堤坝实施顺序优化方案

4.3.2.1 研究路线

针对建设规模及工程区域特殊的地貌和水力特征，堤坝实施顺序与库区分仓和龙口布置密不可分，总体思路可归结为以下三类：

第一类，建隔堤把围区分隔成几个小围区，每个小围区独立设龙口；

第二类，涨潮沟下游端深槽先行筑堤断流，沿沙脊的顺堤上设置多个小龙口，把顺堤分成若干段，各段同步抬升，顺堤出水断流后几个龙口同步合龙；

第三类，龙口设在涨潮沟下游端深槽进口，沿沙脊的顺堤整体抬升分段同步实施，最后合龙深槽龙口。

三类方案的代表布局见图4-14。

图4-14 围堤实施顺序与龙口布置三类代表方案布置图

由于跨越深槽的隔堤工程量最大，且隔堤改变了涨潮沟水域的流场，对水流干扰大，极有可能引起沙脊大范围冲刷，因此第一类方案首先予以排除。

第二类方案先堵深槽再做顺堤，最后对几个龙口同步合龙。第三类方案的指导思想是“先高后低、最后强攻”。高滩施工对水域的影响相对较小，施工初期保留既有较大的槽沟，在不明显影响涨潮沟水力特征的前提下，适当抬升涨潮沟进口高程，构筑龙口结构，在龙口构筑完毕、顺堤段除沟槽外都出水断流后，由上游往下游逐个封堵沟槽，最后集中力量合龙。

第二、第三类方案各有优缺点，前者先深后浅，似先难后易、难度均化，而后者循序渐进，便于管理、便于突击。由于研究涉及水动力条件、施工组织、造价等多个方面，因此，可组合多种手段，对比分析，综合评判。青草沙水库工程方案研究和验证的技术路线及过程见图4-15。

图4-15 堤坝实施顺序研究技术路线

4.3.2.2 实施顺序方案论证

1）水力分析

水力数值计算表明，对第二类方案，涨落潮流的主流向与顺堤几乎平行，沿顺堤布置的上下游龙口之间水流相位差可达1h左右，进出水步调不一致，导致在涨落潮过程中龙口规模作用部分相互抵消；无论选择几个龙口，以及单龙口的规模如何调整，每个龙口上的最大流速都超过3.5m／s，下游端的龙口最大流速总是最大，设计标准下龙口流速超过6m／s；进出龙口的水流流向与潮流推进方向近乎正交，导致龙口附近存在强烈的涡流，与涨潮沟口门上水流进出平顺形成对照，既不利于水流进出，又影响龙口安全保护；切断深槽进口的侧堤抬升到一定高度后过顶流速较大，从－5.0m至0.0m高程，流速从3.4m／s增至6.0m／s，高程超过1.0m后流速开始回落；在深槽侧堤抬升过程中，顺堤上龙口或顺堤沿线沟槽上进出水流速明显增加。由此判断，用常规抛填沙袋和抛石筑堤工艺，侧堤施工过程中因遭遇大潮高流速而发生“冲刷-抬升-再冲刷”拉锯作业的风险很大，堤身不易出水断流；此外在侧堤抬升至－4.0m之前，顺堤沿线必须全面实施保护，龙口必须构筑完毕，这就要求在侧堤施工的同时，顺堤也要全线开工，至少是全线护底开工。

对第三类方案，计算和整体试验均表明，在设计标准潮流条件下，深槽（侧堤）由－10.5m河床填高到－4m以下，对整个涨潮沟水域流场影响甚微；在深槽（侧堤）不高于－4m高程时，顺堤线上除两个大的沟槽外其余堤段可同步填高；为了避免沟槽段有较大的水流变化，沟槽段应尽量维持现状，也可结合沟槽段护滩适当抬升整平至－1.0m（原沟槽面高程约在－3.0m以上）。按对深槽龙口影响不明显、遭遇主汛期设计标准潮型时龙口上流速不超过6m／s、沟槽内流速不超过3m／s的要求，同时结合实际地形拟定的上下游两个沟槽保留宽度分别为主汛期6km和3km，主汛期后收缩至3km和1km。深槽龙口形成后可将两个沟槽按先上游后下游的顺序逐个合龙断流，两个沟槽断流后主龙口上的流速可控制在6.5m／s以下。

水力分析表明，先堵深槽对顺堤上流场影响较大，而且深槽抬升过程中过堤流速增大，不易断流。

2）施工组织强度分析

从施工组织的角度，多个小龙口合龙难度相对较小，但风险点分散，合龙同步的施工组织难以保证，不同步则极有可能因一个龙口滞后而使整个工程合龙失败。第三类方案顺堤施工比较容易，难度集中在深槽龙口上，高流速难以避免。第三类方案分析论证的方法、条件、工程进度等主要工况组合汇总见表4-3。(www.xing528.com)

表4-3 水流数值模拟主要计算方案

（续表）

4.3.2.3 施工顺序实践与应用

对多方案施工组织反复研究并多次论证之后，最终采用方案三，形成“全线多点作业，先护底后筑堤，先高滩出水，后沟槽截流，最后集中力量封堵龙口”的整体控制和实施顺序方案。其最大优势在于虽然龙口流速很高，但风险点集中，易于管理和采取强化措施，可操作性强。

第三类方案的具体做法归结为：开工顺序，全线（多点）同步，护底超前；断流顺序，先高（滩）后低（槽）；沟槽封堵，由上（游）往下（游），逐个进行；主龙截流，分层抬升，超强作业。施工组织以主汛期为界，将整个大堤合龙前建设分为两个阶段：一阶段实施布置见图4-16，包括全部沟槽的铺排护底；二阶段填筑一阶段留后的堤段，要求在主汛期结束后至当年或次年初主龙口合龙前达到断水。

图4-16 青草沙围堤分期实施布置示意图

1）一阶段大堤施工作业面及推进方式（图4-17）

一阶段大堤施工总体进度控制要点为：北堤高滩段形成渡汛断面，同时港汊完成护底形成纳潮口，同时东堤堤身抬高至－6m。

一阶段各工序推进顺序和推进方式：软体排铺设→高滩段袋装砂平行提高至渡汛断面（堤身施工须满足超前护底300m的要求）→港汊完成护底形成纳潮口（护底尽可能尽快完成）→临时堤头或持续推进，或形成堤头保护→同时东堤分层抛填袋装砂堤身抬高至－6m和铺设软体排。

图4-17 青草沙围堤一阶段施工布置示意图

2）二阶段大堤施工作业面及推进方式（图4-18）

二阶段大堤施工进度控制要点为：北堤形成渡汛断面，北堤上两个纳潮口由上而下先后形成副龙口，同时东堤堤身平行抬高至－3m，东堤堤身平立堵推进至5.5m以上，东堤主龙口保护结构施工完成→副龙口截流。

二阶段各工序推进顺序和推进方式：1＃纳潮口多点平立堵推进形成渡汛断面→1＃纳潮口合龙→同时2＃纳潮口平立堵推进形成副龙口→同时3＃纳潮口多点平立堵推进至5.5m以上（－3m以下平行抬高，－3m以上袋装砂堤身施工采取多点出水平行抬高与立堵推进相结合）→同时主龙口袋装砂平行抬高至－4m→主龙口护底保护结构施工→800m主龙口保护结构施工完成→2＃纳潮口副龙口截流。

图4-18 青草沙围堤二阶段施工布置示意图

3）施工顺序实践与应用效果

施工实践证明，计算和验证揭示的不利水力现象都在实践过程中有一定程度的反映，但未发现明显超过预计的不利水力条件和冲刷情况。其中，上游沟槽附近地形变化复杂，沟槽中的水流流向与堤线斜交，加之随着堤身抬高，围区内外侧水位差逐步显现，因而此沟槽封堵前流态最为复杂，局部瞬时实测流速达到约4m／s，比预计情况稍高，但历时较短；下游沟槽水流较为平顺，实际情况与研究结果接近，虽较高流速持续时间比上游沟槽长，但最大实测流速在3.5m／s以下，未产生不利情况。截流前半年多时间内，主龙口上实测最大流速5.15m／s，比研究揭示的设计标准下6.5m／s流速小，龙口流态平稳，直至截流成功。

为避免堤身抬高引起流场变化而导致周边河床和滩面冲刷，应超前铺排护底。合理确定超前护底的范围有利于合理施工组织，既避免了因铺排护底超前要求过高而影响后道工序实施、从而影响工期，又避免了铺排护底超前不足而引起的冲刷，大大减小了未及时保护造成的不必要的工程损失，意义重大。计算和物模揭示，滩面越深超前护底距离可以越短，高程在－8.0m以下的深槽“超前”300 m以上即可，局部受光电缆搬迁而影响铺排护底的堤段，“超前”按150m控制，实践证明这样的距离是合适的。