堤防加固工程中快速筑堤技术的应用研究

曾振雄

摘要：在堤防加固工程中，软基坝施工中存在稳定性差、施工周期长、不能大规模施工机械化、坝体土石堆积不畅、合拢难度大等问题。通过调查、观测分析、模型试验和工程实践，形成了堤防加固工程快速施工的新技术和新方法。指出了借助土工织物和塑料排水板快速对水下软基实施处理，采用轻质硬壳堤坝方法快速构筑坝体的方法。这些方法适用于海洋、港口、路基、码头、人工岛等建筑物，具有工期短、速度快、成本低、安全可靠等特点。

关键词：堤防;软基;筑堤;施工

Abstract： In the embankment reinforcement project， there are some problems in the construction of soft foundation dams， such as poor stability， long construction period， no large-scale construction mechanization， poor soil and rock accumulation， difficulty in closing， and so on. Through investigation， observation and analysis， model testing and engineering practice， new technologies and new methods for rapid construction of embankment reinforcement projects have been formed. It points out the method of quickly treating the underwater soft foundation with the help of geotextile and plastic drainage board and adopting the method of light hard shell dam to construct the dam quickly. These methods are suitable for buildings such as oceans， ports， roadbeds， docks， artificial islands， etc.， and have the characteristics of short construction period， fast speed， low cost， safety and reliability.

Key words： embankment;soft foundation;embankment;construction

0  引言

基于軟土地基大量含水、渗透性差、孔隙比高、很长时间方可凝固、超高灵敏度、低强度的抗剪性、触变性和蠕变性等诸多特点，迅速地把稳定安全的堤坝构建在软基上， 已经成为学术领域和工程领域研究的关键课题。本课题采用塑料排水板和土工织物快速处理水下软基，采用轻质硬壳堤坝方法快速构筑坝体的方法，进行大强度快速加固建造堤坝的方法。

1  土工织物和塑料排水板共同加固水下软基措施

1.1 技术要领

伴随深水区工程在沿海地区的发展（人工岛项目、封闭港口、深水围垦等），深水软基加固作业的环境更加复杂，更加大了土工织物和塑料排水板的定位安装的埋设的难度。正常的层土和浅水措施难以达到深水软基加固施工标准，所以，必须采用新的手段对深水软基快速加固，具体措施为水下软基处理船、土工织物和塑料排水板的互相作用。利用振动打桩法，通过激振力对土与桩管之间的粘性阻力实施破坏，以快速拆除和插入塑料排水板。插板稳定的工作面是通过中空无底结构双体船进行设计，达到百根一次插、抵抗六级风、抗击二级浪的设计要求。减轻流速的影响可以利用桩管导流装置。还有计算机智能监控、自动作业系统控制的水下切板和装卸、实时差分GPS定位。软土地基处理技术深度35m，土层厚度30m，流速3m/s（各塑料排水板平均插入时间90s左右，误差控制在±10cm以内），达到了深水软基快速加固的目的。

1.2 施工工艺

1.2.1 放线定位：严格按照设计规划制定施工组织制定方案。在作业海域采用GPS和测深仪绘制海图。要对施工条件和施工环境进行全面掌握，全面了解作业水域的地貌、地形、潮汐风浪、水流等状况。利用计算机对施工范围进行确定，对土工布或者铺设塑料排水板施工区段实施划定，对铺设程序进行筹划，将船位实施提前设定，（图1）然后引导作业船在设计的船位上作业，如图2和图3所示。

1.2.2 土工布铺设：按照电脑设计的铺设土工布位置，作业船进入位置，对船体位置进行确定，开始土工布铺设。将锚或者砂袋与土工布前端进行连接，将升降机落到水底，工作船沿着设定的位置缓慢移动，过程中要在土工布上压砂袋，土工布完成铺设。

1.2.3 砂（或碎石）：在作业船上定位装置的引导下，按设计要求抛撒砂垫层或碎石垫层必须按照设计的规划，通过作业船上定位装置的引导完成，对缺少部分进行补充，呈现水平排水沟。

1.2.4 塑料排水板的插入：在计算机的监视下，完成工作船进入作业位置的程序，如图3所示，利用起锚机对缆绳进行移动和固定。让桩架的位置准确，对塑料排水板进行设置。在安装操作中，通过电脑掌握水流和水深的变化情况。遇到偏差就要马上纠正。完成船舶工序后，应当移到新的船位，然后反复设置，直至完工。

1.2.5 石压载层的平抛：完成排水板作业后，开始按照加载率对压载层实施浇筑。加大基础承载力后，可以进一步构筑上部结构。

1.3 技术优点

①由于双体船结构稳定，船体面积46m×1.7m，甲板下重心和压载水舱的作用，各有800kg锚和5T锚机安置在四角，具有非常稳定的运行状态和调度状态，完全可以抵抗六级风的能力，二级波浪环境和E级沿海航区调度。

②利用RTK实时差分定位系统、GBS、数字测深仪和计算机记录监测仪器，实现指导的精度高。设置的一次性定位区域为200m2，可以随意移动纵横间距。船体施工面水平浮动时，用压载舱调整，搁置涂料时，用切桩装置调整，以保证施工质量。

③它可以作为一种多用途船舶广泛使用和综合利用。可作为塑料排水板插入船、土工织物插入船、打桩船、地质勘探船、爆破挤淤装药船、钻探船等，也可用于浮水和搁涂，可用于各种水下基础处理工程。

④自动化程度高，能耗低，人员少，移动定位简单，设定速度快，每台班产量可达3000m，作业面积为400m2，经济性好，成本低，效益高。

1.4 应用检查

经过几次工程实践检验，逐步完善和完善，趋于成熟。目前，为了解决软基在深水恶劣环境中的快速处理问题，已在省级和国家重点工程中开展了9种作业船。

2  轻质硬壳堤坝法

2.1 鲎式轻质堤坝简介

鲎又名东方鲎，是一种节肢动物。头部和胸部的甲壳呈半月形，腹部的甲壳呈六边形。有6对附属物和6对片状游动肢体，常见于浅水区。它坚硬的外壳，拱形的结构和完整的体形，如果它躺在沙滩上，无论海浪和潮汐有多强烈，无论鲨鱼有多凶猛，它都不会因为沙滩的软弱而陷入泥潭。软基堤防需要这样的特点。模拟鲎体的结构特点，设计了鲎体轻型堤防的结构和施工方法。其基本特点是：用高强度材料制作堤身或堤身的一部分;用骨增强材料支撑堤身的变形部分，然后再填充其他填充材料，以达到减轻重量、加强加固、防渗、隔离和桩高的目的，从而提高堤防的强度。在软土地基中，轻质垫层用于易于下沉和滑动的部位，从而降低了零件易下沉的质量，调节了坝体的平衡，从而平衡了坝体的荷载，提高了坝体的整体稳定性。为了克服渗漏，将连续防渗板插入砾石地基上。其基本技术思想包括：轻质坝体、硬性结构坝壳、隔离防渗、坝脚深插、一体化。基本结构如图4所示。

2.2 轻质坝体

对于软弱地基，由于坝基与坝体之间的不平衡，坝基下的荷载会不一致，导致沉降不均匀。通过设置轻坝让这个问题得以解决。对坝基的强度进行分析，利用空心或者质量轻的材料构建坝体，上面覆盖土、碎石和草皮。在初期建议了轻质硬壳堤防的设计措施，并分析了可靠的程度。

通常情況下，有四种措施进行轻质坝体的施工：①堤芯的轻质处理。整个坝心的结构利用空心或者轻质的材料，让大坝的整体强度得以提升。②局部填充法。为了调节大坝的平衡，轻质材料应埋在大坝的某些部位，如最易下沉的部位。③坝底垫层法。在坝体底部铺设一定强度的轻质材料，扩大地基的荷载扩散范围，限制底层软土。④掺拌法。在路堤土或混凝土中掺入轻质填料，可使土迅速脱水，降低容重，提高强度，稳定站立，提高坡率。

2.3 硬质结构坝壳

风浪对堤坝的冲蚀和不均匀的沉降是堤坝受破坏的根本原因有两个因素，即不均匀的沉降和风浪对堤坝的冲击和侵蚀，由此有必要构建高强度的硬质坝壳。坝外壳或某部分的坝外壳的构建材料必须具备高强度的材料，以拉筋和肋骨的形式作为支撑，构成牢固的三面光构造，用松散材料进行填充。

2.4 鲎式轻质堤坝的优点

大坝的稳定性得到了改善。一方面，降低了引发坝体沉降的质量，把强度提升上来，让坝体有足够的应力平衡，杜绝了滑动和不均匀沉降对坝体的不良影响;同时，也可以控制坝基的侧向变形，提高了施工效率。

提高抗渗性。由于连续防渗板插在砾石地基上，所以选用了强度高、抗渗性能好、壳体的良好耐候性以及材料的防渗透性，对渗流路径实施改变，提升抗渗性，缩小大坝的渗流量。

提高大坝的安全寿命。由于坝体的整体连接成整体，许多坝脚深深插入坝基，坝体刚柔，与地基相结合，避免了沉降的不均匀，大坝的安全得以保障。同时，基于轻质路堤构成的材料具有较好的稳定性、耐老化性、耐腐蚀性、抗菌性，如果能达到土石良好的覆盖，耐久性就可以保障。

对白色污染的控制。构建坝体的轻质材料可以采用废塑料和粉煤灰，在坝下集中掩埋，并会逐渐沉落到坝底。不仅保证了堤防的坚实性，更能对白色污染实施控制。另外，集中埋于堤坝下，并逐日沉入堤坝底层。它不仅为堤防提供了坚实的基础，而且是控制白色污染的好方法。此外，鲎轻质堤防的抗震性非常好。

3  鲎式轻质堤坝技术的应用

在很多工程中对鲎式轻质堤坝技术进行应用，其独特的优势性能解决了诸多施工难题。其应用实践的工程都被评为优良工程。以辽河油田的海滩石油勘探工程为例，该工程在潮间带建筑钻探平台和运输通道的过程中，利用石方施工，发生了下沉。之后根据的状态改用了鲎式轻质堤坝的结构模式，效果十分显著。在施工实践中应用鲎式轻质堤坝技术，总结出几大优点：坝体的边坡系数会随着硬壳加设而提高，与传统的边坡土坝相比较，可以减少45%的土方量，却强化了防渗性能;使用质量轻的材料，自然会让坝体质量有所减轻，不仅缩减了处理堤坝的成本，还大大提高了整体坝的抗滑稳定性。

3.1 温州方江屿水闸改建工程

规格为两米乘三米的闸门排水，是很低的标准，难以达到防洪排水的要求。为保证较高的泄洪能力，决定用五孔闸（5×5m）取代原有的二孔闸。本工程上游的库区、下游的海面造就其地质、气候条件特殊性，潮起潮落以及暴雨台风影响极大，潮汐和洪水共存，水文变化无常，对围堰施工以及维护带来很大的挑战。本工程的堤防构造利用鲎轻型堤防模式，构建钢板硬壳，高7m、长17m，以0.5m厚混凝土对钢板硬壳进行填充。利用絮凝剂在水下部分的添加，以及利用不分散混凝土有效解决了一些难题。工程应用实践证明，比原来计划的工期缩短了两个月。结束工程后，用吊车将围堰拆除吊装。在不离开地基的情况下，拆除是完全的，钢仍然可以使用。土石方量大大减少，成本明显降低，节约工程造价20多万元，同时拆除围堰时间也明显缩短，坡面冲刷问题也迎刃而解。

3.2 玉环旋门二期工程

玉环旋门二期工程分为两个施工码头，是名副其实的软地基，第一和第二号施工码头抗剪强度低、含水量高、大比例的孔隙、极小的渗透系数、深度埋藏、承载力不高，倘若以传统的施工手段至少要四个月时间才可以完成两个施工码头。严格分析软土地基的承载能力，把鲎式轻质硬壳堤坝技术与软基快速筑堤方法相结合，夯实上部结构。以非常规设计处理地基，码头外侧利用挖掘土方、换石、镇压抛垫等手段，确保码头的稳定性。处理地基更可以利用爆破法，硬壳结构采用老集装箱，单箱尺寸为12200×2440×2440mm。加工過程中用角钢对容器进行加固，防止集装箱因侧压变形。集装箱底部焊有趾脚，趾脚深深地插入到地基中。吊装完成后，将多个集装箱焊接成一个整体，并其中埋入混凝土和石块。该结构不仅外壳坚硬，更具备均衡的质量，保证了堤防的完整性。实现刚柔相济，软硬兼顾的目标。它能适应地基沉降和位移的变化，造价低，施工周期短，效率高。真正把码头坝不均匀沉降问题彻底解决掉。码头的建设完工只用了22天。完工后实施沉降设置、位移观测点设置，之后是沉降实施、进行位移测量。80天后，没发生码头位移和沉降的现象。该码头投入使用一年后观测，运行良好，无裂缝。

4  小结

加固堤坝工程中，软基快速筑堤方法与技术表明，通过对水下软基处理及坝体构筑施工，可以得出：以上的设计方法工程速度明显加快，工期得到缩短，为水利工程的相关领域开拓了发展的空间。但在施工中还有待研究一些未知难题，例如轻质硬壳堤坝在深水领域中龙口形成时堤头保护的结构问题，以及合拢时与其他方案如何接轨等问题。

参考文献：

[1]陶松垒，傅晓航.快速筑堤技术——鲎式轻质堤坝的结构和筑堤方法[C]//浙江省“生态围垦及其实施的工程技术”专辑.2006.

[2]陶松垒，冯全宏，邱春芳，等.塑料排水板加固水下软基的方法及设备[J].浙江科技学院学报，2000，12（3）：33-37.

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[4]堤防工程设计规范[M].北京：中国计划出版社，2013.

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