鉆孔灌注樁在城市防洪高陡岸坡堤防中的應用

(1.蕪湖市河道管理局，安徽 蕪湖 241000； 2.安徽省長江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

1 概 況

蕪湖市位于安徽省東南部，地處長江下游兩岸，市域面積6026km2，下轄無為、蕪湖、繁昌、南陵四縣和鏡湖、弋江、鳩江、三山四區，以及兩個國家級開發區，市區面積1064.7km2。

蕪湖古有“長江巨埠，皖之中堅”之名，是我國著名的“四大米市”之一、國務院批準的沿江重點開放城市、國家級優秀旅游城市、皖江城市帶承接產業轉移示范區核心城市、南京都市圈成員城市、濱江山水園林城市。

鑒于城市的重要性，蕪湖市被國務院列入全國首批30座重點防洪城市之一，因此建設安全可靠的城市防洪工程是維持本地區國民經濟發展和社會穩定必不可少的前提條件。

2 水文氣象及地貌

2.1 水情

蕪湖市中心城區濱江而建，地處長江中下游平原，屬亞熱帶氣候，四季分明，溫暖濕潤。

據蕪湖雨量站1880年建站以來的資料統計，1991年雨量最大，為1924mm；1978年雨量最小，僅為562mm；豐枯水年相差3倍以上。該地區全年降雨主要集中在汛期5—9月，為735mm，約占全年的60%；年平均雨量1192mm。年極端最高氣溫為41.1℃(1959年)，最低氣溫為-13℃(1969年)，多年平均氣溫為15.8℃。

據史料記載，蕪湖水位站自1900年建站以來，實測最高洪水位為1954年8月25日的12.87m(吳淞高程，下同)，最低枯水位為1959年2月1日的2.11m。多年平均高水位為10.31m，多年平均低水位為3.58m，年水位高度變幅達7～10m。

2.2 地貌

蕪湖市中心城區位于長江下游南岸的沖積平原地帶，大部分為地形平坦開闊、河渠交錯的平原圩區，有少量山丘分布。區內地形稍有起伏，基本呈東南高、西北低的趨勢，沿江地區高程為9～11m。區內山丘主要有赭山、范羅山、弋磯山、四褐山等，區內河渠縱橫，除長江外，主要支流有青弋江、扁擔河、漳河、荊山河等。區內江堤外河漫灘比較狹窄，部分堤段基本無外灘地。內河段堤外臨水側大部分沒有灘地，堤腳緊臨河槽，背水側堤腳淵塘密布。

長江自南向北流經中心城區，跨長江蕪湖河段，沿江岸線基本呈內凹狀，深泓貼岸，岸坡沖刷較為強烈。

3 城市防洪工程現狀

蕪湖城市中心城區位于長江和青弋江(系長江一級支流)交匯處，青弋江將中心城區城市防洪工程分隔成城北、城南兩個防洪片區。1949年以前，蕪湖市沒有真正意義上的城市防洪堤防，正常水位年，通過在防洪堤防上加設臨時子埂度汛。若逢汛期大水年，都是水進人退，災民集中在市區高地和山崗上避難。1949年后，由于地方財力有限，城市防洪堤防標準低(主要表現為“矮、窄、險”)，無防汛通道，每逢汛期險象環生。

20紀90年代初，在國家、省、市三級財政支持下，蕪湖市啟動了城市防洪工程全面達標建設，設計標準為防御長江1954年型特大洪水。南北兩個防洪堤圈土堤段均按國家Ⅰ、Ⅱ級土堤標準進行達標建設，唯有位于中心城區青弋江入長江口長約13.5km的南北兩岸堤段受城市建成區已建建筑物和城市設施限制，防洪堤防無法向背水側城區大幅度內退而被改造成倒“T”形鋼筋混凝土防洪墻，從而造成防洪墻迎水側岸坡只能在原有高陡的岸坡上進行砌護和修整。由于防洪墻改建工程段城市地坪高程11.5m左右，青弋江河底高程-0.5m左右，形成高差12m左右、坡比1 ∶2左右的迎水側土坡，加上年水位變化高差達7～10m，造成每年汛后退水期迎水側岸坡時常發生塌滑現象，直接影響防洪墻基礎的穩定。

4 迎水側岸坡滑坡原因分析

根據地質勘察資料，堤身及堤基土層特征如下:?雜填土層，雜色，成分復雜，呈中密狀態，層底標高約-3.00～1.00m，層厚9～11m；?重粉質壤土、粉質黏土層，灰色～青灰色，呈流塑狀態，局部夾粉土、粉細砂及軟塑粉質黏土，層底標高約-3.50～-4.50m，層厚約2～4m；?中、重粉質黏土層，長江沖積形成的地層，黃灰～灰黃色，呈硬塑狀態，局部呈堅硬狀態，局部為黏土。采用瑞典圓弧法和畢肖普法對迎水側岸坡進行抗滑穩定分析計算，結果岸坡抗滑穩定安全系數僅1.02左右，岸坡穩定處于臨界狀態。

經分析，認為迎水側岸坡滑動主要有以下三方面原因：

a.堤身堤基含淤泥質雜填土，土層厚且向外坡下傾，不利于邊坡穩定。

b.本流域雨水較多，城區地下水補給充足，地下水水位較高，而長江干流枯水期蕪湖段水位較低，現狀外坡坡面無排水設施，城區地下水不能及時順暢排出，增大了坡體內滲透壓力，降低了土層尤其是淤泥質雜填土層的抗剪強度和抗滑能力。

c.迎水坡垂直高度達12m，而坡比較小，抗滑穩定系數處于臨界狀態，易產生坡體滑動。

5 岸坡治理方案的擬定

為有效治理較大水位落差導致的防洪岸坡退水期塌滑問題，經多次分析和探討后，形成了以下兩種岸坡治理方案：方案一是在迎水側岸坡護砌下部加強導滲，加固護坡底護腳平臺；方案二是緊貼已建防洪墻基礎迎水側或背水側修建防滲墻。

方案一采用導滲加坡底固腳方式，降低防洪墻基礎下土體浸潤線的高度，增強迎水側岸坡土體抗滑能力。但由于城市岸坡土體大多屬于多年層疊的雜填土，地質情況復雜多變，坡面出滲點位置忽上忽下，出水量也大小不一，導滲溝系難以導出全部外滲地下水，致使岸坡塌滑現象不能徹底消除。

方案二對阻斷城市地下水外滲效果直接，但也徹底改變了堤防浸潤線形態，大幅抬高了防洪墻基礎處的地下水位，使得防洪墻及迎水側土體在枯水期要抵抗更大的水頭壓力，這對防洪墻整體穩定不利。另外，順著防洪墻修建的防滲墻破壞了防洪墻基礎下土體的整體性，也不利于防洪墻整體穩定。

通過兩方案比選，從偏安全角度考慮，決定采用方案一導滲加坡底固腳方式對岸坡進行整治。

6 岸坡固腳工程措施

6.1 加固工程措施比選

岸坡整治常采取的加固工程措施主要有削坡增加坡比、增設坡底壓腳平臺、打抗滑樁阻滑等方式。由于城市土地寸土寸金，加上防洪墻背水側是十分擁擠的城市道路、城市建筑和市政設施，采取防洪墻退建后削坡增加坡比來達到岸坡穩定幾乎是不可能的。不穩定岸坡位于長江一級支流青弋江南北兩岸，在沒有防洪規劃控制之前，城市建設與水爭地，造成青弋江入長江口城市段河道行洪斷面已顯不足，如采取增設坡底一定寬度壓腳平臺，通過壓腳平臺反壓岸坡來增加岸坡穩定性的措施，需要占用河道的行洪斷面，增加了城市防洪壓力，顯然也不具有可行性。采取削坡增加坡比、增設坡底壓腳平臺的岸坡加固方式，都要改變現有的河道斷面，挖填會產生大量的土石方，將對多年形成的河道水生態和水環境帶來不利的影響。如通過在坡腳位置打抗滑樁阻滑來增加坡面的穩定性，能保持現狀坡面不變，不影響河道行洪，施工時擾動面小，對河道水生態和水環境影響也較小。因此，通過比選采用打抗滑樁阻滑工程措施，對岸坡進行加固處理。

6.2 抗滑樁型式比選

采用抗滑樁對岸坡滑動進行處理要求抗滑樁有足夠的長度，能擊穿滑動面進入持力層一定的深度，同時抗滑樁自身要具有足夠的抗剪強度，確保通過持力層產生足夠的抗力，阻止滑動體繼續下滑。常采用的抗滑樁有木樁、預制鋼筋混凝土樁、鉆孔灌注樁等。采用木樁和預制鋼筋混凝土樁都需要采用打樁機具，為便于打樁，樁徑不能過大。由于需加固治理的岸坡穩定處于臨界狀態，打樁機具自身的重載、打樁錘擊產生的強烈振動，以及樁打入土體對周邊土體的擠壓等，都對岸坡穩定極為不利。

而鉆孔灌注樁具有如下優點:?機小、重量輕、設備簡單，狹窄操作面也可使用，可以靠近已有建筑物施工，基本不受交通條件限制；?工藝技術成熟,操作簡單、安全，質量易于掌握和控制；?噪聲低、振動小，對周圍環境的污染小，適合城市內施工；?對復雜地質條件適應性強。采用鉆孔灌注樁可以克服施工工具自身重載和振動強烈的問題，同時樁徑可以適當加大，樁長也可以根據地質情況適當調整，樁的抗剪和抗彎能力也優于木樁和預制鋼筋混凝土樁。因此，通過比選決定采用鉆孔灌注樁。

7 設計方案的探索及優化

出現較頻繁滑坡的岸坡主要集中在花津橋(對應堤防樁號1+428)上下游堤段。1998年長江發生大洪水，汛后枯水期，青弋江北岸花津橋下游堤段(對應樁號1+673～1+908)堤防迎水坡出現較大范圍的失穩滑坍，滑坡段東西向長度達235m，在高程8.0～11.7m之間產生兩道張拉裂縫，上部裂縫距高程11.5m的防洪墻迎水側平臺僅0.5m，最大錯深達0.7m。

按照方案二確定的思路，對其實施整治加固。沿高程6.5m外護坡坡底護腳平臺處布置了28根混凝土鉆孔灌注樁抗滑及濾料樁導滲，混凝土鉆孔灌注樁樁長5～6m，樁徑1m，孔距12m，孔距中部設置一排濾水井孔。整治方案實施后，滑坡得到了緩解。隨后緊臨整治加固段上游樁號1+608～1+658段的外坡上又出現了長50m的裂縫，最大裂縫寬度為0.2m，說明坡體仍未最終穩定。

分析認為主要有以下幾方面原因：一是鉆孔灌注樁樁距過大，不能形成有效的土拱效應；二是樁長不足，不能形成足夠的抗滑能力；三是單排樁獨立受力，不能發揮整體抗滑力。之后對方案進行優化設計，最終采取鉆孔灌注樁綜合整治方案。

7.1 鉆孔灌注樁布置

C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁阻滑方案具體如下：鉆孔灌注樁樁點位呈梅花形布置兩排，樁徑1.1m，樁頂高程6.0m，樁底高程-7.5m，順堤向的樁中心距4.5m，垂直堤向的樁中心距2.6m，樁與樁之間在頂部采用0.7m×1.0m(寬×高)聯系梁連接。

7.2 護坡及排水

將現狀漿砌石護坡拆除，在高程11.5～8.0m間采用厚0.12m的自鎖式C20混凝土預制塊(開條形孔洞，播種草籽)護砌，在高程8.0～6.0m間采用厚0.12m的自鎖式C20混凝土預制塊(加條形糙條)護砌。護坡坡面下設置縱橫向反濾排水溝，順水流向在8.0m、6.0m高程設置兩道，順坡向每間距10m設置一道，排水溝深0.5m、底寬0.3m、邊坡1 ∶0.3，并在6.0m高程順水流向排水溝內間隔2.0m埋設φ80PVC排水管，將集水引出坡面直排入江。

7.3 拋石固腳

水下拋石主要拋在高程6.0m以下至江底的坡腳范圍內，拋護厚度0.3～0.5m，利用拆除的漿砌石護坡塊石作為拋石石料。為避免拋石不均勻，拋石后應適當進行人工整理。

鉆孔灌注樁抗滑結構布置見圖1，鉆孔灌注樁及坡面排水平面布置見圖2。

圖1 鉆孔灌注樁抗滑結構布置 [高程單位(吳淞高程系)：m，尺寸單位：mm]

圖2 鉆孔灌注樁及坡面排水平面圖 [高程單位(吳淞高程系)：m，尺寸單位：mm]

采用上述方案對花津橋滑坡段(蕪當江堤樁號1+608～1+658段及1+673～1+908段)285m長度進行了治理，治理后多年來工程運行穩定性良好。

8 鉆孔灌注樁在城市防洪高陡岸坡堤防中的應用

自花津橋滑坡段采用鉆孔灌注樁阻滑、在坡面設置完善的排水系統和拋石固腳等工程措施進行綜合治理后，又陸續對產生滑坡的其余堤段按同樣方案進行了整治。經過鉆孔灌注樁綜合整治方案治理的既往滑坡段在多年運行后一切正常，岸坡穩定，未再出現滑動現象，治理后效果明顯。自2013年起蕪湖市對中心城區防洪墻段開始進行景觀化改造。結合景觀化改造工程，對蕪湖市中心城區防洪墻段不穩定的岸坡，同樣采用鉆孔灌注樁綜合整治方案進行岸坡整治，整治岸坡長約2.3km，整治后岸坡穩定，效果良好。

2014年，蕪申運河蕪湖段開工建設。為保證蕪申運河有足夠的航道寬度，需要對青弋江南岸城區段防洪墻進行背水側后退建設。由于受城市已建設施影響，防洪墻后退空間受限，后退后防洪墻迎水側土坡坡比僅為1 ∶2。該工程于2016年上半年完工，2016年主汛期經歷高水位后，在退水期出現了長約150m的岸坡滑移。為減緩滑動面的發展，采取了應急處置方案：將防洪墻背水側墻底板以上的10m寬土體挖除減載；在迎水坡模袋混凝土護坡表面開槽排水，并設置反濾層，降低土體地下水壓力；坡面采用拋石壓重，避免滑動體進一步擴大。2017年初，青弋江進入枯水期，按照鉆孔灌注樁綜合整治方案，對已滑移段及可能滑移段約2.2km長岸坡的迎水側土坡進行整治加固，工程于2019年完成，至今未發現失穩等異?，F象。

9 結 語

由于鉆孔灌注樁具有施工機具簡單、施工占地小、施工噪聲振動小、對交通配套要求少、成樁耐久性好、對復雜的地質適應能力強、承載力和抗彎能力較強等優點，在蕪湖市中心城區城市防洪高陡岸坡的堤防岸坡加固整治中應用鉆孔灌注樁綜合整治方案效果顯著。在岸坡整治過程中，未誘發岸坡失穩，未對城市環境和交通帶來影響，對城市河道水生態和水環境影響甚微。

在中心城區內青弋江兩岸不穩定岸坡處實施鉆孔灌注樁綜合整治方案后，岸坡穩定，運行良好，未發現失穩坍滑現象，進一步說明采用鉆孔灌注樁對高陡不穩定岸坡進行加固可增強坡腳基礎的穩定性，是解決不穩定防洪堤防及岸坡的一種很好的方法，在堤防加固工程中有著廣闊的應用前景。