｃ　Ｂｌｏｃｋｓ　ｉｎ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ　Ｗａｔｅｒｗａｙｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｓｔｕａｒｙ　ＧＡＯ　Ｍｉｎ．ＦＡＮ　Ｑｉ—ｊｉｎ　（Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｓｔｕａｒｙ　Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ＮＩＩＣ　１　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｓｔｕａｒｙ，ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｍｏｕｎｄ　ｂｒｅａｋｗａｔｅｒｓ　ｏｆ　ｈｏｌｌｏｗ　ｃｕｂｉｃ　ｂｌｏｃｋｓ　ｗｅｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ．Ｗｈｉｌｅ　ｍｅｅｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｗａｖｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ．ｈｏｌｌｏｗ　ｃｕｂｉｃ　ｂｌｏｃｋｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖｏｉｄｓ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｂｌｏｃｋｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｗｅｉｇｈｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｅａｋｗａｔｅｒｓ，ｔｈｕｓ　ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｅａｋｗａｔｅｒｓ．Ａ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｕｎｄ　ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ　ｓｔｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｈｏｌｌｏｗ　ｃｕｂｉｃ　ｂｌｏｃｋｓ．Ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｅａｋｗａｔｅｒｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ａｎｄ　ｃａｍｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅａｌ　ｏｆ　ｔｙｐｈｏｏｎｓ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｆａｉｌｕｒｅ．ｐｒｏｖｉｎｇ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｂｒｉｅｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｓｔｕａｒｙ，ｈｏｌｌｏｗ　ｃｕｂｉｃ　ｂｌｏｃｋ；ｍｏｕｎｄ　ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ，ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　１　引言　长江口深水航道治理工程采用整治与疏浚结合的方　案，建设分流口工程、双导堤及丁坝群等整治建筑物工程，　以发挥“导流、拦沙、减淤”功能，辅以疏浚措施开挖形成　并维护深水航道。工程计划分三期实施，使天然水深仅５．５　～６．０　ｍ（理论最低潮面）的北槽拦门沙航道及南港北槽航　道分期增深至８．５　ｍ、１０　ｍ和１２．５　ｍ（图１）。　二期工程北导堤堤头Ｎ４６＋６００￣Ｎ４９＋２００区段（以　下简称“ＮＩＩＣ一１区段”）具有水深、浪大、流急和地基软　收稿日期：２００５一ＩＩ一１８　作者简介：高敏（１９７６　），男，工程师，从事长江口深水航道治　圈１长江口深水航道治理工程总平面圈　理工程建设管理。　弱的显著特点。在大浪加软基的恶劣工况条件下，合理确定　具有导流、拦沙功能的导堤结构型式，一度成为困扰工程建　维普资讯 http://www.cqvip.com

・４８・　中国港湾建设　２００６年第２期　设单位（长江口航道建设有限公司，２００５年６月调整为交通　整治建筑物的结构设计还必须解决好保护河床面免受冲蚀　部长江口航道管理局）的难题。从１９９９年至２００２年，建设　（护底）这一技术难题。　单位先后组织了结构设计方案竞赛、优化比选、插入式钢筋　（３）堤顶高程较低　混凝土大圆筒结构现场试验等，最终从众多设计方案中选　由于长江径流丰富，长江口区域总体上落潮流占优势　定了第一航务工程勘察设计院提出的新型空心方块斜坡堤　为了充分利用落潮流挟沙人海，在确保治理效果的前提下　结构，经多方试验和论证。并组织攻克了块体安放工艺等技　降低工程投资，经细致的研究、论证，在工程总体设计方案　术关键，使这一新型结构在长江口获得成功应用　本文分析　中，南北导堤顶高程统一确定为吴淞基面＋２．０　ｍ（接近平　了该工程的特点和对整治建筑物结构选型的要求，对新型　均潮位）。这一“半潜堤”的特点对结构波浪力计算、稳定　空心方块斜坡堤结构设计及成套施工工艺在长江口工程中　性验算及施工方案等均提出了新的课题。　的开发和应用作一简单介绍。　３结构方案的比选和确定　２工程特点和设计条件　３．１对结构选型厦设计的基本要书　（１）工程区域水深、浪大、流急　综合前述工程特点、设计条件和功能需要。ＮＩＩＣ一１区　ＮＩＩＣ区段位于８　ｍ等深线附近，周围床面平坦，为北　段导堤堤身结构应满足以下基本要求。　导堤水深最大的堤段。根据，２００４年１Ｏ月实测资料，表层最　（１）堤身结构需能有效保护建筑物下河床质不会被冲　大落潮流速达２．１７　ｍ／ｓ，潮流椭圆比较规则，为明显的口　刷、流失，控制周边河床的冲刷发展。　外旋转流特征。该区段波浪力较大，设计高水位时，２５　ａ一　（２）结构型式必须有较强的抗浪能力，特别是结构未　遇设计波浪Ｈ１　达到７．７０　ｍ，　＝７．７６　ｓ。　全断面建成时的施工期抗浪稳定性要高。　（２）地基软弱，滩面物质易发生冲蚀　（３）鉴于该区段地基软弱，堤身结构对地基承载力的　该区段缺乏整治建筑物工程其它区段广泛分布的表层　要求要低，并应采取适当的抗软化工程措施。　粉细沙，近地表土层均为高压缩性、强度很低（＾ｒ—ｌ－＇－－２）　（４）堤身结构应有利于改善流态，发挥导流、拦沙功　的淤泥或淤泥质土。其中：表层３　ｍ左右为呈流动和流塑状　能。　态的灰黄色淤泥（①　土），含水量　一６７．４　，孔隙比　一　（５）鉴于导堤顶标高取平均潮位，对堤顶高程的精度　１．８４６，钻具自沉，第二层６　ｍ左右为呈流塑状态的灰黄色　要求不高，结构设计宜采用控制施工期堤顶高程，预留地基　淤泥（②　一。土），ｃｔ．　５７　，Ｐ—１．５８５，十字板抗剪强度　沉降量的措施。　＝１２．０　ｋＰａＩ第二层以下为灰色淤泥质粘土（④　土），　一　（６）结构断面简单、施工工序少，便于水上施工。　５１．９　，ｅ＝１，４６１，Ｃ。一３２．８４　ｋＰａ。根据对上述②２一。层土　３．２结构方案的比选　的动三轴试验表明，在模拟波浪重复荷载的作用下，该淤泥　在二期工程开工之前，建设单位通过设计方案竞赛、优　土有明显的强度降低（软化）。因此在地基承载力计算中，应　化评审等方式向全国征集设计方案，由多家设计单位提出　考虑地基土强度的动力折减。　了２Ｏ个以上的应征方案，主要结构及优缺点如表１。　整治建筑物下的滩面由呈流动态的①　层淤泥土组成，　经多轮比选和评审认为，在众多方案中，惟有插入式钢　易受水流作用而掀扬和运移。而建筑物的施工必然引起周　筋混凝土大圆筒直立堤结构不需对软基作预加固处理，造　边流场的改变，堤侧流速增加将加剧堤侧及堤头前方河床　价较低，是一种很有前途的新型结构型式　但当时对其结构　的冲刷，造成工程量增加，甚至危及建筑物的稳定。因此，　整体稳定性的设计计算方法和施工工艺的可行性的认识存　表１　ＮＩＩＣ一１区段设计方案比选汇总表　序号　主要结构型式　优点　缺点　１　软基　对软基采用爆破挤淤填石　在国内外海岸工程中均有成功应用的先例　属深水爆破。计算理论和施工工艺不成熟，在长江　方案　口工程中施工条件方面尚缺乏实施的可行性　堤身：斜坡堤结构　软基：对软基采用挖泥换沙（或　在国内外海岸工程中均有成功应用的先例　在长江口工程的深水段使用存在施工上的困难和一　Ｚ　抛填大砂袋）方案　些无法预计和控制的因素，如成槽难度、换填抛沙　堤身：斜坡堤结构　流失量控制等　软基：对软土地基采用深层水泥　不会对流场产生扰动。实现有效护底，加固　造价最高、工期长　３　拌合法（ＣＤＭ）加固　后地基承载力提高幅度大，沉降量小，也具　堤身ｔ半圆型沉箱结构　实施的技术可能性，国内外有成功应用先例　软基：对软基采用砂桩置换法方　置换部分软土，形成复合地基，提高地基承　在国内仅有陆上施工经验　在国外应用中，砂桩完　４　案　载力，地基变形小，国外有成功应用的先例　成沉降的时间较长。且砂桩上需要大量堆载，在长　堤身　斜坡堤结构　江口工程中缺乏施工可行性　软基ｔ不进行软基处理　将软基对策与堤身结构结合起来，不需对软　国内设计施工没有规范可以遵循，在结构稳定性的　５　堤身：插入式钢筋混凝土大圆筒　基作预加固处理，造价较低　验算方法等方面还存在不足，需要大型起重设备，且　（或钢圆筒）的赢立堤结构　工序较多，大规模施工需要进行试验段工程　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第２期　高敏，等：新型空心方块斜坡堤结构在长江口深水航道治理工程中的应用　・４９・　在较大分歧，经慎重研究并经交通部批准，２００２年在Ｎ４９＋　存在不足。　２００处先期进行了插入式钢筋混凝土大圆筒结构试验段施　３．３新型空心方块斜坡堤结构型式的提出　工。但就在水上施工全部完成后，在２００２年７月４日威马　大圆筒试验段工程的挫折迫使建设单位再次探索适合　逊台风中，试验段４个圆筒均发生了倾覆破坏。　ＮＩＩＣ一１区段导堤的结构型式。在新一轮设计方案征集活动　经详细地调查分析、验算和多次专家会讨论，认为结构　中，中交一航院针对该区段地基承载力极低而波浪力巨大　破坏的主要原因在于结构稳定性的验算方法、土壤力学指　这一对显著特点，提出了具有高抗浪稳定性而堤身重量仅　标的选用、简顶块体的设置及简周护底结构措施等方面还　为常规抛石斜坡堤３０％的空心方块斜坡堤方寨（图２）。　十　。　胁　（４￣一ｒ／（２ｌ５Ｉ２．５比５。　恳　ｘ翠４００ｘｌ＠）　夕一瑚～蝴蜘　｛　撕哪瓣　删“　‘　；　；　；　；　；　；ｉ　；　；　；；　ｉ　；　；　ｊ　；　；　；，｝　；；　；　；　｛　Ｉ　｝　；　；　；　ｉ　ｉ　；　ｉ　；　；　；　；　；　；　；　；　；　；　；　；　；　；　；　０一，…　）（　砂ｌ蕞　６ｏｈｘ｛属　柏０００　／　，　．７　Ｉ　喇　●ｌ　２。Ｉ　嗣　４１Ｉ　根　说明：ｔ．圈中高程以＿计（吴凇零点），圈中尺寸以＿＿计；２。塑料捧水板为Ｂ型。底层砂被以下长度Ｚ＝ｌＯｎ　圈２北导堤ＮＩＩＣ一１区段空心方块斜坡堤结构断面　该结构堤身采用中空的２．５　ｍ×２．５　ｍ×２．５　ｍ的方形　是：增设排水通道，以部分结构重量作预压荷载，先期提高　钢筋混凝土六面空心方块抛筑而成。设计堤顶高程＋２．ｏｏ　上层有限厚度、易软化淤泥质土的强度，使其具备施工期抗　ｍ、顶宽６．９　ｍ（堤顶满足随机安放３块空心方块的尺度），　软化能力后，再施工上部结构。具体设计方案为：在地基表　堤身内外坡度为１：１．２５，护脚设厚２．５ｍ、顶宽８．０ｍ、重　面铺设３层砂被作水平排水通道，兼具扩散地基应力的功　量为２００￣４００　ｋｇ的抛石棱体。堤身下采用了铺设砂被、打　能ｌ穿透砂被打设塑料排水板作竖向排水通道，并以穿透易　设塑料排水板的有限地基加固措施，上覆高强土工布联锁　软化的淤泥土层为准控制排水塑料板打设深度，以堤身宽　块软体排护底。　度为施打塑料排水板范围；以堤身结构中的第一层空心方　针对该区段特殊工况和设计条件，新型的空心方块斜　块和压脚棱体石作预压荷载，加速易软化土层的排水固结，　坡堤结构具有以下优点　待其静强度达到实验室给出的抗软化静强度指标后再安放　（１）是一种自主创新的重力式结构型式。设计思路清　上部空心方块。　晰、新颖，以一种新型简单的空心方块结构同时具备了高抗　（６）根据沉降量计算结果，在ＮＩＩＣ一１区段２．６　ｋｍ的范　浪稳定性和对地基附加垂直应力小的两大优点。　围内，堤身采用预留１．Ｏ～１．５　ｍ沉降量的预控措施，满足　（２）堤身重量轻，适应于软土地基。该结构采用中空的　了整治建筑物工程导堤统一堤顶标高的要求。　六面空心方块代替传统的矩形实心方块，单个空心方块内　（７）施工期稳定性好，堤身施工中即使未全断面形成，　的空隙率达到６３．３　，空心方块块体间的堤身空隙率达到　也能抵御设计波浪。这种结构，即使遇到超过设计标准的工　４Ｏ　，堤身总空隙率为７８　，堤身自重仅为传统抛石堤的　况而导致堤身局部破坏，也便于修复，风险小　３Ｏ　。　（８）堤身主体为单一预制空心方块，增加了预制吊安　（３）单个空心方块自重大、消浪效果好、抗浪稳定性高。　量，水上施工工序简单、容易形成流水作业，减少了外海水　单个空心方块的自重达到１４．４　ｔ。根据模型试验验证，在各　上作业的难度　种水位及相应设计波浪作用下，空心方块的失稳率为零。　３．４关于对整治效果影响的论证　（４）采用了１４０　ｎｌ宽的高强土工布联锁块软体排作护　新型空心方块斜坡堤能很好地适应ＮＩＩＣ一１区段的设　底，排体采用８００　ｇ／ｍ　的高强机织土工布，抗拉强度达到　计条件。但其超常的大空隙率是否会导致大量透水、透砂，　１０　ｋＮ／５０　ｍｍ，保证了堤侧滩面的稳定，提高了堤身整体稳　从而影响该段导堤整治功能的发挥，即影响整治效果，却是　定性，且既能适应地基的较大变形，又能防止底层空心方块　一个必须明确回答的问题。为此，建设单位组织有关设计、　安放对排体造成损坏。　科研单位开展了现场测流、模型结构断面透水率模拟试验　（５）采用了有限加固软土层以提高地基土的抗软化能　和整体动床物模试验，经分析论证，得到的主要结论为：　力的措施，保证了地基的整体稳定性。造价合理。设计思想　ＮＩＩＣ．１区段采用空心方块斜坡堤结构型式对流场基本　维普资讯 http://www.cqvip.com

・５Ｏ・　中国港湾建设　２００６年第２期　没有影响．与采用不透水的堤身结构相比，主槽涨落急流速　偏差小于５ｉｃｍ／ｓ、落急流向偏差小于２　、涨急流向偏差小　于５。，分析对航槽回淤的影响甚小，总体上对整治效果影响　不大。因此，导堤采用空心方块透水结构可以接受。　为了研究在空心方块斜坡堤建成后，现场若出现因其　透水、透砂而对整治效果产生明显影响（如局部航槽淤强增　大）时，减小堤身透水性的工程措施及其可行性，我们还专　门安排了空心方块斜坡堤填充块石断面模型试验。　空心方块斜坡堤结构完工后，各类减小堤身透水性的　工程措施方案中，最直接、经济的方案是：充分利用导堤建　成后，地基土壤强度有一定提高的有利条件，在保证地基稳　定性的前提下，向堤体内抛填一定数量的规格块石。因此，　模型试验的主要目标就是通过多方案比较，选择出抛投块　石流失量较小，且能最大程度地减小堤身空隙率（稳定、有　效地填充在堤身结构空隙中的块石量最多）的抛填块石级　配和抛填方式，主要试验成果如下：　（１）最佳块石级配方案是：１ＯＯ～２００　ｋｇ块石５Ｏ　，２０１　～４ＯＯ　ｋｇ块石３Ｏ　，４０１～７００　ｋｇ块石２Ｏ　。　（２）最佳块石抛投工艺是：块石分两次抛填，遵循由堤　轴线向两侧抛填的顺序（范围至坡面中线附近），采用定点　定量的方式，第一次填充１００￣２００　ｋｇ块石，经使用期的波　浪作用后，第二次再填充混合后的２０１～７００　ｋｇ块石。　采用上述级配块石和工艺抛填，经设计波浪作用后，堤　身空隙率可减少至４９．８　，较空心方块斜坡堤的７８　减少　了２８．２　，已接近常规抛石斜坡堤，且抛填块石的流失量　仅为１０．７９　。　这一试验成果，为在ＮＩＩＣ一１区段采用空心方块斜坡堤　结构提供了备用工程措施　经交通部组织审查批准后，２００４年１—１２月ＮＩＩＣ一１区　段２．６　ｋｍ堤段采用新型空心方块斜坡堤结构完成了施工。　４施工工艺的开发　４．１施工工艺关键技术　根据空心方块斜坡堤结构的断面型式，水上各工序的　施工卫艺流程如图３：　扫海、工前测量　砼联锁块软体排铺设　砂被铺设　压脚棱体抛理　塑料排水板打设　空心方块安放　图３　ＮＩＩＣ一１区段导堤施工工艺流程图　在长江口深水航道治理工程中，已经成功地开发应用　了砂被铺设、塑料排水板打设、软体排铺设、压脚棱体石抛　理等成套施工工艺和专用设备。根据ＮＩＩＣ一１区段浪大、流　急、流向多变（旋转流）的特点，对上述各道工序的施工专　用船机设备进行了局部改造，加强了锚系设备，提高了抗风　浪生存和作业的能力；由于本堤段软体排采用１４０　ｍ宽、　８００　ｇ／ｍ　的高强士工布全联锁块排，排体厚度较原常规　３８０（或２３０）ｇ／ｍ　土工布软体排增大较多，因此对软体排　的缝制加工工艺也进行了改进，对软体排铺设专用船的排　体沉放系统进行了改造。　因而，这种新型结构整套施工工艺中的关键技术就集　中在空心方块安放工艺的开发上。新工艺必须突破的技术　难点有：　（１）如何严格控制堤身空隙率　为保证整治效果，需控制堤身空隙率达到设计要求（空　心方块间的空隙率为≯４Ｏ　．安放数量允许偏差为一５　）。　这就要求必须逐断面严格控制和保证空心方块的安装数　量。　（２）如何控制堤顶高程　空心方块斜坡堤的顶标高为定值，但实际堤身总高却　是随着河床面的高程而变化的，由于单个空心方块的尺度　达２．５　ｍ，显然不能通过增减各断面空心方块的安放层数　来满足统一的堤顶高程要求。　（３）水下定位困难　保证空心方块问空隙率≯４Ｏ　的设计要求是根据室内　断面波浪模型试验的成果提出的。为了确保单块尺度较大　的空心方块的断面安放数量，并控制堤顶高程，在现场水下　安放的条件下．我们提出了“水平分层、质心定点、姿态随　机”的安放原则，每块空心方块的安放位置要基本准确。在　现场工况条件下，实现水下准确定位成为又一工艺技术难　点。　（４）施工强度高　ＮＩＩＣ一１区段工程的总工期为１２个月，除去砂被铺设、　塑排板打设、铺排和抛石等前道工序所需的时间，实际用于　空心方块安放的时间仅４个多月，平均每月需安放约５　５００　块。　４．２施工工艺的开发及应用　针对以上设计要求和关键技术，施工单位（第三航务工　程局）开发了空心方块安放专用控制软件和专用吊具；在参　建各方的共同研究和努力下，成功地开发了整套空心方块　安放施工的新工艺。这套新工艺的技术特点可概括为：根据　不同床面水深，逐断面实施陆上摆放试验，确定每块空心方　块的安放空间位置，船机设备采用ＧＰＳ定位，综合保证实　现安放密度、堤顶高程、堤身尺度等质量指标。　４．２．１陆上摆放模型试验　空心方块斜坡堤模型比尺为１：２５（图４）　在模型上方　没一矩形木框架，框架上按空心方块的摆放间距固定纵横　拉线。　模型中块体按如下原则摆放：分层摆放，底层块全部平　置（这不仅是单块能稳定放置的唯一方式，也对保护软体排　有利），行与列预留空隙，但每个方块水平向边棱的方向随　机ｆ在水平投影上、上下层之间的空心方块呈梅花型布置，　即上一层每个块体均插放在下层４个块体的中央；通过调　整底层块的行、列间距，使相邻层块体间的嵌入深度发生变　化，以调节堤身总高度。　根据工前水深测量确定的不同断面的堤身高度，以０．３　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第２期　高敏，等：新型空心方块斜坡堤结构在长江口深水航道治理工程中的应用　．５１．　图４空心方块陆上摆放模型　ｍ为模数逐次试验，以确定各断面空心方块的纵横间距。由　于断面总块数、堤顶高程、空隙率全部是由底层块的行、列　问距决定的，所以摆放试验首先是按堤身高度决定底层块　断面方向上的摆放总宽。由于第二层最外边的１块既可放　在底层块的第１、２两块之间，也可放在第１块与棱体石内　坡面之间，这就为调试底层块的横向摆放块数和间距提供　了余地。沿堤轴线的两列块体问距也是可调整的。这样，以　堤顶放置３块及顶高程（＋２．０　ｍ加设计预留该段堤身总　沉降量）作为控制。通过调整空心方块纵横间距多次摆放，　即可使模型断面符合设计断面，堤身空隙率满足设计要求。　每个断面经摆放试验确定的逐层块数和纵横间距等参数经　设计和监理代表确认后，即作为现场安放施工的质量控制　依据。　４．２・２利用ＧＰＳ定位和信息集成技术，开发专用安装定　位软件　工作原理：采用２台固定在安放船上的ＧＰＳ移动站实　时测定船体位置，在吊机上安装一系列的传感器，测定吊臂　方向、吊臂倾角、吊索倾角、吊索长度等参数，计算确定吊　放空　Ｉｉ，方块的质心坐标；将陆上摆放模型试验的结果输入　电脑，在安装船控制室和起重工操作室内的终端上实时显　示当前施工段各断面空心方块的空问位置；利用开发的专　用控制软件，在终端上显示已经安装的堤身情况和正在吊　安的空心方块的实时空间位置和设计位置；操作船机，将空　心方块安放到设计位置，并生成完整的施工纪录。船位及空　心方块空间位置控制原理见图５，控制软件界面见图６。　４．２．３船机及专用设备的创新　（１）空心方块专用吊具的开发　专用液压夹具（图７）实现机械化可控制吊放作业，极　大地提高了工效　单块的安放周期仅４　ａｒｉｎ。　（２）新建空心方块安放专用船　在专用船舶设计过程中，充分考虑了ＮＩＩＣ一１区段的工　况条件、施工工艺和施工强度要求。在船体设计和移船锚系　方面进行了深入的研究和设备选型；起重设备选用了工作　幅度大、旋转和起吊速度快、起重能力强的液压克林吊。研　制开发的专用船抗浪能力强，可自动定位，基本实现了机械　化、信息化施工，具有经济实用、作业效率高的特点（图　８）。　施工中，该专用船平均工效达到１３６块／ｄ，最高工效达　ｒ～…一一一～一一一一　　ｉＧＰＳｌ　！　圈５空心方块空间位置控制示意圈　‘　‘　一　■　．０　．■　≤　　．．．薯　：≤　麓＝＝：：．　Ｌ　・…０７０．　■　～０　　■　．Ｉ－：ｉ｜０　００■　０，０７　．．．１　　ｊ　（㈠．　～　、．．．、　一ｊ　●■　ｘ　Ｈ　■　Ｔ￣ａ－ＩＮ　＊■●｛　■：■●■ｕ■　螂　Ｉ　‘Ｊ蛤　“：　●Ｔ脚■　ｎ，１Ｊｔ　育■■’　置　■●　１　ｍ，　冉■＂●　■鼻：¨●ｌ●Ｉ　膏●　雌－：　ｌ：　Ｉ柚　●０ｔ－ｎ：　，　ｌ蛐　：　■■●－■Ｊｌ　　Ｉ　ｎｌｌ‰ｌＥｍ：●－：　　盯　－“膏。脚　●Ｈ　ｌ　ｔ¨，－　■■■＾＾Ｊ，　圈６安放软件操作界面　圈７空心方块专用液压夹具　４５６块／ｄ，总累计安放１４．４　ｔ／块空心方块２１　９２８个，提前　实现了ＮＩＩＣ　１区段的工期目标。　５工程实施效果　空心方块斜坡堤堤身于２００４年８月开始施工，２００４年　１２月完工，从施工前后ＮＩＩＣ一１区段的地形调整、掩护段的　维普资讯 http://www.cqvip.com

・５２・　中国港湾建设　２００６年第２期　圈８空心方块安放船　航道维护疏浚情况和堤身稳定情况来看，这种新型斜坡堤　的设计和施工取得了良好的效果。　５．１地形调整情况　根据ＮＩＩＣ一１段空心方块斜坡堤建成后８个月的实测　水深图（图９）及建设前后的冲淤变化图（图１０），可看出：　圈９长江口南港南北槽２００５年８月水深示意图　圈１０　２００４年８月一２００５年８月ＮＩＩＣ一１区段附近　水下地形冲淤变化　（１）Ｎ１Ｏ丁坝和ＮＩＩＣ一１区段导堤形成的坝田区发生淤　积，厚度在０．Ｏ～２．０　ｍ之间。表明空心方块斜坡堤虽有较　大空隙率。但仍具有明显的阻水效果，在坝田区内形成缓流　区，促使泥沙淤积。　（２）ＮＩＩＣ区段掩护范围内，Ｗ４以上的下航道、以下的　外航道航槽及两侧邻近滩面总体上处于冲刷状态，冲刷幅　度达０．Ｏ～１．０　ｍ，局部达到２　ｍ。　（３）一、二期工程使长江口形成了上下贯通、且具有相　当宽度、覆盖航道的微弯深泓，ＮＩＩＣ一１区段对应槽段的地形　调整效果同样十分理想。　５．２航道维护疏浚情况　２００３年１２月一２００４年８月（空心方块堤施工前）　ＮＩＩＣ一１区段掩护段（北槽Ｖ～Ｚ段）的航道维护疏浚量为　１７５万ｍｓ，而２００４年１２月一２００５年８月该段的维护疏浚　量为１０５万ｍ　。考虑到工程前航槽维护水深的起点为８．６１　ＩＴＩ而工程后维护水深的起点为１Ｏ．２８　ｍ，一般航槽越深维　护量会相应增大。可见二期整治建筑物工程发挥了良好的　减淤功能　ＮＩＩＣ一１区段采用的空心方块结构并未影响工程　的整治效果　５．３堤身稳定性情况　空心方块斜坡堤建设期和使用期经历了多次强台风的　考验，全长２．６　ｋｍ的堤段除２００５年８月的“麦莎”台风（在　工程区产生Ｈ　一５．５　ｍ接近设计波高的大浪），造成１０余　块块体失稳滚落外，未发生堤身结构破坏和地基失稳的情　况，风浪之后堤身块体间咬合更加紧密，堤身沉降量仍控制　在计算总沉降量之内。证明新型空心方块斜坡堤的设计和　施工是成功的（图１１）。　图ｌｌ建成后的空心方块斜坡堤　参考文献：　［１］范期锦．长江口深水航道治理工程的创新ＥＪ３．北京：中国工　程科学，２００４，６（１２）：１３—２６．　［２］谢世楞，谢善文，吴进，郄禄文．软基上的空心方块斜坡堤　ＥＪ３．海洋工程，２００４。２２（４）：１－６．　［３］蔡云鹤，范期锦．长江口深水航道治理二期工程整治建筑物　结构设计方案的确定［Ａ］．深水港建设技术研讨会论文集　Ｅｃ３．大连：中国土木工程学会港口分会，２００３．　Ｅ４３第三航务工程局．长江口深水航道治理二期工程整治建筑物　工程北导堤ＮＩＩＣ一１标段工程施工总结ｒＲ］．２００５．　［５］　天津港湾工程研究所．长江口深水航道治理二期工程ＮＩＩＣ　区段空心方块斜坡堤水工断面模型补充试验报告ＥＲ３．２００３．　Ｅ６３　上海航道勘察设计研究院．长江口深水航道治理二期工程　ＮＩＩＣ区段结构型式及尺度对整治功能影响的综合分析意见　［Ｒ］．２００３．