框架式组合堤坝技术的研究与开发
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摘要：框架式组合堤坝,一种用于水利、航运工程在河床与出海口治理的堤坝，其结构简单，造价低廉，施工及维修方便，应变能力强，堤坝边全线可实现深水良港，能迫降涌浪爬坡高度，有效压制潮位，并可不断加长、增高、加深，是实现河床及出海河口自行及半自行淘深的挡潮防洪方案的有效设施。
关键词：水利工程；航运工程；河床治理；组合式堤坝。
中图分类号：TV 文献标识码：A
一、框架式组合堤坝的特点
框架式组合堤坝，其特征是：它包含有槽桩、护面预制板、拉接梁；其中槽桩以不少于两排，并且槽桩上设有槽口；护面预制板的厚度与槽口的形状和大小匹配，护面预制板分块依次嵌插到相邻的两同排槽桩中；拉接梁的两端分别与相邻的两异排槽桩联接。
二、框架式组合堤坝与传统堤坝对比优势
1、与框架式组合堤坝相比传统堤坝劣势
目前，水利、航运工程在河床与出海河口治理中的传统堤坝，是直立或斜坡嵌石或混凝土护面、抛石护基的结构。该堤坝存在以下缺点：1）体积大，造价高；2）容易发生渗漏、管涌现象；3）施工时需要建造围堰；4）出险加固及维修不方便；5）不能有效消除温度伸缩、泥沙干湿伸缩、地基不均匀沉降等内应力及有效抵御地震余波等外应力，应变能力不强；6）堤坝边无法实现全线深水码头；7）堤坝在建时不能长期经受河水、海水的浸泡和涌浪的冲击，施工条件苛刻；8）无法全面实施机械化施工，只能逐层加固和垒高，施工速度慢，劳动强度大；9）堤坝因受力条件所限，其增高、加长是有限的，特别是当河床淘深到一定深度后，实施堤坝基础加深的难度很大；10）无法有效迫降涌潮的爬坡高度，也无法压制潮位。
2、与相传统堤坝比框架式组合堤坝优势
1）结构简单、合理可靠。多面堤坝永久叮卧在河床泥沙内，所有槽桩均深深地扎进到河床底泥沙深处；在上部叠块护面预制板的累积重压下，底部楔形预制板嵌进河床底泥沙内，其与河水浮力矢量接触截面（浮力托面）几乎为零，堤坝立面启动水阻接近无穷大，形成榫接固定；在两护面对应槽桩的上部，采用拉接梁连接；堤内充填的包容泥沙与床底泥沙形成泥沙连体。这种框架式组合堤坝与床底沉积泥沙，永远保持“骨肉”连体、“肌肤”啮合，类似仿生结构。2）造价低廉。堤坝上下成等宽框架，结构紧凑，占地面积少，它不到传统堤坝建造费用的十分之一，可大大地减少河床及出海河口治理改造的投资。3）施工不用围堰。堤坝基础自行牢固，施工简单、方便、安全，全部作业均可在水上自上而下完成，施工方式先进。4）维修方便、快捷。堤边河床只要淘深一点点，竖立的叠块护面预制板会同步下沉，堤坝基础下的包容泥沙就不再流失，因而不会发生管涌、坍塌。此后，在堤坝上面填插同型号规格的护面预制板，就能维持或改变堤坝高度，并且不受水文、气象等条件的影响，从而赢得宝贵的抢修时间。5）能消除堤坝内外应力。由于整条堤坝由段节拼接组成，各段接中槽桩与护面预制板有配合间隙、护面采用叠块预制板，能随时消除温度伸缩、泥沙干湿伸缩、地质不均匀沉降包括水位变化引起堤坝沉降等内应力，还能抵御地震余波外应力，即其应变能力强。6）堤坝边全线可实现无栈道深水良港。它可吸去堤坝边泥沙，确保沿岸实现深水港。7）在建堤坝和建成堤坝均经得起高水位河水与海水的长期浸泡和涌浪冲击，在框架结构的堤坝面内，还可自行落淤堤坝面浊水带来的泥沙来加固堤坝，实现消灾变利。8）可实施机械化施工。堤坝建筑构件，因采用标准件、通用件的预制构件，施工过程均采用机械化拼装，有利加快施工进度，减轻劳动强度，保障工程质量。9）能实现堤坝不断“拉长”、“负增高”、“脱壳”变壮，堤坝的“拉长”是根据分流河床淘深程度、内向斜开河口外泥沙堆积状况、出海河口外潮位迫降程度来确定堤坝“拉长”量；堤坝的“负增高”是因河床淘深时，叠块护面预制板会自行下沉，需要上部补查护面预制板，来维护淘深河床水位要求，从而出现堤坝相对“负增高”；当河床淘深到定位槽桩群警戒深度，此时堤坝外边必须再添接外护面，形成水（洪）位全线下降的深水型台阶式堤坝，此时的原浅水型型内堤坝便“脱壳”，致使堤坝因加撑台阶护面而变得更加壮大。10）迫降涌浪爬坡高度，有效压制潮位。狭窄的延伸分流河床护面，采用几字形和T字形预制板交叉相叠，可迫降潮位和涌浪高度。综上所述，框架式组合堤坝，结构形似甲壳多足爬行虫，堪称仿生堤坝，它永远与堤下沉积泥沙保持“骨肉”连体与“肌肤”啮合，而且还具有“生命”，感知内部和外部环境，及时作出判断和反应，一旦灾害发生，它能进行自我保护。
三、框架式组合堤坝实施方式
1、框架式组合堤坝的组成：
槽桩；几字形护面预制板；矩形护面预制板；T字形护面预制板；双凸字形护面预制板；梯形护面预制板；拉接梁；槽口；二次灌浆；流水面；静水或靠岸面；河床未淘深时的流水面；河床淘深后的流水面；海边侧；坝内侧，堤坝内包容河床泥沙；堤坝内自行落淤泥沙；槽桩长度；护面预制板总高度；槽桩打入河床内深度。
2、具体实施方式
实施例1.本实施例的框架式组合堤坝，它包括槽桩、护面、预制板、拉接梁，槽桩呈两排排列，槽桩上设有槽口，护面预制板的厚度与槽口尺寸相适配，护面预制板分块依次嵌插入相邻的两同排槽桩中，拉结梁的两端分别与相邻的两异排槽桩联接。槽桩的底端为楔形，护面预制板的最底块的底端为楔形。施工时，先把预制的槽桩深深地打进到拟建堤坝处的泥沙内，作为框架的“立柱”，接着，在已定位槽桩露顶的左、右、前、后方，用可以调节方位尺寸的临时夹具，把这些经调校垂直的槽桩固定好；尔后，根据施工河床水文状况、床底淘深程度、泥沙淤积部位，将堤坝两侧的护面预制板自下而上、分期分批地插叠在槽桩内，形成包容床底沉积泥沙的叮吸式框架结构；之后，框架内泥沙可通过淹没护面的浊水带来的落淤泥沙来回填，随着河床淘深、护面预制板下落，势必出现两边的护面预制板之间，全部包容着因水位降低床底相对抬高的沉积淤沙，待两边护堤面与垂直槽桩所组成的组合钉式框架稳定后，采用二次灌泵，将预制的拉接梁固接在两异排相邻的槽桩上，根据需要再在堤坝两边的槽桩嵌插入护面预制板及堤内回填泥沙，最后拆除临时固定槽桩的全部夹具，移作下段河床施工用。拉接梁与两异排相邻的槽桩之间的连接也可采用套铆连接的方式。
实例2.本实施例与实例1不同之处是：槽桩呈三排排列。当河床淘深到槽桩沉入基底泥沙约2米之下警戒深度此时排护面外必须再补打一排槽桩，变为三排护面，用拉接梁定位在外护面槽桩上，形成水（洪）位全线下降的深水型台阶式堤坝。
注意事项：框架式组合堤坝的护面预制板的厚度控制在10cm左右。靠河水流动面的护面预制板做成几字形横断面。延伸河流靠河水流动面的护面预制板自下而上各分块的横断面形状不同，为几字形与双凸字形护面预制板交叉叠加，可有效压制涌浪爬坡高度。拦海堤坝的护面预制板做成相互啮合的梯形纵剖面。所有支撑侧向土压力的护面预制板或隔水堤坝护面预制板，均做成矩形横断面。护面预制板的长度根据两同排槽桩的桩距定制，宽度一般不超过50cm。
结束语： 实践证明，框架式组合堤坝，实现了采用标准件，机械化组装，比之用土或编织袋子装土砌筑的堤坝提高了施工速度，减轻了劳动强度。 形成了结构简便可靠，造价低廉，施工及维修方便的框架式组合堤坝，并使它具有能实现全线深水良港，能迫降涌浪爬坡高度，有效压制潮位，并可不断加长、增高、加深，从而实现河床及出海口自行或半自行淘深的治本的挡潮防洪堤坝等特点。对于水利、航运工程的河床与出海河口治理，具有重大意义。
参考文献：
岩土科技股份有限公司，框架式组合堤坝发明专利，2007，（01）