长江口深水航道治理工程护底软体排结构设计

界流速（ｍ／ｓ）；γＲ′为排体相对浮重度；γｍ 为排体
密度（ｋｇ／ｍ３）；γｗ 为水密度（ｋｇ／ｍ３）；ｇ 为重力加
速度（ｍ／ｓ２）；ｔｍ 为排体厚度（ｍ）；θ为系数。
根据上述公式，砂肋软体排采用 #０．３ ｍ＠１．０ ｍ
的砂肋压载可满足水下底流速 ２ ｍ／ｓ 时压载稳定的
要求。
对于砼块压载排：压载体一般采用强度为
ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｓｏｆｔ ｍａｔｔｒｅｓｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ； ｓｏｆｔ ｍａｔｔｒｅｓｓ； ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
１ 工程特点 长江口深水航道治理工程采用整治与疏浚相
筋带选用 ７ ｃｍ 丙纶加筋带，布置间距为 ０．５ ｍ，
第 １２ 期
张景明：长江口深水航道治理工程护底软体排结构设计
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结构强度可满足设计要求。
２）软体排抗掀动稳定可按下式进行验算：
Ｖ≤Ｖｃｒ
Ｖｃｒ＝θ"γＲ′ｇ ｔｍ
γＲ′＝
γｍ－ γｗ γｗ
式中：Ｖ 为排体边缘流速 （ｍ／ｓ）；Ｖｃｒ 为排体边缘临
工 程 所 在 区 域 表 层 基 础 为 松 散 粉 砂 层 ｄ５０＝ ０．０８５ ｍｍ，厚度 １￣６ ｍ，下卧土层为高压缩性、强 度低的淤泥质土。表层粉砂层具有颗粒细、粒径 均匀、松散的特征，极易因水流作用而掀扬和运 移。整治建筑物的施工又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， 进而危及建筑物的稳定。采取有效控制建筑物周
结合的治理方案，整治工程包括鱼嘴分流工程、 南北导堤工程、丁坝工程等。工程规模浩大，堤 坝工程总长度达 １４１．４８４ ｋｍ，工程实施全部在无 掩护的外海海域进行［１］。
长江口常年风大、浪高、流急。据统计施工 期 ６ 级风以上天数占总日历天数的 ４０％，加上其 它因素，实际作业天数不足 ５０％。该地区随水深 不同 Ｈ１％波高可达 ３￣８ ｍ，实测最大流速 ２￣３ ｍ／ｓ。
３ 软体排主要结构型式及使用方法 ３．１ 排体土工织物
按照静荷载单向渗流条件下保土性和透水性 计算。保土性符合 Ｏ９５＜ｄ８５，渗透性符合 Ｏ９０＞ｄ１５。 Ｏ９５、Ｏ９０ 为等效孔径（ｍｍ），表示土工织物孔径大 小分布曲线上小于该孔径的数量有 ９５％、９０％。 ｄ８５ 、ｄ１５ 为土颗粒筛分曲线上分别占总重 ８５％ 、 １５％ 的 粒 径 。 据 长 江 口 深 水 航 道 治 理 工 程 堤 线 位置床沙颗分资料，ｄ８５ 为 ０．０８￣０．１５ ｍｍ，ｄ１５ 为 ０．０５￣０．０８ ｍｍ。
式满足防护功能的需求。 ４）软体排整体性要好，应采用系结式软体排，
排体结构强度应满足施工期及使用期稳定性要求。 ５）排体的压载材料应工厂化生产、陆上加工
制作为主，现场充灌拼装简便才能满足高强度施 工进度要求。
收稿日期：２００６－ １０－ １６ 作者简介：张景明（１９４６－ ），男，高级工程师，从事港口航道工程。
８）应建立一套软体排制作加工、拼装、铺设 质量控制体系。
的砂土资源，管状的长管砂袋较适合作为软体排 的压载材料，但需解决如何充灌使得充灌饱满、 如何与排体连接、如何整体铺设、如何确保袋内 砂料不泄出这些问题，通过系统研究开发出具有 自主知识产权的砂肋软体排。
砼联锁块压载材料受启发于砼块厚度薄、重 量重，是压载的理想材料。但砼块如何联结，如 何加工运输、铺设，通过系统研究开发出具有自 主知识产权的砼联锁块软体排。
Ａ 型排：这种排主要用于导堤堤身结构下面。 堤身外侧（航道外侧方向）为砼联锁块，堤身及 堤身内侧（航道方向）为砂肋软体排。
Ｂ 型排：这种排体主要用于堤头与堤身之间 的过渡段。该区段一般为开敞区，风浪水流较大， 冲刷也较激烈。
Ｃ 型排：为全砼联锁块软体排，主要用于导 堤堤头，丁坝坝头外侧余排区。全砼联锁块软体 排具有整体性好，抗风浪、水流冲刷能力强，适 应多向变形能力强的优点。
ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ ｍｉｎｇ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｎｔｉｏｎ， Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２０， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
Ｄ 型排：为全砂肋软体排，主要用于丁坝坝 身及丁坝两侧余排区段。该区段为坝田区，该区 域相对风浪、水流冲刷较小。
砼联锁块软体排：砼联锁块采用 Ｃ２０ 制作的 砼联锁块有 ４００ ｍｍ×４００ ｍｍ×１６０ ｍｍ 及 ４００ ｍｍ× ４００ ｍｍ×２００ ｍｍ ２ 种，每平方米 ４ 块。
砂肋软体排：长管袋砂肋采用 !３００ ｍｍ 长管 土工织物，充灌粉细砂，余排每延米 ２ 条，堤身 排每 １．５ ｍ 一条。
砂肋压载材料受启发于必须充分利用长江口
图 １ 软体排排体压载材料示意图
３．３ 长江口工程护底软体排结构型式 主要有 ４种：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 型排。 １）Ａ 型排：为混合式排，堤身为砂肋排，堤
身两侧分别为砼联锁块排与砂肋软体排（图 ２）。
图 ２ Ａ 型排
２）Ｂ 型排：为混合式排，堤身为砂肋排，两 侧为砼联锁块排。
３）软体排余排长度宜采用以下公式确定：
Ｌ≥ｋｐΔｈｐ "１＋ｍ２ 式中：Ｌ 为余排长度（ｍ）；ｍ 为河床稳定边坡系 数，即 ｍ＝ｃｏｔ α；α为河床冲刷后的坡角（°）；Δｈｐ 为预计冲刷深度（ｍ）；ｋｐ 为褶皱系数，取 １．１～１．３。
长江口工程中堤身段软体排的余排宽度一般
为 １５～２５ ｍ。据实测资料反映，在长江口粉细砂基 础上，已建导堤发生冲刷的地段，其冲刷边坡一
鉴于堤外侧无丁坝掩护，受风浪及沿堤流冲刷 影响较大，余排的长度较长，而且为永久性建筑 物，对排体材料、结构要求较高。一般采用砼联锁 块。堤内侧靠航道，受风浪、水流冲刷相对小一 些，而且有丁坝掩护容易形成坝田区，经过一段时
间后会产生淤积，因此内侧余排的长度相对短一 些，一般采用砂肋软体排结构型式就能满足要求。
边河床冲刷的护底结构设计及施工成为工程能否 成功建设的关键技术之一。
２ 新型土工织物软体排应具有的功能［２］ 针对长江口特点及要求，新型软体排护底应
具有的功能如下： １）软体排护底的主要功能是保土透水，保护
排体下的泥沙免受水流冲刷。 ２）软体排应是一种柔性结构，能适应排体下
土体冲刷变形的能力。 ３）依据使用要求，应选择不同的排体结构型
５ 排体宽度 软体排排体宽度是指软体排在堤轴线横断面
方向上的长度。由堤身排宽度和两侧余排的宽度 （均是指它们在堤轴线横断面方向上的长度）两部 份组成的。堤身排宽度由堤身底部的宽度确定。
余排宽度的确定，应根据堤（坝）所在区域河演 分析成果以及水流、波浪、河床质等条件，预测 可能出现的冲刷深度和冲刷边坡，要求该冲刷坑 深度及冲刷后形成的边坡能满足堤（坝）整体稳 定的要求，在此基础上确定必须的护底范围。
般在 １∶２￣１∶４，冲刷深度大多在 １．５￣５．０ ｍ 以内， 余排宽度达到了设计要求。
８ 护底效果 土工织物以其可以低成本、大批量工厂化生
产及加工的特点，从根本上保证了长江口深水航 道整治建筑物护底结构快速施工的要求（导堤年 进尺 ２５ ｋｍ 以上）。采用土工织物软体排护底结
构，是实施这项宏伟工程的唯一选择。 由于软体排的使用，工程实施前普遍担心的
Ｃ２０ 砼块体，形状应尽量减小水流顶冲力，且与 排垫系接方便。大小为 ４００ ｍｍ×４００ ｍｍ×１６０ ｍｍ， 每平方米 ４ 块的砼块压载能满足水下底流速 ２ ｍ／ｓ 时压载稳定的要求。
二期工程实施时，随着风浪、水流加大，为
增强排头的抗冲性及沉排时稳定排头的需要，在
排头 ２ ｍ 范围内采用每平方米 ４ 块 ０．４ ｍ×０．４ ｍ× ０．２ ｍ 的砼块压载，压载重量可达到 ２９０ ｋｇ／ｍ２。或 在排头 ２ ｍ 范围内采用加密砂肋压载，压载重量 可达到 ２１６ ｋｇ／ｍ２。
用期荷载要求。
Ｋｓｍ 为排体的纵（横）向抗拉强度安全系数：
Ｋｓｍ＝
∑Ｔｓｍ ∑Ｆｓｍ
式中：∑Ｔｓｍ 为加筋带和排布的纵（横）向极限抗 拉强度（ｋＮ）；∑Ｆｓｍ 为软体排承受纵（横）向的 荷载（ｋＮ）。
根据防护范围水深及排体结构，经计算，高程
在－ ３．０ ｍ（吴淞基面）以上区域加筋带选用 ５ ｃｍ
丙纶加筋带，布置间距为 １．０ ｍ，结构强度可满足 设计要求。高程在－ ８．０ ｍ（吴淞基面）以上区域加
第 １２ 期
张景明：长江口深水航道治理工程护底软体排结构设计
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６）软体排应具有良好的“贴附性”，要求在 排体外侧床面冲刷时，能自然下垂，附在冲刷沟 内坡面上，这样才能依据冲刷坑的深度来确定排 体的总宽度。
７）软体排铺设工艺应根据长江口施工区域水 深深、流速大、外海施工强度大的特点选择专用 铺排船，这种铺排船应具有排体拼装、充灌作业 平台，利用船侧可调倾角的滑板自行滑行沉放软 体排以及定位系统和相应软件支撑。
关键词：深水航道；软体排；治理
中图分类号：Ｕ６５６．３１＋５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－ ４９７２（２００６）１２－ ００２０－ ０４
Ｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｏｆｔ Ｍａｔｔｒ ｅｓｓ ｉｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｅｓｔｕａｒ ｙ Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒ ｏｊｅｃｔ
２００６年 １２ 月 第 １２ 期 总第 ３９７ 期
·设 计·
水运工程 Ｐｏｒｔ ＆ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｄｅｃ． ２００６ Ｎｏ． １２ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ． ３９７