钱塘江塘工技术近期进展

陈东海

（浙江省钱塘江管理局勘测设计院，浙江杭州 310006）

0 前言

钱塘江海塘历史悠久，是我国著名的古代水利工程之一。钱塘江海塘分列于河口南北两岸，按海塘范围划分统计，北岸海塘起自杭州社井，终至平湖金丝娘桥，北岸塘长合计178 km；南岸海塘起自萧山茅山闸，终至慈溪半掘浦，南岸塘长合计190 km。钱塘江海塘在早期历史上均是土塘或土石混合塘。因土塘难以捍御涌潮、涨落潮流及风浪的冲刷，故至五代时期，修筑海塘逐渐采用石料、竹笼、柴埽等防护迎潮坡面；至明清时期又改进为以直立式塘型为主，兴建有条石迭砌的大石塘、丁由石塘和鱼鳞石塘；至民国时期，开始引入西方技术及水泥新材料，兴建了一些混凝土直立塘或混凝土斜坡塘。中华人民共和国成立后，结合江道整治的实施，尤其是20世纪60年代全线缩窄治江方案提出后，钱塘江河口两岸治江围涂、乘淤围涂发展迅速，兴建了大量的土石斜坡式围堤。随着多期围涂向江中的进占，岸线渐达固定岸线。至今，除上虞、余姚、慈溪沿江岸段尚在继续治江围涂外，其余沿江岸线均已基本到达治江规划岸线。两岸临江一线的堤塘，经过多次更迭后，已大部分为新建围堤所替代，目前除闻堰段（长约17 km）、海宁老盐仓至尖山段（长约33 km）和海盐秦山海堤至五团（长约11 km）为早期所建老海塘仍处防潮一线外，其余长约307 km的一线塘均是近期新建海塘（围堤），占到两岸一线塘总长的83%。

20世纪90年代，浙江省人民政府鉴于当时两岸海塘结构薄弱、防洪潮能力偏低的现状，为有力保障两岸广大地区人民生命财产的防洪潮安全和适应沿岸改革开放经济迅速发展需求，部署了一线塘标准塘工程建设。与此同时，国家、省部的防洪标准、堤防工程设计、海塘工程技术等规范、规定相继制订出台，提供了海塘设计依据，促使工程设计及施工更为科学合理。在这海塘建设新形势下，塘工技术相应取得了较大进展。现就主要进展变化情况，按海塘塘型结构、塘脚防冲设施、护塘丁坝、筑塘施工技术等方面分别介绍如下。

1 海塘塘型与结构演变

1.1 塘型

近期来，两岸海塘经过标准塘加固，或塘线外移新建标准塘后，海塘面貌已焕然一新。从塘型上看，曾在清朝时期盛行的直立式塘型，近期来已转为普遍采用斜坡式。究其原因，主要是受工程地质条件和投资费用所决定。因沿江塘基多为软土地基，并下方卧有力学性能很差的淤泥质土层，故为了适应地基承载及工后沉降变形能力，大多选用斜坡式塘型，并且斜坡塘有利于施工方便，工程投资节省。但在近期海塘建设中，也尚有少量采用直立式海塘。例如杭州城市防洪堤，由于城市规划江边用地矛盾十分突出，为了满足城市沿江大道及绿化等布置需求，故采用了塘身占地较少的直立式塘型。综观目前两岸塘型分布情况，临江一线直立式塘型的塘长约有86 km，其中46 km为早期所建鱼鳞石塘、丁由石塘的老海塘，而近期新建直立式的塘长仅为20 km，约占到近期两岸新建塘塘长307 km的7%。

钱塘江近期新建海塘的代表性塘型断面参见图1～图4所示。

图1 杭州城市防洪堤（白塔岭-材厂段）断面图

图2 杭州下沙海塘断面图

图3 海宁尖山二期围垦堤断面图

图4 海盐五团-八团标准塘断面图

1.2 海塘断面结构

钱塘江海塘地处强潮河口沿岸，河口水流动力强，潮位高，潮差大，在下游段的杭州湾，水域宽广，风浪大，又新建海塘普遍采用斜坡式，波浪爬高较大，以致按堤防标准设计时，塘顶高程较高，塘身断面很大，由此对海塘地基应力、整体抗滑稳定和工程量均带来许多问题。如何合理降低塘顶设计高程，成为近期海塘建设重要技术问题之一。通过分析计算和水槽波浪模型试验，包括有波浪爬高、越顶水量及冲刷试验等，确定了如下降低塘顶高程的多种措施。

（1）海塘迎潮坡护面采用混凝土预制块；

（2）设置牢固的防浪墙，如采用直立式或反圆弧的钢筋混凝土挡浪墙结构；

（3）塘顶高程按允许越浪和控制越浪量在允许值范围内进行设计。

近期海塘建设在断面设计上又有一个特点：增设防汛通车道路和注重环境绿化。因海塘养护、抢险的需要，沿程均设有通车道路。对海塘背水坡普遍种植草皮护面，以防止坡面水土流失；在风浪越顶的堤段，也尽量设法采用如混凝土预制螺母块孔内植草等绿化设施，以达到海塘视觉美观和环境生态。

2 海塘塘脚防冲设施改进

钱塘江河口中、上游段是径流、潮流共同作用的河段，河床由易冲易淤的细粉砂组成，在自然河况下冲淤变化剧烈。又因河口平面上呈喇叭形，纵剖面上有沙坎隆起，以致在海宁尖山河段以上有涌潮强冲刷动力作用。因海塘施工环境恶劣，一日两潮，无一般性河流可利用枯水季节的施工条件，而修筑围堰施工则工程量甚大，只能趁低潮位的几个小时抢潮作业，故海塘塘脚防冲工程设施是长期来有待攻克的技术难题。

两岸原有塘脚防冲工程设施大多是采用深度1～2 m的混凝土或浆砌块石大方脚与塘前水平抛石相结合，常因河床滩槽变化，主流逼近，塘脚滩地刷深而冲失损毁。在历史上修建考究的鱼鳞石塘，塘脚曾建有条石砌筑的护坦，并外侧设有木排桩防冲屏护，但因木桩长度（约4 m）不足，当遭遇潮流顶冲和塘脚滩地剧烈刷深时而出现木排桩、护坦冲失，甚至石塘塘基木桩出露等险象。在近期海塘加固建设时，针对沿程不同塘段、不同结构特点进行了多种塘脚防冲工程试验，并获得成功。其主要有钢筋混凝土长板桩防冲墙和小沉井群防冲工程两种，分述如下。

由表8可知，各因素对试验成品的影响顺序为：因素A>因素D>因素B>因素C。对于因素A，A1

2.1 海宁鱼鳞石塘护坦钢筋混凝土长板桩防冲墙

海宁段鱼鳞石塘为清代修建的古海塘，现仍有长达30 km屹立在临江一线。该海塘采用条石纵横交错砌筑及铁锭、铁箫等相连，塘下布有木桩支撑，石塘外脚有条石护坦，护坦外侧又有木排桩防冲保护。在标准塘加固设计时，鉴于木排桩易发生冲失和海塘整体抗滑稳定安全需要，拟采用护坦外侧打钢筋混凝土长板桩（桩长10～12 m），桩顶设有连系梁固定，形成一道连续墙，以替换原有木排桩防护作用。由于石塘型式特殊，又需避开涌潮对打桩机具的冲击，为此专门研制了用于海宁直立塘的多功能步履式柴油锤打桩机，架于石塘顶上，锤打落差6 m护坦的外侧长板桩（见图5），经过一年多来的现场试验，取得了打桩成功。长板桩防冲工程运行至今，效果良好。

图5 海宁鱼鳞石塘防冲板桩墙打桩示意图

除海宁段打长板桩建防冲墙外，在杭州段白塔岭至木材厂塘线外移新建时，根据该段水文地质特点，采用了打桩船进行水力冲沉和震动锤打相结合的沉桩工艺，也建成了桩长约8 m的防冲板桩墙。

2.2 小沉井群塘脚防冲工程

小沉井群防冲工程首次使用是在杭州郊区下沙段斜坡式海塘。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滩上修建。由于江道冲淤变化大，一旦主流临近，塘前滩地可刷深3～5 m，从而经常出现斜坡塘脚址大方脚挂空现象，虽采取抛石抢险护脚等补救措施，往往难以奏效，以致屡修屡坍。根据近期反铲挖掘机下江开挖作业的事例，设计提出了采用沉放小沉井群作垂直防冲保护的技术方案。小沉井群结构布置上类似重力式挡墙，小沉井为钢筋混凝土预制件。施工时首先是铺设下江施工便道，采用反铲挖掘机沿塘脚开挖滩地表层块石，然后吊放沉井成排状就位，用水抢冲沉沉井至设计高程（沉井底高程应在滩面最低冲刷线以下），并在沉井壁内回填混凝土及块石料，沉井群排状的井顶设有锚筋和钢筋混凝土连续梁相连，并横向上通过钢筋混凝土拉梁与混凝土护坦构成整体。该防冲工程基本上解决了斜坡式海塘底脚防冲深度不足的致命弱点，并且施工速度快，成本相对较低。在近期标准塘建设中得到广泛应用，在杭州城区有较高边滩的直立式海塘段（观音堂至三堡）也采用该措施作为塘脚防冲层（见图6）。

3 丁坝的技术改进

图6 杭州城市防洪堤（三桥-三堡段）断面图

钱塘江河口两岸修筑丁坝已有相当长的历史，并取得丰富的经验。由于丁坝促淤、保滩、护滩作用明显，工程造价较低，故丁坝是目前常用的工程措施之一。在近期标准海塘建设中，对丁坝布置、结构型式等做了大量科学试验工作，特别是对新近修建的桩式丁坝，浙江省河口所进行了有关水流、冲刷等系列专题的试验，继后在实践和总结的基础上开展了加固老丁坝和新建桩式丁坝工程建设，取得了较好成效。以下仅就丁坝建筑结构方面的技术改进作些介绍。

3.1 桩式丁坝在钱塘江的首次试验及应用

在海宁段标准塘工程设计时，为了有效地保护标准塘塘脚滩地免受主流逼近而刷低，拟在海宁段沿岸抛筑57座圬工丁坝。因圬工丁坝建筑在抛石基础上，受江道变迁及水流冲刷影响，坝头、坝根及丁坝上游侧常易出现冲刷深坑，日后工程维护工作量大，为此参考海宁最新打桩试验成功的经验，提出了利用打设钢筋混凝土长板桩的方法兴建丁坝。即排桩式直立丁坝（简称桩式丁坝）。桩式丁坝基础深，基本可不依赖于堆石防护而能维持自身稳定，且运行期中维护工程量小。

桩式丁坝在实施时先行建设了试验丁坝，即单排桩式丁坝和双排桩式丁坝各一条，并对试验丁坝结构内力现场测试，以及对工后促淤效果进行了观测分析。经总结分析后，最终推荐海宁段均采用单排桩式丁坝，共建成桩式丁坝52条。坝长大多为50 m，少量为70 m。堤顶高程约在平均低潮位以上1 m。对于丁坝间距的布置，在顺直岸段坝长与坝距之间取用1∶5，在弯曲内凹岸段取用1∶4。

单排桩式丁坝结构布置为：按垂直于岸线布置打桩，钢筋混凝土板桩呈排桩，并顶部有连系梁及横梁固定，据此组成丁坝整体结构。丁坝长50 m。由于坝头部分受潮流冲刷强烈，故坝头段按双排桩布置，但坝身部分为单排桩，并在其上游侧间隔设有加强肋板桩，排桩顶部设有钢筋混凝土帽梁相连，坝头段双排桩之间及坝身段的上、下游板桩之间采用若干连系梁相连。单排桩详细布置参见图7所示。

图7 海宁段典型桩式丁坝平面、剖面图

3.2 老丁坝的加固技术

钱塘江原有丁坝大多采用抛石堆筑，坝面用圬工保护，坝头用沉井或沉箱、大块混凝土块体保护。因钱塘江河口水动力强，滩槽冲淤变化大，故原有老丁坝很易损坏。经过近期模型试验研究，对坝头、坝根、坝身等易损部位，设计上作了较大改进，如坝根采用扩大八字脚，坝根采用沿塘脚冲深范围打长桩保护；在坝身上游侧采用较宽的挑流平台；在坝头采用挂桩拦石防冲设施。另在老盐仓长丁坝坝头加固时鉴于坝头冲刷坑深，采用了沿坝头周边设置土工布钢筋笼骨架作模板，内灌混凝土，建成自坝头底脚至坝顶的整体混凝土护面。又在美女山坝加固时，鉴于坝脚块石成堆，采用了于坝脚开挖块石混合料安放小沉井作坝脚垂直防护和结合抛石水平防冲设施。

上述老丁坝加固后，至今运行均良好。

4 筑塘施工技术的进展

4.1 筑塘方式的变化

在20世纪70年代，钱塘江两岸围涂筑塘大多是在高滩上采用人工挑土堆筑而成，至80年代逐渐利用粉砂土的特性改用泥浆泵水力吹填、土工布充泥管袋等筑塘。随着治江围涂向江中进占，于近期开始出现在低滩上进行水中筑塘。该筑塘方式一般是先行从陆域两端沿着塘线抛筑堆石坝，提供围区促淤条件，待滩地淤涨后再行修筑海塘。在施工时，塘线上预留有缺口（龙口），作潮流进出通道，待围区促淤达一定程度后，选择合适时机进行堵口合拢。例如近期修建的海宁尖山二期围堤、海盐黄沙坞围堤、平湖白沙湾围堤，以及萧山、绍兴等低滩围垦均采用上述筑塘方式。

4.2 地基处理技术

钱塘江早期筑塘一般不作处理，或仅作简单处理，如采用换土垫层法、压载法，或利用桩基等修建海塘。随着近期科学技术的发展，国内逐渐出现砂桩、强夯、振冲桩、砂井或插塑料板排水等地基处理方法。在近期钱塘江海塘建设中，开始应用插设塑料板水板法。该方法是在地基中利用插设排水板形成竖向排水通道，并与排水板顶部的砂垫层水平通道组成地基排水系统，从而在上部筑塘加荷作用下，加速地基排水固结，增强地基强度，减少工后沉降。如在平湖白沙湾围堤的应用事例参见图8所示。近期修建的平湖乍浦港围堤、杭州城市防洪堤外移段等也均采用了类似方法进行地基处理。

在杭州城市防洪堤外移段，因挡墙基础抛石深厚，采用了重锤夯击法进行抛石基层密实处理。在杭州段滨江区七甲段和海盐南台头闸出口段海塘加固时，为了提高迎水坡斜坡的抗滑稳定性能，采用了水泥搅拌桩组成地下连续墙体。

5 新工艺、新材料的应用

5.1 海塘渗漏高喷法处理

图8 平湖市白沙湾至水口治江围涂工程断面图 （ 地基塑料排水板处理）

上虞曹娥和萧山闻堰老海塘均为历史上早期修建的丁由石塘。该塘为迎水坡由条石丁横交替砌面，条石内侧填碎石及土的直立式海塘，背水坡多为砌石挡土墙。由于塘身断面单薄，并且塘基夹有瓦砾、碎石料等透水层，每当外江洪水位较高时，塘背常出现明显的浑水渗漏现象。虽然曾多次采用黄泥灌浆也无济于事，若改用塘身培土加宽防渗，则因塘后民房密集，拆迁费用过大而无法实施，成了长期来悬而未决的难题。在近期标准塘建设时，对该海塘采用了高压喷射注浆建防渗墙的加固工艺，即沿塘线间隔1.5～2 m钻机造孔和利用三重管高喷注浆机自下而上定向摆喷水泥浆，形成一道浆液和土体混合凝结的防渗连续墙（见图9）。施工后经围井开挖和钻机取样检测，其整体性、连续性均较好，至今运行良好，表明了该方法能有效地解决塘身、塘基土层复杂、含有碎石层的渗漏问题，并且该工艺设备简单，工期短，见效快，具有较好的推广价值。

5.2 土工合成材料的广泛使用

图9 上虞曹娥海塘高喷防渗连续墙示意图

土工合成材料应用于堤防工程是近二十年来发展起来的一门新技术。在近期钱塘江海塘建设中，土工合成材料已广泛地使用于地基加固、软土排水固结、防渗反滤、织物模袋混凝土防冲护坦和管袋充填土筑堤等工程。例如：采用有纺土工布铺底，或土工格栅铺底，提高了地基承载能力和整体抗滑性能；采用插设塑料排水板加速软粘土地基排水固结沉降及提高地基强度；利用模袋混凝土可水下施工和混凝土未凝结前能承受涌潮冲刷的特点，采用锦纶模袋泵灌混凝土修建了水下防冲护坦；利用土工布袋装土替代堵口或丁坝部分抛石体。此外，利用土工布管袋充泥筑堤、筑围堰，利用无纺土工布作反滤材料等，在近期海塘建设中更是得到广泛应用。