某城市堤防防洪墻險情分析及除險加固

肖新華

（湘西自治州水利水電勘測設計研究院　吉首市　416000）

某城市堤防防洪墻險情分析及除險加固

肖新華

（湘西自治州水利水電勘測設計研究院吉首市416000）

某城市堤防工程投入使用后第二年出現安全隱患，堤防砌石防洪墻墻背承臺以上約1.0m出現數條順堤向水平張裂縫。文章對工程作了簡單介紹，對其裂縫險情及成因進行分析，提出防洪墻加固處理的二種方案，并作了對比。文章指出，根據目前普遍存在的砌石施工質量較差，為確保超高防洪墻的安全，設計時應注意幾個問題。

防洪堤隱患成因加固

1　工程概況

項目位于沅水一級支流上，工程主要任務為：對城區現狀和規劃發展城區沿河按防洪標準新修堤防保護圈，提高城市防洪標準。工程的建設規模為新建右岸老城區防護圈、排水泵房及其他附屬設施，堤防采用衡重式砌石防洪墻，長2.7 km。根據《防洪標準》（GB 50201-94）規定，確定其防洪標準為20年一遇，工程的等級為IV等工程，相應主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。

工程于2008年3月開工建設，至2010年10月完成主體工程施工。

2　防洪墻險情及成因分析

2.1防洪墻險情

2010年11月5日，樁號1+008.6～1+052.4段長43.8 m防洪墻發生了垮塌，該段墻高（16.5～21.0）m。經鑒定，垮塌原因為工程質量差所致，并建議：為保證該段已建堤防的安全，應對其余大于18 m墻高段進行安全鑒定。根據實際布置，樁號1+302～1+390段墻高均大于 18 m，此段堤頂高程為（213.30～212.42）m，最大墻高23.85 m，外河正常水位205.00 m，設計洪水位（210.00～209.97）m。經復核，擋墻衡重平臺以上斷面計算拉應力為（49.1～52.4）kPa，小于漿砌石的設計容許彎拉應力值（110 kPa），但經過檢測，防洪墻砌石砂漿強度僅M5.0,考慮安全裕度后的漿砌石的容許彎拉應力值為45 kPa，不滿足要求，論證后初步決定采用加厚上墻的加固方案。

2014年6月，對擬加固處理段（樁號1+320～1+ 340）墻背回填土開挖后發現防洪墻衡重平臺以上（衡重平臺高程198.70m～198.52m），高程（198.6～201.0）m范圍內發現4條順堤向水平張裂縫。裂縫1斷續延伸長10m，縫寬大部份在（10～20）mm之間；裂縫2延續延伸長8m，縫寬在（1～20）mm之間；裂縫3斷續延伸長12m，縫寬大部份在（10～25）mm之間；裂縫4發生在上墻墻背底部，延伸長5 m，縫寬大部份在（10～20）mm之間。裂縫的出現已嚴重危及防洪墻安全。

2.2險情成因分析

（1）工程施工時在未經設計許可下，隨意變更設計，增加上墻高度2.25m，墻體斷面型式改變。經復核，擋墻衡重平臺以上斷面計算拉應力超出允許值。

（2）從外觀上看，砌石墻體存在多處空洞，漿砌石砂漿不密實，經檢測，砂漿強度遠小于設計值M7.5；塊石粒徑普遍較小、密實度較差、相互間咬合度較低。

（3）通過對防洪堤擋土墻排水普查及運行情況調查得知，工程運行過程中，排水孔未見排水痕跡，估計是排水孔堵塞所致，排水堵塞會導致墻體內側地下水無法排水，從而增加堤內水壓力，甚至超出設計水壓力，使得防洪堤處于不利的運行狀態，增加防洪堤發生失穩破壞的機率。

（4）根據墻背開挖斷面，回填料從上往下可以分為三層，分別為碎石、雜填土、粘性土。

①碎石：主要由淺灰色、灰白色白云巖碎石、塊石、角礫及少量粘性土組成，其中碎石含量約50%，塊石含量約20%，角礫石含量約15%，粘性土含量約5%，欠壓實，層厚4.7 m。

②雜填土：主要由粘性土、白云巖碎石、部分角礫不、建筑垃圾及少量塊石組成，欠壓實，層厚2.0 m。

③粘性土，主要由粘性土及部分白云巖角礫組成，角礫含量約15%，土質松軟、濕、欠壓實，層厚5.8 m。

對粘性土填料進行檢測，根據界限含水率和顆粒分析試驗可判斷本土樣為粘土質礫，土樣液限為27.5%、塑限為16.0%、塑性指數為11.5、天然含水率達60.3%，最佳含水率為7.1%、最大干密度為2.07 g/cm3。防洪墻背填筑料不滿足規范要求，將導致土壓力增大。

3　防洪墻加固方案

3.1方案比選

本次加固設計提出二種方案。方案一：上墻M10漿砌石加厚，先采用C15混凝土砌塊石加高擋墻衡重平臺至（203.52～202.74）m高程，再對上墻背采用M10漿砌石按1∶0.5的坡比進行加厚；方案二：擋墻衡重平臺加高同方案一，然后在衡重臺上新增C30扶壁式擋墻獨立承擔上墻土壓力。下面對二種方案進行比較說明，見附表。

附表　溢洪道各級庫水位下泄流量試驗值

由于無法準確探測裂縫在墻體內的延伸深度以及對上墻穩定造成的影響程度，另考慮到原砌體質量較差，加固方案選擇可靠度更高、更安全的鋼筋混凝土扶壁式擋墻方案。

3.2衡重臺上扶壁擋土墻設計

（1）擋墻扶壁采用等厚，扶壁坡比根據擋土墻的結構穩定要求及衡重臺實際寬度確定。扶壁間距根據平面布置分析確定，墻體及扶壁的截面厚度根據結構強度要求確定。

（2）扶壁擋土墻的分段長度與原防洪墻相一致。

（3）對原防洪墻下墻體進行充填固結灌漿，以增強其整體性及強度。設計孔距、排距均為2.0 m，施工時根據不同部位與砌筑質量，先采用先導孔進行查明，再分別選擇不同的漿液濃度與灌漿壓力，并注意在伸縮縫兩側采用化學灌漿進行封閉，防止伸縮縫被漿液填塞。

（4）為加強衡重臺上方加高砌體與原防洪墻塊石砌筑體之間的結合，布置水平向Φ20錨桿，錨桿長4.0 m（兩側各2.0 m），間距1.5 m×1.5 m梅花型布置。

（5）扶壁面板與原防洪墻間采用C15混凝土填筑。

（6）先疏通原防洪墻堵塞排水孔，然后在扶壁式擋墻面板上埋設排水管與之相接，并在扶壁式擋土墻墻背設置反濾層。

（7）布置堤身垂直位移、水平位移監測系統，及時發現細微的異常變化，并做相應的工程處理。

3.3修復后防洪墻穩定及應力復核

復核計算將上墻扶壁式簡化為整體漿石擋墻的一部分，對擋墻基底截面穩定及應力進行復核，考慮3 m水位差，內水位為扶壁式擋墻底板以上3m位置。經計算，擋墻在各種工況下穩定及應力滿足規范要求。

修復后擋墻橫斷面圖見附圖。

附圖　防洪墻加固橫剖面圖

4　結語

通過堤防防洪墻除險加固的設計，對堤防防洪墻有了較深的了解，同時注意到設計中需要注意的幾個問題。

（1）城市等修建土堤受限制的地段，可采用防洪墻。防洪墻宜采用鋼筋混凝土結構。

（2）擋土墻高度在6 m以上時，可采用扶壁式結構；當擋土墻高度較大、且地基條件不好時，宜采用空箱式或空箱與扶壁組合式結構。

（3）衡重式擋墻上墻身與衡重臺連接處為拉應力區，設計時需對在區域用“L”型鋼筋鋼筋混凝土進行加強。

（4）衡重式擋墻穩定及應力計算復核時需考慮墻內外水位差，可按外水位平齊衡重臺高程，內水位取衡重臺高程以上3～4 m。

（5）對于比較高的防洪墻，墻背排水宜采用干砌石反濾體。

肖新華（1976-），男，大學本科，工程師，從事水工設計工作，手機：1860743222。

（2016-03-12）