李建會，石太軍

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

某土石圍堰為一座航電樞紐工程的二期二段導(dǎo)流圍堰，堰高21.2～17.2 m，長約1 km，平面布置呈“U”型與右岸岸坡形成封閉施工場地，圍護(hù)右岸船閘干地施工。圍堰擋水時段為2018年6月至2019年10月，使用期限2年。

2018年5月下旬，因外圍二期一段圍堰遭遇超標(biāo)洪水，河道內(nèi)水位達(dá)到325.5 m，而此時二期二段圍堰下游橫向段長約60 m堰體填筑高程及防滲土工膜鋪設(shè)頂高程僅為325 m，不能抵御該水位洪水，導(dǎo)致該段堰體滿堰垮塌、基坑充水。圍堰遭遇超標(biāo)洪水后面貌如圖1所示。

圖1 二段圍堰遭遇超標(biāo)洪水后面貌

1 圍堰布置及結(jié)構(gòu)

二期二段圍堰平面呈“U”型，上游橫向圍堰直線段長約150 m，右端與上游右側(cè)岸坡相接；上游橫向圍堰與縱向圍堰銜接圓弧段長度55 m、角度63.25°；縱向圍堰段長度436 m，順河向布置；縱向圍堰與下游橫向圍堰銜接圓弧段長度54 m、角度61.72°；下游圍堰直線段長度為248 m，右端與下游右側(cè)岸坡相接。

圍堰基礎(chǔ)高程為312～316 m，正常擋水位330.7 m，堰頂高程333.2 m，堰頂寬8 m，迎水側(cè)坡比1：1.75，背水側(cè)坡比1：1.5，在322 m高程設(shè)一級2 m寬馬道。

二段圍堰采用土石圍堰結(jié)構(gòu)型式，為降低工程投資，減少開挖料倒運，圍堰施工時多采用開挖料直接用于填筑：對于河床砂卵礫石層和弱風(fēng)化石英砂巖、細(xì)砂巖開挖料，因其物理力學(xué)性能較好，可作為堰殼填筑料；砂卵石開挖料中級配良好和粒徑符合要求，作為堰體過渡料和反濾料；泥巖強(qiáng)度低、易崩解風(fēng)化，待其完全風(fēng)化后作為防滲土料；強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化泥巖和泥質(zhì)砂巖開挖料物理力學(xué)性能較差，僅用于堰體內(nèi)部防滲體兩側(cè)區(qū)域填筑料；迎水面堰面防沖結(jié)構(gòu)采用塊石防沖護(hù)坡，厚度1 m，轉(zhuǎn)彎裹頭段及流速較大區(qū)域厚度為2 m；圍堰迎水面坡腳設(shè)置防掏槽，嵌入地面砂卵石層以下3 m，底寬2 m。圍堰典型斷面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 圍堰修復(fù)設(shè)計

災(zāi)后對二期二段圍堰進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)下列問題：上游橫向圍堰轉(zhuǎn)彎部位明顯滲漏，上游轉(zhuǎn)彎段丁壩位置防沖塊石部分被沖走；縱向圍堰閘墩部位明顯滲漏，閘墩上下游側(cè)約50 m范圍防沖大塊石被沖走；下游橫向圍堰轉(zhuǎn)彎部位被沖毀，下游橫向圍堰與船閘下游右導(dǎo)墻銜接部位明顯滲漏。據(jù)此確定二段圍堰修復(fù)工作主要為：進(jìn)行圍堰沖毀段填筑恢復(fù)、圍堰滲漏段防滲加固、圍堰迎水面防沖保護(hù)加強(qiáng)。

圖2 二段圍堰典型斷面示意

2.1 沖毀段恢復(fù)設(shè)計

圍堰沖毀段位于下游橫向圍堰段與縱向圍堰轉(zhuǎn)彎銜接部位，長約60 m。擬定沖毀段恢復(fù)圍堰外輪廓斷面尺寸與原設(shè)計相同。由于圍堰下部須采用水下填筑，且堰基下部有一定厚度的砂卵石層，復(fù)合土工膜防滲已不具備施工條件，因此防滲結(jié)構(gòu)采用高噴防滲墻[1]。高噴防滲墻設(shè)計擋水高度20 m，按墻體允許滲透比降(J=60)計算，墻體厚度采用40 cm設(shè)計。

綜合高噴防滲墻施工、水下拋填、不同填筑料之間的反濾、過渡要求，對沖毀段恢復(fù)堰體結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下分區(qū)：

(1)截流戧堤采用石渣、砂卵礫石水下拋填，為便于高噴防滲墻施工，粒徑不宜大于20 cm。

(2)戧堤兩側(cè)培厚部分，采用質(zhì)地堅硬、不易水解風(fēng)化的石渣或砂卵礫石拋填。

(3)戧堤以上高噴防滲軸線兩側(cè)2 m范圍內(nèi)，采用砂卵礫石填筑，為便于高噴防滲墻施工，粒徑不宜大于20 cm，分層碾壓填筑，碾壓層厚80 cm左右。

(4)戧堤以上堰體采用質(zhì)地堅硬、不易水解風(fēng)化的石渣砂卵礫石填筑料，分層碾壓填筑，碾壓層厚80 cm左右；

(5)堰體砂卵石料與防沖大塊石之間部分，為過渡料區(qū)，采用級配連續(xù)的砂卵礫石填筑，厚度不小于50 cm；

(6)高噴施工平臺以上防滲體，采用黏土填筑，黏土伸入高噴防滲墻頂以下50 cm，頂寬1 m，底寬2 m；

(7)黏土防滲體兩側(cè)反濾層，采用級配砂卵礫石填筑，厚度50 cm。

二段圍堰沖毀段恢復(fù)典型段面結(jié)構(gòu)見圖3。

2.2 滲漏段防滲加固設(shè)計

滲漏段分嚴(yán)重滲漏段、零星滲漏點、無明顯滲漏段。由于前期采用點對點控制性灌漿防滲補(bǔ)強(qiáng)功效低，且無法保證下一個汛期圍堰的安全，實現(xiàn)合同工期風(fēng)險較大，最終確定對未采用高噴防滲墻區(qū)域進(jìn)行封閉式高噴防滲墻補(bǔ)強(qiáng)。高噴防滲墻布置在迎水側(cè)距離圍堰軸線3 m處，墻體厚度不小于40 cm，墻體底部深入基巖50 cm。二段圍堰滲漏段防滲加固典型斷面如圖4所示。

圖3 二段圍堰沖毀段恢復(fù)典型段面(單位：m)

圖4 二段圍堰滲漏段防滲加固典型斷面(單位：m)

2.3 堰坡防沖保護(hù)加固設(shè)計

汛期河道洪水流速較大且圍堰存在回流區(qū)，水流條件差，淘刷問題突出，為避免圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被沖刷，有必要對迎水側(cè)防沖護(hù)坡進(jìn)行加固，具體如下：

(1)沖毀段恢復(fù)堰體迎水面采用大塊石防護(hù)：水下拋填的大塊石護(hù)坡底層1 m厚、粒徑30～50 cm；水下拋填的大塊石護(hù)坡表層1 m厚部分及坡腳防沖部分，粒徑不小于30 cm，中值粒徑不小于50 cm；戧堤高程以上的大塊石護(hù)坡厚1 m，粒徑不小于50 cm。

(2)圍堰回流區(qū)及沖刷嚴(yán)重區(qū)域堰坡迎水側(cè)布置厚度1(水上)～2 m(水下)的大塊石護(hù)坡，塊石粒徑不小于50 cm。

(3)圍堰其他部位根據(jù)現(xiàn)場實際沖淘情況恢復(fù)大塊石護(hù)腳及護(hù)坡，大塊石中值粒徑不小于50 cm；大塊石材料不足時，可采用格賓石籠或混凝土塊替代，單個格賓石籠或混凝土塊體體積不小于0.25 m3。

3 圍堰穩(wěn)定性復(fù)核

圍堰基礎(chǔ)主要為厚度1.0～8.6 m的沖洪積層卵石層，透水性強(qiáng)。為確保堰體在現(xiàn)狀條件下、基坑降水過程中、修復(fù)后正常使用過程中以及遭遇超標(biāo)洪水外水位到達(dá)堰頂極端條件下的穩(wěn)定安全，對堰體不同結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀工況、基坑降水工況、正常使用工況、外水位到達(dá)堰頂極端工況進(jìn)行了穩(wěn)定復(fù)核，并對可能存在的問題提出防護(hù)措施。

3.1 計算標(biāo)準(zhǔn)、工況及參數(shù)

工程導(dǎo)流建筑物級別分為4級。根據(jù)《水利水電工程圍堰設(shè)計規(guī)范》要求，堰坡及覆蓋層地基的抗滑穩(wěn)定，宜按單一安全系數(shù)剛體極限平衡法計算；抗滑穩(wěn)定采用瑞典圓弧法時，4級土石圍堰的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.05。在基坑降水情況下，為保證邊坡穩(wěn)定，整體及較大規(guī)模塊體穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不小于1。

穩(wěn)定安全復(fù)核計算各工況水位見表1，選用的計算參數(shù)見表2。

3.2 典型剖面計算成果

采用中國水利水電科學(xué)研究院開發(fā)的Stab程序?qū)叩湫筒课坏牟煌r進(jìn)行了穩(wěn)定復(fù)核計算，結(jié)果見表3，滑動部位及塊體規(guī)模見圖5～10。

表1 圍堰穩(wěn)定計算各工況參數(shù)

表2 修復(fù)設(shè)計計算選用參數(shù)

表3 各工況計算成果

根據(jù)計算結(jié)果在現(xiàn)狀工況、正常工況、極端工況下，圍堰滲漏段及恢復(fù)段結(jié)構(gòu)體形處于基本穩(wěn)定狀態(tài)(沖毀段現(xiàn)狀工況背水側(cè)坡處于極限穩(wěn)定狀態(tài))；在降水工況下，圍堰滲漏段及恢復(fù)段結(jié)構(gòu)體形背水側(cè)坡322 m高程以下均有滑動失穩(wěn)的風(fēng)險，因此，降水前對圍堰背水側(cè)坡322 m高程以下進(jìn)行拋石壓坡并壓實，頂部322 m高程拋石厚度為50 cm(水平頂寬約90 cm)，坡比1:1.75(沖毀段段1：1.85)；降水過程中控制基坑降水速率不超過1 m/d(初期兩天降水速率控制在0.5 m/d)；背水面堰面322 m以上部分采用厚度為50 cm塊石護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)處理。

圖5 修復(fù)段現(xiàn)狀工況滑動位置及塊體規(guī)模

圖6 修復(fù)段降水工況和極端工況滑動位置及塊體規(guī)模

圖7 修復(fù)段正常工況滑動位置及塊體規(guī)模

圖8 滲漏段現(xiàn)狀工況滑動位置及塊體規(guī)模

圖9 滲漏段降水工況和極端工況滑動位置及塊體規(guī)模

圖10 滲漏段正常工況滑動位置及塊體規(guī)模

防護(hù)處理后復(fù)核各部位工況3條件下穩(wěn)定性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，計算成果見表4，滑動部位及塊體規(guī)模見圖11～12。

表4 各工況計算成果

圖11 防護(hù)處理后修復(fù)段降水工況滑動位置及塊體規(guī)模

圖12 防護(hù)處理后滲漏段降水工況滑動位置及塊體規(guī)模

4 結(jié) 論

二期二段土石圍堰被沖毀導(dǎo)致基坑充水的主要原因，是圍堰遭遇超標(biāo)洪水和尚未拆除徹底的二期一段圍堰影響河道行洪能力。因此在布置有分期圍堰的工程中，及時徹底地拆除河道內(nèi)遺棄的圍堰，加強(qiáng)上游來流量預(yù)報，保證河道行洪能力是十分必要的。

從圍堰沖毀段和滲漏段的分布來看，破壞多發(fā)生在轉(zhuǎn)彎部位以及圍堰與建筑物或岸坡銜接部位，因此在這些部位施工時應(yīng)確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)，同時應(yīng)盡量保持圍堰填筑均勻上升，避免出現(xiàn)擋水缺口區(qū)域。

對土石圍堰沖毀段修復(fù)，堰體主要采用水下拋填和水上填筑成型、高噴成墻組合黏土防滲。對土石圍堰滲漏段修復(fù)，主要是對未采用高噴防滲墻區(qū)域進(jìn)行封閉式高噴防滲墻補(bǔ)強(qiáng)。對圍堰防沖加固修

復(fù)，主要采取迎水側(cè)設(shè)大塊石護(hù)腳、護(hù)坡，背水側(cè)壓腳放坡。

根據(jù)圍堰修復(fù)前后穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果看：圍堰現(xiàn)狀及修復(fù)后基本滿足規(guī)范要求，但現(xiàn)狀邊坡存在降水過程中滑動失穩(wěn)風(fēng)險。通過降水前對圍堰背水側(cè)坡322 m高程以下進(jìn)行拋石壓坡，降水過程中控制基坑降水速率不超過1 m/d(初期兩天降水速率控制在0.5 m/d)等措施后，圍堰邊坡各部位穩(wěn)定性可滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

采用上述措施后，截至2019年10月，二期二段圍堰安全渡過兩個汛期，圍堰整體穩(wěn)定狀況良好(見圖13)，修復(fù)設(shè)計取得良好效果。該案例可為類似圍堰工程預(yù)防風(fēng)險或修復(fù)加固提供設(shè)計參考。

圖13 二期二段圍堰修復(fù)后面貌