錢塘江塘工技術(shù)近期進展

陳東海

（浙江省錢塘江管理局勘測設(shè)計院，浙江杭州 310006）

0 前言

錢塘江海塘歷史悠久，是我國著名的古代水利工程之一。錢塘江海塘分列于河口南北兩岸，按海塘范圍劃分統(tǒng)計，北岸海塘起自杭州社井，終至平湖金絲娘橋，北岸塘長合計178 km；南岸海塘起自蕭山茅山閘，終至慈溪半掘浦，南岸塘長合計190 km。錢塘江海塘在早期歷史上均是土塘或土石混合塘。因土塘難以捍御涌潮、漲落潮流及風(fēng)浪的沖刷，故至五代時期，修筑海塘逐漸采用石料、竹籠、柴埽等防護迎潮坡面；至明清時期又改進為以直立式塘型為主，興建有條石迭砌的大石塘、丁由石塘和魚鱗石塘；至民國時期，開始引入西方技術(shù)及水泥新材料，興建了一些混凝土直立塘或混凝土斜坡塘。中華人民共和國成立后，結(jié)合江道整治的實施，尤其是20世紀60年代全線縮窄治江方案提出后，錢塘江河口兩岸治江圍涂、乘淤圍涂發(fā)展迅速，興建了大量的土石斜坡式圍堤。隨著多期圍涂向江中的進占，岸線漸達固定岸線。至今，除上虞、余姚、慈溪沿江岸段尚在繼續(xù)治江圍涂外，其余沿江岸線均已基本到達治江規(guī)劃岸線。兩岸臨江一線的堤塘，經(jīng)過多次更迭后，已大部分為新建圍堤所替代，目前除聞堰段（長約17 km）、海寧老鹽倉至尖山段（長約33 km）和海鹽秦山海堤至五團（長約11 km）為早期所建老海塘仍處防潮一線外，其余長約307 km的一線塘均是近期新建海塘（圍堤），占到兩岸一線塘總長的83%。

20世紀90年代，浙江省人民政府鑒于當時兩岸海塘結(jié)構(gòu)薄弱、防洪潮能力偏低的現(xiàn)狀，為有力保障兩岸廣大地區(qū)人民生命財產(chǎn)的防洪潮安全和適應(yīng)沿岸改革開放經(jīng)濟迅速發(fā)展需求，部署了一線塘標準塘工程建設(shè)。與此同時，國家、省部的防洪標準、堤防工程設(shè)計、海塘工程技術(shù)等規(guī)范、規(guī)定相繼制訂出臺，提供了海塘設(shè)計依據(jù)，促使工程設(shè)計及施工更為科學(xué)合理。在這海塘建設(shè)新形勢下，塘工技術(shù)相應(yīng)取得了較大進展。現(xiàn)就主要進展變化情況，按海塘塘型結(jié)構(gòu)、塘腳防沖設(shè)施、護塘丁壩、筑塘施工技術(shù)等方面分別介紹如下。

1 海塘塘型與結(jié)構(gòu)演變

1.1 塘型

近期來，兩岸海塘經(jīng)過標準塘加固，或塘線外移新建標準塘后，海塘面貌已煥然一新。從塘型上看，曾在清朝時期盛行的直立式塘型，近期來已轉(zhuǎn)為普遍采用斜坡式。究其原因，主要是受工程地質(zhì)條件和投資費用所決定。因沿江塘基多為軟土地基，并下方臥有力學(xué)性能很差的淤泥質(zhì)土層，故為了適應(yīng)地基承載及工后沉降變形能力，大多選用斜坡式塘型，并且斜坡塘有利于施工方便，工程投資節(jié)省。但在近期海塘建設(shè)中，也尚有少量采用直立式海塘。例如杭州城市防洪堤，由于城市規(guī)劃江邊用地矛盾十分突出，為了滿足城市沿江大道及綠化等布置需求，故采用了塘身占地較少的直立式塘型。綜觀目前兩岸塘型分布情況，臨江一線直立式塘型的塘長約有86 km，其中46 km為早期所建魚鱗石塘、丁由石塘的老海塘，而近期新建直立式的塘長僅為20 km，約占到近期兩岸新建塘塘長307 km的7%。

錢塘江近期新建海塘的代表性塘型斷面參見圖1～圖4所示。

圖1 杭州城市防洪堤（白塔嶺-材廠段）斷面圖

圖2 杭州下沙海塘斷面圖

圖3 海寧尖山二期圍墾堤斷面圖

圖4 海鹽五團-八團標準塘斷面圖

1.2 海塘斷面結(jié)構(gòu)

錢塘江海塘地處強潮河口沿岸，河口水流動力強，潮位高，潮差大，在下游段的杭州灣，水域?qū)拸V，風(fēng)浪大，又新建海塘普遍采用斜坡式，波浪爬高較大，以致按堤防標準設(shè)計時，塘頂高程較高，塘身斷面很大，由此對海塘地基應(yīng)力、整體抗滑穩(wěn)定和工程量均帶來許多問題。如何合理降低塘頂設(shè)計高程，成為近期海塘建設(shè)重要技術(shù)問題之一。通過分析計算和水槽波浪模型試驗，包括有波浪爬高、越頂水量及沖刷試驗等，確定了如下降低塘頂高程的多種措施。

（1）海塘迎潮坡護面采用混凝土預(yù)制塊；

（2）設(shè)置牢固的防浪墻，如采用直立式或反圓弧的鋼筋混凝土擋浪墻結(jié)構(gòu)；

（3）塘頂高程按允許越浪和控制越浪量在允許值范圍內(nèi)進行設(shè)計。

近期海塘建設(shè)在斷面設(shè)計上又有一個特點：增設(shè)防汛通車道路和注重環(huán)境綠化。因海塘養(yǎng)護、搶險的需要，沿程均設(shè)有通車道路。對海塘背水坡普遍種植草皮護面，以防止坡面水土流失；在風(fēng)浪越頂?shù)牡潭危脖M量設(shè)法采用如混凝土預(yù)制螺母塊孔內(nèi)植草等綠化設(shè)施，以達到海塘視覺美觀和環(huán)境生態(tài)。

2 海塘塘腳防沖設(shè)施改進

錢塘江河口中、上游段是徑流、潮流共同作用的河段，河床由易沖易淤的細粉砂組成，在自然河況下沖淤變化劇烈。又因河口平面上呈喇叭形，縱剖面上有沙坎隆起，以致在海寧尖山河段以上有涌潮強沖刷動力作用。因海塘施工環(huán)境惡劣，一日兩潮，無一般性河流可利用枯水季節(jié)的施工條件，而修筑圍堰施工則工程量甚大，只能趁低潮位的幾個小時搶潮作業(yè)，故海塘塘腳防沖工程設(shè)施是長期來有待攻克的技術(shù)難題。

兩岸原有塘腳防沖工程設(shè)施大多是采用深度1～2 m的混凝土或漿砌塊石大方腳與塘前水平拋石相結(jié)合，常因河床灘槽變化，主流逼近，塘腳灘地刷深而沖失損毀。在歷史上修建考究的魚鱗石塘，塘腳曾建有條石砌筑的護坦，并外側(cè)設(shè)有木排樁防沖屏護，但因木樁長度（約4 m）不足，當遭遇潮流頂沖和塘腳灘地劇烈刷深時而出現(xiàn)木排樁、護坦沖失，甚至石塘塘基木樁出露等險象。在近期海塘加固建設(shè)時，針對沿程不同塘段、不同結(jié)構(gòu)特點進行了多種塘腳防沖工程試驗，并獲得成功。其主要有鋼筋混凝土長板樁防沖墻和小沉井群防沖工程兩種，分述如下。

由表8可知，各因素對試驗成品的影響順序為：因素A>因素D>因素B>因素C。對于因素A，A1

2.1 海寧魚鱗石塘護坦鋼筋混凝土長板樁防沖墻

海寧段魚鱗石塘為清代修建的古海塘，現(xiàn)仍有長達30 km屹立在臨江一線。該海塘采用條石縱橫交錯砌筑及鐵錠、鐵簫等相連，塘下布有木樁支撐，石塘外腳有條石護坦，護坦外側(cè)又有木排樁防沖保護。在標準塘加固設(shè)計時，鑒于木排樁易發(fā)生沖失和海塘整體抗滑穩(wěn)定安全需要，擬采用護坦外側(cè)打鋼筋混凝土長板樁（樁長10～12 m），樁頂設(shè)有連系梁固定，形成一道連續(xù)墻，以替換原有木排樁防護作用。由于石塘型式特殊，又需避開涌潮對打樁機具的沖擊，為此專門研制了用于海寧直立塘的多功能步履式柴油錘打樁機，架于石塘頂上，錘打落差6 m護坦的外側(cè)長板樁（見圖5），經(jīng)過一年多來的現(xiàn)場試驗，取得了打樁成功。長板樁防沖工程運行至今，效果良好。

圖5 海寧魚鱗石塘防沖板樁墻打樁示意圖

除海寧段打長板樁建防沖墻外，在杭州段白塔嶺至木材廠塘線外移新建時，根據(jù)該段水文地質(zhì)特點，采用了打樁船進行水力沖沉和震動錘打相結(jié)合的沉樁工藝，也建成了樁長約8 m的防沖板樁墻。

2.2 小沉井群塘腳防沖工程

小沉井群防沖工程首次使用是在杭州郊區(qū)下沙段斜坡式海塘。斜坡式是近期新建海塘的主要形式，大多是在粉砂土地基的高灘上修建。由于江道沖淤變化大，一旦主流臨近，塘前灘地可刷深3～5 m，從而經(jīng)常出現(xiàn)斜坡塘腳址大方腳掛空現(xiàn)象，雖采取拋石搶險護腳等補救措施，往往難以奏效，以致屢修屢坍。根據(jù)近期反鏟挖掘機下江開挖作業(yè)的事例，設(shè)計提出了采用沉放小沉井群作垂直防沖保護的技術(shù)方案。小沉井群結(jié)構(gòu)布置上類似重力式擋墻，小沉井為鋼筋混凝土預(yù)制件。施工時首先是鋪設(shè)下江施工便道，采用反鏟挖掘機沿塘腳開挖灘地表層塊石，然后吊放沉井成排狀就位，用水搶沖沉沉井至設(shè)計高程（沉井底高程應(yīng)在灘面最低沖刷線以下），并在沉井壁內(nèi)回填混凝土及塊石料，沉井群排狀的井頂設(shè)有錨筋和鋼筋混凝土連續(xù)梁相連，并橫向上通過鋼筋混凝土拉梁與混凝土護坦構(gòu)成整體。該防沖工程基本上解決了斜坡式海塘底腳防沖深度不足的致命弱點，并且施工速度快，成本相對較低。在近期標準塘建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，在杭州城區(qū)有較高邊灘的直立式海塘段（觀音堂至三堡）也采用該措施作為塘腳防沖層（見圖6）。

3 丁壩的技術(shù)改進

圖6 杭州城市防洪堤（三橋-三堡段）斷面圖

錢塘江河口兩岸修筑丁壩已有相當長的歷史，并取得豐富的經(jīng)驗。由于丁壩促淤、保灘、護灘作用明顯，工程造價較低，故丁壩是目前常用的工程措施之一。在近期標準海塘建設(shè)中，對丁壩布置、結(jié)構(gòu)型式等做了大量科學(xué)試驗工作，特別是對新近修建的樁式丁壩，浙江省河口所進行了有關(guān)水流、沖刷等系列專題的試驗，繼后在實踐和總結(jié)的基礎(chǔ)上開展了加固老丁壩和新建樁式丁壩工程建設(shè)，取得了較好成效。以下僅就丁壩建筑結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)改進作些介紹。

3.1 樁式丁壩在錢塘江的首次試驗及應(yīng)用

在海寧段標準塘工程設(shè)計時，為了有效地保護標準塘塘腳灘地免受主流逼近而刷低，擬在海寧段沿岸拋筑57座圬工丁壩。因圬工丁壩建筑在拋石基礎(chǔ)上，受江道變遷及水流沖刷影響，壩頭、壩根及丁壩上游側(cè)常易出現(xiàn)沖刷深坑，日后工程維護工作量大，為此參考海寧最新打樁試驗成功的經(jīng)驗，提出了利用打設(shè)鋼筋混凝土長板樁的方法興建丁壩。即排樁式直立丁壩（簡稱樁式丁壩）。樁式丁壩基礎(chǔ)深，基本可不依賴于堆石防護而能維持自身穩(wěn)定，且運行期中維護工程量小。

樁式丁壩在實施時先行建設(shè)了試驗丁壩，即單排樁式丁壩和雙排樁式丁壩各一條，并對試驗丁壩結(jié)構(gòu)內(nèi)力現(xiàn)場測試，以及對工后促淤效果進行了觀測分析。經(jīng)總結(jié)分析后，最終推薦海寧段均采用單排樁式丁壩，共建成樁式丁壩52條。壩長大多為50 m，少量為70 m。堤頂高程約在平均低潮位以上1 m。對于丁壩間距的布置，在順直岸段壩長與壩距之間取用1∶5，在彎曲內(nèi)凹岸段取用1∶4。

單排樁式丁壩結(jié)構(gòu)布置為：按垂直于岸線布置打樁，鋼筋混凝土板樁呈排樁，并頂部有連系梁及橫梁固定，據(jù)此組成丁壩整體結(jié)構(gòu)。丁壩長50 m。由于壩頭部分受潮流沖刷強烈，故壩頭段按雙排樁布置，但壩身部分為單排樁，并在其上游側(cè)間隔設(shè)有加強肋板樁，排樁頂部設(shè)有鋼筋混凝土帽梁相連，壩頭段雙排樁之間及壩身段的上、下游板樁之間采用若干連系梁相連。單排樁詳細布置參見圖7所示。

圖7 海寧段典型樁式丁壩平面、剖面圖

3.2 老丁壩的加固技術(shù)

錢塘江原有丁壩大多采用拋石堆筑，壩面用圬工保護，壩頭用沉井或沉箱、大塊混凝土塊體保護。因錢塘江河口水動力強，灘槽沖淤變化大，故原有老丁壩很易損壞。經(jīng)過近期模型試驗研究，對壩頭、壩根、壩身等易損部位，設(shè)計上作了較大改進，如壩根采用擴大八字腳，壩根采用沿塘腳沖深范圍打長樁保護；在壩身上游側(cè)采用較寬的挑流平臺；在壩頭采用掛樁攔石防沖設(shè)施。另在老鹽倉長丁壩壩頭加固時鑒于壩頭沖刷坑深，采用了沿壩頭周邊設(shè)置土工布鋼筋籠骨架作模板，內(nèi)灌混凝土，建成自壩頭底腳至壩頂?shù)恼w混凝土護面。又在美女山壩加固時，鑒于壩腳塊石成堆，采用了于壩腳開挖塊石混合料安放小沉井作壩腳垂直防護和結(jié)合拋石水平防沖設(shè)施。

上述老丁壩加固后，至今運行均良好。

4 筑塘施工技術(shù)的進展

4.1 筑塘方式的變化

在20世紀70年代，錢塘江兩岸圍涂筑塘大多是在高灘上采用人工挑土堆筑而成，至80年代逐漸利用粉砂土的特性改用泥漿泵水力吹填、土工布充泥管袋等筑塘。隨著治江圍涂向江中進占，于近期開始出現(xiàn)在低灘上進行水中筑塘。該筑塘方式一般是先行從陸域兩端沿著塘線拋筑堆石壩，提供圍區(qū)促淤條件，待灘地淤漲后再行修筑海塘。在施工時，塘線上預(yù)留有缺口（龍口），作潮流進出通道，待圍區(qū)促淤達一定程度后，選擇合適時機進行堵口合攏。例如近期修建的海寧尖山二期圍堤、海鹽黃沙塢圍堤、平湖白沙灣圍堤，以及蕭山、紹興等低灘圍墾均采用上述筑塘方式。

4.2 地基處理技術(shù)

錢塘江早期筑塘一般不作處理，或僅作簡單處理，如采用換土墊層法、壓載法，或利用樁基等修建海塘。隨著近期科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)逐漸出現(xiàn)砂樁、強夯、振沖樁、砂井或插塑料板排水等地基處理方法。在近期錢塘江海塘建設(shè)中，開始應(yīng)用插設(shè)塑料板水板法。該方法是在地基中利用插設(shè)排水板形成豎向排水通道，并與排水板頂部的砂墊層水平通道組成地基排水系統(tǒng)，從而在上部筑塘加荷作用下，加速地基排水固結(jié)，增強地基強度，減少工后沉降。如在平湖白沙灣圍堤的應(yīng)用事例參見圖8所示。近期修建的平湖乍浦港圍堤、杭州城市防洪堤外移段等也均采用了類似方法進行地基處理。

在杭州城市防洪堤外移段，因擋墻基礎(chǔ)拋石深厚，采用了重錘夯擊法進行拋石基層密實處理。在杭州段濱江區(qū)七甲段和海鹽南臺頭閘出口段海塘加固時，為了提高迎水坡斜坡的抗滑穩(wěn)定性能，采用了水泥攪拌樁組成地下連續(xù)墻體。

5 新工藝、新材料的應(yīng)用

5.1 海塘滲漏高噴法處理

圖8 平湖市白沙灣至水口治江圍涂工程斷面圖 （ 地基塑料排水板處理）

上虞曹娥和蕭山聞堰老海塘均為歷史上早期修建的丁由石塘。該塘為迎水坡由條石丁橫交替砌面，條石內(nèi)側(cè)填碎石及土的直立式海塘，背水坡多為砌石擋土墻。由于塘身斷面單薄，并且塘基夾有瓦礫、碎石料等透水層，每當外江洪水位較高時，塘背常出現(xiàn)明顯的渾水滲漏現(xiàn)象。雖然曾多次采用黃泥灌漿也無濟于事，若改用塘身培土加寬防滲，則因塘后民房密集，拆遷費用過大而無法實施，成了長期來懸而未決的難題。在近期標準塘建設(shè)時，對該海塘采用了高壓噴射注漿建防滲墻的加固工藝，即沿塘線間隔1.5～2 m鉆機造孔和利用三重管高噴注漿機自下而上定向擺噴水泥漿，形成一道漿液和土體混合凝結(jié)的防滲連續(xù)墻（見圖9）。施工后經(jīng)圍井開挖和鉆機取樣檢測，其整體性、連續(xù)性均較好，至今運行良好，表明了該方法能有效地解決塘身、塘基土層復(fù)雜、含有碎石層的滲漏問題，并且該工藝設(shè)備簡單，工期短，見效快，具有較好的推廣價值。

5.2 土工合成材料的廣泛使用

圖9 上虞曹娥海塘高噴防滲連續(xù)墻示意圖

土工合成材料應(yīng)用于堤防工程是近二十年來發(fā)展起來的一門新技術(shù)。在近期錢塘江海塘建設(shè)中，土工合成材料已廣泛地使用于地基加固、軟土排水固結(jié)、防滲反濾、織物模袋混凝土防沖護坦和管袋充填土筑堤等工程。例如：采用有紡?fù)凉げ间伒祝蛲凉じ駯配伒祝岣吡说鼗休d能力和整體抗滑性能；采用插設(shè)塑料排水板加速軟粘土地基排水固結(jié)沉降及提高地基強度；利用模袋混凝土可水下施工和混凝土未凝結(jié)前能承受涌潮沖刷的特點，采用錦綸模袋泵灌混凝土修建了水下防沖護坦；利用土工布袋裝土替代堵口或丁壩部分拋石體。此外，利用土工布管袋充泥筑堤、筑圍堰，利用無紡?fù)凉げ甲鞣礊V材料等，在近期海塘建設(shè)中更是得到廣泛應(yīng)用。