CN1773022A - 软基快速筑堤方法与技术 - Google Patents

Abstract

软基快速筑堤方法与技术，针对软基堤坝稳定性差，工期长，无法机械化快速度大规模施工，堤身堆不上去，堤坝合拢困难，投资风险大等问题，提出的新方法。它采用塑料排水板、土工织物和爆破爆炸等手段快速处理地基；采用爆填、爆夯和轻质硬壳堤坝等方法快速构筑坝体；采用原状土管道输送设备和轻质硬壳堤坝等方法快速形成闭气土方；采用计算机技术、有限元分析和高效立体筑堤施工方法，实时监控堤坝的垂直沉降、水平位移、孔隙水压力和地基承载强度的变化，统筹兼顾地基承载力与快速筑堤过程中的时间、空间关系，处理了安全，经济，高效的关系。从而避免盲目性，达到软弱地基上快速建造堤坝的目的。适用于软基筑堤、快速筑堤，围堰、人工岛构筑。

Description

软基快速筑堤方法与技术

技术领域

本发明涉及堤坝建造技术。是一种软弱地基上快速构筑堤坝的方法与系统。

背景技术

整个地球的表面大量分布着软粘土层，国外著名的软粘土有挪威的Drammen粘土、加拿大的Champlain(Leda)粘土、美国Boston蓝粘土、Chicago粘土和San Francisco海湾淤泥、墨西哥的Mexico City粘土、泰国的Bangkok粘土、新加坡的Singapore粘土、日本的Tokyo粘土、Osaka粘土等。在中国，软粘土主要分布在天津、连云港、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、泉州、广州、深圳、湛江等沿海城市以及内陆的武汉、南京、昆明、贵阳等城市。当前，这些城市也正是经济发展迅猛，土木工程活动最活跃的地区。

本发明所述的堤坝包括堤防、围堰、路堤、档土墙、码头、人工岛等。围海、港口、公路、铁路、运河、钻探平台、养殖等很多建筑物，往往必须建于软土地基之上，而且都与堤坝有关。软土地基上堤坝建筑技术和堤坝稳定的研究是一个关键性的课题，具有十分重要的意义。因此，软土地基上的快速筑堤问题，是一个普遍的典型的岩土工程问题。也是当前国际土力学与岩土工程界研究的重点和热点。

由于堤坝下埋藏着深厚软弱土层和超软弱土层，其特征是：含水量高，孔隙比大，渗透系数小，承载力与抗剪强度低，灵敏度高，固结时间长等等。在设计和筑堤中存在着如下问题：(1)地基软弱：理论上的处理方法是避开软弱地基或挖除软弱土层，但对于很多工程来讲，特别是海岸港口工程，软弱地基的层厚达30m，有的甚至60m，要避开或挖除就显得不切合实际，只能在软基上建筑堤坝。(2)堤坝体身过重：对于软基来说，重力坝并非越重越好，一方面，过重致使坝基土体中超静水压力增大，有效应力减小，抗剪强度降低，在波浪荷载作用下，底床主应力方向不停发生转变，导致地基破坏；另一方面，坝身过重将在设计环节限制堤坝顶高度，易造成越浪。研究表明越浪水流冲刷堤坝，先在防浪墙后冲成深沟，防浪墙沉陷倾倒，形成海水漫顶溢流冲刷土堤使块石护墙层层塌落直至削平堤坝。(3)堤坝材料松散防渗性差：用泥土和石块填筑的堤坝，对十里长堤来说，都是松散材料，只要地基稍有变动，就有缝隙，水就会渗漏出来，淘蚀堤身土料。堤身渗漏是一大隐患，干砌块石防冲砌体防渗性差，容易松动变形。(4)稳定性差：在施工期内或建成后经常出现不均匀沉降、滑坡、位移，一遇地震、台风就损失惨重，堤防被毁，海水倒灌。(5)固结缓慢工期长：软粘土的渗透系数在10^-6-10^-8cm/s，堤身土方堆不上去，站不住，施工时间长，尽管采用了塑料排水板、土工布及砂垫层等措施，仍要根据地基承载力严格控制加荷速率。如若出现大面积滑移，就需呆上一年半载地基才能恢复强度，无法机械化快速度施工。(6)土石方量大：由于堤身土方堆不上去，站不住，石方又沉陷无底，而且边坡遭到风、浪、冰的侵蚀，施工时堤身土方自然坡比大达1∶16。大量被开采的土石方不能成为堤坝体方量，使无功方量相当大，费用非常高。(7)堵口合拢困难：随着口门的缩小，水头压差增加，流速增大。由于堵口合拢段地基软弱，容易决口。一旦堵口合拢失败，冲坑很深，工期和造价更是无法控制。等等。

国内外现有技术：在天然软土地基上建造堤坝，必然受制于天然地基土的物理力学性质，这就限制了堤坝的填筑高度，并会影响到堤坝的稳定性和施工进度。为了加强天然地基上堤坝的稳定性、减小地基沉降、增加填筑高度或加快施工进度，采用各种地基处理方法对天然地基进行处理。有的采用堆载预压法和真空预压法，有的采用砂井、打设塑料排水板、碎石(砂)桩加快施工期间土体中孔隙水的消散进度，也有的采用各类土工合成材料，比如土工织物、土工格栅、土工加筋材料加强天然地基，还有的采用爆炸法处理地基。

对软基堤坝的稳定性研究和软基堤坝建造技术的研究，国内外都有大量研究的报道。20世纪80年代前期，人们都用土方堆积人工岛，这种人工岛斜坡非常平缓，一般在1∶12-1∶16，但容易遭到风、浪、冰的侵蚀，且填土量相当大，费用非常高。于是，人们开始研究沉箱、圈闭方法。1981年加拿大DOME石油公司研制出混凝土沉箱；1988年埃索资源公司又推出钢沉箱；后又有Barry W.Ferguson的利用旧船壳作人工岛；Miklos T.Srabor用交联凝胶材料圈闭人工岛；日本的沉箱结构防波堤，采用中空结构的堤坝形式，用于消浪吸能；著名的荷兰三角坝用连续几十个40m宽的钢板闸门来代替堤坝，实质上就是一种钢板堤坝，体积小，效能好，但只能在处理得很好的地基上建筑；河北省水利厅(1994)提出了软基硬壳溢流坝的研究成果，该研究将弹性地基梁法和弹性刚架法用于软基硬壳溢流坝结构应力分析，提出简化计算，用有限元法核算各种坝体结构，提出不同工况、方案参数，为工程设计和施工质量控制提供依据。此外，国内外也有一些学者曾对橡胶水坝、橡胶折叠坝和土工织物袋等堤坝做过一些研究与应用，也与本项目研究有相近之处。

通过检索了国内外专利文献及有关的数据库，根据大量的文献分析，这些研究都着眼于堤坝的地基、外壳、护坡，虽然技术多种，但现有研究均没有涉及用计算机有限元分析法结合实时观测地基和堤坝的变化情况，对筑堤工程进行调控的研究；没有涉及软基堤坝高效立体施工方法的研究；没有涉及仿生鲎的结构的轻质硬壳堤坝的研究；也没有涉及表面膜方法和智能脉冲切割气垫技术，实现原状土的远距离管道输送的研究；更没有涉及深水作业的塑料排水板插设和土工布辅设船，爆破挤淤作业船等专用设备和工艺技术的研究。

发明内容

本发明针对软弱地基堤坝存在的稳定性差，工期长，无法机械化快速度大规模施工，堤身土方堆不上去，堤坝合拢困难，投资风险大等问题。用现代科学理论研究与长期的海岸工程实践相结合，在消化吸收国内外先进技术和自有多项知识产权的基础上，经调查研究、观测分析、模型试验和工程实践，形成一套新的堤坝构筑理论——软基快速筑堤方法与技术。

其基本思想为：周密计划，分块落实；多面铺开，立体施工；抢施基础，快速处理；阶梯推进，分层加高；沉移监测，控制速率；抢潮候潮，机械效能。

周密计划，分块落实：首先根据地基和堤坝的特点，确定施工方案，做好施工组织设计。对工程中的项目分门别类，编制周密紧凑的可操作的计划，绘制各种计划图表。根据计划组织工作机构，分配人力物力资源，并明确分工，把计划分块落实到部门和人。使人财物、责权利有机结合起来，一环扣一环，一级抓一级，使各项工作按计划、有步骤的进行。

多面铺开，立体施工：多层次全面铺开，拉大工作面，水陆空多头并进，全方位立体施工，是高效快速的关键。如一开始就得三通一平，工棚搭建，料场开辟，码头建造，放样立标，开挖航道等。又如坝体填抛采用的分段施工，循序渐进，交叉进行的阶梯作业法。所述的立体施工是指基础和坝体，土方和石方，平抛、空抛和立抛多方位、多层次同时进行。所述的平抛是用对开驳、拖轮、甲板驳、爪斗船、运输船等从水上运送土石方，对堤坝进行的填筑。所述的空抛是用定向抛掷爆破、缆索、吊机、飞机，从空中对堤坝进行的填筑。所述的立抛也称立堵，是用自卸车、推土机、挖掘机、装载机从陆上对堤坝进行的填筑。

抢施基础，快速处理：由于软弱地基排水固结缓慢，未经固结处理的堤坝体无法往上加，否则会造成大面积滑移和不均匀沉降，一旦出现就需呆上一年半载才能继续施工，更无法机械化快速施工。所以抢先针对不同地基，及早采用塑料排水板法、土工织物法、垫层法和爆炸法等手段进行快速处理。一般来说：软土地基厚度大于7m的，采用塑料排水板法加固处理地基；软土地基厚度小于7m的，采用土工织物法和砂(碎石)垫层法加固处理地基。软土地基土层的含水量大于50％的采用爆破挤淤法，软土地基土层的含水量小于50％的采用爆炸夯实法。

阶梯推进，分层加高：机械化、水陆空立体施工，目施工强度能够达到很高，但欲速则不达。不论是土方还是石方，不论是用何种设备还是何种填长筑方法，都必须根据地基的承载力逐步增加，循序渐进，阶梯推进，分层加高，足而不超。首先根据地基天然承载力，按工程地质报告提供的软土固结系数值，确定第一级加荷值，再根据某一时间的固结度和一级荷载，计算出地基的强度增值，推算出第二级加荷值，以此类推，推算坝基不同时期的地基强度，以后分级加荷值及相应的间隔时间。列出既快速又稳定的堤坝各级加荷控制表，作出阶梯形加荷曲线。按确定的每层加荷的时间与厚度进行施工，并根据堤坝的监测情况，及时调整加荷速率。一般来说，在流塑态淤质软粘土地基上，采用堤身自重挤淤法施工时，应放缓堤坡、减慢堤身填筑速度、分期加高，直至堤基流塑变形与堤身沉降平衡、稳定。在软塑态淤质软粘土地基上，堤身两侧坡脚外设置压载体处理时，压载体应与堤身同步、分级、分期加载，保持施工中的堤基与堤身受力平衡。陆域软基段或浅水域抛石，采用自卸车辆以端进法向前延伸立抛，立抛时采用分层阶梯式抛填，软基上立抛厚度，以接近而不超过地基土的相应极限承载高度为原则；不论是平抛、空抛还是立抛。石方每层厚度不大于2.5m。驳船的吃水深度每潮大于2小时工作时间的采用水上船驳平抛；同时采用立抛和空抛。闭气土方的为砂性土时采用泥浆泵或水力冲挖机填筑，为粘性土时采用原状土管道输送设备，快速形成的闭气土方。土方每次吹填层厚小于0.8m，分段间隙施工，分层加高。

沉移监测，控制加荷：为确保工程的万无一失，除按上述控制施工外，更重要的是现场的实时动态的观测和分析，这是保证堤坝安全稳定的关健。在填筑土石混合堤坝时，应在堤身的土堤坝和石堤坝中，分别设置一定数量的沉降、位移观测标点，分层埋设空隙水压力、土压力仪器，并留有十字板剪切试验孔。一般每100m布置一个垂直沉降观测断面，每500m布置一个水平位移观测断面。对堤坝的垂直沉降，侧向位移，空隙水压力，地基强度，固结度的变化进行实时观察，结合前期确定的加荷曲线，调整加荷速率，以此作为加载的依据，整个程序由计算机控制。有排水板处理的地基地表沉降速率每天≤3cm，无排水板处理地基的地表沉降速率每天≤1cm，水平位移速率每天≤1cm，超静孔隙水压力比控制在0.6。工程施工中，观测指标超过控制数值时，需采取的措施有：(1)降低分层加荷厚度，增加加荷层数；(2)停止加荷，延长间歇期；(3)必要时，采取卸荷和加宽镇压层措施，。

抢潮候潮，机械效能：在海上快速施工，要充分发挥机械化施工设备的优势和利用海潮涨落的自然条件，高潮抛高，低潮抛低，抢潮候潮施工。打破死板的作息制度，随着海潮安排作息。减少施工干扰，提高设备利用率。定位系统采用GPS实时差分定位方法，定位误差在±10cm，使土工布铺设、塑料排水板插设、爆破炸药埋设都在准确的位置，使开采的土石方都成为堤坝内的有效方量。只有这样充分利用自然能量最大限度地发挥机械化效能，才能高效、快速、低成本建成堤坝。

本发明的方案包括地基的快速处理，堤坝体的快速构筑和闭气土方的快速填筑。即根据不同地质和不同坝体的要求，分别采用塑料排水板法、土工织物法、碎石(砂)垫层法和爆炸法等手段快速处理地基；采用爆填、爆夯和轻质硬壳堤坝等方法快速构筑坝体；采用原状土管道输送设备和轻质硬壳堤坝等方法快速形成闭气土方；采用计算机技术、有限元分析和高效立体筑堤施工方法，实时监控堤坝的垂直沉降、水平位移、孔隙水压力和地基承载强度的变化，统筹兼顾软基承载力与快速筑堤过程中的时间、空间的关系，较好的处理了安全，经济，高效的关系。从而避免了盲目性，达到软弱地基上快速高效建造堤坝的目的。

所述的塑料排水板法是采用塑料排水板插设作业船、土工布铺设船、自卸车和液压对开驳加固软基的技术。即首先用土工布辅设船在软基上铺设隔离土工布，用液压对开驳平抛碎石(砂)垫层，接着用软基处理船插设塑料排水板，铺设加筋土工布，然后分层填筑坝体。有陆上施工、潮间带施工、水上施工。所述的塑料排水板插设船采用振动沉桩方法，利用激振力来破坏桩管与泥土的粘滞阻力，实现塑料排水板的快速插拔。采用双体混合骨架式结构，设计了船体的中空无底结构，形成了插板船工作面，从而满足了7级风、2级浪情况下的作业要求。采用桩管导流装置、水下自动剪板和装靴、实时差分GPS定位和电脑智能监控的自动化工作系统，达到了数据自动纪录和处理，实现水深35m、淤泥厚30m、流速3m/s的软基处理技术，误差控制在±10cm。深水作业的塑料排水板插设船和土工布辅设船，对快速处理地基，提供了设备和手段的保障。塑料排水板加固水下软基方法与技术，已申请多项专利，不在此详述。

所述的爆炸法处理海堤软基和抛石基床的方法，是利用炸药爆破释放的能量，通过震动、置换、密实、搬移等手段，达到改良地基承载性能和形成堤坝型体的一种方法。包括爆破排淤填石法和爆破振夯密实法。爆破排淤填石法简称爆填，是排除淤泥质软土填入块石的一种置换施工方法。即在抛石体前沿淤泥中适当位置埋置药包，堆石体在爆炸冲击波、爆炸高压气团及其重力作用下向淤泥内塌落，形成一定范围和厚度的落在下卧硬土层上的“石舌”。爆破振夯密实法简称爆夯，是通过爆炸使地基基础和抛石基床振动密实的方法，即将炸药以点阵式放置在已堆好的堆石体上，堆石体在爆炸载荷作用下，一方面石块之间引起错位使空隙减少，得到密实；另一方面整个堆石体向淤泥中运动，将淤泥从堆石体外泥面挤出，并成型为设计要求的坝体形状。爆炸法施工包括堤端推进爆填、边坡拓宽爆填、加抛密实爆夯、边坡整理爆夯。爆破法处理海堤软基和抛石基床的技术和设备，为快速处理软基，快速形成堤坝起到了积极的作用。爆破挤淤作业船由GPS定位仪、测深仪、微机、贯入装置和自动脱钩装置组成，该方法和设备另案申请专利，不在此详述。

所述的轻质硬壳堤坝方法，其特征是轻质坝体、硬质坝壳、隔离防渗、深插坝脚、连成整体的堤坝快速建造技术。它一反以往的重力堤坝理论，在软弱地基上的并不是越重越好。打破传统软基堤坝中采用的被动控制的施工方法。研究解决了不均匀沉降和风浪的冲蚀问题。堤坝体采用仿生鲎的结构，以高强度材料制成堤坝的外壳，或堤坝某部分的外壳，以轻质材料垫入堤坝易沉陷的部位，然后填入其它松散材料，在软弱地基中，采用轻质垫层设于易沉移滑动的部位，在砂砾地基上插设连续防渗板，坝底的趾脚深插于软土地基。使之产生减重、加筋、防渗、隔离、堆高的作用，从而减轻堤坝易沉陷部位的重量，调整堤坝平衡，以均衡堤坝荷重，增强整体稳定性，提高强度。使地基与堤坝连成一体，相互作用，刚中有柔，刚柔相济。形成轻质硬壳结构堤坝构筑理论和工厂化制造堤坝构件及机械化快速筑堤方法。为软基快速筑堤，作出了突出的贡献。该项目已申请多项专利，不在此详述。

所述的原状土管道输送新方法及设备：采用仿生动物肠道膜、无鳞鱼的表面膜方法，克服了软粘土与管壁之间的粘滞阻力，采用脱水、固结剂使土方强度快速提高。研制成功管道输泥方法和设备，特别是表面膜发生器和脉冲切割器，实现原状土的远距离管道输送，同时解决了灌肠、装袋、掺拌、布料等问题。对快速形成堤坝闭气土方作出积极的贡献。该项目已申请多项专利，不在此详述。

所述的计算机技术有限元分析方法在快速筑堤方面的应用。采用理论与实践相结合的原则，首先根据相关的理论、以往的研究成果以及实际工程经验，建立一套初步的计算模型。采用多种有限元分析程序对堤坝稳定进行分析，用大应变非线性理论对复合材料壳体的力学特性进行数值模拟计算，计算模型与相关参数通过试验实测、计算不断反馈自适；分析评定坝体自身的稳定特性与合理体型及地基对坝体的受力影响，从而研究了堤坝与地基的整体稳定特性。根据地基和工程实际观测情况，坝体型式及边坡相关尺寸。进行了抗滑稳定计算，满足水平抗滑稳定条件轻质垫层区最大面积的确定，整体稳定性计算分析，抗渗透性能，抗水平推力等可行性分析。再将其计算结果与一系列模型试验、实际工程测试结果相比较，通过这种信息的互相反馈和互相补充，增强了堤坝整体性，提高了堤坝稳定性，用计算机对工程进行全程监控，实现智能控制，GPS定位，减少了堤坝的无功方量。用计算机对工程进行施工管理，统筹兼顾软基快速筑堤过程中的时间、空间的关系，较好的处理了安全，经济，效用的关系，减少盲目性，避免重复劳动，加快工程进度。

所述的软弱地基快速筑堤方法专用的新型工程机械设备有：深水塑料排水板加固软基的方法和设备，气力输泥方法与系统，土工布铺设船，桥式海涂土方筑堤机，桁架式筑堤机，爆破挤淤作业船，水下软基处理船，异形块长臂吊机。这些技术方法和设备的研制成功，对软弱地基上快速构筑堤坝都有着积极的作用，但是软弱地基上快速构筑堤坝是一个系统工程，需要对坝体、地基、闭气土方同时进行综合考虑，合理配置各种技术资源，才能收到预期的效果。

所述的高效立体施工法，是在软基围海和堵口工程中，针对易沉陷滑移，欲速则不达，建造工期长，堵口合拢困难，场地铺展不开，无法机械化快速施工的问题，提出来的快速施工方法。是根据堤基下卧土层不同的物理力学指标和不同的堤坝体，采用不同的设计施工方法。针对软弱地基堤坝工程提出的机械化、高效率、全方位施工的方法。其主要施工原则是：

1.平抛为主，空抛为副，立堵补足的立体施工原则。平抛是用船驳进行的水下抛填，船驳水运平抛施工不仅利用海潮的能量机械效率高，而且由于浮力的作用，对地基的冲击力少，扰动较小，侧向力少。水上施工设备主要有自航对开驳、非自航对开驳配拖轮、甲板驳、爪斗船、运输船。一般近距离运输采用自航对开驳或非自航对开驳配拖轮，远距离运输采用甲板驳或运输船。潮间带施工填筑，均需抢潮候潮施工。空抛是用定向抛掷爆破、缆索、吊机、飞机，从空中对堤坝进行的填筑，空抛具有高度优势，不受堤坝高度和潮汐变化的限制。立堵是用陆上车辆运输填筑，陆域抛石法筑堤，用自卸车辆、推土机由紧靠抛石棱体的背水侧开始填筑，逐渐向堤身扩展。车子宜采用小型自卸车，车轮对地基的压力应小于地基的允许承载力，且应在平抛的基础上分层阶梯推进。先平抛的部分相当于是空抛和立堵堤坝的镇压层，所以驳船的吃水深度每潮有大于2小时工作时间的尽量采用平抛，同时采用立抛和空抛。

2.石方领先，土方紧跟，土石结合原则。土方与石方相互支持、互相依赖、相辅相成，均衡施工，既能起到镇压层作用，防止石坝向内滑移，又能保证土石方的最少冲失和堤坝的稳定。抛石棱体与闭气土方的接触面，应铺设土工布或做好砂石反滤层。堤身放样时，应根据设计要求预留堤基、堤身的沉降量。如有足够的水深条件，可采用抓斗挖泥船开挖、对开驳或运输船抛填。如水深较浅，无法采用抓斗船和对开驳船挖运抛填的，则采用专用设备。土方专用机械设备主要有桁架式土方筑堤机、桥式土方筑堤机、气力输泥船、液力输泥船和环保型清淤输泥设备等。对于砂性土，还可采用水力冲挖机组施工。

3.基础领先，坝体紧跟，基坝结合原则。坝体的抬高要根据地基承载力的增长逐步提高，基础承载力的增长又要靠坝体的压载来加速排水固结达到。不论用什么方法处理地基，均应做到基础领先，坝体紧跟。用爆炸法处理软基时，由于爆炸振动，泥土被扰动或液化强度最低，假如不及时跟上坝体石方，泥土的强度会慢慢恢复。时间一长再填抛石方，就会在石坝中形成泥土夹心层，而影响坝体的稳定。用土工合成材料处理地基时，若堤基已铺垫透水材料或加筋材料，填抛坝体石方时，应先抛砂(小颗粒碎石)层，后用大块石薄层填抛，均匀压载，分层加高。注意保护水平排水层和反滤层。

4.分层加高，足而不超原则。软基堤坝施工，加荷压载应尽量加足，才能加速固结，又必须控制在地基的承载范围内，随着地基承载力的逐步提高而增加。陆域软基段或浅水域抛石，可采用自卸车辆以端进法向前延伸立抛，立抛时可采用分层阶梯式抛填，软基上立抛厚度，以不超过地基土的相应极限承载高度为原则；在深水域抛石，用驳船在水上定位分层平抛，平抛和空抛时，每层厚度不宜大于2.5m。

具体实施方式

实施例1：某海堤工程围涂11300亩，堤线长3660m，整个海堤建立在复盖层深厚的软粘土地基上。第一层淤泥质粘土2-3m，第二层淤泥5-7m，第三层淤泥质粘土10-15m，第四层亚粘土18m。设计坝高8.5-9.5m，顶宽6.0m，米，坝脚最大宽度121.8m。采用塑料排水板以1.4m间距插入地基，形成垂直排水通道。在坝基上铺设土工布，抛垫粒径≤10cm碎石，形成水平排水通道。采用高效立体筑堤施工方法，快速构筑坝体；采用原状土管道输送设备和方法快速形成闭气土方。计算机技术在快速建筑软弱地基海堤得以全面应用，整个设计和施工贯穿高效快速、机械化和立体化思想。从三通一平、工棚搭建、料场开辟、码头建造、放样立标、开挖航道开始，到基础处理、仪器埋设、坝体填抛、闭气土方填筑、沉移观察，直止护面块石砌条、防浪墙砌筑，历时27个月。堤坝沉移在控制范围内，孔隙水压力消散正常，坝体稳定，内外坡均无大的滑动迹象。全过程层次分明，施工干扰少，窝工损失少，效率高。既保证软基的固结时间，又减少施工间隙造成的停工；既防止施工期坝体滑坡，又减少土石方冲失量；既利用涨潮淹没时间，又利用退潮露滩时间；既提高机械设备的利用率，又保证软基承载强度最大限度的提高；是软弱地基海堤快速施工行之有效的方法。

实施例2：某海防波堤工程，堤轴线长1864.9m，堤顶标高8.5m，泥面标高-7.5m，淤泥层厚度13-17m，最大软粘土厚度21.5m。采用爆破挤淤作业船，进行爆破排淤填石法快速处理地基，采用对开驳船运输抛填、自卸车立堵和爆破振夯密实法快速构筑坝体；经过堤端推进爆填、边坡拓宽爆填、加抛密实爆夯、边坡整理爆夯。整个工程工期短，时间省；效率高，经济效益显著；工艺简单，质量保证。通过地探雷达和钻孔探测分析表明，地基的处理和堤坝体的尺寸均达到设计要求。在施工过程中设立25个沉降观测点，23个位移观测点，堤坝沉移在控制范围内，沉降位移量随着时间的增加逐渐减少，堤坝稳定，内外坡均无滑动迹象。98％的沉移量在建造期内完成，堤坝稳定安全。

实施例3：某码头的地基具有含水量高，孔隙比大，渗透系数小，埋藏深厚，承载力与抗剪强度低，灵敏度高的特点，是典型的软弱地基。土层分布特征(由上而下)为：淤泥质粘土，厚0～4.5m；淤泥，顶板高程-3.2m～-5.7m；淤泥质粘土，顶板高程-9.2m～-11.4m；淤泥质亚粘土，顶板高程-13.5m～16.4m；亚粘土，顶板高程-23.9m～-24.5m。本区域历年最高潮位3.15m，平均高潮位1.22m，最低低潮位-2.42m，平均低潮位-0.83m，平均潮位0.22m，最大涨潮潮差3.97m，最小涨潮潮差0.03m，平均涨潮潮差2.05m；落潮最大潮差4.18m，最小潮差0.40m，平均落潮潮差2.05m。涨潮平均历时5:40，落潮平均历时6:45。用传统的方法软土地基上建造这样的码头，工期最少也需4个月。

本发明认为软土地基上的重力式码头并非越重越好，采用软基快速筑堤方法与技术和鲎式轻质硬壳堤坝技术，因地制宜地根据地基的承载力来设置上部结构。基础处理采用非常规设计，在码头外侧土方开挖石方置换，抛垫镇压层提高码头的稳定性，采用爆炸夯实法和爆破挤淤法处理地基。采用旧集装箱鲎式硬壳结构，集装箱单个尺寸：12200mm×2440mm×2440mm。加工时集装箱内采用角钢加固，以防止由于侧压力的作用造成集装箱变形。集装箱底焊有趾脚，深插地基。吊装后再把多个集装箱焊成一体。内灌埋石混凝土。这种鲎式堤坝结构不但有坚韧的外壳结构，均衡适量的重量，使堤坝有整体性，刚中有柔，刚柔相济，能适应地基的沉移变化，而且造价低、工期短、效果好。有效地解决了不均匀沉降问题。仅22天时间完成码头建造，完工后设置了沉降位移观测点，进行了沉降位移测量，至80天后码头已无沉降位移。投入使用壹年多时间，运行良好，一直未出现裂缝等问题。

实施例4：某海滩石油勘探工程在潮间带建筑钻探平台(人工岛)和运输通道(堤坝)，有油时需用几年，没油就废弃。原先用石方堆筑，由于地基软弱，加之潮水冲刷，没几天就下沉，沉了又填，填了又沉。既方量大造价高，又影响正常工作。为此做了硬壳轻质堤坝的方案，并进行实际研究和可行性分析。

根据地基和实际情况，坝体型式采用硬壳轻质结构。由于坝顶要求通车，外壳为钢筋混凝土，坝顶盖板厚15cm，其它硬壳取10cm；堤坝体填充材料距堤坝100m外就地取土，容重为17kN/m³；轻质垫层为泡沫，容重0.4kN/m³。设坝顶作用有活载12kN/m²。采用边坡稳定分析程序(STAB)，通过计算分析对比表明，对于相同的地质条件与断面外型，一般填土堤坝将先于地基失稳，若加设硬质外壳，其安全系数可提高一倍多；若按常规边坡(1∶2.5)设计的堤坝，它的坝体本身稳定性将有所提高，但与硬壳轻质堤坝相比，由于具有更大的体重，其整体抗滑稳定性将有所降低，安全系数只有硬壳轻质堤坝的0.6倍。通过多种情况的对比分析，轻质硬壳堤坝的优点得到了充分的体现：加设的硬壳将提高坝体边坡系数，与常规边坡土坝相比，减小填土方量近45％以上，同时增强了防渗性能；其轻质材料的利用，进一步减轻了坝重，可节省堤坝基础处理的投资，且提高了整体抗滑稳定性。具有以土代石，节省成本，施工速度提高，稳定可靠等特点。

本发明的优点

(1)加快了施工建设速度缩短工期。传统的施工方法，在软弱地基填筑土石料时，带有盲目性。缺少系统精确的科学方法。对控制加荷速率和地基固结强度的提高没有定量的依据，往往欲速不达，坝体堆不上去，固结度的提高很缓慢，易出现大方量的沉滑，造成工期漫长。本发明采用了塑料排水板法、土工织物法、碎石(砂)垫层法和爆破爆炸法等手段快速处理地基；采用爆填、爆夯和轻质硬壳堤坝等方法快速构筑坝体；计算机技术和高效立体施工法；从根本上解决了地基强度和土方堆高的问题，有利于机械化、大规模施工，所以大大缩短了工期，提高了建筑速度。

(2)提高了堤坝的稳定性。由于采用计算机技术、有限元分析和高效立体筑堤施工方法，实时监控堤坝的垂直沉降、水平位移、孔隙水压力和地基承载强度的变化，统筹兼顾软基承载力与快速筑堤过程中的时间、空间的关系，较好的处理了安全，经济，高效的关系。同时采用了轻质垫层方法，一方面，减轻了堤坝易沉陷处的重量，提高了坝体的强度与整体性，调整了堤坝的受力平衡，避免了不均匀沉降与滑坡；另一方面，轻质材料相当于一个有一定强度的垫层铺于软弱地基上，扩大了荷载力扩散范围，使压力均匀分布，同时对下卧土体有约束作用，限制了地基的侧向变形。从而避免了盲目性，达到软弱地基上快速高效建造堤坝的目的。

(3)节省材料，减少了坝体的无功方量。采用实时差分GPS定位系统和电脑智能自动监控系统，使各种材料准确有效地进入指定位置，减少浪费和重复施工，开采的土石方几乎都成为坝体的有效方量。采用爆填、爆夯和轻质硬壳堤坝等方法快速构筑坝体；采用原状土管道输送设备和轻质硬壳堤坝等方法快速形成闭气土方；使土方易堆高，可以增大坡比，如从1∶16提高到1∶1.5-4，可以减少大量土石方。在缺少石材的地区，以土代石，还可省去大量石方。

(4)提高抗渗性能。由于土石结合土工织物防渗反滤系统的应用，由于堤坝的在砂砾地基上插设连续防渗板，外壳和防渗板材料选用强度大、防渗性好、耐风化腐蚀的材料，改变了渗透路径，减少了堤坝的渗透量，提高了堤坝的抗渗性能。由于采用轻质硬壳堤坝方法，有效地防御了风浪的冲蚀。

(5)提高堤坝的安全寿命。由于整个堤坝构件联成一体，多个坝脚深插地基，使堤坝刚中有柔，刚柔相济，并与地基溶为一体，以消除不均匀沉降，确保堤坝的安全。而且轻质堤坝采用材料具有化学稳定性好、耐腐耐老化能力高、抗菌抗生物能力强等特点，只要土石覆盖良好就有很好的耐久性。

由此可得，本发明比传统筑堤技术更具有可靠性和经济性。

本发明对提高堤防的质量、加快建筑速度、促进堤坝安全稳定、治理环境都有着积极的意义。在海岸港口工程，公路桥梁建设，油田开发钻探，滩涂水产养殖，沙漠园林整治，湖泊清淤疏浚都有广阔的市场前景。

Claims (10)

1.软基快速筑堤方法与技术，涉及堤坝(堤防、围堰、路基、档土墙、码头、人工岛等)的建筑技术，是一种新型的软弱地基快速筑堤的方法，包括地基处理、坝体填筑、土方闭气、稳性分析、防浪消能、防渗护坡、沉移观察等，其特征是：根据不同地基和不同坝体，采用塑料排水板、土工织物、砂(碎石)垫层和爆炸等手段快速处理地基；采用平抛、空抛、立抛、爆填、爆夯和轻质硬壳堤坝等方法快速构筑坝体；采用原状土管道输送设备和轻质硬壳堤坝等方法快速形成闭气土方；采用计算机技术和高效立体施工方法，实时监控堤坝的垂直沉降、水平位移、孔隙水压力和地基承载强度的变化，统筹兼顾软基承载力与快速筑堤过程中的时间、空间的关系和安全，经济，高效的关系。

2.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：软土地基厚度大于7m的采用塑料排水板法，小于7m的采用土工织物法和砂(碎石)垫层法加固处理；土层的含水量大于50％的采用爆破挤淤填石法，小于50％的采用爆破振夯密实法。

3.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：在堤身的土堤坝和石堤坝中，分别设置一定数量的沉降、位移观测点，分层埋设空隙水压力、土压力仪器，并留有十字板剪切试验孔，对堤坝的垂直沉降，侧向位移，空隙水压力，地基强度，固结度的变化进行实时观察，结合加荷曲线，确定加荷速率，作为加载的依据。

4.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：计算机控制堤坝的变化，有排水板处理的地基垂直沉降速率每天≤3cm，无排水板处理地基的垂直沉降速率每天≤1cm，水平位移速率每天≤1cm，超静孔隙水压力比控制在0.6。

5.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：利用海潮涨落的能量，高潮抛高，低潮抛低，随潮作息，抢潮候潮施工。

6.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：采用实时差分GPS定位和电脑智能监控的自动化系统，误差控制在±10cm，数据自动纪录和处理，实现水深作业和全天候施工。

7.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：分段间隙施工，循序渐进，阶梯推进，分层加高，足而不超，抛填厚度应接近地基土的极限承载值，石方每次层厚小于2.5m，土方每次层厚小于0.8m。

8.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：采用平抛为主，空抛为副，立抛补足的立体施工法，驳船的吃水深度每潮工作时间大于2小时的采用平抛，同时分头采用立抛和空抛。

9.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：采用先石方，后土方，先基础，后坝体，土石结合，坝基相随的施工原则。

10.如权利要求1所述的软基快速筑堤方法与技术，其特征是：采用轻质坝体、硬质坝壳、隔离防渗、深插坝脚、连成整体的轻质硬壳堤坝法。