曾振雄

摘要：在堤防加固工程中，軟基壩施工中存在穩(wěn)定性差、施工周期長(zhǎng)、不能大規(guī)模施工機(jī)械化、壩體土石堆積不暢、合攏難度大等問題。通過調(diào)查、觀測(cè)分析、模型試驗(yàn)和工程實(shí)踐，形成了堤防加固工程快速施工的新技術(shù)和新方法。指出了借助土工織物和塑料排水板快速對(duì)水下軟基實(shí)施處理，采用輕質(zhì)硬殼堤壩方法快速構(gòu)筑壩體的方法。這些方法適用于海洋、港口、路基、碼頭、人工島等建筑物，具有工期短、速度快、成本低、安全可靠等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：堤防;軟基;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、滲透性差、孔隙比高、很長(zhǎng)時(shí)間方可凝固、超高靈敏度、低強(qiáng)度的抗剪性、觸變性和蠕變性等諸多特點(diǎn)，迅速地把穩(wěn)定安全的堤壩構(gòu)建在軟基上， 已經(jīng)成為學(xué)術(shù)領(lǐng)域和工程領(lǐng)域研究的關(guān)鍵課題。本課題采用塑料排水板和土工織物快速處理水下軟基，采用輕質(zhì)硬殼堤壩方法快速構(gòu)筑壩體的方法，進(jìn)行大強(qiáng)度快速加固建造堤壩的方法。

1? 土工織物和塑料排水板共同加固水下軟基措施

1.1 技術(shù)要領(lǐng)

伴隨深水區(qū)工程在沿海地區(qū)的發(fā)展（人工島項(xiàng)目、封閉港口、深水圍墾等），深水軟基加固作業(yè)的環(huán)境更加復(fù)雜，更加大了土工織物和塑料排水板的定位安裝的埋設(shè)的難度。正常的層土和淺水措施難以達(dá)到深水軟基加固施工標(biāo)準(zhǔn)，所以，必須采用新的手段對(duì)深水軟基快速加固，具體措施為水下軟基處理船、土工織物和塑料排水板的互相作用。利用振動(dòng)打樁法，通過激振力對(duì)土與樁管之間的粘性阻力實(shí)施破壞，以快速拆除和插入塑料排水板。插板穩(wěn)定的工作面是通過中空無底結(jié)構(gòu)雙體船進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到百根一次插、抵抗六級(jí)風(fēng)、抗擊二級(jí)浪的設(shè)計(jì)要求。減輕流速的影響可以利用樁管導(dǎo)流裝置。還有計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控、自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)控制的水下切板和裝卸、實(shí)時(shí)差分GPS定位。軟土地基處理技術(shù)深度35m，土層厚度30m，流速3m/s（各塑料排水板平均插入時(shí)間90s左右，誤差控制在±10cm以內(nèi)），達(dá)到了深水軟基快速加固的目的。

1.2 施工工藝

1.2.1 放線定位：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)劃制定施工組織制定方案。在作業(yè)海域采用GPS和測(cè)深儀繪制海圖。要對(duì)施工條件和施工環(huán)境進(jìn)行全面掌握，全面了解作業(yè)水域的地貌、地形、潮汐風(fēng)浪、水流等狀況。利用計(jì)算機(jī)對(duì)施工范圍進(jìn)行確定，對(duì)土工布或者鋪設(shè)塑料排水板施工區(qū)段實(shí)施劃定，對(duì)鋪設(shè)程序進(jìn)行籌劃，將船位實(shí)施提前設(shè)定，（圖1）然后引導(dǎo)作業(yè)船在設(shè)計(jì)的船位上作業(yè)，如圖2和圖3所示。

1.2.2 土工布鋪設(shè)：按照電腦設(shè)計(jì)的鋪設(shè)土工布位置，作業(yè)船進(jìn)入位置，對(duì)船體位置進(jìn)行確定，開始土工布鋪設(shè)。將錨或者砂袋與土工布前端進(jìn)行連接，將升降機(jī)落到水底，工作船沿著設(shè)定的位置緩慢移動(dòng)，過程中要在土工布上壓砂袋，土工布完成鋪設(shè)。

1.2.3 砂（或碎石）：在作業(yè)船上定位裝置的引導(dǎo)下，按設(shè)計(jì)要求拋撒砂墊層或碎石墊層必須按照設(shè)計(jì)的規(guī)劃，通過作業(yè)船上定位裝置的引導(dǎo)完成，對(duì)缺少部分進(jìn)行補(bǔ)充，呈現(xiàn)水平排水溝。

1.2.4 塑料排水板的插入：在計(jì)算機(jī)的監(jiān)視下，完成工作船進(jìn)入作業(yè)位置的程序，如圖3所示，利用起錨機(jī)對(duì)纜繩進(jìn)行移動(dòng)和固定。讓樁架的位置準(zhǔn)確，對(duì)塑料排水板進(jìn)行設(shè)置。在安裝操作中，通過電腦掌握水流和水深的變化情況。遇到偏差就要馬上糾正。完成船舶工序后，應(yīng)當(dāng)移到新的船位，然后反復(fù)設(shè)置，直至完工。

1.2.5 石壓載層的平拋：完成排水板作業(yè)后，開始按照加載率對(duì)壓載層實(shí)施澆筑。加大基礎(chǔ)承載力后，可以進(jìn)一步構(gòu)筑上部結(jié)構(gòu)。

1.3 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

①由于雙體船結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，船體面積46m×1.7m，甲板下重心和壓載水艙的作用，各有800kg錨和5T錨機(jī)安置在四角，具有非常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)度狀態(tài)，完全可以抵抗六級(jí)風(fēng)的能力，二級(jí)波浪環(huán)境和E級(jí)沿海航區(qū)調(diào)度。

②利用RTK實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)、GBS、數(shù)字測(cè)深儀和計(jì)算機(jī)記錄監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)的精度高。設(shè)置的一次性定位區(qū)域?yàn)?00m2，可以隨意移動(dòng)縱橫間距。船體施工面水平浮動(dòng)時(shí)，用壓載艙調(diào)整，擱置涂料時(shí)，用切樁裝置調(diào)整，以保證施工質(zhì)量。

③它可以作為一種多用途船舶廣泛使用和綜合利用?？勺鳛樗芰吓潘宀迦氪⑼凉た椢锊迦氪?、打樁船、地質(zhì)勘探船、爆破擠淤裝藥船、鉆探船等，也可用于浮水和擱涂，可用于各種水下基礎(chǔ)處理工程。

④自動(dòng)化程度高，能耗低，人員少，移動(dòng)定位簡(jiǎn)單，設(shè)定速度快，每臺(tái)班產(chǎn)量可達(dá)3000m，作業(yè)面積為400m2，經(jīng)濟(jì)性好，成本低，效益高。

1.4 應(yīng)用檢查

經(jīng)過幾次工程實(shí)踐檢驗(yàn)，逐步完善和完善，趨于成熟。目前，為了解決軟基在深水惡劣環(huán)境中的快速處理問題，已在省級(jí)和國家重點(diǎn)工程中開展了9種作業(yè)船。

2? 輕質(zhì)硬殼堤壩法

2.1 鱟式輕質(zhì)堤壩簡(jiǎn)介

鱟又名東方鱟，是一種節(jié)肢動(dòng)物。頭部和胸部的甲殼呈半月形，腹部的甲殼呈六邊形。有6對(duì)附屬物和6對(duì)片狀游動(dòng)肢體，常見于淺水區(qū)。它堅(jiān)硬的外殼，拱形的結(jié)構(gòu)和完整的體形，如果它躺在沙灘上，無論海浪和潮汐有多強(qiáng)烈，無論鯊魚有多兇猛，它都不會(huì)因?yàn)樯碁┑能浫醵萑肽嗵丁＼浕谭佬枰@樣的特點(diǎn)。模擬鱟體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了鱟體輕型堤防的結(jié)構(gòu)和施工方法。其基本特點(diǎn)是：用高強(qiáng)度材料制作堤身或堤身的一部分;用骨增強(qiáng)材料支撐堤身的變形部分，然后再填充其他填充材料，以達(dá)到減輕重量、加強(qiáng)加固、防滲、隔離和樁高的目的，從而提高堤防的強(qiáng)度。在軟土地基中，輕質(zhì)墊層用于易于下沉和滑動(dòng)的部位，從而降低了零件易下沉的質(zhì)量，調(diào)節(jié)了壩體的平衡，從而平衡了壩體的荷載，提高了壩體的整體穩(wěn)定性。為了克服滲漏，將連續(xù)防滲板插入礫石地基上。其基本技術(shù)思想包括：輕質(zhì)壩體、硬性結(jié)構(gòu)壩殼、隔離防滲、壩腳深插、一體化?；窘Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2 輕質(zhì)壩體

對(duì)于軟弱地基，由于壩基與壩體之間的不平衡，壩基下的荷載會(huì)不一致，導(dǎo)致沉降不均勻。通過設(shè)置輕壩讓這個(gè)問題得以解決。對(duì)壩基的強(qiáng)度進(jìn)行分析，利用空心或者質(zhì)量輕的材料構(gòu)建壩體，上面覆蓋土、碎石和草皮。在初期建議了輕質(zhì)硬殼堤防的設(shè)計(jì)措施，并分析了可靠的程度。

通常情況下，有四種措施進(jìn)行輕質(zhì)壩體的施工：①堤芯的輕質(zhì)處理。整個(gè)壩心的結(jié)構(gòu)利用空心或者輕質(zhì)的材料，讓大壩的整體強(qiáng)度得以提升。②局部填充法。為了調(diào)節(jié)大壩的平衡，輕質(zhì)材料應(yīng)埋在大壩的某些部位，如最易下沉的部位。③壩底墊層法。在壩體底部鋪設(shè)一定強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，擴(kuò)大地基的荷載擴(kuò)散范圍，限制底層軟土。④摻拌法。在路堤土或混凝土中摻入輕質(zhì)填料，可使土迅速脫水，降低容重，提高強(qiáng)度，穩(wěn)定站立，提高坡率。

2.3 硬質(zhì)結(jié)構(gòu)壩殼

風(fēng)浪對(duì)堤壩的沖蝕和不均勻的沉降是堤壩受破壞的根本原因有兩個(gè)因素，即不均勻的沉降和風(fēng)浪對(duì)堤壩的沖擊和侵蝕，由此有必要構(gòu)建高強(qiáng)度的硬質(zhì)壩殼。壩外殼或某部分的壩外殼的構(gòu)建材料必須具備高強(qiáng)度的材料，以拉筋和肋骨的形式作為支撐，構(gòu)成牢固的三面光構(gòu)造，用松散材料進(jìn)行填充。

2.4 鱟式輕質(zhì)堤壩的優(yōu)點(diǎn)

大壩的穩(wěn)定性得到了改善。一方面，降低了引發(fā)壩體沉降的質(zhì)量，把強(qiáng)度提升上來，讓壩體有足夠的應(yīng)力平衡，杜絕了滑動(dòng)和不均勻沉降對(duì)壩體的不良影響;同時(shí)，也可以控制壩基的側(cè)向變形，提高了施工效率。

提高抗?jié)B性。由于連續(xù)防滲板插在礫石地基上，所以選用了強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、殼體的良好耐候性以及材料的防滲透性，對(duì)滲流路徑實(shí)施改變，提升抗?jié)B性，縮小大壩的滲流量。

提高大壩的安全壽命。由于壩體的整體連接成整體，許多壩腳深深插入壩基，壩體剛?cè)?，與地基相結(jié)合，避免了沉降的不均勻，大壩的安全得以保障。同時(shí)，基于輕質(zhì)路堤構(gòu)成的材料具有較好的穩(wěn)定性、耐老化性、耐腐蝕性、抗菌性，如果能達(dá)到土石良好的覆蓋，耐久性就可以保障。

對(duì)白色污染的控制。構(gòu)建壩體的輕質(zhì)材料可以采用廢塑料和粉煤灰，在壩下集中掩埋，并會(huì)逐漸沉落到壩底。不僅保證了堤防的堅(jiān)實(shí)性，更能對(duì)白色污染實(shí)施控制。另外，集中埋于堤壩下，并逐日沉入堤壩底層。它不僅為堤防提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且是控制白色污染的好方法。此外，鱟輕質(zhì)堤防的抗震性非常好。

3? 鱟式輕質(zhì)堤壩技術(shù)的應(yīng)用

在很多工程中對(duì)鱟式輕質(zhì)堤壩技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)性能解決了諸多施工難題。其應(yīng)用實(shí)踐的工程都被評(píng)為優(yōu)良工程。以遼河油田的海灘石油勘探工程為例，該工程在潮間帶建筑鉆探平臺(tái)和運(yùn)輸通道的過程中，利用石方施工，發(fā)生了下沉。之后根據(jù)的狀態(tài)改用了鱟式輕質(zhì)堤壩的結(jié)構(gòu)模式，效果十分顯著。在施工實(shí)踐中應(yīng)用鱟式輕質(zhì)堤壩技術(shù)，總結(jié)出幾大優(yōu)點(diǎn)：壩體的邊坡系數(shù)會(huì)隨著硬殼加設(shè)而提高，與傳統(tǒng)的邊坡土壩相比較，可以減少45%的土方量，卻強(qiáng)化了防滲性能;使用質(zhì)量輕的材料，自然會(huì)讓壩體質(zhì)量有所減輕，不僅縮減了處理堤壩的成本，還大大提高了整體壩的抗滑穩(wěn)定性。

3.1 溫州方江嶼水閘改建工程

規(guī)格為兩米乘三米的閘門排水，是很低的標(biāo)準(zhǔn)，難以達(dá)到防洪排水的要求。為保證較高的泄洪能力，決定用五孔閘（5×5m）取代原有的二孔閘。本工程上游的庫區(qū)、下游的海面造就其地質(zhì)、氣候條件特殊性，潮起潮落以及暴雨臺(tái)風(fēng)影響極大，潮汐和洪水共存，水文變化無常，對(duì)圍堰施工以及維護(hù)帶來很大的挑戰(zhàn)。本工程的堤防構(gòu)造利用鱟輕型堤防模式，構(gòu)建鋼板硬殼，高7m、長(zhǎng)17m，以0.5m厚混凝土對(duì)鋼板硬殼進(jìn)行填充。利用絮凝劑在水下部分的添加，以及利用不分散混凝土有效解決了一些難題。工程應(yīng)用實(shí)踐證明，比原來計(jì)劃的工期縮短了兩個(gè)月。結(jié)束工程后，用吊車將圍堰拆除吊裝。在不離開地基的情況下，拆除是完全的，鋼仍然可以使用。土石方量大大減少，成本明顯降低，節(jié)約工程造價(jià)20多萬元，同時(shí)拆除圍堰時(shí)間也明顯縮短，坡面沖刷問題也迎刃而解。

3.2 玉環(huán)旋門二期工程

玉環(huán)旋門二期工程分為兩個(gè)施工碼頭，是名副其實(shí)的軟地基，第一和第二號(hào)施工碼頭抗剪強(qiáng)度低、含水量高、大比例的孔隙、極小的滲透系數(shù)、深度埋藏、承載力不高，倘若以傳統(tǒng)的施工手段至少要四個(gè)月時(shí)間才可以完成兩個(gè)施工碼頭。嚴(yán)格分析軟土地基的承載能力，把鱟式輕質(zhì)硬殼堤壩技術(shù)與軟基快速筑堤方法相結(jié)合，夯實(shí)上部結(jié)構(gòu)。以非常規(guī)設(shè)計(jì)處理地基，碼頭外側(cè)利用挖掘土方、換石、鎮(zhèn)壓拋墊等手段，確保碼頭的穩(wěn)定性。處理地基更可以利用爆破法，硬殼結(jié)構(gòu)采用老集裝箱，單箱尺寸為12200×2440×2440mm。加工過程中用角鋼對(duì)容器進(jìn)行加固，防止集裝箱因側(cè)壓變形。集裝箱底部焊有趾腳，趾腳深深地插入到地基中。吊裝完成后，將多個(gè)集裝箱焊接成一個(gè)整體，并其中埋入混凝土和石塊。該結(jié)構(gòu)不僅外殼堅(jiān)硬，更具備均衡的質(zhì)量，保證了堤防的完整性。實(shí)現(xiàn)剛?cè)嵯酀?jì)，軟硬兼顧的目標(biāo)。它能適應(yīng)地基沉降和位移的變化，造價(jià)低，施工周期短，效率高。真正把碼頭壩不均勻沉降問題徹底解決掉。碼頭的建設(shè)完工只用了22天。完工后實(shí)施沉降設(shè)置、位移觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置，之后是沉降實(shí)施、進(jìn)行位移測(cè)量。80天后，沒發(fā)生碼頭位移和沉降的現(xiàn)象。該碼頭投入使用一年后觀測(cè)，運(yùn)行良好，無裂縫。

4? 小結(jié)

加固堤壩工程中，軟基快速筑堤方法與技術(shù)表明，通過對(duì)水下軟基處理及壩體構(gòu)筑施工，可以得出：以上的設(shè)計(jì)方法工程速度明顯加快，工期得到縮短，為水利工程的相關(guān)領(lǐng)域開拓了發(fā)展的空間。但在施工中還有待研究一些未知難題，例如輕質(zhì)硬殼堤壩在深水領(lǐng)域中龍口形成時(shí)堤頭保護(hù)的結(jié)構(gòu)問題，以及合攏時(shí)與其他方案如何接軌等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶松壘，傅曉航.快速筑堤技術(shù)——鱟式輕質(zhì)堤壩的結(jié)構(gòu)和筑堤方法[C]//浙江省“生態(tài)圍墾及其實(shí)施的工程技術(shù)”專輯.2006.

[2]陶松壘，馮全宏，邱春芳，等.塑料排水板加固水下軟基的方法及設(shè)備[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，12（3）：33-37.

[3]宋小兵，易琴.砂卵石快速筑堤技術(shù)在堤防加固工程中的應(yīng)用——以廣東英德牛肚溪工程為例[J].黑龍江水利科技，2019（6）：211-213.

[4]堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2013.

[5]鄧健.廣東英德市沙口鎮(zhèn)牛肚溪地勘報(bào)告[R].廣州：廣東水科院勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2013.