CN104060573B - 珊瑚岛上快速筑堤方法 - Google Patents

Abstract

珊瑚岛上快速筑堤方法，属于海岸工程建筑施工技术。包括地形勘察、选址定位、地基处理、堤坝建筑、沉移观察、运行维护，其特征是：平整基础开挖引河，预制安装闸门码头，安装固定堤坝构件，吹填灌注挖河护堤，外侧护坡内侧种植。具有应地制宜、就地取材、速度快、质量好、效率高的特点。而且对提高堤防的质量、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。

Description

珊瑚岛上快速筑堤方法

技术领域

本发明涉及筑堤方法，属于海岸工程建筑施工技术。

背景技术

珊瑚岛分布在热带海洋中，是由活着的或已死亡的一种腔肠动物——珊瑚虫的礁体构成的一种岛屿。由珊瑚虫遗骸、珊瑚砂和碎贝壳长期堆积而成。珊瑚岛上的地基一般有三层：第1层：的珊瑚砂(由珊瑚、贝壳等碎屑组成的生物堆积物)和珊瑚泥(细粒珊瑚碎片组成的钙质软泥)覆盖在珊瑚礁顶层；第2层：珊瑚礁表层，为松散无胶结或弱胶结的珊瑚礁碎屑沉积；第3层：为已发生成岩变化的礁灰岩。

由于珊瑚岛的生成发育环境及上述矿物质组成和结构特征，故导致具有独特的工程特性：(1)高含水量和高孔隙性，这是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素；(2)高渗透性，由于该类土渗透系数大、含水量大，对地基强度有显著影响；(3)高压缩性，易破碎；(4)内摩擦角大，低抗剪强度；(5)高碳酸钙含量，碳酸钙含量高达96％。由于珊瑚岛普遍地处温热带海域中，远离大陆，地势平坦，沙土和石头等天然建筑材料缺乏。由于珊瑚岛围垦区域外海低滩区域处在高潮位时被淹没，低潮位时显露，直接受外海波浪的侵袭，所围区域标高普遍在平均低潮位以下，流速、风浪和水深的水域，施工干扰大。

上述不利影响构成建筑堤坝相当大的技术难题，给围垦工程的实施带来一系列困难。如何在珊瑚岛上快速建筑堤坝，是海岸工程中迫切需要研究解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述难题，在大量前期研究的基础上提出的新的技术方案。发明一种在珊瑚岛上快速建筑堤坝的方法。

本发明技术方案包括地形勘察、选址定位、地基处理、堤坝建筑、沉移观察、运行维护，其特征是：

A.首先，平整基础开挖引河：在珊瑚岛的某一等高线上选定堤址，进行平整，对选定的闸门、码头的位置进行开挖、处理、平整，在码头的外海侧和闸门的两侧开挖引河，为安装闸门、码头和堤坝构建作好准备；

B.其次，预制安装闸门码头：将预制的闸门码头的整体部件浮运至现场定位、下沉、安装，并完成闸门码头的建造；

C.再则，安装固定堤坝构件：将工厂化生产的堤坝构件固定在选定的堤址上，并且构件之间与闸门联接成一体；

D.然后，吹填灌注挖河护堤：在堤坝外海侧距坝脚30H以外的，开挖珊瑚砂和珊瑚泥往岛内吹填，同时，向固定并联接成一体的堤坝构件堤坝内灌注，并灌注堤坝构件上，在堤坝内侧距坝脚20H以外开挖护堤河，开挖所得的珊瑚砂和珊瑚泥堆置于堤坝的内侧，H为堤坝的高度；

E.最后，外侧护坡内侧种植：堤坝的外海侧采用混凝土土工模袋护坡，并按放预制的消浪块体，堤坝的内侧堆置土方，并种植适合当地生长的植物。

所述的平整基础，是对珊瑚岛进行勘测，摸清地质地貌和气象水文风浪的基础上，采用GPS海上定位仪确定堤坝、闸门和码头的位址，并进行的开挖置换、基础处理和地表平整。对某一等高线上选定的堤址进行基础处理和地表平整，填谷削峰。对闸门码头的位址进行开挖，开挖的基面大于闸门码头底板面积，闸门码头的底板高程低于低潮时的水位，并使闸门码头地基的承载力达到设计要求。低陷不平部位可用水下不分散混凝土进行浇注，承载力不够的地基应做适当处理。

所述的开挖引河，是首先在闸门码头基地的外海侧开挖引河，使得箱涵式水闸码头构件能顺利浮运至闸基进行安装。引河的宽度应大于闸门码头浮运件的宽度，引河的深度应大于闸门码头浮运件的吃水深度。闸门两侧开挖的引河一端通向外海，另一端指向岛心，逐步与护堤河联通，施工中用以调节堤内外的水位差，竣工后作为岛内的排水通道。

所述的闸门浮运安装，是采用箱涵式水闸浮运安装施工方法，将预制的闸室、护坦、翼墙为一体的整体部件浮运至闸址现场，经定位、下沉、安装、组合而成。闸门安装后可以调控堤坝内外的水位，在堤坝安装时，保持闸门引河的畅通，使堤坝内外的水位差降到最低。所述的码头浮运安装，是将预制的箱式码头底板浮运到现场，按照码头浮运安装及其配套的施工工艺，经定位、下沉、安装、组合完成建造。所述的箱涵预制是以平板驳船作为施工平台，在其上预制砼箱涵，待砼达到规定强度，将平板驳船拖至箱涵下水地点，向驳船舱内注水使其沉入水下，使预制的箱涵浮起，然后浮运沉放于闸址或码头的基础上。低潮时抽去平板船舱内水，使其浮起，作为下一个预制平台。

所述的安装堤坝，是采用轻质硬壳堤坝建造方法，将工厂化生产的堤坝构件固定在选定的堤址上，并且所有堤坝构件与闸门联成一体，相互牵制相互依存。堤顶高程应大于历史高潮位加1.0m。

所述的工厂化生产的堤坝构件是以构件预制化生产、装配式施工为生产方式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征，能够整合设计、生产、施工等整个产业链，实现堤坝构件产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型筑堤方式。

所述的轻质硬壳堤坝建造方法是一种主动控制措施，是一种新型堤坝结构，常用的结构型式有：硬壳轻质结构，硬壳板桩结构，硬壳叠垒结构，硬壳圆桶结构。设计了新的堤坝构筑方法，实现预制堤坝构件的工厂化，解决了软弱地基上堤坝建造过程中地基不均匀沉陷、滑移等问题。它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，从而减轻堤坝易沉陷部位的重量，调整堤坝平衡，均衡堤坝荷重，增强整体稳定性，提高强度，使堤坝刚中有柔，刚柔相济，与地基溶为一体，以消除不均匀沉降。如仿生鲎的特性结构的鲎式轻质堤坝。

所述的鲎式轻质堤坝是利用仿生学，仿鲎的结构特性设计构筑堤坝。鲎，也称东方鲎，节肢动物，头胸部的甲壳半月型，腹部的甲壳呈六角型，有六对附肢，六对片状游泳肢。在浅海滩涂中常见。其坚硬的外壳，拱型的结构，完整的体形，若伏在滩涂上，即使再大的风浪海潮也动弹不了它，再凶猛的鲨鱼都奈何不了它，也不会因海涂的软弱而陷入泥潭。而软弱地基的堤坝正需要有如此结构和特性。其基本特征包括轻质坝体、硬质结构坝壳、隔离防渗、深插坝脚、连成整体。以高强度材料制成堤坝的外壳或某部分的外壳。以骨筋材料支撑堤坝易变形的部位，然后填入其它填充材料，在软弱地基中，采用轻质垫层设于易沉陷滑移的部位，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。使之产生减重、加筋、防渗、隔离、堆高的作用，提高筑堤速度和堤坝安全性。

所述的鲎式轻质堤坝的构件的轻质垫层采用选用泡沫塑料，工厂化生产时可采用物理发波和化学发泡的方法与硬壳的构件结合成一体。如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等发泡，为提高强度，可加添加剂。这些材料发泡倍数大(可达80倍左右)、价格低、重量轻(0.2-0.4kN/m3

)、强度高(抗压力0.35Mpa，抗弯强度0.3-0.5Mpa)、抗渗透性好(吸水率0.0-0.2g/100cm2)、化学稳定性能好。埋入堤坝的内部，不消失，不老化，不变形。

所述的吹填，是采用管道液力砂石输送方法，在堤坝外海侧开挖珊瑚砂和珊瑚泥向堤坝内吹填，岛内的吹填高程应大于历史的最高潮位，吹填的沉降预留应大于20％。在堤坝内侧距坝脚20H以外开挖护堤河，护堤河与引河联通，施工中和竣工后作为岛内的排水系统。开挖护堤河与引河所得的珊瑚砂和珊瑚泥硬壳内的和堆置在堤坝内侧。

所述的灌注，是向固定并联接成一体的堤坝构件内灌注珊瑚砂，一边固定联接堤坝构件一边进行灌注，层层提高，形成堤坝的中坚部分；在固定联接堤坝构件的同时，将轻质材料填充易沉陷的部位。加高加宽堤坝周边达到设计的高程和宽度；护堤河的开挖量可由堤坝的灌注量来决定。

所述的堤坝构件连成整体，是采用紧固件、凹凸槽、雌雄缝、交叠、扣板或焊接等方法，使整个堤坝构件及其闸门码头联成一体。互为支撑，互为依靠，互相牵制，互相支持。因为对珊瑚砂和珊瑚泥而言，即使再大的块体，也还是松散材料，有必要把它们联成一体。构成堤坝体的整体性。

所述的外侧护坡是在堤坝的外海侧铺设土工模袋，并向内灌注混凝土，并在坡底按放包括四脚块、扭“工”字块、扭“王”字块在内的预制块体，用于消浪护坡。

所述的内侧种植是在堤坝的内侧堆置珊瑚砂和珊瑚泥，并在堤坝的内侧和护堤河两边种植包括大米草、红树林、海榄雌、海桑、红茄冬的耐盐植物和包括椰子树、麻枫桐、海岸桐、银花树、羊角树、草海桐的适合当地生长的植物。

本发明的积极效果：

由于采用浮运安装闸门码头和预制堤坝构件的方法，不用修建围堰，不用基坑排水，现场施工方便，费用省，建造速度快。箱涵整体预制，刚度大、强度高，对地基的承载力要求低。现场施工时间短，施工期受台风的影响小，质量和工期可保证。以平板驳船作为预制施工平台，有效解决没有预制场地的问题。

由于采用轻质硬壳堤坝建造方法，堤坝构件的工厂化生产，运到现场搭建固定，仿生鲎的结构特性，它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，从而减轻堤坝易沉陷部位的重量，调整堤坝平衡，均衡堤坝荷重，增强整体稳定性，提高强度，使堤坝刚中有柔，刚柔相济，与地基溶为一体，以消除不均匀沉降。解决了材料松散的问题和堤坝快速建造的问题，也解决了地基不均匀沉陷、滑移的问题。

由于采用管道液力输送灌注吹填方法，充分利用当地的珊瑚砂作为建筑材料，有效解决珊瑚岛建筑材料缺乏的问题。而且珊瑚砂比重小，排水快，十分适合采用管道液力输送方法。岛内的高程高效快速形成。

由于护堤河与引河联通，形成岛内的排水系统，施工中能及时排出吹砂灌入的水，调节堤内外的水位差，竣工后作为护堤养生水系和排水通道。

由于采用海上GPS定位仪和智能控制施工设备，在工控电脑屏幕上实时显示位置和完成操作，并且有一套海上施工技术工艺。具有定位准，精度高，误差小，质量好的特点。

由于采用外侧护坡和内侧种植，不仅消浪护坡和固砂护坡效果显著，而且对改善岛屿生态环境也起到很好的作用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：某石油勘探工程——珊瑚岛上的油田的钻探平台。工作平台处于潮间带水域，在高潮位时被淹没，低潮位时显露，直接受外海风浪、流速的侵袭，钻探施工干扰大，无法进行正常工作。珊瑚岛上的地基主要由珊瑚碎屑和其他海洋生物碎屑组成，长期海水清泡珊瑚砂具有颗粒密度较大、含水量高、孔隙率高、干密度较小、压缩性较高等特性。高和高孔隙性。根据地基和施工现场的实际情况，经地形勘察、研究设计、可行性分析、验算论证后，采用珊瑚岛上快速筑堤方法。

首先，在岛上的的等高线上定为堤址，在天然沟谷处定为闸门位置，在吃水较深处定为码头的位置，进行开挖、处理、平整，在码头的外海侧和闸门的两侧开挖引河；同时，在平板驳船上，预制闸门码头的浮运件。

其次，将平板驳船拖至下水地点，向驳船舱内注水使其沉入水下，使预制的浮运件浮起，脱离平板驳船，然后在高潮位时用拖轮把浮运件移到开挖的闸址或码头的基础上，经定位、下沉、安装，建造上部结构，建成2m×3m双孔的浮运式闸门与长为24m的固定码头。

然后，一边用大功率管道液力砂石输送船，从堤坝的外海侧向岛内吹填珊瑚砂，一边将预先在工厂加工的鲎式轻质硬壳堤坝构件固定在堤址上，构件之间用紧固件联接成一体并与闸门联接；同时，向固定并联接成一体的堤坝内灌注珊瑚砂。硬壳材料采用竹胶板，轻质材料采用废弃聚苯乙烯塑料发泡做成。

最后，当岛内吹填珊瑚砂到高程，堤坝达到了高程时，在堤坝的外海侧采用混凝土土工模袋护坡，并用吊机按放预制的扭“工”字块体；同时，堤坝的内侧距坝脚120m以外开挖护堤河，开挖所得的珊瑚砂堆置于堤坝的内侧，并种植羊角树、草海桐植物。

实施例2：某珊瑚岛工程要求快速筑堤，该工程的堤线和码头的地基通过常规勘察、划分土层及静载试验，礁灰岩层高低不平，上有0-16m的松散无胶结或弱胶结的珊瑚礁碎屑沉积表层，属非均质地基。而且含水量高，孔隙比大，承载力与抗剪强度低，灵敏度高的特点，在高承载力的情况下，容易伴随着不均匀性，是典型的非均质软弱地基。

采用的方法与实施例1基本相同，所不同的是：(1)预制安装码头采用旧集装箱作为码头的硬壳结构，集装箱单个尺寸：12200mm×2440mm×2440mm。加工时集装箱内采用角钢焊接加固，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。集装箱内设有中空结构，以适量减少和均衡地基的承载重量。定位安装后再把多个集装箱焊成一体，使堤坝有整体性。内灌珊瑚砂混凝土。(2)预制安装闸门采用拱型钢板硬壳结构，并在钢板硬壳中填充0.5m厚的珊瑚砂混凝土。各部件定位安装后，焊成一体，建成5m×5m三孔水闸。加强了泄洪能力，满足抗洪排涝要求。(3)堤坝构件采用硬壳板桩结构，在工厂预制的堤坝构件运至施工现场，固定在堤址上，构件之间扣紧，联接成一体。不但有坚韧的外壳结构，刚中有柔，刚柔相济，能适应施工期内的沉移变化，而且工期短、速度快、效果好。有效地解决了工后不均匀沉降问题。完工后设置了沉降位移观测点，进行了沉降位移测量，30天后已无明显的沉降位移。投入使用后运行良好。

本发明珊瑚岛上快速筑堤方法在多个工程中的应用，解决了工程难题。显示出其独特的优势及其不可替代性。从上述实施例可归纳为如下特点：

(1)加快了建设施工速度。由于采用工厂化生产的堤坝构件和预制的浮运件，采用吊机按放预制的消浪块体，采用大功率管道液力砂石输送设备吹填，有利于机械化、高强度，大规模施工，所以大大缩短了现场作业的工期，提高了建筑施工速度。

(2)提高了堤坝的安全稳定性。由于采用轻质硬壳堤坝结构，深插坝脚固定在堤址上，堤坝结构与闸门紧固件连成整体，增大坡比，减少了坝体的无功方量，从根本上解决了地基强度不足的问题，土方堆不高的问题，调整了堤坝的受力平衡，避免了不均匀沉降与滑移，提高了整体抗滑稳定性，确保堤坝的安全。还具有较好的抗震性能。

(3)解决了珊瑚岛上材料缺乏的问题。由于用珊瑚砂灌注堤坝内做填充材料，用珊瑚砂吹填提高岛面的高程，用珊瑚砂混凝土做预制件，用珊瑚砂混凝土加土工模袋护坡。应地制宜，解决了珊瑚岛上材料缺乏的问题。

(4)消灭了白色污染。废弃的塑料的污染是环境治理中的一个头痛问题，称为“白色污染”。由于采用废弃的塑料作为发泡轻质材料。具有价格低、重量轻、强度高、抗渗透性好、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，只要覆盖良好就有很好的耐久性。埋入堤坝的内部，集中埋入堤坝底下，不消失，不老化，不变形。日久天长沉入堤坝的低层，既是堤坝忠实的基础，又是治理白色污染的好方法。

(5)治理了珊瑚岛上环境。由于堤坝和护堤河两侧，在珊瑚石沙地或瘦脊的沙滩上种植耐盐植物和适合当地生长的植物。几年后生长迅速，密密麻麻，覆盖整个岛屿，用于消浪、促淤、防风、固砂和护坡，对保护岛屿的沙滩、改善岛屿生态环境也起到很好的作用。

总之，本发明具有应地制宜、就地取材、速度快、质量好、效率高的特点。而且对提高堤防的质量、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。

Claims (1)

1.珊瑚岛上快速筑堤方法，包括地形勘察、选址定位、地基处理、堤坝建筑、沉移观察、运行维护，其特征是：

A.首先，平整基础开挖引河：在珊瑚岛的某一等高线上选定堤址，进行平整，对选定的闸门、码头的位置进行开挖、处理、平整，开挖的基面大于闸门、码头底板面积，闸门、码头的底板高程低于低潮时的水位，并使闸门、码头地基的承载力达到设计要求，在码头的外海侧和闸门的两侧开挖引河，引河的宽度应大于闸门、码头浮运件的宽度，引河的深度应大于闸门、码头浮运件的吃水深度，为安装闸门、码头和堤坝构件作好准备；

B.其次，预制安装闸门、码头：将预制的闸门、码头的整体部件浮运至现场定位、下沉、安装，并完成闸门、码头的建造；

C.再则，安装固定堤坝构件：将预制的堤坝构件固定在选定的堤址上，并且所有堤坝构件与闸门联成一体，相互牵制相互依存，安装固定堤坝构件的技术方法包括轻质坝体、硬质结构坝壳、隔离防渗、深插坝脚、连成整体；

D.然后，吹填灌注挖河护堤：在堤坝外海侧距坝脚30H以外开挖珊瑚砂和珊瑚泥并往岛内吹填，岛内的吹填高程应大于历史最高潮位，吹填的沉降预留应大于20％，同时向固定并联接成一体的堤坝构件内灌注珊瑚砂和珊瑚泥，并向堤坝内侧和堤坝构件上灌注珊瑚砂和珊瑚泥，堤顶高程应大于历史最高潮位加1.0m，在堤坝内侧距坝脚20H以外开挖护堤河，开挖所得的珊瑚砂和珊瑚泥堆置于堤坝的内侧，H为堤坝的高度；

E.最后，外侧护坡内侧种植：外侧护坡是在堤坝的外海侧铺设土工模袋，向内灌注混凝土，并在坡底安放包括四脚块、扭“工”字块、扭“王”字块在内的预制块体，用于消浪护坡，内侧种植是在堤坝的内侧堆置珊瑚砂和珊瑚泥，并在堤坝的内侧和护堤河两边种植包括大米草、红树林、海榄雌、海桑、红茄冬的耐盐植物和包括椰子树、麻枫桐、海岸桐、银花树、羊角树、草海桐的适合当地生长的植物。