圍海大堤臨時排水口沉陷分析及修復處理

嚴路易

（上海宏波工程咨詢管理有限公司 200232）

1 工程概況

某圈圍工程地處上海長江口南岸，圍堤長度約17.2km，圍堤于2006年3月建成。2009年3月底，在巡查大堤過程中，發現局部堤段堤頂路面出現開裂及凹陷等情況，進一步利用地波雷達進行物探，發現幾處凹陷下部存在不同程度的空洞，且集中發生在堤身臨時排水口處。為進一步探明原因，對其中的9號臨時排水口處的堤頂進行開挖檢查，共開挖檢查井3個，2個檢查井直徑約30cm，挖深約3m；1個檢查井直徑約1m，挖深4m。經人員下井檢查，發現離堤頂路面約2.7～2.8m處出現空穴，其走向沿井壁向外海側約1m，再折線向下延伸，空穴呈不規則形狀，緊貼堤身充泥管袋袋布邊緣，寬約30cm、高約70cm，現場用鋼卷尺放入量估其深度，估計至臨時排水管底部，空穴深大于5m。

2 塌陷原因分析

根據現場檢查情況，緊貼空穴的堤身充泥管袋為斜向布置，充泥管袋上部土方排列緊密，從深入空穴內量測的卷尺收回時呈干燥的情況推斷，空穴內干燥無水。經分析造成空穴的原因為：發生塌陷部位正處于臨時排水口，該部位有4根穿過堤身的直徑為800mm、長度為12m的臨時排水鋼管。鋼管連接部分通過法蘭螺栓連接，由于堤身結構為內外側充泥管袋加中心部分采用粉質砂土吹填，堤身基礎為淤泥質土，施工期及完成后沉降量較大。按照《堤防工程設計規范》（GB 50286—98）推薦的分層總和法采用地基各土層的e-p曲線計算最終沉降量；《公路軟土地基路基設計與施工技術規范》（JTJ 017—96）推薦方法計算任意時刻地基的沉降，由此可以計算各分級加載下的沉降量以及竣工后基準期的殘余沉降量。最終沉降量的計算公式為

式中S——最終沉降量，mm；

n——壓縮層范圍的土層數；

eli——第i土層在平均自重應力作用下的孔隙比；

ewi——第i土層在平均自重應力和平均附加應力共同作用下的孔隙比；

hi——第i土層的厚度，m；

m——修正系數，一般堤基的m=1.0，對于海堤軟土地基可采用1.3～1.6。

工程設計在參考鄰近工程海堤實測沉降結果分析后，確定該工程岸線筑堤當m=1.3時與實際沉降量比較接近吻合，故該工程中取m=1.30。

根據設計計算，施工期及工程后期沉降以及堤身自身的排水固結，整個堤身沉降量在竣工驗收時將達到0.7m左右，基準期（20年計）最終沉降量將達到1.29m。

而臨時排水口穿堤鋼管接口為法蘭剛性連接，限制了變形，承受堤身變形壓力過大從而發生斷裂，庫區內的積水在通過排水管向外海排放過程中，很容易將粉砂質堤芯土外排流失，逐漸形成空穴，從而形成堤身凹陷。

3 修復處理方案

3.1 現場排摸檢查

3.1.1 檢查堤身是否存在空穴

因此根據現場堤頂防浪墻以及路面實際情況，對有路面沉陷以及沉陷過程中鋼管斷裂經過的1號、5號、6號、7號、8號臨排位置進行針對性的開挖檢查。查看后初步確定開挖檢查范圍如下：1號、6號各開挖1個孔；5號開挖2個孔，位置初選在對角線上；7號開挖3個孔，位置初選在對角線上；8號先在下沉處開挖1個孔；9號在已開挖孔的東北角加挖1個孔。開挖后發現每個排水口均不同程度地存在空洞。

3.1.2 檢查排水管是否有滲漏水

由于大堤在投入運行前臨時排水口拍門外口、檢修井口、內側集水井口均已進行封堵，因此在對堤身及堤頂修復處理前，全面檢查排水管的封堵密實性。如在原進出口管周圍存在滲水，或開挖檢查中發現空穴內土體非常潮濕，可初步判斷管封堵不密實，需根據具體情況另外處理。

3.2 空穴處理方案

在現場探明空穴情況基礎上，采取的處理的步驟為：空穴回填→壓密注漿→路面修復。

3.2.1 挖孔檢查后的臨排空穴處理

挖孔檢查后對發現堤身存在空洞，采用灌砂灌水充填處理：通過檢查井倒入細砂，而后灌水，利用漿液自重流入壩體空穴內填充，堵塞洞穴，需分多次進行，以使砂體密實。待充填以及檢查孔回填完畢后，在堤頂對空穴位置先進行淺層覆蓋層注漿，再進行深層注漿。

3.2.2 檢查井恢復處理

檢查井在空穴灌漿完成后，利用開挖土分層回填、夯實，并加水進行密實。

3.2.3 堤身加固處理

由于堤頂下為吹填粉砂土，土體松散，在臨排位置因鋼管的剛性所限，堤身土與地基土的壓縮沉降變形不同步，土體的密實度較差。為消除壩體隱患，提高堤身防滲能力和穩定性，對于所有臨排上部堤身土，采用壓密注漿方式進行加固。

3.2.3.1 加固處理原則

a.有沉陷的堤身段，布置5排注漿孔，在堤頂的內外側各布置1排間距1m的注漿孔進行封漿加固，中間按梅花形布置間距2～3m的注漿孔。

b.無沉陷的堤身段，布置3排注漿孔，在堤頂的內外側各布置1排間距1m的注漿孔進行封漿加固，中間布置1排間距2～3m的注漿孔。范圍：橫向為堤頂寬約6m（扣除防浪墻底板寬度以及路肩混凝土埂），縱向在臨排位置以外兩側各擴大4m，注漿深度以管底為控制，如注漿管深度至排水管頂時，可適當加大注漿壓力，以使漿液擴散至管底。

3.2.3.2 壓密注漿的技術要求

a.注漿及漿液配比：

?臨時排水口堤身處土體均采用水泥—水玻璃雙液注漿，固化劑采用425號普通硅鹽水泥。水玻璃摻量應通過試驗確定，一般為0.5%～3%；

?水泥漿的水灰比為0.6～2.0，根據現場試驗針對水泥的實際情況加入一定比例的外加劑。為增加漿液的流動性，有利于漿液擴散、填充縫隙，摻入粉煤灰，用量為水泥用量的20%～50%。

b.施工要求：

?注漿孔：封漿孔間距為1m，其余注漿孔按梅花形布置，間距2～3m。注漿加固深度約6m，加固范圍至管底；

?漿液注入量大于15%，可根據現場試驗結果，適當調整注漿量；

?注漿時，注漿點的覆蓋厚度應不小于2m，注漿壓力在下部（即排水管上下2m左右范圍）為0.2～0.5MPa，其余部位為0.2～0.3MPa（具體壓力可由現場試孔確定）。注漿量啟漿時為0.2m3，封漿時為0.1m3。對于空穴灌砂回填后的注漿首先應注漿封頂，然后由下向上進行注漿，防止漿液上冒；

?注漿采用帷幕法施工，先打外圍，后內部；注漿跳孔間隔施工，防止竄漿，起管時交叉進行，以保證壓漿的均勻擴撒和擠壓；

?注漿垂直偏差應小于1%。用帶有活堵頭的金屬管注漿時每次上拔或下鉆高度宜為0.5m。注漿的流量為7～10L/min。對于局部可能空隙較大處充填型注漿流量不宜大于20L/min；

?漿體應經過攪拌機充分攪拌均勻后才能開始壓注，并應在注漿過程中不停緩慢攪拌，攪拌時間應小于漿液初凝時間；

?水溫不得超過30～35℃,并不得將盛漿桶和注漿管路在注漿體靜止狀態暴露于陽光下，防止漿液凝固；

?每一單孔第一次（或每一次）灌入一定預估的漿量后，應立即停止壓漿，關閉注漿管上安裝的球閥，接著壓其他注漿管，待其漿液穩定后再提管0.5m，再壓漿，這樣壓漿、穩定、拔管直至設計標高。注漿時應時刻注意是否有堤頂面、坡面冒漿或上抬現象，一旦發現，應立即停止注漿，調查冒漿原因，調整注漿壓力、流量，并對外側孔洞采取封堵措施；

?現場注漿施工中需注意對周邊環境的影響，并采取適當的監測、保護措施；

?注漿用水不得采用pH值小于4的酸性水和工業廢水；

c.質量檢驗：

?檢測內容：注漿施工期質量檢驗包括機械性能、材料質量、摻合比試驗等，檢查注漿高程、注漿孔垂直度、水泥摻量、上提注漿速度、外摻劑摻量、水灰比、注漿起止時間、注漿量的均勻度、跳孔施工間歇時間等；

?注漿的連續性測試：探測注漿之間水平搭接情況，有無斷漿、裂縫、未搭接、空洞等現象，一般可采用無損檢測。

3.3 堤頂路面修復

先用銑刨機銑刨掉原瀝青混凝土面層，再用壓路機碾壓幾遍，確保新筑路面高程與相鄰路段高程順接，再在基層上鋪一層瀝青，然后鋪筑瀝青混凝土面層，新筑瀝青混凝土面層同原設計（細料厚度為3cm，粗料厚度為8cm）。若面層與基層、底基層之間有空隙，則填相應厚度的粗粒瀝青混凝土；若基層粉煤灰三渣層松散，則挖除基層后分層回填瀝青碎石；若發現基層或底基層下有空洞，則可用級配碎石夯實回填作為底基層。

級配范圍應滿足《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）要求。瀝青混合料需滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）要求。回填用壓路機壓實，壓實度不小于97%。

3.4 修復效果

臨時排水口在南北涵閘建成后已分別實施封堵。現場檢查發現1號、5號、6號、7號、8號、9號臨時排水口上部堤頂瀝青路面有局部沉陷現象，這幾座排水口在堤身土方基本完成或運行期，先后有多根鋼管法蘭接口處發生斷裂，引起堤身土方局部明顯下沉，現場確定對發現斷裂的鋼管進行封堵，對上部堤身的空洞分批多次灌水填砂密實，并對堤身進行了壓密注漿加固，通過加固處理后，經過連續半年的沉降觀測，堤身非正常沉陷現象未再出現。

4 預防措施

上海地區圈圍工程臨時排水大部分采用排水管穿越堤身的方式，為避免發生類似因排水管破壞滲漏導致堤身的破壞情況發生，建議采取以下相應措施：

a.臨時排水管設計時，堤身段應加設柔性軟管，增大管身對大堤沉降變形適應性，避免排水管法蘭變形破壞造成滲漏；或者增加對排水管部位基礎處理措施。

b.排水管安裝時，在底部增設袋裝碎石或充泥管袋，使軟接頭形成一定的反彎預拱，抵消一部分后期的沉陷變形量。

c.圍堤施工結束后及時對臨時排水口進行封堵。臨時排水口堤身部分接頭變形過大而造成管身脫節，從而形成滲漏通道，是造成圍堤建成后塌陷破壞的主要原因。因此，該工程圍區內完成吹填后，馬上對臨時排水口進行封堵，同時溝通圍區內水系，杜絕內外側水流發生貫通滲漏。