卜俊松

(嘉興市水利工程建筑有限責(zé)任公司,浙江 嘉興 314001)

1 問(wèn)題的提出

為減輕地下水壓力對(duì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的不利影響,需要采取工程措施降低墻后地下水位。通常的做法是沿線(xiàn)在墻體結(jié)構(gòu)的某一高度布設(shè)Φ 50～100 mm PVC硬塑管,再在墻后管端布置碎石反濾層或土工布包裹碎石(見(jiàn)圖1)。

圖1 目前常見(jiàn)的工程斷面形式圖

但是,由于排水管的誘因?qū)е聣蠡靥钔撂钥?引起護(hù)岸坍塌的現(xiàn)象屢有發(fā)生。為此,針對(duì)這一問(wèn)題,分析發(fā)生坍塌的原因,采取相應(yīng)的工程處理措施,以確保航道護(hù)岸工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定牢固。

2 成因分析

2.1 船行波作用

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,內(nèi)河水運(yùn)船只的體積和載重量也在不斷加大,目前實(shí)際經(jīng)過(guò)嘉興內(nèi)河水域最大的單艘載重量已達(dá)800 t級(jí)以上,吃水深度達(dá)到3.2 m以上。

大噸位船舶在全速航行時(shí)其滾滾的波浪使岸邊水位先是驟降,再是驟升,然后是反復(fù)沖撞,最后緩緩?fù)巳?紊流變化規(guī)律近似阻尼振動(dòng)曲線(xiàn) f(x)=P-xsinx,其最大壅高、退降幅度(P～-P)達(dá)1.5 m左右。水位驟升時(shí),水流快速涌入護(hù)岸中的泄水管來(lái)回撞擊墻后,發(fā)出 “咕咚”“咕咚”的響聲。而當(dāng)水位下降時(shí),由于負(fù)壓作用,從泄水管中回流出的幾乎都是渾水。如此循環(huán)往復(fù),日以繼夜,年復(fù)一年地清水進(jìn)、渾水出,以水滴石穿之功,將泥土化為泥漿水帶出,導(dǎo)致墻后或坡下窟窿越來(lái)越大,造成護(hù)坡懸空,墻身失穩(wěn)。經(jīng)分析認(rèn)為船行波的反復(fù)沖擊是造成護(hù)岸坍塌的主要原因。

2.2 施工質(zhì)量原因

觀(guān)察坍塌段現(xiàn)狀或拆開(kāi)淘空段,均為墻腳懸空引起護(hù)岸碎裂成大塊狀,而其砌石或混凝土護(hù)坡本身的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠抵抗船行波的沖擊力 (拆除時(shí)用大錘很難打碎,需用空壓機(jī)破碎才能搬移)。但其泄水管的端頭反濾層包裹絕大部分已發(fā)生嚴(yán)重位移,更有甚者“七零八落,潰不成軍”。究其原因有:

(1)回填土下沉引起反濾層塌落后與泄水管錯(cuò)位。這一方面由于:反濾層大多布設(shè)在回填土上,施工時(shí)雖經(jīng)夯壓,但其密實(shí)度終不如原狀土;墻身或護(hù)坡與回填土及反濾層同時(shí)交叉施工,反濾層常常作為墻身的附屬部分,沒(méi)有象其他獨(dú)立的單元工程一樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),因而質(zhì)量控制不嚴(yán),使反濾層這一極其重要的工序得以 “蒙混過(guò)關(guān)”;反濾層往往緊貼墻背,而靠墻邊的回填土要壓實(shí)到位確實(shí)不易,容易形成“死角”;由于主體建筑物與回填土之間的沉降系數(shù)相差甚遠(yuǎn),雖說(shuō)“重點(diǎn)防御”,嚴(yán)格控制,但實(shí)際收效甚微,從而導(dǎo)致反濾層塌陷這一致命傷。

(2)土工布包裹不嚴(yán)使反濾層潰散。由于護(hù)岸排水管大多不長(zhǎng),最長(zhǎng)的也不過(guò)1 m多,船行波在排水管中沒(méi)有完全消能,對(duì)反濾層的作用力較大。而土工布包裹不嚴(yán)的地段,就經(jīng)不起這種沖擊力的長(zhǎng)期作用,一旦沖破缺口,碎石就會(huì)滾動(dòng)產(chǎn)生位移,繼而破壞整個(gè)反濾層。而反濾層一旦散落,水流即直接沖擊土層,墻后淘空也就不可避免。

2.3 土質(zhì)原因

杭嘉湖水網(wǎng)地區(qū)以軟土為主,主要為黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂土、粉質(zhì)黏土等。以嘉興市為例,內(nèi)河沿線(xiàn)土質(zhì)基本特征見(jiàn)表1。

表1 嘉興地區(qū)內(nèi)河航道兩岸土質(zhì)基本特征調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

由表1可知,嘉興內(nèi)河航道兩岸多以黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土為主,其顆粒級(jí)配均以黏粒和粉粒為主,粒徑小于0.005 mm的含量高達(dá)50%以上,而且土壤液限、塑限大,內(nèi)摩擦角小,易溶于水。而400 g/m2無(wú)紡?fù)凉げ嫉目讖綖?.07～0.20 mm,因此在水力作用下,部分土顆粒容易穿過(guò)反濾層被水流帶走而造成破壞。

3 改進(jìn)措施

由上述分析可知,目前河網(wǎng)地區(qū)航道護(hù)岸中的排水管既是減少地下水壓力的工程措施,但同時(shí)又是墻后淘空的事故隱患。如何揚(yáng)長(zhǎng)避短,化弊為利,筆者認(rèn)為應(yīng)改變傳統(tǒng)的習(xí)慣做法,針對(duì)不同的地形、不同的地面高程、不同的土質(zhì)、不同的地下水狀況,分別采取不同的工程措施。

3.1 不設(shè)泄水管

對(duì)于底板面高程0.5m,頂高程2.0～2.5m的重力式護(hù)岸,因枯水位一般為高程0.5 m,常水位高程0.9～1.2 m。經(jīng)實(shí)測(cè)其墻后枯水位時(shí)地下水位均在高程1.0 m以下,常水位時(shí)地下水位在高程1.2～1.4 m之間,內(nèi)外水位差最大不超過(guò)0.3m。由此可見(jiàn),這些地段地下水對(duì)墻身產(chǎn)生的附加推力最大不超過(guò)0.44 kN/m。而對(duì)于重力式擋土墻來(lái)說(shuō),偶而增加這點(diǎn)壓力是完全可以抵抗的。因此,對(duì)于地面高程低于2.5 m(里面無(wú)漁塘)的地段,完全可以不設(shè)泄水管。但為防止雨水積聚墻后,回填土應(yīng)高出壓頂面10～20 cm,并做成內(nèi)高外低斜坡?tīng)?。施工時(shí)考慮日后回填土沉降,還應(yīng)增加20～30 cm超高層。

3.2 改進(jìn)反濾層布置形式

在地面高程高于2.5 m但其內(nèi)側(cè)無(wú)漁塘的地段,設(shè)想在墻身內(nèi)側(cè)設(shè)置一臺(tái)階,泄水管內(nèi)端設(shè)在臺(tái)階位置,而將反濾層布置在臺(tái)階上(見(jiàn)圖2。)

施工時(shí)將反濾層作為重要工序檢查驗(yàn)收,嚴(yán)格控制反濾層質(zhì)量。這樣就可避免因墻后土體沉降引起的反濾層與泄水管錯(cuò)位而導(dǎo)致反濾層的失效問(wèn)題。但這種形式在土顆粒粒徑小于0.01 mm的含量較大的地段,須用400 g/m2以上的優(yōu)質(zhì)非織造土工布嚴(yán)密包裹碎石反濾層。同時(shí)這種形式只能用于斷面較大的直立式擋墻而不適用于斜式護(hù)坡或小斷面擋墻,使用局限性較大。

圖2 臺(tái)階式護(hù)岸工程斷面形式圖

3.3 設(shè)置獨(dú)立排水系統(tǒng)

對(duì)于地形連續(xù)較高或內(nèi)側(cè)有漁塘、地下水位較高的地段,可在其墻后3～5 m處設(shè)置一濾水盲溝,然后根據(jù)實(shí)際地形和地下水情況每隔30～50 m布設(shè)一集水窨井,盲溝連接窨井,窨井靠河側(cè)設(shè)排水管,集中排水 (見(jiàn)圖3)。這一排水系統(tǒng)作為1個(gè)獨(dú)立的隱蔽單元工程進(jìn)行質(zhì)量檢查驗(yàn)收。

圖3 獨(dú)立排水系統(tǒng)圖

(1)盲溝。盲溝須布設(shè)在原狀土上,采用開(kāi)溝機(jī)配合人工開(kāi)挖。底寬30～50 cm(視地下水情況而定),底高程在1.0m左右,底面必須平整,縱坡為1/200～1/300。溝槽開(kāi)挖經(jīng)驗(yàn)收合格后墊入土工布,然后布設(shè) Φ 75～100 mm的PE濾管 (滲灌工程用管),再在上面鋪設(shè)30～40 cm厚的碎石反濾層,最后包上土工布,土方回填。

(2)窨井。窨井是連接盲溝和排水管的樞紐,它具有集水、過(guò)水、消能和可定時(shí)清淤的多重功能。窨井內(nèi)徑應(yīng)略大于盲溝,窨井底高程可與護(hù)岸底板面齊平。窨井底板采用現(xiàn)澆混凝土,井壁形式為磚砌水泥砂漿抹面、現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土管等。窨井面加蓋鋼筋混凝土蓋板,如上面覆土回填,應(yīng)設(shè)立告示標(biāo)志。

(3)排水管。排水管采用 Φ 150～230 mm的預(yù)制混凝土管,呈1∶10～1∶15埋設(shè)。出水管宜安置在底板面上,進(jìn)水管底距窨井底板面30～50 cm。管子底下設(shè)混凝土墊層,接頭用細(xì)石混凝土包裹嚴(yán)密。排水管須經(jīng)專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收合格后,方可覆土回填。

這樣,船行波引起的倒灌水在較長(zhǎng)排水管中首先消耗了一部分能量,然后通過(guò)窨井再次消能,即可保證盲溝反濾層不受沖擊,解決了墻后淘空誘因的問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上改進(jìn)措施中,第1種方案可以起到減少投資、提高功能的作用,無(wú)疑是最經(jīng)濟(jì)的選擇,但它只適用于無(wú)地下水壓力或內(nèi)外水位差極小的地段,有一定的局限性。第2種方案只適用于直立式大斷面和土質(zhì)較好的地段。而第3種方案需要增加少量投資,可以說(shuō)是費(fèi)用增加、功能提高。但它的適應(yīng)范圍較廣,無(wú)論是直立式護(hù)岸或斜式護(hù)坡、大斷面還是小斷面均可采用,而且可以根據(jù)地下水位情況選擇盲溝尺寸、濾管大小。因此,施工前應(yīng)進(jìn)行沿線(xiàn)踏勘,然后對(duì)不同的地形、不同的地下水情況采用不同的技術(shù)方案,很有必要。而對(duì)于一項(xiàng)具體的工程來(lái)說(shuō),有的地段增加了投資,有的地段卻節(jié)省了投資,總體來(lái)說(shuō)不會(huì)相差多少。但對(duì)于提高工程的使用功能,延長(zhǎng)工程的運(yùn)行壽命,降低航道的維護(hù)成本,卻可謂四兩撥千斤。