长江口深水航道治理一、二期工程的设计与施工

二期工程设计方案的优选情况，以及工程实施过程中以动态管理为主要内容的施工组织管理情况。
关键词：设计条件；施工条件；方案优选；动态管理
中图分类号：Ｕ６１２．３２
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ４９７（２ ２００６）１２－ ００１０－ １０
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒ ｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｒ ｓｔ ＆ Ｓｅｃｏｎｄ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒ ｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｅｓｔｕａｒ ｙ Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｃｈａｎｎｅｌ
Ｃｈａｎｎｅｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ， ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ １ｓｔ ＆ ２ｎｄ ｐｈａｓｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ， ａｎｄ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ， ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｎ； ｄｙｎａｍｉｃ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
Baidu Nhomakorabea
１ 长江口深水航道治理工程概况［１］ 长江口是巨型丰水多沙河口，经过长期的历
史演变和近半个世纪的工程治理，徐六泾以下形 成了目前三级分汊、四口入海的稳定格局，主要 的入海汊道自北至南为北支、北港、北槽和南槽。 各入海汊道均存在长约 ４０～６０ ｋｍ、最小滩顶水深 仅 ５．５￣６．０ ｍ 的“拦门沙”区段，成为上海港和长 江下游诸港海上运输的瓶颈。其中，作为长江出 海主要通道的北槽，工程前通过疏浚维持 ７ ｍ 通 航水深作为万吨以上海轮进出长江口的航道，年 维护量约为 １ ２００×１０４ ｍ３。
Ｎ３４＋０００
９．９１ ５．４１ ４．７５ ４．０３ ２．７５ ７．７６
Ｎ３６＋０００ １０．５１ ５．６３ ４．９４ ４．１８ ２．８４ ７．７６
Ｎ３８＋０００ １０．２１ ６．１１ ５．４０ ４．６２ ３．２０ ７．７６
Ｎ４０＋０００ １０．５１ ６．３２ ５．５９ ４．７８ ３．３１ ７．７６
２００６年 １２ 月 第 １２ 期 总第 ３９７ 期
水运工程 Ｐｏｒｔ ＆ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｄｅｃ． ２００６ Ｎｏ． １２ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ． ３９７
长江口深水航道治理一、二期工程的 设计与施工
蔡云鹤， 范期锦
（交通部长江口航道管理局，上海 ２００００３）
摘 要：全面介绍长江口深水航道治理工程整治建筑物工程和疏浚工程的设计条件和施工条件，并在此基础上介绍一、
一、二期工程绝大部分堤段的表层粉沙以下， 普遍分布着深厚的淤泥质土层，压缩性大、天然 强度低。二期工程还有 １７ ｋｍ 的堤段在粉沙层下 分布着②２－０ 淤泥或②２－１ 淤泥质粉质黏土，平均不 排水强度仅为 １５ｋＰａ 左右。
北 导 堤 堤 头 段 （ 长 ２．６ ｋｍ） 表 层 的 淤 泥 约 ３．０ ｍ 厚，呈流动和流塑状态，含水率达到 ６７．４％， 孔隙比 ｅ＝１．８４６，十字板抗剪强度仅有 ３．１２ ｋＰａ。 且其下仍为 Ｃｕ＝１２ ｋＰａ 左右的极软弱淤泥②２－０ 层。 对整治建筑物的结构设计是一严峻的挑战。
长江口深水航道治理工程于 １９９７ 年经国务院 批准实施。本着“一次规划，分期建设，分期见 效”的原则，使长江口南港北槽航道水深分三期
收稿日期：２００６－ １０－ １６ 作者简介：蔡云鹤（１９４４－ ），男，高级工程师，从事航道工程管理工作。
第 １２ 期
蔡云鹤， 范期锦：长江口深水航道治理一、二期工程的设计与施工
长江口深水航道治理工程的社会经济效益十 分显著，据上海海事大学测算，至 ２００５ 年 ９ 月深 水航道已产生直接经济效益 １９２．６５ 亿元，远远超 过了国家对一、二期工程的总投资 ８７．９６ 亿元。长 江口二期工程完工后，每年进出上海港的远洋航 线的集装箱船可增加装载约 ４００ 万 ＴＥＵ。２００１— ２００５ 年，长江口一、二期深水航道通航直接拉动 江苏省 ＧＤＰ 约 ８００ 亿元。
北导堤头 １２．０１ ７．７０ ６．８５ ５．９０ ４．１４ ７．７６
表 １ 仅列出了设计高水位（横沙 ４．０２ ｍ，北 槽中 ４．１１ ｍ）时，北导堤 ２５ 年一遇 ＮＮＥ 向的设 计波要素。由表 １ 可见，北导堤堤头 ２５ 年一遇的 有效波高（Ｈｓ）已达到 ５．９０ ｍ，Ｈ１％ 则已达 ７．７ ｍ。
长江是我国的黄金水道。“治理长江口，打 通拦门沙”是几代中国人的夙愿。１９５８ 年以来，
一大批专家学者开展了大规模的现场测验，进行 了多学科的、系统的长期研究。１９９２ 年“长江口 拦门沙航道演变规律的研究（整治技术研究）”列 入国家“八五”科技攻关项目后，取得了重大进 展与突破。基本掌握了长江口水沙运动的特点和 河床演变规律，论证了选择北槽作为深水航道先 期进行整治开发的技术可行性，提出了整治与疏 浚相结合的工程治理总体方案，为实施这项我国 历史上规模最大、技术最复杂的水运工程奠定了 坚实的技术基础。
４）表层粉沙具有高可动性 整治建筑物的地基表层主要由ｄ"５０＝０．０８６ ｍｍ 的 粉砂构成，极易因水流作用而掀扬和运移。整治 建筑物的施工必然引起周边流场的改变，通常会 使沿堤流发育而加剧堤侧滩地冲刷；施工中不断 推进的临时堤头及建成后的丁坝坝头周边更易形 成强劲的绕堤流和促使三维涡系的发育，从而形 成局部冲刷坑。建筑物周边地形的变化（建设期 一般表现为冲刷），轻则导致工程投资的大幅增 加，严重时则会危及建筑物的稳定。整治建筑物
Ｎ４２＋０００ １０．４１ ６．５５ ５．８２ ５．００ ３．４９ ７．７６
Ｎ４４＋０００ １０．９１ ６．９１ ６．１４ ５．２８ ３．６９ ７．７６
Ｎ４６＋０００ １１．５１ ７．６５ ６．８２ ５．９０ ４．１７ ７．７６
Ｎ４８＋０００ １１．８１ ７．６８ ６．８４ ５．９０ ４．１５ ７．７６
ＣＡＩ Ｙｕｎ－ ｈｅ， ＦＡＮ Ｑｉ－ ｊｉｎ
（Ｙａｎｇｔｚｅ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００００３， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｏｕｔｌｉｎｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ
２ 长江口深水航道治理工程的设计和施工条件［２］ ２．１ 整治建筑物工程的设计条件和施工条件 ２．１．１ 整治建筑物工程的设计条件
１）整治建筑物的设计功能 本工程整治建筑物的设计功能定位为“导流、 挡砂、减淤”。为了充分利用北槽落潮优势流狭沙 入海，总体治理方案采用了宽间距导堤及长丁坝 群布置方案，堤顶高程设定在中水位（２．０ ｍ，吴 淞高程，下同）。分流口潜堤和丁坝的顶高程采用 了自 ２．０ ｍ 分别过渡至堤头（坝头）－ ２．０ ｍ 和 ±０ ｍ 的渐变方案。 整治建筑物顶高程的这一特征对结构波浪力 计算、稳定性验算等提出了新的课题。同时，也 提示我们可以放宽对整治建筑物顶高程正误差的 控制要求。 从“导流”和“拦沙”的功能需求出发，整 治建筑物的结构设计还必须考虑其与流场的相互
的结构设计，必须能有效保护地基表层粉沙不被 冲蚀，必须有效控制建筑物周边滩面的冲刷变形。
５）工程量大，施工强度高 一、二期工程总工期各为 ３ 年，需建设堤坝类 整治建筑物达 １４１ ４８４ 延米，实物工程量列于表２。 为给航槽疏浚施工创造良好的掩护和减淤条 件，一、二期工程的疏浚工程均安排在导堤基本 成型后再开工，全部整治建筑物工程的施工期仅 ６８ 个月。在前述恶劣的工况条件下，平均每个月 要建成导堤或丁坝 ２ ｋｍ 以上。如此高的施工强度 在国内外水运工程建设史上是前所未有的。 巨大的工程量和施工的高强度，要求整治建 筑物的结构设计必须在保证发挥整治功能和结构 安全的前提下有良好的施工性，尤其要方便水上 快速施工，施工期（堤身未全断面形成时）结构 也要求具有良好的稳定性。 ６）缺石多砂 整治建筑物工程需要大量地方材料。长江口 洲滩众多，粉砂资源丰富，但石源短缺。应在结 构选型和设计时充分关注。
除二期工程北导堤堤头段（长 ２．６ ｋｍ）表层 为 ①１ 淤泥外，整治建筑物地基表层普遍分布着 １．５￣１０ ｍ（一期）或 １．０￣６．０ ｍ（二期）厚工程地 质特征较好的①２ 粉沙层。该层土天然含水率仅 ２９％左右，ｅ≈０．８３，承载力可达 ７０￣９０ ｋＰａ，为整 治建筑物采用重力式结构提供了相对较好的条件。
作用，特别要考虑建筑物结构对长江口复杂流场 的适应性。
２）恶劣的海况条件 整治建筑物建设在长江口茫茫的江面，平均 距外高桥江岸约 ５０ ｋｍ，全部水上作业无陆基依 托，常年受风、浪、流的影响。综合测算，年水 上可作业天仅有 １８０ ｄ（一期工程）或 １４０ ｄ（二 期工程）。 恶劣的施工条件和紧迫的工期，要求整治建 筑物的选型和结构设计必须考虑便于保障水上作 业安全和工程质量，便于堤身快速成型，重视结 构的施工期稳定性。 波浪是海岸及外海工程最主要的设计外力。 整治建筑物位于濒临东海的宽阔水域，作用在建 筑物上的波浪力强大。二期工程由于更接近外海， 设计波高更大、周期更长（表 １）。在整治建筑物 结构设计中，必须确保建筑物的抗浪稳定性，选 择具有较强抗浪（或消浪）能力的结构型式，解 决相关设计计算方法。
表 １ 二期整治建筑物工程设计波要素
位置（里程）／ｍ 水深／ｍ Ｈ１％／ｍ Ｈ４％／ｍ Ｈｓ／ｍ !Ｈ ／ｍ Ｔ"／ｓ
Ｎ２８＋０００
７．５１ ４．３９ ３．８８ ２．３１ ２．２８ ７．７６
Ｎ３０＋０００
９．２１ ４．５２ ３．９５ ３．３２ ２．２３ ７．７６
Ｎ３２＋０００
９．５１ ５．０３ ４．４１ ３．７３ ２．５３ ７．７６
·１１·
逐步增深到 ８．５ ｍ、１０．０ ｍ 和 １２．５ ｍ。１９９８ 年 １ 月 长江口深水航道治理一期工程开工，２０００ 年 ３ 月 实现了 ８．５ ｍ（理论最低潮面下，以下同）目标水 深，２００２ 年 ９ 月通过国家验收；二期工程 ２００２ 年 ４ 月 开 工 ， ２００５ 年 ３ 月 １０．０ ｍ 水 深 全 线 贯 通 ， ２００５ 年 １１ 月通过国家验收。一、二期工程完成了 总长达 １４１．４８４ ｋｍ 的整治建筑物的建设，建成水 深 １０．０ ｍ、宽 ３５０／４００ ｍ、长 ７４．４７１ ｋｍ 的双向航道， 疏浚土方 ９ １０３×１０４ ｍ３。一、二期工程质量优良 ， 工程交工后，８．５ ｍ 和 １０．０ ｍ 水深的航道均实现了 １００％的通航保证率。一期工程已获得 ２００５年度 国家优质工程金质奖。《长江口深水航道治理工 程成套技术》科技成果获得了 ２００６ 年度“中国航 海学会科学技术奖”特等奖。
特别应当指出的是，长江口深水航道治理工程 在综合分析了前述整治功能、波浪力大、软基的特 点及施工作业条件后，创造性地确定了采用“抗 浪性能强、对地基承载力要求低的轻型重力式结 构”的设计原则，一期工程取得了巨大的成功。但在 二期工程浪更大、地基更软弱的组合条件下，遇到 了前述②２－０ 淤泥或②２－１ 层土在波浪动荷载作用下强 度严重降低（“软化”）的全新技术难题。因此，软 黏土在相对较强的重复荷载作用下表现出的软化特 性也是本工程地基土另一必须引起高度重视的特点。
３）软弱的地基 长江口工程区域地层主要由第四纪全新统新 近滨海相和河流交替沉积形成。自上而下主要由 粉细砂、淤泥、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏性土、 黏性土夹砂等多个单元体组成。
·１２·
水运工程
２００６年
总体上，长江口深水航道治理工程整治建筑 物的地基条件具有“上硬下软、压缩性大、部分 堤段淤泥出露”的特点。