垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術在石欄洲堤岸加固工程中的應用

陳劍銘

（湖北建科國際工程有限公司嶺南分公司,廣東 廣州 510000）

隨著城市發展和海岸線改造的需要,確保堤岸的穩定性和防滲效果變得至關重要。垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術通過形成連續的垂直樁體和注漿墻,既能夠防止地下水的滲透,又增強了堤岸的抗滑性能,進而加固堤岸。在施工過程中,該技術具有靈活性高、施工周期短等諸多優勢。

1 工程概況

石欄洲海堤于1993 年修建,南起石欄洲,向北連接小香洲后,再向北延伸至現狀海堤末端,總長3366 m,堤頂設8 m寬搶險通道。工程堤線長度約為3.4 km,距工程較近的水文站為橫琴潮位站,該站位于磨刀門水道左岸,距離工程最北端約1 km,1975 年設立,觀測至今,為國家站網基本測站。該工程地處南海之濱,北回歸線以南,屬亞熱帶海洋性季風氣候,海洋對本地氣候的調節作用十分明顯,雨量充沛,受冬季寒潮及夏、秋季臺風的影響。

在2008 年“黑格比”帶來的狂風大浪對粵西沿海地區造成了嚴重的危害,石欄洲海堤也遭受了嚴重破壞。2009 年,對珠海市橫琴石欄洲水閘至小香洲海堤實施修復工程,總長約2500 m。繼而在2017 年強臺風“天鴿”在珠海金灣區沿海地區登陸,臺風經過的廣東中東部海面和南海北部海域出現了6.0 m～10.0 m 的狂浪到狂濤。石欄洲海堤受本次風暴潮襲擊受損嚴重,亟需重整加固。

2 堤岸加固方案確定

為了修復石欄洲海堤受自然環境襲擊的損傷和破壞,對堤岸進行加固修復,考慮了三種方案：方案一是采用復合土工布截滲施工進行處理；方案二是采用垂直鋪塑加固；方案三是采用攪拌樁截滲墻技術。

2.1 方案一

為了加固石欄洲海堤采用復合土工布截滲施工方法。該方法主要通過在堤壩內部或外部鋪設復合土工布來增加土體的抗滲性和抗沖刷能力,從而提高堤岸的穩定性。首先需要對堤岸附近的土體進行清理和處理,移除雜物和松散土層。在清理后的土面上,鋪設復合土工布。復合土工布需要使用鋁合金釘、鉚釘、螺栓或焊接等方式進行固定和連接,以確保其牢固性和穩定性。在復合土工布的表面可以覆蓋一層適當的保護層,如經過處理的砂礫、石塊等,以防止太陽光和其他外界因素對土工布的損害。

2.2 方案二

垂直鋪塑是一種常見的加固方法,通過在堤岸的表面垂直鋪設塑料材料,提高堤岸的抗沖擊和抗侵蝕能力。在進行鋪塑前需要清理處理堤岸表面,確定垂直鋪塑的高度和邊界線,選擇合適的塑料材料,沿著基準線從起點開始垂直鋪設塑料材料,保持均勻的間隔和重疊長度,并使用固定裝置將其固定在堤岸表面上,接頭處進行特殊處理以確保密封和穩固,直至鋪塑至終點后固定和連接最后一片塑料材料,進行整理和處理以保持鋪塑面整齊和完好。完成后,需要定期巡查和維護,及時修復任何松脫、損壞或其他問題。

2.3 方案三

拌樁截滲墻技術加固堤岸是通過在堤岸內部鉆孔并攪拌灌注水泥漿體,形成連續的墻體結構,以提高堤岸的抗滲性能和穩定性。該技術包括勘察和設計,確定加固區域和長度,準備施工設備和材料,進行預先鉆孔,使用攪拌樁機進行攪拌灌注,形成連續的墻體結構,控制攪拌樁的實施順序和密度,修整墻體表面,最后進行后期維護。在施工過程中,需按照設計要求和相關規范進行操作,并進行必要的維護工作,以確保堤岸加固效果的長期穩定和安全性。

2.4 方案確定

上述三種方案各有優缺點,詳細分析見表1。

表1 堤岸加固方案優缺點對比

綜合考慮石欄洲海堤加固工程的實際情況、施工成本、施工周期及工程的適用性,我們選擇了第二種方案和第三種方案同時對堤岸進行加固,即垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術。

3 相關計算

3.1 穩定計算

穩定滲流期采用有效應力法,施工期、水位降落期、地震工況的計算都采用總應力法。穩定滲流期的指標應采用有效指標,排水固結處理區的軟土采用CU（固結不排水）的有效指標,沒有處理的軟土區取三軸UU（不固結不排水）指標。

施工期與水位降落期、地震工況的總應力指標區別在于施工期用的是不固結不排水指標,而水位降落期、地震工況用的是固結不排水指標。考慮到施工時,排水板是先行施打的,因此,對于施工期排水固結區的軟土指標仍然選用了一定固結度下的不排水指標。其抗拉強度計算公式如下

式中：Ta為材料的許可抗拉強度,kN/m；T 為極限抗拉強度,kN/m；FiD為考慮鋪設時機械破壞影響系數；FcR為考慮材料蠕變影響系數；FcD為考慮化學劑破壞影響系數；FbD為考慮生物破壞影響系數。

結果見表2。

表2 石欄洲海堤抗滑穩定計算結果表

由表2 可知,進行加固措施后堤岸的穩定性和抗滑性均較好,工程在承載力和穩定性方面滿足設計要求。考慮到堤岸的幾何特征和土體力學性質,可以確定最佳的斷面形狀,以提供足夠的抗滑穩定性。

3.2 沉降計算

其沉降計算公式如下：

由于堤段較長,根據不同堤段的地面情況、地質情況及邊界條件,擬將堤身進行如下分段并選取相應有代表性的計算斷面,在堤壩沉降計算時按50 年設計基準期計算。該工程基礎普遍為較深厚淤泥層較軟弱,綜合考慮次計算取沉降修正系數為1.4。其計算結果見表3。

表3 沉降計算成果表 單位：m

由表3 可知,堤岸的各斷面的填筑高度、最終沉降量、竣工期沉降、基準期內殘余沉降、基準期結束時沉降結果均在規范之內,且沉降量較小且均勻,滿足設計要求和規范,在安全和使用范圍之內。表明加固優化后的堤岸結構穩定且安全。

4 垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術的優勢

采用垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術進行堤岸加固,在石欄洲堤岸加固中有顯著的應用優勢,包括防滲效果好、抗滑性能提升、施工靈活性高、施工周期短和經濟性較優等。即能夠有效地抑制地下水的滲透,從而提供良好的防滲效果。通過在石欄洲堤岸內部形成連續的垂直樁體和注漿墻,有效隔離地下水的流動,減少水的滲透,降低滲透壓力,增加了土壤的抗剪強度,并能夠抵抗外部水壓力的作用,提高了堤岸的穩定性,降低了滑移風險。還有很重要的一點是該技術可以適應不同地質條件和工程需求,可根據具體情況選擇樁體的布置密度、注漿材料和工作方式。施工過程中可以根據需要進行實時調整和優化,以適應工程環境變化的。

5 結語

垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術在石欄洲堤岸加固工程中的應用可為類似工程的規劃和設計提供有益借鑒和啟示。通過持續的研究和實踐探索,可以進一步完善和優化堤岸加固工程質量,以應對日益嚴峻的自然災害和城市發展需求,實現可持續的水利工程建設和社會發展目標。