張鵬雄，龍 藝，陳 昊

(1.敘永縣水務(wù)局，四川 敘永，646400；2. 四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611230；3.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

引言

堤防工程的安全除了受本身施工質(zhì)量的影響，還存在著諸多外部因素的制約，其中最為突出和致命的就是受長時間水流沖刷或者汛期短時洪水掏空堤腳，造成基礎(chǔ)懸空、面板拉裂，嚴(yán)重的會出現(xiàn)潰堤。一旦堤防出現(xiàn)潰堤，將給沿岸城鎮(zhèn)帶來不可估量的損失，嚴(yán)重威脅人民生命財產(chǎn)安全和制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。眾所周知的“98特大洪水”九江大堤決口，所造成的影響時至今日仍歷歷在目。青衣江夾江縣是四川省重點(diǎn)防洪風(fēng)險監(jiān)控點(diǎn)，近幾年幾乎每年都要投入巨大的防汛搶險資金對堤防進(jìn)行安全防控。本文主要結(jié)合青衣江夾江縣中心至康中堤防工程實(shí)例，對頂沖段采用水下自護(hù)式混凝土徹底解決堤腳的沖刷問題進(jìn)行研究。

1 工程概況

青衣江又名雅河，系岷江右岸的二級支流。上游由寶興河，天全河及滎經(jīng)河三河匯集。青衣江流域水系發(fā)達(dá)，支流眾多，500km2以上的較大支流有7條，分布于流域的中上游，河系呈樹枝狀分布，有利于洪水的匯集。青衣江河長284km，流域面積13744km2，平均比降12.9‰，是四川省一條重要河流，亦是一條多災(zāi)多難的河流，歷史上，青衣江下游干流樂山段，洪澇災(zāi)害頻繁。

青衣江夾江縣中心至康中堤防工程河段位于青衣江下游，擬建工程位于毛灘電站下游約6km的中心至康中堤防段左岸，上起毛灘電站尾水渠末端(中心村吳溝出口)，下至馬村河口，水面寬在480m～550m之間。原有堤防修建于上世紀(jì)70年代，修建標(biāo)準(zhǔn)低，加之多年運(yùn)行和河床演變，致使工程老化破損嚴(yán)重，河床下切，堤腳沖刷，特別是頂沖段雖采取了拋填四面體等工程措施，仍無法徹底解決基礎(chǔ)淘刷問題，成了老大難的險工險段。每年因搶險救災(zāi)投入大量的人力、物力，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 工程區(qū)地質(zhì)條件

工區(qū)位于四川盆地龍泉山以西，總體地勢南西高，北東低，屬侵蝕堆積和構(gòu)造剝蝕地貌類型。工程區(qū)地形地勢平坦開闊，所屬青衣江河段略微彎曲，河道寬緩，總體流向由西向東，漫灘、心灘及階地發(fā)育。河谷地面高程377～390m，由上游到下游高程逐漸降低。

工程區(qū)發(fā)育地層主要為白堊系灌口組(K2g)：泥巖、粉沙質(zhì)泥巖和第四系松散堆積物，由老至新分述如下：

灌口組(K2g)：棕紅色泥巖、粉沙質(zhì)泥巖，厚423m～1040m。主要分布于第四系堆積層之下伏，局部地表出露。

第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積(Q4al+pl)：為卵礫石夾砂，主要分布于河床、階地，勘探未揭穿該層，多呈褐灰色、灰白色，其密實(shí)度隨埋深增大而逐漸增加。漂卵礫石磨圓度較好，多呈亞圓形～圓形狀，漂石一般20cm～60cm，含量約占10%；卵石6cm～20cm，含量約占40%；礫石0.2cm～6cm，含量約占32%；其余為砂及粘粒。漂卵石層成分多為花崗巖、灰?guī)r、少量砂巖等。根據(jù)N120超重型動力觸探測試成果，該層上部松散，中部稍密，下部中密～密實(shí)。

松散卵礫石夾砂：該層厚度0.9m～2.3m，根據(jù)N120超重型動力觸探測試成果，平均錘擊數(shù)(修正后)N=2.2擊/10cm。

稍密卵礫石夾砂：該層厚度1.4m～2.0m，根據(jù)N120超重型動力觸探測試成果，平均錘擊數(shù)(修正后)N=4.1擊/10cm。

中密～密實(shí)卵礫石夾砂：本次勘探未揭穿該層，根據(jù)N120超重型動力觸探測試成果，平均錘擊數(shù)(修正后)N=8.2～11.5擊/10cm。

第四系人工堆積(Q4s)：分為兩種。第一種為采砂之后廢棄堆積在堤坡表面或堤腳部位，結(jié)構(gòu)松散，承載力低；第二種為砂卵礫石填筑形成的堤防，沿青衣江呈條帶狀分布，厚度一般為5m～15m，臨河側(cè)堤腳受雨水沖刷，表層掏空、架空現(xiàn)象明顯，結(jié)構(gòu)較松散。

根據(jù)地勘巖土室內(nèi)試驗(yàn)和N120動力觸探測試成果并進(jìn)行工程地質(zhì)條件類比，提出土體物理力學(xué)指標(biāo)建議值見表1。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)建議值

3 頂沖段基礎(chǔ)處理方案比較

3.1 常規(guī)處理方案

基礎(chǔ)采用高壓旋噴水泥樁，樁基置于沖刷深度以下的砂卵石層，馬道以下拋填四面體。高壓旋噴水泥樁基礎(chǔ)處理形式見圖1。

圖1 高壓旋噴水泥樁基礎(chǔ)

3.2 水下自護(hù)式混凝土處理方案

馬道下部先拋填大卵石護(hù)底，卵石粒徑10cm～30cm，然后對護(hù)底卵石采用C20水下自護(hù)混凝土膠凝形成整體，防止河道沖刷下切，影響岸坡穩(wěn)定，最后采用C20混凝土四面體護(hù)腳，加固岸坡穩(wěn)定。水下自護(hù)式混凝土基礎(chǔ)處理形式見圖2。

圖2 水下自護(hù)式混凝土基礎(chǔ)

3.3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

兩種施工方法都可以解決水下施工問題，但高壓旋噴樁的施工工藝比自護(hù)式混凝土復(fù)雜，且無法解決樁基之間的淘刷問題，同時樁外拋填四面體的措施無法確保四面體基礎(chǔ)埋深的問題，隨著基礎(chǔ)的淘刷，時間一久，仍會出現(xiàn)四面體位移沖毀危及堤身安全的問題。而水下自護(hù)式混凝土很好地解決了四面的基礎(chǔ)穩(wěn)定，同時可以充填四面體之間的空隙，很好地保護(hù)了堤身的安全。作為一種新型的水下施工技術(shù)，水下自護(hù)式混凝土技術(shù)當(dāng)前存在造價較傳統(tǒng)混凝土偏高的問題，每立方米增加投資1/3～2/3。但作為一種永久性工程措施，該技術(shù)的長期效益明顯高于常規(guī)技術(shù)方案。

4 水下自護(hù)式混凝土簡析

所謂水下自護(hù)式混凝土，是指通過摻入占水泥重量一定比例的特殊混凝土外加劑，與水泥、水、集料按一定制造方法攪拌而成的混凝土。此特殊混凝土外加劑能使混凝土在水上、水下都具有很好的易流性、抗離析性，在低流速(小于4m/s)水中幾乎不離析。因此，在水下可以靠自重流淌到所要澆筑的每一個空間，密實(shí)度強(qiáng)，不污染水體且混凝土的性能可以通過外加劑的調(diào)試達(dá)到所需要求，整體性能優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土。

水下自護(hù)技術(shù)原理：高分子水下保護(hù)劑，溶于水后形成空間柔性網(wǎng)絡(luò)，抑制新拌混凝土的分散，從而實(shí)現(xiàn)清澈澆筑。

圖3 水下自密實(shí)材料澆筑示意

施工中無需振搗、無需碾壓、無需溫控、可不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，較傳統(tǒng)混凝土在水中施工具有明顯的優(yōu)勢。實(shí)際性能見表2。

表2 水下自護(hù)式混凝土性能

該技術(shù)目前已成功應(yīng)用在道路應(yīng)急修復(fù)、海岸堆石護(hù)坡水下膠結(jié)、高水頭溶腔裂隙封堵、超大地下暗河封堵、大壩防滲墻和基礎(chǔ)水下澆筑、橋墩水下封堵等。四川省部分病險水庫加固也有成功運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)，但在四川省內(nèi)的堤防工程中尚未有成功運(yùn)用實(shí)例。

5 結(jié)語

水下自護(hù)式混凝土的出現(xiàn)，不僅是混凝土外加劑出現(xiàn)了一種新的品種，而是它賦予了混凝土良好的粘稠性、流動性、不離析性，把水下混凝土施工提高到一個更高的水平。對于堤防工程而言，往往受汛期影響，只能在枯期搶抓基礎(chǔ)，遇到高透水性的地質(zhì)條件，還需增加強(qiáng)排水措施，往往會強(qiáng)行涉水澆筑，施工質(zhì)量難以保障。該技術(shù)很好地解決了水下施工的諸多難點(diǎn)，且不污染水體，此次在青衣江夾江縣中心至康中堤防工程中的應(yīng)用必將開啟四川省堤防工程建設(shè)的新征程，待工程完成經(jīng)歷汛期考驗(yàn)后可以作為一種新理念進(jìn)行大力推廣。