□ 李思慎

　　摘  要   长江重要堤防隐蔽工程在建设过程中，注意推广应用新技术、新工艺、新材料，并在应用中不断改进提高，还根据工程建设的需求开发新技术，解决工程实际问题。“三新”的应用不仅提升了堤防建设的科技含量，更重要的是保证了隐蔽工程建设的质量和工期。

　　关键词 隐蔽工程  新技术  新工艺   新材料

　　一、隐蔽工程建设

　　1．任务及完成情况

　　1999年8月25日国务院第46次总理办公会决定：长江一、二级堤防和重点堤防工程的穿堤建筑物、基础加固和防渗处理、抛石固基等施工难度大、技术要求高的工程（简称长江重要堤防隐蔽工程）由水利部长江水利委员会负责组织实施并承担相应责任。根据已批复的初步设计，隐蔽工程涉及湘、鄂、赣、皖4省共28个项目（其中长江干堤项目18个）。其主要工程量为：防渗处理堤段377.6km，护岸岸线481.9km，穿堤建筑物８座；共计土方3091.2万ｍ³，石方2729.2万ｍ³，混凝土81万ｍ³，防渗墙450.4万ｍ²，铰链混凝土沉排101万ｍ²。

　　至2002年汛前，防渗加固工程已基本完成，护岸工程约完成85％，加固涵闸6座；预计到2002年底，除湖北富池大闸外（两个年度施工，工期至2003年汛前），长江干堤项目可全部完成。

　　2．推广应用“三新”

　　把堤防建设中施工难度大，技术要求高的隐蔽工程分离出来另外组建项目法人，这是长江堤防建设体制的重大变革，而更重要的是党中央、国务院对堤防加固建设质量的高度重视。作为项目法人的长江重要堤防隐蔽工程建设管理局（以下简称长江建管局），以责任重于泰山的精神，团结协作、求真务实、严谨高效的工作作风，严格按基本建设程序办事，认真贯彻执行“四制”，工程建设进展顺利，工程质量也得到了保证。在建设过程中，还特别注意推广应用新技术、新工艺、新材料，并在应用中不断改进提高；建设过程中还根据工程建设的需要开发新技术，解决了工程问题。

　　“三新”的应用不仅提升了堤防建设的科技含量，更重要的是保证了隐蔽工程建设的质量和工期。

　　二、防渗工程中的新技术、新工艺、新材料

　　1．长江堤防的防渗工程

　　渗流是长江堤防的重要险情之一，据统计汛期的渗流险情占总险情的80％以上。因此沿江的堤防建设也一直在探索适用、有效的渗流控制措施，主要有：铺盖、斜墙、锥探灌浆、劈裂灌浆、填塘、盖重、反滤层、减压井（沟）等。这些措施不仅解决或缓解了某些堤段的渗流险情，而且至今仍有其实用意义。值得特别一提的是，20世纪70年代未、80年代初引进的“吹填”技术，是治理长江堤防渗流问题的重大进展，解决了土料不足的问题。但吹填后的江沙在较长一段时间内不能耕作并影响环境。直到1998年汛后笔者在荆南长江干堤加固设计中提出将原耕植土推铲堆放，待吹填完成后再将原耕植土平铺其上，耕作及环境问题方得以解决。

　　防渗墙作为一项防渗技术在水库大坝中早已应用，过去的堤防加固中未曾应用，主要是墙体太厚（＞60cm），造价太高。针对这一问题，考虑堤防渗流的特点，薄防渗墙（厚≤30cm）技术出现了，并在隐蔽工程建设中得到完善和提高。

　　2．薄防渗墙技术

　　（1）薄防渗墙设计

　　文献2指出，根据长江堤防的实际情况，计算出的墙体厚度为20cm，若考虑防渗墙的实际工作状态，其理论厚度还可再小。但限于目前的施工设备、精度控制、工艺水平以及土层性状等因素，笔者建议墙厚一般应为20～30cm。大于30cm的厚墙，会提高造价，造成浪费，更无必要；而追求超薄可能是有风险的，尤其是振动沉桩（模）法造墙，一定要注意使用条件，避免不良工况出现。

　　隐蔽工程防渗墙墙体材料主要为水泥土及塑性混凝土，这既可满足堤防防渗要求，又可降低造价。作为防渗墙，其渗透性指标是主要的、第一位的。允许比降及抗压强度也是功能性指标，但堤防垂直防渗墙通常不具有发生渗透变形（破坏）的条件，允许比降对防渗墙没有直接控制意义；而分析计算表明，由于土体围压作用，对深度20ｍ的墙体其抗压强度在0.5MPa时已有足够的安全系数。可见对允许比降及抗压强度两项参数可作为一般性指标提出，而不要过高要求。

　　（2）薄防渗墙施工工法及主要设备

　　根据成墙方式的不同，可大致分为开槽置换法、深层搅拌法、高压喷射法和振动挤压法4种。其中高压喷射法造价较高，在隐蔽工程中应用较少，主要用于堤身与穿堤建筑物的连接部位、老溃口段及施工场地狭小地段。该法相对较为成熟，本文不再叙述。

　　 ① 开槽置换工法  在堤身（基）内开槽弃土并置换塑性混凝土或其他防渗材料从而形成一道连续防渗墙。开槽设备有抓斗、射水、锯槽及气举反循环四类，灌注混凝土设备基本相同。

　　抓斗工法  薄型抓斗技术由中国水利水电基础工程局在'98洪水后率先开发研制成功。抓斗斗体厚0.3～0.5ｍ不等，斗体开度一般为2.5ｍ，高6～7ｍ，重6～7ｔ。按工作原理抓斗斗体可分液压式和机械式两种，液压式在土、砂地层中工效较高，而机械式可进行冲抓作业，较适用卵石和软岩地层。抓斗主机一般都采用进口或国产的专用设备，德国的宝峨和利勃海尔、意大利土力、日本真砂以及中国抚顺挖掘机厂的设备在隐蔽工程施工中都有应用。薄型抓斗成墙最大深度可达40ｍ，其工效一般在100～150ｍ²/台·ｄ，但若遇密实粉细砂工效仅50ｍ²/台·ｄ。对于较深的墙体，抓斗的效率明显降低，且设备故障率提高，严重时斗体掉在基础砂层内难以捞出。抓斗设备价格较高，这不可避免地增加了造墙单价。隐蔽工程中，抓斗工法多用于深度大于20ｍ的防渗墙施工，浅墙则因其造价高而不具竞争力。

　　射水工法  射水技术是福建省水科所1996年开发成功的，目前已改进至第三代，最大深度可达30ｍ。射水法是利用成型器的重力冲击作用及成型器底部喷嘴射出的泥浆射流破坏土层结构，使槽孔底部渣浆经反循环管抽排至沉渣池，同时成型器不断修整槽形。其成型槽孔厚为22～45cm。射水法通常适用于砂层及含砾较少且粒径不大的砂砾石层。但在隐蔽工程同马大堤施工中，射水已穿过9.1ｍ的砂卵石层（粒径大于10ｍｍ含量达30％）并成功造墙。射水法工效及造价均较抓斗工法略低。

　　抓斗法、射水法造墙质量一般都可得到保证，但因其都采取Ⅰ序槽、Ⅱ序槽的施工程序，因此也不可避免地存在接缝，接缝质量的好坏将直接影响墙体质量，应予注意。

　　锯槽工法  锯槽法源自东北及黄河流域，隐蔽工程第一次将其引入长江堤防建设。锯槽法可实现真正的连续开槽，成槽质量好，但浇筑混凝土时仍需进行隔离以分割槽段。隔离方法有刚性隔离及土工布袋隔离两种，隐蔽工程中多用后者，施工方便、造价便宜，质量也有保证。锯槽法造价和射水法基本一致，但工效较低，对黏性较大的土层工效更低；若遇砂卵石层或溃口段等部位，锯槽甚至难以进行。锯槽法在黄河大堤试验极限深度可达40ｍ，但在隐蔽工程中，墙深一般在25ｍ以内，墙厚0.22～0.4ｍ。

　　气举（导管）反循环工法  气举反循环工法是天津深基工程有限公司的专利。该工法所用设备的主要部分由喷导管及以该管为导向滑道的一对潜水钻（或冲击钻）组成。喷导管外径同槽厚或略小，长度略大于槽深。施工时将喷导管插入导孔内，其下端为土、石入口，上端露出地面为喷出口，利用空压机向管底输送高压空气，所产生的入口与喷口间的巨大压差可将含有土、石的泥浆喷出地面。随着潜水钻不断切削土层并喷出地面，喷导管亦可平行移位，如此反复。气举反循环工法也可实现真正的连续成槽，且适用砂卵石等多种地层。其成槽深度与抓斗同，但工效更高。该工法所用设备简单，这有利于降低造价。隐蔽工程引入该工法在安徽无为大堤、湖北咸宁长江干堤试验约5000ｍ²防渗墙施工，取得了良好效果。

　　② 深层搅拌工法  与开槽置换法不同，在搅头刀具快速旋转的条件下，土体在原处被破坏、粉碎并与注入的水泥浆混合搅匀形成具有较低渗透性的水泥土。深层搅拌法在提高地基承载力方面已有较长历史，但应用于堤防防渗则由淮委与铁道部武汉工程机械厂率先开发成功，'98汛后其开发的多头小口径深层搅拌防渗墙工法及设备通过鉴定。在隐蔽工程中得到大力推广应用，其成墙面积约占防渗墙总面积的2/3。

　　深层搅拌法在引入长江之初为三头搅，造墙深度一般控制在13～15ｍ，墙厚15～20cm。通过隐蔽工程的应用，该项技术得到了发展与完善，其最大墙深已达22ｍ，厚20～30cm；搅拌机具也由3头发展到４头、5头、6头。6头搅拌采用6头联动，减少墙体接头达5/6，大大提高了墙体的连续性、完整性；注浆控制系统采用多管分别计量，提高了精度，从而保证了墙体质量。深层搅拌的工效随不同土性变化较大，实际实施中为45～200ｍ²/台·班。

　　深层搅拌法的优点是造价低、设备轻便，对深度小于20ｍ的防渗墙该法具有较强的竞争力。

　　深搅法目前存在的主要问题是，设计只提供一套水泥土防渗墙参数指标，施工也是用同一机具一套施工工艺，而现场施工可能要穿过不同土层并形成水泥土防渗墙。显然，相对不同土层部位墙体的性状是不一样的。由于只有一套设计指标，这就给质量检测与评价带来困难。笔者认为，对多层地基，防渗的对象当然是透水砂（卵石）层，设计指标也是对这一层而言。其他层位（例如黏土、淤泥、壤土等）本不需防渗，只是为了达到透水层而穿过的层位。对此，如有可能，设计可提出不同要求，或者不另提要求，但施工工艺、施工参数在施工过程中应严格控制。

　　③ 振动挤压工法 挤压法就是在振动锤的击打下将板桩或模板挤压到土体中，起拔时形成空间并同时注入浆体（水泥浆或其他防渗材料）。板桩灌注墙、超薄防渗墙、振动沉模板、振切均属此类。

　　挤压法的墙厚较薄，一般为15cm，而超薄防渗墙厚仅7.5cm。由于此类工法在长江堤防中应用极少，为了检验这一工法的可靠性，经水利部批准，长江建管局在洪湖监利长江干堤选取一段作为试验工程，对超薄防渗墙、振动沉模板进行测评。测评认为这两种设备可在长江堤防防渗工程中应用。其中超薄防渗墙的最大深度可达25ｍ，而振动沉模板的深度不大于17ｍ。

　　3．防渗墙的无损检测

　　防渗墙建成后墙体连续性、完整性的检测是评价墙体质量的重要依据。无损检测（地球物理探测）是目前最常用的方法，主要有：地质雷达法、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）法、垂直声波反射法、高密度多波列地震影像法、弹性波层析成像法、电磁波层析成像法、高密度电阻率法、瞬态瑞雷面波法等。由于堤防防渗墙所处地层条件、边界条件复杂，加之防渗墙在水平方向的几何尺度太小，因而用于堤防防渗墙质量检测的各种地球物理方法大多效果不佳，成功例子较少。为此，长江建管局与武汉创新工程地球物理高科技发展有限公司合作研究，分析测试各种方法的优缺点，探求各方法的潜力及最佳组合的可能性。研究达到了预期目的，新的堤防防渗墙质量无损检测技术方案是：以CSAMT法为主，高密度多波列地震影像法（或垂直声波反射法）为辅，对堤防防渗墙进行扫描探测，利用自行研制的软件对其进行数据处理和成像，检测出异常后有针对性地布置少量钻孔并辅以井间弹性波CT的无损检测技术方案。经湖北黄冈长江干堤、咸宁长江干堤的检验，这一检测方法有较高的可靠性。此法已通过湖北省科委组织的鉴定。

　　4．吹填的陆上接力技术

　　湖北荆南长江干堤李家花园段吹填工程量约200万ｍ³，其中30万ｍ³砂源为中粗砂（ｄ50＝0.35ｍｍ），最大吹程6.8km（大部分为陆上输送），管线最大爬高15ｍ，有效工期仅3个月。若是采用国内常用的绞吸船与绞吸船串泵联接、或绞吸船与陆上接力泵进行串泵联接，都有成功的先例，但这些条件在现场均不具备。根据本工程的实际条件，长江清淤疏浚工程有限公司等单位提出采用国产500ｍ³/ｈ挖泥船作为取砂船，IHC1600挖泥船主浮箱作为陆上接力泵站方案，并成功地解决了有关技术难题，工程得以顺利进展。技术评审专家评价该接力泵方案有三个国内第一：第一次采用两条功率不同、泥泵额定流量和扬程均不相同的挖泥船进行水陆串接；第一次将挖泥船作为陆上接力泵站使用，而且接力泵站的位置受现场客观条件的限制无法放置于理论上最适合的位置；第一次采用单级接力泵把ｄ₃₀＝0.35ｍｍ以上较粗颗粒沙料输送至6ｋｍ以外。该技术达到了国内领先水平，给同类型远距离吹填工程提供了良好的借鉴。

　　三、护岸工程的“三新”

　　护岸工程较之防渗工程不同，不论是工程建设过程中还是已经建成后，河势的变化、水流的冲刷都会危及工程的安全。因此护岸工程通常都被认为是动态工程。由于这个原因，护岸工程中“三新”技术的应用，较之防渗工程需要更长的时间检验其效果。尽管如此，隐蔽工程还是积极慎重地采用了一些护岸新技术并在部分河段实施，检验其护岸效果，以便在今后的护岸工程中推广应用。

　　众所周知，传统的护岸措施就是抛石。实践证明，抛石是护岸的有效措施，但抛石的护岸年限往往是短暂的，需不断加抛维护。此外，不断地炸山取石也破坏了环境。因此，探求新的护岸材料是时代的要求。

　　隐蔽工程中主要应用或试用了铰链混凝土沉排、模袋混凝土（砂）、钢丝网石笼、土工布垫抛石及土工布砂袋等。目前这些新技术的造价都高于抛石，但其使用年限应较抛石的护岸年限长（铰链混凝土沉排在武汉天兴洲已应用20年），就其总体经济分析应该还是可以接受的，甚至是更经济的。当然随着科学的发展，技术的进步，新技术、新材料的造价应该不断降低。

　　1．铰链混凝土沉排

　　铰链混凝土沉排在护岸新技术中是最成熟的，武汉天兴洲实施铰链混凝土沉排护岸，已经历20年的考验，至今仍在运行。铰链混凝土沉排的突出特点是集柔性与整体性于一体，能较好地适应河床变形，确保坡脚稳定，并且基本上不需维修；同时还有工厂化生产、机械化施工、质量易于控制等优点，具有较大的应用前景。

　　铰链混凝土沉排一般由系排梁及排体组成，系排梁位于水上护坡与水下护脚的接合部位，一般应高于设计枯水位1～2ｍ，其轴线应根据岸线尽可能平顺布置。排体由混凝土预制块（50cm×80cm×10cm）、“U”形钢筋连接扣及土工布垫层组成。排体长度（垂直水流方向）主要根据近岸区可能出的最大冲刷深度及稳定边坡的坡度（1:2）等条件确定；排体宽度主要根据施工条件及施工设施而定，且相邻排体间应有1～2ｍ搭接宽度。设计时若在排体上、下及排体端部（河床深槽侧）加抛一定量的块石，则对稳定排体、减少河道冲刷影响是有益的。

　　铰链混凝土沉排施工主要步骤有：系排梁浇筑、混凝土块预制、铺设土工布、铺设混凝土预制块、水下沉排。施工质量的控制要素主要是：预制块质量、“U”形钢筋扣连接（螺丝要点焊）及排体间的搭接宽度（一定要水下检查）。

　　2．模袋混凝土及模袋砂

　　土工模袋是双层聚合化纤织物（土工布）制成的袋状材料，两层织物之间每隔一定距离用化纤绳连接，以控制浇注成型的厚度。其间若浇注混凝土则为模袋混凝土，若浇注砂则为模袋砂。

　　1983年我国首次从日本引进模袋混凝土技术并在航道工程中应用，1984年国产模袋研制成功。模袋技术在国内有一定发展但尚未形成较大规模。长江上仅江阴、扬州、九江等江段有所应用。隐蔽工程亦安排了无为大堤护岸及下荆江河势控制两项共900ｍ岸线采用模袋混凝土，武汉长江干堤护岸500ｍ岸线采用模袋砂，以总结经验，观察效果，便于推广。

　　模袋混凝土一般选用C₂₀混凝土作为充填物；土工布为高强机织，其质量大于500ｇ/ｍ²，抗拉强度大于2000Ｎ/5cm，等效孔径Ｏ₉₅为0.25～0.84ｍｍ；模袋厚为15～20cm。

　　模袋混凝土（砂）护岸具有整体性强，抗冲及抗风浪能力强，机械化施工程度高，施工速度快，施工质量容易控制等优点；但对河床平整度要求高，适应河床变形能力差（模袋砂稍好）；当河床有较大冲深，刚性的模袋混凝土排前沿将悬在水流中，极易折断破坏。若在模袋混凝土排前沿加抛一定数量的块石则对保护模袋混凝土免遭折断有帮助。

　　3．钢丝网石笼

　　钢丝网石笼较之早年已经应用的铁丝笼更大、更柔、更适合河床底部形态，更易相互咬合而成一整体，因而具有较高的抗冲性，适合在河势变化较大、水流顶冲强烈的岸段使用。2001年12月，隐蔽工程首次在长江干流石首北门口水流顶冲强烈岸段使用这种护岸新技术。

　　北门口护岸工程的钢丝网笼装石为4ｍ³，根据装石量及河床冲刷变形特点，钢丝网笼应满足：有足够的抗拉强度，能自由起吊、沉放；网孔不能松动，以防块石滑出；网笼应有全方位的柔动性，以适应河床变形及网笼间的相互咬合；网笼应具有良好的抗腐蚀性。断面设计是：从枯水位岸线向江中5ｍ范围内散抛1．2ｍ厚块石连接，5ｍ以外则沉放单个钢丝网石笼至设计端点，沉放外缘可不设防冲石。

　　钢丝网石笼施工：采用100ｔ级铁板驳，在驳上先用钢板分隔成2ｍ×2ｍ×1.1ｍ的方格，格底垫0.1ｍ砂。每格内放一个网笼，当块石装满一格（4ｍ³）即为网笼应装石方量。选用大于15ｔ级的浮吊船施工，该船既定位又施工，采用自动脱钩方法将网笼沉放江底。现场统计，包括移位、定位、起吊、沉放所有工序，浮吊船平均工效为每只网笼5分钟。共计沉放钢丝网石笼9660个。

　　4．土工合成材料的应用

　　土工合成材料种类繁多，前已介绍的模袋混凝土就是土工合成材料应用的一例。隐蔽工程还有两例亦有各自特点。

　　（1）土工布垫抛石

　　传统的抛石直接与江底接触，其间没有反滤过渡，这可能是抛石不能长期有效工作的重要原因，不少国内外专家都提出了这一问题。从理论上分析，这种说法有一定道理。为此隐蔽工程在石首北门口选择了460ｍ需守护岸线进行土工布垫上抛块石的技术方案，共铺土工布2.8万ｍ²。土工布为长丝，350ｇ/ｍ²Ｏ₉₅≤0.15ｍｍ。

　　本项技术的关键在于土工布的水下铺设，首先将土工布卷在直径8ｃｍ的钢管上，用80ｔ级船在无动力情况下沿导向钢绳（由江中定位船与岸坡连接定位）拖动土工布卷向江中移动，并将土工布铺设在江底。

　　（2）土工布砂袋

　　较之于过去的土枕，土工布砂袋则因土工合成材料的高强耐腐蚀特性可做得更大。砂袋长5ｍ，宽1.5ｍ，高0.8ｍ，单个砂袋体积4.875ｍ³。断面设计与钢丝网石笼相似，即从枯水位岸线向江中5ｍ范围抛1.0ｍ厚散石作连接段，5ｍ以外抛放砂袋，砂袋前缘再加抛10ｍ³/ｍ的防冲石。施工主要程序是：抓斗上料、机械缝合、轨道运输、底开抛投。土工布砂袋取材容易、质量易控制、施工速度快、具有一定的适应河床变形的能力。可用于水流顶冲不很强烈的河段。

　　以上介绍的几种护岸新技术，它们共同的特点是：施工质量易于控制，机械化施工速度快，可使用较长年限，多数可用于河势变化剧烈的岸段。当然，其共同的缺点也是明显的，首先造价普遍高于抛石，这在前面已有叙述；其次新的护岸技术担心船舶抛锚破坏。这样的忧虑不无道理，但笔者认为这涉及到河道管理问题，应加大船舶抛锚管理力度，切不可因噎废食。

　　四、穿堤建筑物加固建设中的新技术

　　隐蔽工程中有8座穿堤建筑物加固。在部分老闸的拆除时应用微差控制爆破，对涵闸的裂缝补强采用GS胶、丙乳砂浆等多种新型材料均取得良好效果。值得一提的是，采用计算机控制程序对船闸人字门进行现场调试，大大提高了调试精度和工效。

　　长江重要堤防隐蔽工程樊口大闸加固工程船闸人字门高度为17.2ｍ，单扇门宽度5.7ｍ，高度比大，人字门工作时将承受较大静水压力和运转动水阻力矩，闸门抗扭与应力应变相当复杂。为保证工期，确保人字门运行安全，长江建管局和高校合作开展了“樊口大闸加固工程船闸人字门背拉杆预应力三维有限元分析”项目的研究。通过有限元计算研究以下问题：

　　① 人字门在自重作用下门体变形及应力；

　　② 人字门在自重及风、水压力作用下的门体变形及应力；

　　③ 背拉杆预应力优化计算，确定预应力值；

　　④ 背拉杆预应力调试过程仿真模拟；

　　⑤ 安装调试实施方案。

　　应用以上研究成果，优化了设计。尤其是调试过程仿真模拟及安装调试实施方案的成果，指导了现场施工，做到了每个调试过程都心中有数。原需调试周期一个月以上，采用本项研究成果（新技术），一周内即完成了调试任务，大大缩短了工期。在隐蔽工程工期很短的情况下，这一新技术的研究成功有着极大的实用价值。

　　五、结 语

　　长江堤防建设历史久远，长期以来人们都认为堤防建设就是人挑肩扛，垒上几担土，没有太多技术。而事实远非如此，'98洪水给我们上了一课。当我们的科学家、工程师注视长江堤防建设时，发现堤防（下转第40页）（上接第59页）建设有许多的理论和技术问题需要解决。隐蔽工程建设就遇到了许多新的技术问题，引进“三新”不仅解决了其中的一些技术问题，而且提升了堤防建设的科技含量，更为重要的是提高了堤防建设质量，保证了工期，使得隐蔽工程建设得以顺利进行。隐蔽工程建设在大力引进推广“三新”的同时，还特别注意研究开发新技术并解决了实际问题。新技术、新工艺、新材料在隐蔽工程中推广应用，不仅体现了科学技术是第一生产力，同时也代表了先进社会生产力的发展要求。□