復(fù)雜條件下條石堤防水毀修復(fù)及加固設(shè)計(jì)

1 引言

20 世紀(jì)80～90 年代，我國工程建設(shè)原材料匱乏、建設(shè)技術(shù)水平有限、經(jīng)濟(jì)水平不高，漿砌條石擋墻具有施工工序簡單、建設(shè)工期短、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，因此城市河道防洪工程建設(shè)廣泛采用漿砌條石擋墻作為堤防[1]。但受漿砌石擋墻所用材料限制及后期管理維護(hù)不到位等原因， 條石擋墻都出現(xiàn)了不用程度的病害，如勾縫砂漿脫落、墻體開裂及垮塌、墻背填土塌陷等現(xiàn)象[2]。 漿砌條石擋墻處于病害中運(yùn)行，嚴(yán)重影響了堤防的安全及周邊居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

近年來，城市建設(shè)快速發(fā)展，更多的市政道路、構(gòu)筑物及其他配套設(shè)施沿河建設(shè)完成， 病害條石擋墻安全問題愈發(fā)突出。 現(xiàn)階段，對漿砌條石堤防進(jìn)行檢測、加固、水毀修復(fù)，面臨重要挑戰(zhàn)[3]。本文通過對條石擋墻水毀原因及常見處理措施進(jìn)行總結(jié)， 并運(yùn)用于成都天府新區(qū)洗瓦堰漿砌條石堤防水毀修復(fù)及加固設(shè)計(jì)。

2 條石堤防病害分析

1）墻背填土高度增加，條石荷載增加，堤防強(qiáng)度及穩(wěn)定性不滿足要求。

由于市政道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)， 致使擋墻墻背填土高度與原設(shè)計(jì)不一致，使堤防處于穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。

2）條石風(fēng)化，砂漿強(qiáng)度降低。漿砌條石堤防采用MU30 石材與M10 砂漿進(jìn)行組合。 漿砌條石堤防迎水面受河道水位常年陡漲陡落的影響，條石表面處于干濕交替的狀態(tài)極易風(fēng)化、脫落，石材強(qiáng)度及砂漿黏結(jié)強(qiáng)度下降。

3）沖刷嚴(yán)重，墻體失穩(wěn)。 隨著城市快速開發(fā)建設(shè)，改變了河道原匯水區(qū)域的下墊面，造成河道行洪流量及流速增大，河道的沖刷深度增加， 致使原堤防的埋深不滿足河道沖刷深度要求，進(jìn)而出現(xiàn)堤防懸空、失穩(wěn)等安全問題。

4）堤防排水孔失效，堤防土壓力增大。 堤防排水孔可以有效降低墻背水壓力，保證堤防的安全性。 堤防的排水孔因墻背反濾層失效，致使排水孔堵塞，墻背地下水無法及時(shí)排出，使得墻背水壓力聚增，堤防的受力狀態(tài)發(fā)生較大變化，堤防極易發(fā)生滑動破壞、傾覆破壞。

5）各種配套管線沿河前后實(shí)施，多次土體擾動，改變土體參數(shù)，難以滿足堤防要求。

3 處理措施

城市條石堤防建設(shè)歷史悠久，為保證堤防使用安全，需多方共同發(fā)力，在做好技術(shù)檢測、加固和修復(fù)的基礎(chǔ)上，需管理部門加強(qiáng)河道管護(hù)，嚴(yán)格審批。 常見方法主要有拆除重建、注漿加固、河道內(nèi)支擋加固等方法。

3.1 拆除重建

拆除變形及垮塌段堤防，新建生態(tài)或混凝土堤防。 主要適用于堤防兩側(cè)寬闊， 建設(shè)條件良好， 無制約構(gòu)筑物存在的情況。 常見結(jié)構(gòu)主要有重力式擋墻、懸臂式擋墻、衡重式擋墻及U 形墻等，堤防結(jié)構(gòu)形式優(yōu)劣分析見表1。

表1 堤防結(jié)構(gòu)形式優(yōu)劣分析表

3.2 注漿加固

注漿加固主要用于墻體及墻背注漿加固和地基注漿加固。

墻體注漿加固：主要用于條石錯(cuò)縫，但條石強(qiáng)度仍滿足使用的情況。 通過高壓注高強(qiáng)度水泥漿對條石錯(cuò)縫進(jìn)行加固，以實(shí)現(xiàn)條石之間良好黏結(jié)，提高條石擋墻抗剪。

墻背注漿： 通過對墻背土體進(jìn)行注漿， 提高土體自穩(wěn)能力，改善土體參數(shù)以減少土體對擋墻的土壓力。

墻基注漿： 主要適用于擋墻基礎(chǔ)土體長期水浸泡導(dǎo)致地基承載力降低， 或因沖刷導(dǎo)致條石擋墻不均勻沉降和失穩(wěn)情況。 通過基礎(chǔ)注漿改善土體參數(shù)，提高地基承載力及抗沖刷能力，以實(shí)現(xiàn)墻體穩(wěn)定。

3.3 內(nèi)襯加固

在滿足行洪的基礎(chǔ)上進(jìn)行河道內(nèi)襯加固， 加固方式可采用U 形墻槽、樁板墻、錨板墻等對行洪影響較小的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行加固。

4 工程概況

天府新區(qū)是四川省下轄國家級新區(qū)， 新區(qū)發(fā)展全面踐行公園城市理念。 設(shè)區(qū)以來， 天府新區(qū)一致致力于公園城市建設(shè)，基于河道在保證水安全、水環(huán)境的基礎(chǔ)上，提取文化元素，提升水景觀。

洗瓦堰廣福橋至沈陽路段現(xiàn)狀洗瓦堰， 現(xiàn)狀長度約1 340 m，河道寬度18～20 m（規(guī)劃河寬20 m）。 原設(shè)計(jì)墻身采用重力式條石擋墻，墻基采用C20 埋石混凝土，墻高3.5 m，堤頂至小區(qū)或市政道路坡高約3～4 m，按照不陡于1∶2 放坡進(jìn)行銜接。 但現(xiàn)狀經(jīng)復(fù)核，條石堤防高約3.5 m，堤頂至小區(qū)或市政道路坡高4～8 m， 坡度為1∶1～1∶1.5， 坡度及坡高均高于原設(shè)計(jì)。 據(jù)調(diào)查，明渠段現(xiàn)狀堤防2018—2020 年期間出現(xiàn)較為嚴(yán)重的垮塌現(xiàn)象。垮塌段全長約435 m，其中河道左岸垮塌6 段，長度約230 m；河道右岸垮塌2 段，長度約205 m。 結(jié)合現(xiàn)場踏勘及檢測情況，現(xiàn)狀堤防主要面臨以下問題：條石及砂漿強(qiáng)度降低、砌體變形錯(cuò)縫、勾縫砂漿剝落、沖刷嚴(yán)重等因素致使堤防垮塌。 范圍內(nèi)現(xiàn)狀垮塌段較多，且沿河鋪設(shè)較多重要管線，如石油、燃?xì)饧半娏Φ饶茉垂芫€，雨、污配套管線。 若繼續(xù)出現(xiàn)垮塌，將嚴(yán)重影響小區(qū)安全及市政道路、管線等的正常運(yùn)行。

原堤防設(shè)計(jì)：擋墻原設(shè)計(jì)為重力式漿砌條石擋墻，墻背坡率1∶0.5，墻高3.5 m。 底板采用干砌青條石，厚0.3 m，每5 m設(shè)0.6 m 寬漿砌條石加強(qiáng)帶。 邊墻底寬3.2 m，頂寬0.8 m，底板設(shè)寬0.5 m、高0.7 m 齒墻。 底板采用1 m 厚C20 埋石混凝土基礎(chǔ)， 設(shè)計(jì)底板高程以上采用M7.5 水泥砂漿襯砌條石，并對河床進(jìn)行30 cm 條石干砌處理。

堤防檢測：據(jù)現(xiàn)場檢測單位檢測，砂漿強(qiáng)度低于M5；常年浸水，強(qiáng)度降低。

工程地質(zhì)：（1）地形地貌：項(xiàng)目位于天府新區(qū)，近錦江。 兩岸河堤為條石河堤，河堤頂標(biāo)高464.42～466.87 m，河堤高度2.6～4.7 m。 河堤上部為河堤邊坡，坡頂標(biāo)高468.50～472.50 m，河堤邊坡高度3.5～7.2 m。 場地所處地貌單元主要為岷江水系Ⅰ級階地，地貌相對簡單，微地貌不發(fā)育。 （2）地質(zhì)構(gòu)造：成都地區(qū)大地構(gòu)造體系的西部為華夏系龍門山構(gòu)造帶， 東部是新華夏系龍泉山構(gòu)造帶； 處于兩構(gòu)造單元間的成都平原北起安縣、南至名山、西抵龍門山脈、東達(dá)龍泉山，慣稱成都坳陷。 項(xiàng)目離工程區(qū)較近的構(gòu)造為蘇碼頭背斜及李紅塘逆斷層 （發(fā)育于背斜軸部附近），工程區(qū)位于蘇碼頭背斜南東翼，距李紅塘斷層直線距離約4 km。 （3）場地地震效應(yīng)：抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)特征周期0.45 s，設(shè)計(jì)地震分組為第三組。

地層巖性：據(jù)地勘揭露，地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）及白堊系灌口組泥質(zhì)砂巖（K1-2j）。填土層主要為雜填土和素填土，回填時(shí)間較短，約3～4 年，欠固結(jié)，厚約7～10 m。 第四系全新統(tǒng)沖積層：（1）粉質(zhì)黏土：灰黃色，軟塑為主，濕，含鐵、錳質(zhì)氧化物及其斑痕，分布較連續(xù)。（2）卵石：黃灰、灰色，一般粒徑4～9 cm，部分粒徑大于12 cm，卵石含量約55%～80%，卵石以弱風(fēng)化為主，地性較好。 白堊系灌口組泥質(zhì)砂巖：泥質(zhì)砂巖。 （3）強(qiáng)風(fēng)化礫巖：灰色，礫狀、塊狀結(jié)構(gòu)，由卵石及礫石組成，磨圓較好。 以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部為鈣質(zhì)膠結(jié)。 基巖裂隙發(fā)育，巖體完整程度為較破碎～較完整。堤背地質(zhì)多為填土，地性較差。

管線：沿線主要有市政基礎(chǔ)配套管線、高壓輸氣管線、電力隧道、架空通信線、架空電力線及其他特殊管線。 管線眾多，據(jù)堤背較近，管線保護(hù)要求高，不具備開挖實(shí)施條件。 其分布范圍詳見表2。

表2 堤防沿線現(xiàn)狀管線基本情況一覽表

本項(xiàng)目經(jīng)多次與政府管理部門、 建設(shè)業(yè)主單位及管線產(chǎn)權(quán)單位對接，在滿足各管線的保護(hù)需求的前提下，確定最終建設(shè)方案： 左岸采用樁板墻及錨板墻對現(xiàn)狀條石擋墻進(jìn)行加固及恢復(fù)，避免開挖對現(xiàn)狀擋墻、管線、線塔及市政道路的影響。實(shí)施方案：（1）樁板墻：采用C30 樁板墻作為堤防主體結(jié)構(gòu)，承擔(dān)坡體土壓力。 樁徑1.2 m， 樁中心間距4 m， 擋土板厚度為0.3 m，冠梁1.4 m×1.0 m。樁基下部采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁，避免塌落。 樁基上部采用鋼模板施工，以保證樁基光滑滿足景觀需求。 上部樁基實(shí)施后進(jìn)行擋土板施工，并用透水性材料進(jìn)行填充。 （2）錨板墻：用于末端堤岸為基巖段，側(cè)向土壓力小，主要采用錨板墻進(jìn)行坡岸加固，防沖蝕、沖刷造成岸坡失穩(wěn)。 施工前，清理現(xiàn)場岸坡基巖面，設(shè)置50 cm 厚錨板，采用土釘進(jìn)行錨固。 對現(xiàn)狀條石擋墻進(jìn)行錨桿施工，錨桿跳位施工，待錨桿施工完成后，增設(shè)泄水孔，并預(yù)埋PVC 排水管。 利用現(xiàn)狀條石擋墻作為模板，綁扎鋼筋并進(jìn)行澆筑。

5 結(jié)語