刘震

福宁湾围垦工程堵口实例分析

刘震

（福建省水利建设中心 福建福州 350001）

该文从福宁湾围垦工程的自然地理位置、潮汐、地质、地形、施工条件等方面进行堵口时间和位置的分析确定，通过堵口水力计算等研究分析，提出堵口截流、闭气施工程序和步骤，实现了该工程一次性堵口截流、闭气成功。文章总结了该工程堵口成功的条件和经验，为以后类似的工程提供了经验和参照。【关键词】 堵口 截流 闭气 水力条件

1 工程概况及特点

1.1 工程规模

福宁湾围垦为大型省重点围垦工程，位于霞浦县福宁湾内，面向东海，堤线朝向开敞式海域，距城关6km。海堤全长5434m，南北两岸水闸各一座，其中北岸松山水闸为10孔×5m，南岸南岐山水闸为7孔×5m，围垦面积34100亩。工程建成后，可提供农业种植16400亩，水产养殖7460亩，建设用地2600亩，滞洪区7640亩。

海堤、排洪闸和纳潮闸按三级水工建筑物设计，工程批复总概算为34789万元。

1.2 自然条件概述

水文气象：本区属亚热带海洋性季风气候，夏季多西南风，冬季多东北风，每年7～9月为台风季节，每年受影响或登陆台风有2～3次，最大风力超12级。年平均降雨量1430mm，多年平均最大24小时暴雨量116.7mm。垦区上游集雨面积120km2， 10年一遇洪水总量2306万m3，10年一遇洪峰流量842m3/s。

潮汐：根据三沙海洋观测站连续42年来实测资料统计，多年平均最高潮位3.74m（黄零标高，下同）多年平均最低潮位-3.48m，50年一遇设计高潮位4.43m，历年最高潮位4.4m，历年最低潮位-3.71m，最大潮差8.04m。

1.3 堵口段地形地质

地形：堵口段大口门位置在桩号2+400～ 3+200，宽度800m,小口门位置在桩号2+600～3+000。堵口段滩涂面高程-2.2～-2.4m，处于整条堤线地形最低堤段，也是堤线中间堤段。

地质：堵口段位置软弱土层厚度为17.1～17.4m，地质条件较差，含水量46.98～51.77%，直剪快剪Cq=8.5～15.0KPa,φq=1.0～2.0o。

1.4 主要特点

福宁湾围垦工程特点表现在自然条件恶劣，体现在三个方面：

（1）堤线长，海堤总长5434m，中间没有岛屿或岛礁依托连接南北两岸；

（2）海堤朝向开敞式海域，受外海涌浪影响；

（3）海堤基础地质条件差，持力层为深软基，为淤泥和淤泥质土层，厚度17～18m。

2 堵口前施工现状25

福宁湾围垦工程于2008年4月18日开工，至2011年10月17日止，工程形象进度为：

2.1 海堤工程

2.1.1 南侧海堤（3+200～5+434）

（1）堤身山土：桩号3+200～5+434堤段山土达到6.0m高程。

（2）外坡护面：桩号4+350～5+300堤段下坡面和4.5m高程平台丁砌条石护面已完成。

2.1.2 北侧海堤（0+000～2+400）

（1）堤身山土：桩号0+000～2+400堤段山土达到6.0m高程。

（2）外坡护面：桩号0+060～1+500堤段下坡面和4.8m高程平台护面已完成。

2.2 水闸工程

南北两岸水闸已完建并安装调试，闸门启闭自如，可根据需要调节垦区水位。

2.3 口门段（2+400～3+200）施工

（1）抛石护坦：堵口段外海侧抛石护坦基本完成。

（2）截流堤：南岸抛石截流堤已进占至桩号2+900处，北岸已进占至桩号2+800处，截流堤顶高程4.0m，形成宽度100m的小口门，口门底槛高程2.5m，基本上做到小潮期间不过流。

（3）闭气体：桩号2+400～2+700堤段山土达到3.5m高程，桩号3+100～3+200堤段山土达到3.5m高程，闭气体口门宽度约400m。

（4）闭气体护底：堵口段内海侧闭气体底部采用小型袋装砂包压顶进行护底，护底高程在-0.5～0.0m。

（5）堵口段：桩号2+600～3+000的堵口段内压载抛石已施工至-0.5m高程，准备加高至0.5m设计高程。

3 堵口拟定时间、位置

3.1 堵口时间段

根据自然条件，潮汐变化规律及现场施工状况，该工程堵口时间选择：11月29日～12月1日（农历十一月初五～初七）完成截流堤抛石合拢，12月20日（农历十一月二十六）前完成闭气。

3.2 口门位置、宽度

堵口位置选择应考虑地形、地质、水力条件和料场等因素，一般应选择在地质条件较好和地势较低的堤段。从该工程地形、地质、水力条件、料场分布、施工运输等方面综合考虑，堵口段选择在堤线中部附近，即桩号2+600～3+000堤段。

堵口段宽度400m，两侧各留50m过渡段。堵口段滩涂面高程相对较低，为-2.2～-2.4m，地质条件与两侧海堤相当，水力条件尚好，口门位置便于南北两岸土石料运输，对南北两岸同时进占有利。

4 堵口基本条件分析

4.1 堵口前应具备的基本条件

（1）海堤堤顶高程：海堤全线（堵口段除外）按设计全断面堤顶高程达到5.5m以上，且堤身观测稳定。

（2）堵口段护底：堵口段外护坦抛石、人工排铁笼按设计图完成，截流堤底槛抬至2.0m设计高程。闭气体护底采用充灌袋砂，设计高程在-0.27m～-0.23m。

（3）水闸工程：水闸要基本建成通水，做到水闸启闭自如，水流进出畅通无阻。

（4）海堤护坡砌筑：海堤全线（堵口段除外）外护坡砌筑高程达到5.0m高程以上，以防止冬季大潮和外海涌浪冲击。

（5）海堤沉降、位移观测：要求海堤地表垂直沉降≤10mm/日,地表水平位移≤5mm/日。

4.2 堵口施工期自然条件分析

（1）潮水：从2011年10月至2012年6月这一时段，高潮位逐渐降低，且这一时期为年内中小潮期，大潮高潮位不超过3.4m，小潮高潮位不超过2.6m，有利于外护坡砌筑和闭气山土填筑。

（2）台风浪：时适2011年台汛期已过，此时至2012年5月这一时段内，海堤不会遭受台风暴潮袭击，但会受到冬季大潮和外海涌浪的一定影响。

（3）降雨：从10月至2012年春节期间，降雨较少，有利于堵口段山土填筑、合拢闭气。

总体来看，堵口前施工现状和海堤沉降、位移观测值基本满足了堵口具备的条件，同时考虑从10月至2012年春节期间进行堵口施工有利于堵口段截流闭气，堵口合拢后有较充裕的时间进行护坡砌筑，迎接来年的防台度汛。

5 堵口水力计算

堵口水力计算是推求堵口过程内港水位随时间的变化，以及在压缩、抬高口门底槛过程中各水力要素（流速V、落差Z、单宽流量q）的变化规律，为做好口门防护和选择堵口截流施工程序提供水力条件依据。

5.1 堵口施工期潮位资料分析

（1）堵口截流闭气期间潮位情况

据三沙海洋站观测资料分析预报，2011年11月潮位特征如下：月内大潮期间最高潮位2.93m，出现在11月26日（农历十一月初二）10时13分；最低潮位：-3.72m，出现在11月26日（农历十一月初二）3时58分；最大潮差6.65m。月内小潮期间最高潮位2.36m，出现在11月14日（农历十一月十九）5时24分；最低潮位：-2.58m，出现在11月14日（农历十一月十九）11时36分；最大潮差4.94m。

（2）堵口设计潮型选择

本工程堵口施工期拟定在2011年11月20日至12月20日近2个月（农历十月二十四～十一月二十六）小潮期间进行。堵口前预留的口门要经历11、12月期间大潮冲击。为此，需分别选择堵口施工期大小潮型。

堵口设计大潮型：根据三沙海洋站1964～2005年历年11、12月月内大潮期间的高潮位及对应的低潮位序列资料统计，取其平均值，并结合目前施工现场潮位实际情况，来选取施工期堵口设计大潮型的特征值。选择的施工期堵口设计大潮型曲线的高潮位为3.40m，相应的低潮位取-3.70m。

堵口设计小潮型：同样在历年11、12月月内小潮期间，采用与堵口设计大潮型选择相同的原则，来选取施工期堵口设计小潮型的特征值。选择的施工期堵口设计小潮型曲线的高潮位为2.50m，相应的低潮位取-2.60m。

5.2 堵口水力计算

根据水量平衡原理进行堵口水力计算，采用的计算公式为：

［Q内±（Q闸+ Q泄+ Q渗）］·Δt=V2-V1

式中：

Q内—计算时段内内陆流域来水平均流量，m3/s;

Q闸——计算时段内水闸泄水平均流量，m3/s;

Q泄——计算时段内龙口溢流平均流量，m3/s;

Q渗——计算时段内龙口堆石体渗流平均流量，m3/s;

Δt——计算时段，可取900～1800s；

V2 ——计算时段末内港库容量，m3；

V1——计算时段初内港库容量，m3。

根据上述堵口设计大、小潮型和库容曲线，按照上述公式采用电算法计算内港水位过程线和龙口各水力要素，计算时考虑堵口期间两岸水闸均参加分流。

将上述大小潮型水力计算成果绘成等值线图，见图1、图2。

图1 大潮型（大口门）水力计算等值线图

图2 小潮型（小口门）水力计算等值线图

6 堵口截流施工程序

6.1 大口门施工程序

桩号2+400～3+200堤段为大口门，宽800m。桩号2+600～3+000堤段为小口门，宽400m。根据堵口施工期大潮型水力计算成果和大潮型（大口门）水力计算等值线图，由大口门向小口门压缩过程中，随着口门底槛抬高，口门流速逐渐降低，当底槛高程-2.0m抬至+2.0m时，潮水流速由5.15m/s降至2.78m/s，流量逐渐减小，单宽流量由19.60 m3/s降至2.60m3/s。采用平立堵结合的方法，按下述（1）、（2）、（3）、（4）程序依次进行：

（1）平堵:大口门桩号2+400～3+200堤段护底抛石底槛平堵抬高至0.0～0.5m高程。

（2）立堵：利用小潮期从口门两侧分别进占150m，形成口门桩号2+550～3+050，宽500m，在此期间抛石底槛高程相应抬高至0.5～1.0m。

（3）平堵：利用退潮从桩号2+550～3+050堤段两端车抛石并进，将截流堤底槛平堵抬高至1.5～2.0m高程。

（4）立堵：利用小潮期从桩号2+550～3+050堤段两端按3.5m高程车抛石并进，压缩口门至桩号2+600～3+000，宽400m，形成小口门堤段，此时，小口门抛石底槛已达2.0m高程。

在上述施工过程中应同时做好口门段闭气体区域底部充灌砂袋护底工作，以防泥质基础被冲刷。

根据上述2.3节海堤堵口前施工现状的描述，此时小潮期间的潮水基本不过流，将剩下的100 m口门封堵已经没困难。

6.2 小口门施工程序

从小口门堵口水力计算成果和水力计算等值线图分析来看，底槛抬至2.0m高程以后，最大流速＜1.7m/s，单宽流量＜1.0m3/s，且压缩口门对流速没有影响，故可采取单向立堵快速截流。根据上述实际施工现状，施工单位于11月21日（农历10月26），按 4.0m高程将100m的口门一次性实施立堵合拢。

6.3 闭气体施工

当截流堤合拢，闭气体充灌袋护底和内压载抛石完成后，山土闭气应紧密结合潮水，出水面小断面快速填筑合拢后再加固培厚，达到设计全断面。闭气体施工要紧跟截流堤前进，利用两岸水闸控制内港水位，进行山土填筑，将闭气体填筑至3.5m高程，形成23m面宽，内坡1：8的闭气土体，具体施工过程按4个步骤进行：

（1）利用小潮期有利时机，出水面小断面快速填筑合拢，填筑高程分2.5m，2.0m二级；

（2）当潮水转为中潮时，对小断面进行适当加高、培厚、拓宽，填筑高程分3.0m，2.5m，2.0m三级；

（3）当潮水转为大潮时，对闭气断面进一步适当加高、培厚、拓宽，填筑高程分3.5m，3.0m二级；

（4）山土闭气全断面填筑至3.5m高程。

至2011年12月25日，海堤全断面施工至3.5m高程，福宁湾堵口工程一气呵成，成功截流闭气。

6.4 沉降位移观测

在堵口施工过程中，必须结合堵口段附近已设观测点的沉降、位移的观测数据来指导施工，根据河海大学关于《福宁湾围垦工程海堤施工安全监测报告》，在堵口段附近设置的观测断面有桩号2+000和2+500两个断面，每个断面在外压载、截流堤、堤顶等3处设观测点。截取2011年8月～2012年8月间即堵口前后1年期间每月的沉降和位移观测值，换算成日沉降值，以此来判断海堤是否处于稳定和安全状态。

根据设计要求：从“观测报告”的观测数据可看出，堵口段附近的2+000和2+500断面在外压载、截流堤和堤顶3处观测点的日平均沉降值在2.0～9.7 mm/d，2+000断面最大值是在堤顶处为10.2mm/d，2个断面沉降值基本≤10mm/d，2+500断面最大值也是堤顶为12.9mm/d，是在堵口期间闭气体还未施工至3.0m高程，满足3.0m高程以下时＜20mm/d要求；深层侧向位移值在0.1～0.4 mm/d，＜5mm/d允许值。

截至2013年7月，福宁湾海堤基本完工，距2011年12月底海堤堵口闭气合拢有1年半的时间，海堤经受了各种台风、大潮、风浪打击考验，处于安全稳定的状态，因此可以肯定的说福宁湾海堤堵口设计和施工是成功的。

7 感想和建议

福宁湾围垦工程于2008年4月18日开工，2011年11月15日开始堵口截流，2011年12月25日闭气合拢成功，截止2013年7月工程接近完工。该工程实现一次性堵口合拢和闭气成功，同时没有出现滑坡、冲刷、塌陷等安全事故，对于围垦面积达3.41万亩，一潮吞吐量达7760万m3的围垦工程来说，是一个成功的案例。通过该工程的实施，笔者有如下感想和建议：

7.1 选择正确的堵口时间段

堵口时间段应选择一年中的小潮期，根据我省的潮汐情况，一年中的4～5月和11～12月是小潮期，同时也避开了6～10月我省的台风暴潮的侵袭。结合本工程的施工进度，选择10月底进行堵口合拢截流是适当的。

7.2 选择合适的堵口位置

根据地形、地质、料场、施工和水流等情况和条件，本工程堵口位置选择在桩号2+600～3+000堤段，该堤段位于堤线中部，选择该处做为堵口段位置有以下好处：

（1）土石料场分布在两岸堤头，便于两岸施工车辆运料同时进占，保证施工进度；

（2）堵口段地质条件与其他堤段相当，地形位于堤线滩涂最低处，利于口门水流进出，改善口门水力条件。

7.3 选择适宜的堵口施工程序和步骤

在确定堵口时间段后，根据潮汐变化规律拟定堵口施工程序和步骤，通过该工程堵口施工实践，在小潮期间进行抛石体（截流堤）快速截流，在接下来的闭气体施工应紧跟潮水，分区分级进行。小潮期出水面、小断面快速闭气，中大潮期进行加高培厚，逐渐形成全断面。

7.4 做好闭气体护底工作

口门在压缩过程中，水流条件是越来越恶劣，流速增大，内外水位差也增大，水流对闭气体底部的冲击破坏力增强。如果闭气体护底没做好，就会被淘刷，破坏堤身基础，形成冲刷坑。闭气体底部为砂垫层和软土层，砂垫层为中粗砂，其允许抗冲平均流速0.40～0.80m/s，软土层为淤泥，其允许抗冲平均流速0.19～0.26m/s，根据堵口水力计算成果，口门流速为1.66～5.46m/s，因此堵口段闭气体基础必须要进行护底，主要采取充灌砂袋铺设和砂袋抛填两种措施以增强底部抗冲刷能力，实践证明取得了良好效果。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.025

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刘震（1969年—），男，高级工程师。