龍?zhí)哆^江通道防洪影響補救措施探討

吳 杰，徐逸文，李銘華，樊昆澎，曹國俊

(南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011)

擬建龍?zhí)哆^江通道位于長江南京河段與鎮(zhèn)揚河段交界處，與上游南京棲霞山長江大橋相距約16.8km。擬建橋位南北岸分別跨南京市棲霞區(qū)與儀征市江堤。主橋為單跨懸索橋，南北主墩均位于堤外灘地，為保障橋址區(qū)河勢、岸坡及堤防穩(wěn)定安全，需探討相應(yīng)的防洪補救措施。

1 洪水影響分析[1]

1.1 防洪及河勢影響分析

數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果表明，橋梁工程實施后，主通航孔間河床總體略有沖刷，沖刷幅度在0.1～0.5m，橋墩邊緣局部沖刷相對較大，北側(cè)主墩附近河床變化相對較小，南側(cè)主墩掩護(hù)區(qū)域內(nèi)總體略有淤積。物理模型(如圖1所示)試驗結(jié)果表明，橋區(qū)地形的沖淤變化受大橋橋墩的影響較小，大洪水下擬建工程區(qū)河床沖淤變化總體表現(xiàn)為沖刷態(tài)勢。

1.2 堤防滲流和穩(wěn)定影響分析

1.2.1三維滲流分析

根據(jù)工程實際需求，分別對南岸長江大堤和北岸長江大堤進(jìn)行滲流分析，三維滲流場中滲流控制方程見下式[2]。

(1)

式中，kx、ky、kz—橫軸、縱軸、豎軸方向滲透系數(shù)；H—水頭，m；f—源匯項，若實際問題中不存在，則f恒等于0。

經(jīng)計算，工程興建后，南岸長江大堤在防洪設(shè)計水位下背水坡出逸坡降達(dá)0.39，已接近粉質(zhì)黏土允許坡降0.4，為防止發(fā)生滲透破壞，需對背水坡采取反濾保護(hù)的工程措施，近堤橋墩基礎(chǔ)周邊做防滲及防沖處理。北岸長江大堤在防洪設(shè)計水位下背水坡出逸坡降為0.06，小于允許比降，相對較為安全。

1.2.2邊坡穩(wěn)定分析

本文依據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》[3]進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析。結(jié)果表明，工程興建對南北岸長江大堤的邊坡穩(wěn)定影響較小，堤坡穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。工程施工所產(chǎn)生的擾動會使江南長江大堤臨水側(cè)堤基土強度指標(biāo)大幅降低，施工時需對江南長江大堤臨水側(cè)堤坡進(jìn)行安全監(jiān)測。

2 主要補救措施設(shè)計

2.1 堤防加固設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)勘探，南岸堤基下的粉土及粉砂滲透性相對較強，且位于相對隔水層之上。滲流計算結(jié)果表明，在橋墩的影響下，堤后滲透比降較建橋前增加較大。本工程采用防滲墻方案進(jìn)行防滲處理，并在背水側(cè)滲流逸出點附近布置反濾結(jié)構(gòu)。綜合對比高壓噴射灌漿法、垂直鋪塑、塑性混凝土防滲墻、深層攪拌法水泥土防滲墻等方法，發(fā)現(xiàn)高壓噴射灌漿法具有管理方便、適應(yīng)變形能力強的優(yōu)點，在防滲墻深度超過15m的情況下，其成墻效果更好，施工簡單。故采用高壓旋噴防滲墻方案。

圖1 物理模型布置圖

確防滲墻總長160m，范圍為南岸橋軸線上下游各80m，防滲墻軸線布置在堤防迎水側(cè)，防滲墻軸線與堤外肩線距離7m。防滲墻厚按下式計算[4]。

(2)

式中，T—防滲墻厚度，m；H—最大設(shè)計水頭，m，本文取為3.43m；[J]—允許滲透比降，對于普通混凝土，[J]取60。

可計算得到防滲墻最小厚度為5.72cm，綜合考慮成墻工藝和墻體的均勻性，T的有效值確定為30cm。此外根據(jù)地質(zhì)情況，防滲墻高度取為20m。

南北岸主江堤加固典型斷面如圖2—3所示。

圖2 北岸主江堤加固典型斷面(1985高程基準(zhǔn)，單位m；結(jié)構(gòu)尺寸單位cm)

圖3 南岸主江堤加固典型斷面(1985高程基準(zhǔn)，單位m；結(jié)構(gòu)尺寸單位cm)

2.2 護(hù)岸及防沖工程設(shè)計

2.2.1水上護(hù)坡設(shè)計

在拋石、干碼石、漿(灌)砌塊石和雷諾石墊等水下拋石型式中，考慮到干碼石護(hù)坡成本較低，施工簡單，排水效果好，適應(yīng)變形，維修方便等優(yōu)點，水上護(hù)坡采用干碼石型式，護(hù)面層厚度0.6m。

2.2.2水下護(hù)腳設(shè)計

水下護(hù)腳工程中，考慮與長江干流江蘇段崩岸應(yīng)急治理工程棲龍彎道右岸加固工程的銜接，南岸橋址區(qū)水下護(hù)腳采用拋石防護(hù)型式。

結(jié)合橋墩防沖的需要及《龍?zhí)哆^江通道工程洪水影響評價報告》[1]建議，護(hù)底寬度取為30～60m，護(hù)底高程為-13.2～-9.4m，防護(hù)頂高程為設(shè)計枯水位1.5m，拋石厚度取1.0m。防沖備填石方量與河床可能出現(xiàn)的最大沖刷坑深度有關(guān)，其計算公式如下[5]。

(3)

式中，hB、hp—沖刷坑的最大深度及其處的水深，m；Vcp、V允—平均流速和河床面允許最大流速，m/s；n—形狀系數(shù)，一般取值1/4～1/6。

經(jīng)計算，棲龍彎道右岸段沖刷坑最大深度為7.26m，設(shè)計防沖備填石方量為25m3/m。

3 主要施工措施要點

3.1 水下拋石

3.1.1施工流程

水下拋石施工采用拋石船載反鏟挖掘機側(cè)邊拋投的工藝，流程為：施工前水下地形測量→劃分拋石區(qū)域→測量放樣→定位→拋投塊石→施工結(jié)束水下地形測量[6]。

3.1.2施工準(zhǔn)備

施工機械主要包括：施工定位船、石料船(裝石長度30m)、拋石船(自航甲板駁加反鏟挖掘機)，每艘定位船配置2艘拋石船。施工前，依據(jù)DB32/T 2947—2016《長江水下平順拋石護(hù)岸施工規(guī)范》[7]的要求，根據(jù)施工設(shè)計圖和石料船的大小將拋石區(qū)劃分成若干1.5m×30m小拋石區(qū)，并進(jìn)行編號。此外，在施工設(shè)計時按90m的間隔設(shè)置固定斷面，每個斷面拋前拋后各測一次厚度，可取兩次測量的斷面平均增厚值作為拋石厚度。

3.1.3定位施工

定位施工過程中采用GPS定位，岸上和定位船上分別設(shè)置GPS發(fā)射站和接收站。測量放樣結(jié)束后，定位船根據(jù)岸上的斷面旗移動至拋石區(qū)，保持其前沿與斷面旗共線，通過GPS接收機測出定位船的平面位置，并根據(jù)實時數(shù)據(jù)指揮定位船移動至與圖紙位置相符。

3.1.4拋投試驗

為確保拋石的準(zhǔn)確性，在施工前進(jìn)行拋投試驗，目的是通過水位、流速情況確定拋石船的停泊位置。塊石的漂距與流速、水深之間的關(guān)系見下式[8]。

(4)

式中，s—塊石沿水流方向的水平漂距，m；K—經(jīng)驗系數(shù)，試驗得出平均值為0.8；v—施工時拋石部位水面流速，m/s；H—拋區(qū)相應(yīng)水深，m；W—塊石質(zhì)量，kg。

3.2 高壓旋噴防滲墻

3.2.1施工流程

本工程高壓旋噴樁采取三重管法旋噴，施工流程為：測量樁位→開孔檢查→鉆機成孔→換漿清渣→下注漿管→旋噴提升→灌漿孔回填→成墻。

3.2.2施工工藝

(1)造孔

選用回轉(zhuǎn)鉆機，按兩序進(jìn)行施工，泥漿鉆進(jìn)。施工前移動鉆機直至鉆具與孔位中心相對，并用水平尺在兩個垂直方向分別測量校準(zhǔn)，確保機臺水平。鉆孔深度需入基巖至少1.0m，基巖巖芯采取率至少為60%；為保證孔斜率不超過1%，施工時每3～5m量測一次，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

(2)下噴管

造孔工序結(jié)束后，移動高噴臺車至噴管與孔位達(dá)到中心對齊，找平后將噴管導(dǎo)入孔中，根據(jù)孔斜率的監(jiān)測情況可適當(dāng)調(diào)整噴管位置和方向，若孔底沉渣對噴管下放造成阻礙，可以噴射結(jié)合的方式配合掃孔，直至噴管完全到達(dá)孔底。此外，可在下噴管的同時低壓送水、氣、漿，以防噴嘴堵塞。

(3)噴射注漿

待噴管頂部達(dá)到孔底后，將氣、水、漿液依次加壓噴射至孔底。噴射初期，只旋噴不提升，待孔內(nèi)回漿密度達(dá)到1.3g/cm3后，按每分鐘10cm的提升速度和預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度均勻連續(xù)旋噴提升。當(dāng)鉆頭已提升至距離設(shè)計樁頂標(biāo)高1m時，降低提升速度，直至到達(dá)樁頂后靜噴30s。在這一過程中，孔口回漿量不得超過20%，回漿密度應(yīng)不小于1.3g/cm3。

(4)充填回灌及清洗

噴射結(jié)束后，立即向噴射孔內(nèi)靜壓充填注漿，以防泥漿產(chǎn)生析水沉淀，直至孔口液面高度不再下降。噴管拔出后，及時對灌漿泵和輸漿管進(jìn)行清洗，防止殘余漿液在管道中沉淀凝結(jié)，造成輸漿管路和噴嘴不暢通，影響后續(xù)施工。

3.2.3異常情況處理措施

(1)回漿量異常

如遇回漿量偏少的情況，可在漿液中摻入適量速凝劑，同時加大注漿量和漿液濃度直至回漿量升至常規(guī)水平；對回漿量過大的地段，可提高噴射壓力，適當(dāng)減小噴嘴孔徑，加快提升和旋轉(zhuǎn)速度，但前提是確保旋噴墻連續(xù)完整。

(2)噴射中斷

噴射過程中漿、氣、水的供應(yīng)必須保證連續(xù)，一旦發(fā)生中斷，復(fù)噴前應(yīng)將噴管繼續(xù)下沉至少30cm，以確保樁體的連續(xù)性。

4 結(jié)語

(1)在龍?zhí)哆^江通道施工過程中，江南長江大堤臨水側(cè)堤基土?xí)艿綌_動，施工通道與大堤存在交接段；工程興建后，江南長江大堤背水坡有發(fā)生滲透破壞的可能，需要針對性進(jìn)行防洪影響補救措施設(shè)計。

(2)擬建龍?zhí)哆^江通道堤防加固工程采用高壓旋噴防滲墻，水上護(hù)坡和水下護(hù)腳分別采用干碼石和拋石型式。

(3)水下拋石施工采用拋石船載反鏟挖掘機側(cè)邊拋投工藝，拋石施工前進(jìn)行試拋試驗確定漂距以確保拋石的準(zhǔn)確性；高壓旋噴樁采用氣、水、漿液三重管法旋噴，對回漿量異常等情況提出了處理措施。