库区分仓与龙口设置方法分享

3.2.4.1 库区分仓对龙口设置的影响

在掌握库区地形地貌及地质条件基础上，龙口设置的论证首先从围区的分隔分仓的必要性与可行性展开。

按照常规的围海工程经验，为减小合龙难度，通常结合施工交通要求，在大围区中设置隔堤，把大围区变成小围区。根据上海地区的经验，小围区的面积一般控制在10km2以下。青草沙水库圈围面积49.8km2（约7.8万亩）的库区，与已圈围的14.3km2的中央沙库区形成总面积为66.15km2（约9.9万亩）的总库区，设计总库容5.27亿m3。由于青草沙库区面积巨大，进出水量大，结合周边类似圈围工程的实际经验，从减小龙口保护和截流难度、方便施工交通的角度，研究考虑了不设隔堤、设一道隔堤、设两道隔堤即库区分为1仓、2仓、3仓3种方案进行了研究。3个分仓方案及其相应初拟龙口布置分别见表3-1及图3-4～图3-6。

表3-1 分仓方案

图3-4 1仓方案布置图

图3-5 2仓方案布置图

图3-6 3仓方案布置图

采用两套数学模型，按照龙口不同阶段的水文条件进行了计算，并结合施工组织及技术经济等方面对库区分隔综合比较（表3-2）可知：1仓方案（不设隔堤）对河势影响小，施工强度小，进度有保障，龙口保护及截流难度与2仓和3仓方案相比没有质的变化，施工交通条件也没有特别的劣势，工程费用大幅节约。因此研究推荐库区不分仓，整体建设。

表3-2 库区分隔综合比较

（续表）

3.2.4.2 集中式大龙口与分散式多龙口的差异分析

根据库区分仓方案研究结果，采用库区不分仓整体建设方案。在库区不考虑分仓布局的基础上，综合考虑青草沙水库大坝沿程滩面的地形特征及堤坝结构、水库纳潮量及水力特性等因素，分以下两大类对龙口选址进行论证分析。

1）第一类

在北侧堤坝上设置龙口，尽量避免东侧堤坝深槽施工和龙口施工高度集中，降低龙口截流的难度和风险。结合充泥管袋截流和抛石合龙两种工艺，对该类方案分为北侧堤坝多龙口方案和北侧堤坝双龙口方案两种进行探讨。

（1）北侧堤坝设置多龙口方案的主要思路。在北侧堤坝相对较高的滩面上设置6个龙口，东侧堤坝不设龙口，考虑采用常规的充泥管袋施工合龙工艺。根据水流数模计算，在保护期内，北侧堤坝6个宽300m、底高程分别为1.0m、1.0m、1.0m、－1.0m、1.0m、－1.0m的龙口的最小极值流速为3.85m／s，最大极值流速为7.6m／s。在收缩截流阶段，6个龙口须基本同步收缩至150m宽、1.0m高程，收缩期最小流速为4.2m／s，最大流速为6.0m／s。仅从水流分析来看，在保护期，根据现有的技术，可利用混凝土铰链排、钢丝网笼等措施，解决保护期抗冲。收缩期不宜采用常规充泥管袋平堵，可选择的方案有两种：一是多龙口不进行收缩，直接抛石立堵同步截流；二是在截流期计算潮型下，在300m宽的龙口范围前端，设置抛石棱体，形成“燕子窝”形式，降低龙口内流速，将流速控制在常规充泥管袋截流工艺可接受范围内，采用充泥管袋常规工艺进行平堵截流。从水流分析成果可见，北侧堤坝多龙口方案的关键在于龙口截流手段和截流的同步性。实践证明，大坝龙口设置过多，坝身工作面太短，船舶作业频繁移动和进出场，导致工期损失大，施工效率降低。在高滩围垦过程中，2～3个龙口同步截流，在施工的统一组织、协调上，均出现了很大的难度。北侧堤坝由于坝线长、龙口多，一次同步截流，不确定因素导致截流失败出现的概率较大，截流风险极大。因此，施工过程中，能否进行一次性同步截流，是制约截流成败的关键性因素，也是施工过程中的难点。北侧堤坝多龙口布置见图3-7。

图3-7 北侧堤坝多龙口布置图(www.xing528.com)

（2）北侧堤坝设置双龙口方案的主要思路。待东侧堤坝深槽段结构断面顺利出水断流后，通过在北侧堤坝上设置上、下2个龙口，并在其内侧或外侧一定距离设置子堰以降低龙口流速，从而降低工程截流风险。结合整个围坝不同堤段的实施顺序，又按如下3类工况进行计算分析：第一类北侧堤坝纳潮口在截流之前，高滩段出水，位于深槽段的东侧堤坝逐步抬升；或者北侧堤坝和东侧堤坝同高程抬升；第二类东侧堤坝在抬升的过程中，北侧堤坝纳潮口逐步收缩；第三类东侧堤坝全部出水后，北侧堤坝龙口保护收缩，形成子堰及龙口收缩截流。分析表明不管是哪类方案，北侧堤坝双龙口方案难点集中在三类问题上：一是东侧堤坝施工进度问题；二是由于东侧堤坝位于涨潮沟上，涨潮动力强劲，东侧堤坝在上升过程中不仅本身承受较大的水流，尤其对北侧堤坝产生的沿堤流必须给予充分重视，保护不当将导致位于沙脊上的坝线位置床面冲刷；三是纳潮口在子堰尚未形成前的保护问题。北侧堤坝双龙口布置见图3-8。

2）第二类

在东侧堤坝深槽上设置龙口，即东侧堤坝深槽龙口方案，该方案力求在形成龙口前维持该水域建坝前涨落潮天然的水流主通道，尽量不严重恶化区域内水流流场及河势，各坝段可以按正常的进度和工艺安全地组织施工，最后集中力量在东侧堤坝深槽堤段截流。

图3-8 北侧堤坝双龙口布置图

如图3-9所示，前期在新建大坝沿线设4个口门，其中在东侧堤坝深槽堤段处设置1个大口门，在北侧堤坝沿线现有港汊处设3个相对较小口门；在围坝进占过程中，依次完成1＃、2＃纳潮口的封堵，在龙口保护期只留设3＃、4＃两个纳潮口形成保护期龙口；在龙口收缩期，尽量采用常规截流工艺完成3＃纳潮口（北龙口）的封堵，在4＃纳潮口形成东龙口，并拟采用抛石、钢丝网兜、框笼等非常规截流工艺完成东龙口的封堵。

图3-9 东侧堤坝深槽龙口方案平面布置图

计算分析结果表明：保护期在非汛期10年一遇潮型下深槽龙口方案的高流速主要集中在深槽坝段的4＃龙口，流速可达为7.5m／s，在北侧堤坝的龙口保护期流速都小于3.5m／s；在收缩阶段，4＃口门从口宽800m、底高程为－3.0m时开始平堵，逐步抬高至－2.0m、－1.0m，再立堵，逐步收缩至300m、150m，各状态下在坝坡或抛石坝内侧流速出现一带状高流速区，变化范围为5.2～9.6m／s；在截流期预报潮型下，4＃口门的流速有所减小，极值流速达到4.13m／s。统计库内外水位差还可知，涨落潮过程中库内外最大水位差均为涨潮水位差，即库外高于库内。收缩前和平堵过程中涨潮水位差大于落潮水位差，且最大水位差不大于1.0m；当口门立堵至300m之后，涨潮水位差增大接近2.0m，落潮水位差也同时逐步增加。

针对此种龙口设置思路及数值模拟计算分析得到的龙口重要水力参数，整个水库围坝工程总体施工顺序采用分段、分期施工的总体方案，第一阶段：在实施超前护底的前提下，北侧堤坝上的3段高滩段逐步推进，并要求2008年汛前（5月底）土方达到设计堤顶高程，结构完成度汛断面要求；同时东侧堤坝深槽段在光电缆段开始铺排前，坝身升高控制在－7.0m以下，待光电缆完成架空或搬迁后立即开始坝基铺排等工作，并在2008年汛前东侧堤坝上升至－3.0m，形成临时纳潮口和龙口保护。第二阶段：完成未完的纳潮口部分的围坝施工，其中北侧堤坝上段的1＃、2＃纳潮口直接收缩成堤；北侧堤坝下段3＃纳潮口收缩形成北龙口，并在2008年12月小潮汛期间进行截流；4＃纳潮口收缩形成东龙口，选择2009年1—2月小潮汛截流。截流完成后，继续完成剩余坝身断面结构。

可见，深槽龙口方案施工顺序明确，依次封堵口门，干扰较少，有利于整体工程进度控制；主龙口风险点集中，有利于施工组织进行攻坚，但对坝基承载条件较差的东侧堤坝截流戗堤的稳定安全、高流速截流戗堤的保护、截流施工组织的安全可靠都提出了新的更高要求。

综合比较可知，北侧堤坝多龙口方案因堤线长、龙口多，施工过程中水流容易混乱，一次同步截流实际操作的组织、协调上难度较大，并且存在多口门保护压力大、东侧堤坝不易先行抬升断流的难题，不确定因素导致截流失败出现的概率较大，截流风险极大，不宜采用。北侧堤坝双龙口方案和东侧堤坝深槽龙口方案综合对比分析见表3-3。

表3-3 北侧堤坝双龙口方案与东侧堤坝深槽龙口方案综合对比分析

由表3-3可见，两个方案技术上都有可行性，各有优点，也各有缺点，都存在一定难度和风险。

对于北侧堤坝双龙口方案，具有龙口流速相对低、工艺常规的突出优势，但其存在两类主要问题。一是东侧堤坝施工进度问题，由于东侧堤坝位于深槽，地基较差、场地狭小、水流复杂、工艺设备多、水下工程量巨大，且受光电缆影响，目前东侧堤坝抬升的实际施工能力受施工队伍的施工设备、施工强度的制约，若东侧堤坝不能在2008年底前抬升出水，将会影响北侧堤坝龙口的按期截流，进而造成整个工期的延期。二是可能对坝线附近滩势产生不利影响。由于东侧堤坝位于涨潮沟上，涨潮时动力强劲，东侧堤坝涨潮流受阻后，不仅东侧堤坝本身在上升过程中承受较大的水流，施工难度大，还极有可能对北侧堤坝坝线附近滩势产生不利影响，纳潮口、子堰上的保护范围和难度也非常大。若保护不当，施工过程中可能造成纳潮口水流切滩或龙口护底范围形成冲槽，进一步发展则有可能造成冲槽与外侧深槽串通。

对东侧堤坝深槽龙口方案，实施的组织和河势的维持比较稳妥，对水力的预测也比较可靠，单龙口截流组织路线清晰，但过程中流速较大，而且难以完全避免，截流过程难度大、时间长。

综合比较，北侧堤坝双龙口方案对于东侧堤坝上升的难度和涨潮流受阻后对北侧堤坝的切滩风险，不易准确判断，从表面上看相对于其他方案，北侧堤坝双龙口方案整体风险相对分散，但其潜在的风险是难以量化的。东侧堤坝深槽龙口方案，其截流过程中流速大、风险集中可控，可对龙口防护、截流工艺作专题深化研究。