二、 施 工 技 术

(一) 土 方 工 程

历代水利工程的挖土、运土等繁重劳动,都用人力进行。清代的“侉车代挑”是江苏水利工程中较早使用的半机械化工具,省工省力。民国4年(1915年),江南水利局用国外制造的挖泥机船挖浚浏河拦门沙,开始用机械疏浚水下土方。民国26年,导淮委员会为疏浚六闸至瓜洲段运河向英国购置两条挖泥机船进行挖浚。但陆上土方工程没有用过机械挖土,仅运土方面有以铁斗车装土,用人力在铁轨上推运。

建国初期,土方工程仍然是人工挑运,兼有少量木轮车。50年代后期,开始推广运土车子化。1959年,南通港船闸开挖闸塘时,曾用消防车水枪冲刷闸塘土方,用泥浆泵将泥浆排出,这是最早试用的水力挖土方法。70年代初,治淮工程嶂山切岭、三阳河、淮沭新河、新沭河等大型土方工程购置大批单、双轮胶轮车、爬坡器、拖拉机进行运土、拉土、压实等工序。1974年省治淮指挥部为发展机械化施工,批准淮阴地区治淮指挥部购置4台套铲运机参加入江水道北堤加固工程施工。虽然初次操作,仍能做到挖土、装土、运土、卸土、压实等五道工序全部机械化。一个冬春共使用机械台班170个,完成土方1.9万多立方米,一个台班的完成量相当于80~100个劳力一天的完成量,效果十分明显。此后,铲运机施工迅速发展,除省水利工程总队和淮阴地区水利局组建机械化土方施工队伍,添置设备,扩大施工队伍外,南京、徐州、扬州等地(市)、县水利局也相继购置了铲运机和其他土方施工机械。这些机械除参加挖河筑堤外,还承担开挖闸(站)塘和修筑路基等任务。80年代,在发展铲运机开挖土方的同时,又兴起水力冲挖土方机械。1982年,泰兴县用4台水力冲挖机组完成了两泰官河工程中700多米长河段的开挖任务。每台机组配置10个民工,每天挖土297立方米,相当于每人每天完成土方29.7立方米。由于水力挖土大大节省劳力,很快在省内外得到推广,扬州、盐城、南通等地还成立了水力冲挖的专业施工队伍。至1987年,全省水利系统购置的铲运机达200多台套,年生产能力可达4万多台班,相当于4~5万民工一个冬春完成的土方量;全省各地拥有的水力冲挖机组3500多台套,年挖土能力可达1~2亿立方米。

建国后的水下土方开挖,主要是发展挖泥机船,除由外地挖泥机船来江苏施工外,逐步自行购置挖泥机船,组建机械疏浚队伍。1951年夏,淮河下游工程局从上海购置了一条斗容0.5立方米的抓斗式挖泥机船,这是江苏省水利系统的第一条挖泥机船。以后陆续增加了5条小型绞吸式和抓斗式挖泥机船。到了60年代末至70年代,挖泥机船进入发展高峰。省水利厅下属船厂和一些市县机械厂制造的小型挖泥机船多达26条。截至1987年,全省水利系统共有中小挖泥机船50多条,年生产能力可达800万立方米。

挖土排水。江苏省大部分是冲积平原地区,地下水位较高,一般在地面下1米左右,在开挖河道和建筑物基坑土方时,十分重视降排地下水。挖河时采取先挖通龙沟降排渗水和地下水,“龙沟不成河不成”。对闸塘土方的开挖,70年代以前,一般采用开挖龙沟和集水坑降排地下水。苏北地区在60年代曾采用轻型井点降排地下水。70年代及以后,在粉细砂、砂壤土土层或有承压水土层开挖闸(站)塘时,多采用无砂混凝土管的管井群配潜水泵抽排地下水,效果良好。闸塘土方工程边坡开挖的陡缓与土质和降排地下水的措施有关,特别是粉砂土土层的开挖,若采用集水坑降排水,边坡要放缓。

古代筑堤堵坝就重视夯实。明代提出,“凡筑岸,先实其底,下脚不实,则上身不坚”。民国期间,运河复堤工程的施工细则规定:“每坯虚土一尺二寸,硪打夯实至八寸,以扦试灌水不漏为准。”建国初期,1949年冬导沂工程,对骆马湖堤施工执行40厘米厚坯头,夯打成28厘米,踩坯进土,层坯层硪,“三遍一拭”和包扦等质量标准。1952年,苏南海塘工程处修建海塘的实施细则规定,每层填土厚度为40厘米,硪夯后不得超过30厘米。1954年以后,对填土的质量要求,逐步改为干容重指标控制。重要堤坝的填土,在设计中提出以压实干容重值反映填土质量。夯实工具,50~60年代主要是石片硪、石滚硪、石夯、木夯等。1960年前后,水闸、泵站等墙后填土,逐步由人工夯实改为蛙式打夯机夯实。60年代后期以后,大型流域性堤坝,多数采用履带式拖拉机碾压。

江苏修筑的土坝,多为均质土坝,质量要求比较严格,进土前要清基除淤。少数工程因情况特殊,也有采用水中倒土挤淤筑坝的方法。江苏的堵坝技术,主要反映在归江坝和沿海挡潮坝的修筑上。归江坝均为柴土坝,采用捆厢、进占厢施工。坝身的料土比,水上为料四土六,水下为料八土二。施工步骤是先层柴层土做好坝头,并在岸边下扦打桩,整好大缆,然后捆厢船就位开厢,按照料土比例层柴层土压实下沉做出水面。每箱埽长3~4米为一占,第一占完成后,即连续做,直至合龙。合龙后浇戗土使柴埽闭气,坝身得到稳定。在海边河道筑坝,除受潮汐影响外,还要解决软淤土,冲刷滑动问题。导沂工程小潮河堵坝,堵了5次才成功。射阳河、新洋港堵坝,在实践中,摸索出一套先作柴石枕护底,再用平堵和立堵相结合的筑坝技术。

(二) 石 方 工 程

江苏省用石料砌筑水工建筑物和保护江岸、堤防的历史比较悠久。明万历八年(1580年)开始修建的洪泽湖大堤石工墙最具代表性。该石工墙用条石砌成,条石一般长0.8~1.2米,厚0.35~0.42米,面石及丁石表面均加工平整,顶宽1米左右,底宽1.5米左右。条石的横向之间,锁以燕尾形铁锭,竖向加以铁棒,增强石墙的整体性和抗御洪水冲击、淘刷的能力。石工墙下部有木桩基础,墙内为砖柜。条石、砖柜均用石灰糯米汁胶结。由于设计、施工比较周到,石工墙历经400多年,大部分工段仍比较完好。

苏南海塘在明崇祯年代(1628~1643年),开始在松江县境修建“叠石十层至十五层”的石塘。清雍正元年(1723年)增筑金山、奉贤、南汇等县石塘。石塘外又加筑短桩石片的桩石工程。此后,清代不断对海塘桩石工程进行维修加固,民国时期也拨款维修。1949年7月,6号台风过境,江堤、海塘普遍损坏。当年冬季,苏南行署部署修复常熟、太仓、宝山等县江堤和海塘的桩石工程、浆砌石护岸工程等。桩石工程有二桩三石、一桩二石、二桩夹石等三种,施工简易,有一定的抗浪护塘能力,50年代中期因木材紧缺,才不再扩大使用。

1954年长江大水,一些重要河段有冲有淤变化较大。下关附近的潜洲被冲塌,直接威胁南京港区的安全。海门青龙港的江岸也坍塌严重。为稳定江岸,防止崩塌,从1954年至1957年,对浦口、下关、大厂镇及青龙港等险段进行了较大规模的沉排抛石护岸工程。单块柴排最小面积为384平方米,最大面积为1000平方米,厚度1~1.2米。沉排时,每平方米抛石厚0.5~0.6米。1974年江都县嘶马、丹阳县后巷曾做沉放软体排、沉梢的试验。软体排是用塑料编织布平贴岸坡再抛石压护,阻止水流对岸坡的冲刷。此后,护岸工程逐步从重型护岸转向轻型护岸。在沉排护岸的同时,有些河段还采用丁坝群护岸和平抛石护岸等多种形式以维持江岸稳定,确保江堤安全。

(三) 混凝土工程

清末民初开始引进西方水利科学技术。民国10年至25年(1921~1936年)先后修建了七门闸、九门闸、双金闸、下明闸、杨庄活动坝、白茆闸和邵伯船闸、淮阴船闸、刘老涧船闸等钢筋混凝土建筑物。为保证这些水工建筑物的混凝土质量,所用水泥、黄砂、石子的配合比例均有具体规定,按体积比计算,厚大结构一般采用1∶3∶6,细薄结构则采用1∶2∶4。据白茆闸工程施工记载,石子最大粒径3厘米左右,每立方米混凝土的水泥用量为350公斤,水灰比(水与水泥、黄砂、石子之和的比例)没有严格控制。40年后,曾对白茆闸、下明闸的混凝土进行调查,白茆闸碳化深度为10毫米,下明闸仅3毫米,混凝土的耐久性良好。

建国后,50年代水工建筑物混凝土的配合比逐步由体积比改为重量比。对主要部位混凝土,设计标号为140#,次要部位为110#。三河闸140#混凝土的水灰比为0.57~0.60,每立方米混凝土的水泥用量为305公斤。30年后检查三河闸混凝土碳化深度仅为2~8毫米,耐久性良好。射阳河闸施工时,提出混凝土的抗渗标号为S4,抗冻标号为D50。施工时,为确保混凝土的耐久性使用了加气剂,水泥用量为246~315公斤。冬季施工时为防冻使用了氯化钙。新洋港闸施工时,闸墩、底板为140#,掺了塑化剂,每立方米混凝土的水泥用量降至214~265公斤。1967年检查两闸时,射阳河闸1~19孔工作桥大梁有裂缝;新洋港闸有4孔胸墙大梁有顺筋裂缝。裂缝与掺用氯化钙有关。50年代后期,水泥供应紧张,而开工的大中型建筑物较多,不得不千方百计对水泥采取节约代用措施。有些工程水灰比选用过大;有些工程水泥质量不好或掺用了不合标准的粉煤灰;有的采取了其他不适当的节约水泥措施,造成很多水闸混凝土强度不足,耐久性差。60年代初,对混凝土耐久性的认识逐步深化。水闸上部桥梁等部位,混凝土设计强度先后提到170#~200#。在80年代初,对1958~1960年施工的21座水闸检查,发现有12座水闸存在混凝土裂缝、钢筋锈蚀等问题。而60年代中后期建造的江都西闸、武定门抽水站等6座建筑物,经检查混凝土耐久性基本上是好的。

混凝土的拌和,建国初期多数用人工拌和,一些大中型建筑物工程,使用0.4立方米鼓式拌和机。70年代以后,有些工程使用强制式拌和机和双锥式拌和机。80年代,省属施工队伍开始使用拌和楼。对混凝土的运输进仓,50年代用独轮小斗车,60~70年代用双轮铁斗车。80年代,一些大型建筑工地配备了0.3立方米机动翻斗车。

混凝土浇筑,底板、护坦、消力池等底部混凝土,多数是分块间隔浇筑。闸墩墙的浇筑,50年代初要分数次浇筑,三河闸浇筑时分三次才到顶;1958年以后,很多闸一次浇筑到顶。沭阳闸闸墩高10米,连同胸墙、公路桥在内一次浇筑完成。混凝土的振捣在50年代初用人工进行。1955年射阳河闸施工时,由淮委第五区队承建的几孔闸身开始用振捣器振实混凝土。从此,混凝土振捣改用振捣器进行。

混凝土的养护一直采用洒水办法。50年代初规定“普通水泥常温时养护10天,30℃以上养护14天”。1963年起按部颁水工混凝土施工规范规定,普通水泥养护时间改为14天。80年代开始,对混凝土不能洒水养护的部位,使用涂刷养护剂来养护。冬季施工时,都采取保温措施,防止混凝土早期受冻,影响质量。

模板材料,在50年代初期均使用木模,为提高模板周转次数,逐步制成标准木模板(1米×2米)。50年代后期,木材比较紧张,为节省木材,曾在部分工程中采用芦柴模板、竹片模板、砖模板,预制构件用土模,使用这些模板浇筑的混凝土外观粗糙。闸墩的立模方法,开始多采用斜撑式、对撑式及斜对撑结合框架式等等。这些方法,立模高度有限、限制了混凝土的一次浇筑高度,费工费料。1956年以后,改用“铁板对梢螺栓,对拉撑木”的立模方法,为混凝土一次浇筑到顶创造了条件。1979年,省属施工队伍先后在皂河抽水站的流道、胸墙以及秦淮新河船闸的上下闸首,使用液压滑升模板施工。以后,各工地逐渐推广组合钢模板。1982年在横山水库消力池加固工程中,曾将真空翻倒木模和真空吸水工艺用于陡坡混凝土浇筑,获得成功。1986年,西水关泵站施工时,80厘米厚的混凝土导水墩的直立面也试用真空脱水翻模工艺,所浇混凝土在24小时后,表面强度达40公斤每平方厘米,3天后达到设计强度(200#)。

(四) 地 基 处 理

明清时期的石闸、护岸挡墙均以短木桩群作为地基处理。民国时期涵闸绝大多数仍用桩基础。如未建成的三河活动坝即用桩基础。建国后,江苏改变过去不论地基强弱一律用桩基的做法。50年代初兴建的皂河闸、高良涧闸、运东闸和三河闸等工程,均采用无桩基础设计,直接建在天然地基上。并随着对天然地基的认识提高,对各类建筑物,都根据不同土层土质,提出不同的地基处理措施加固地基,施工部门按设计要求负责实施。

地基换土换砂是50年代地基处理中常用的方法。换土换砂多数是采用级配良好的中砂或粗砂,易振动密实。1952年起,在修建七浦闸、南潮河闸、善后河闸等均采用过。1956年建阜宁腰闸,为解决深厚的淤泥质地基,换填砂近3.9米厚。为保证砂基的密实度,对下部1.7米的砂层,采用水撼砂法撼实,使密实度达到0.8,满足设计要求。对上部2.2米砂层则用近2吨重的辊筒进行碾压,相对密实度达到0.67以上。采用换土换砂地基,一般因下卧层软弱,在设计上部结构时都注意整体性,并增设防渗板桩,以防止沉陷。

沉井基础于1976年新沭河沭南闸工程中首先使用。1977年朱稽副河闸,采用不封底沉井和群井基础进行设计和施工。这种方法造价低而且大大减少建筑物的沉陷量。80年代,沉井基础开始用于泵站的地基处理。先后建成大套站、北沙站、南京西水关泵站等。滨海站为并联封顶组合式沉井,西水关泵站是封底沉井。沉井制作方法有无承垫木法和承垫木法两种,如制作沉井的地基可能有不均匀沉陷,则采用承垫木法,反之用无承垫木法。

在地基处理中,还先后使用过打砂井预压、振冲砂石桩、挖孔桩、灌注桩、砂浆搅拌桩、强夯等方法。1954年兴建海边大浦闸时,打砂井预压,技术上是可行的,但费工、费时,工程建成后仍有沉陷,以后未再使用。1978年兴建临洪东站曾采用振冲砂石桩,在4500平方米站身地基内,打砂石桩3600根,承载能力可提高50%~100%,但在软土地基中使用振冲砂石桩,易使地基渗流变得复杂,故未广泛使用。

防渗处理是水工建筑中一项重要内容。防渗设施在粘性土地基上,多采用钢筋混凝土铺盖。由于防渗铺盖与翼墙间荷载悬殊较大,施工时,常将铺盖邻近翼墙的条形带,尽量待翼墙施工至相当高度并沉陷稳定后,再行浇筑。对粉细砂、砂壤土地基,一般采用板桩或铺盖、板桩相结合的布置形式。板桩均用整块木料做成凹凸企口。射阳河闸板桩在粉砂土层用冲水法埋设,最后1.2~2米,用人工拉桩锤打至设计高程。防渗木板桩耗用木料较多,50年代末起,就改用钢筋混凝土板桩。

1985年,设计施桥复线船闸时,因新老船闸相距只有100多米,确定在两闸之间设截渗板桩,以防止开挖闸塘降低地下水时影响老船闸安全。施工时,因施打板桩很困难,改用高压喷浆做防渗板墙,效果良好。1986年仪征县泗源沟闸加固时,为了保证邻近的泗源沟船闸的安全,也采用了上述做防渗板墙的办法。该项技术,此后在防渗加固工程或临时性的截渗工程中使用较多。

(五) 设 备 安 装

古代石闸的闸门多为木质,用人力启闭。清末民初建造的水闸,使用了钢架闸门与用齿轮、螺杆传动的手摇启闭机。当时启闭机由国外生产制造。抗战胜利后,闸门启闭机才开始由上海加工制造。

建国后,1957年前大中型水闸的闸门启闭机都由上海的工厂加工制造,并派技术力量到工地负责安装或协助安装。省水利施工队伍进行配合,并组织学习,建立自己的安装队伍。1957年开始,省内自行制造钢架木面或钢筋混凝土面闸门。1958年10月,成立江苏省水利厅水利机械厂(1960年12月移交扬州专署),承担部分闸门和启闭机的制造和安装。大型泵站的机电设施安装工作,在70年代以前,主要靠外单位力量进行。直到建江都四站时(1973~1977年),机电安装才由省水利施工队伍自行承担。自此以后,淮安站、谏壁站、皂河站等大型泵站的机电设备安装工程,均由省水利系统的技术力量负责完成。