劉萬浩，李 婷，翁朝暉

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070)

護(hù)鎮(zhèn)閘是一座穿漢江堤防的箱涵式排水閘，發(fā)生險(xiǎn)情后同時(shí)受到諸多制約因素影響：其屬漢江堤防重點(diǎn)工程必須要在當(dāng)年的枯水期完成，為保證防汛安全，工期極緊；原閘建設(shè)年代久遠(yuǎn)，原施工質(zhì)量無法評(píng)估。這些因素導(dǎo)致險(xiǎn)情的深基坑支護(hù)[1]處理無法采用常見的基坑全斷面回填、地下連續(xù)墻、預(yù)應(yīng)力錨索等支護(hù)方式，經(jīng)研究后采取的分兩期應(yīng)急搶險(xiǎn)方案，一期方案保證臨時(shí)穩(wěn)定為二期方案實(shí)施贏得寶貴時(shí)間，二期方案保證永久穩(wěn)定并繼續(xù)施工，順利的排除了險(xiǎn)情并最終順利完成工程建設(shè)任務(wù)，據(jù)此給今后同類型險(xiǎn)情處理提供了一些可借鑒的思路。

1 工程概況

護(hù)鎮(zhèn)閘閘址位于湖北省云夢(mèng)府河右堤，屬湖北省漢江堤防加固重點(diǎn)工程(府澴河段)，樁號(hào)39+942，設(shè)計(jì)方案為穿堤箱涵式排水閘。新護(hù)鎮(zhèn)閘為3級(jí)建筑物，由進(jìn)口護(hù)砌段、穿堤箱涵、閘室、出口消力池及海漫組成，全長131.0 m，設(shè)計(jì)流量為65 m3/s。閘室底板高程為18.58 m，閘孔尺寸：5.0 m×4.5 m(寬×高)，二孔；穿堤箱涵實(shí)施階段共設(shè)置5節(jié)，前3節(jié)每節(jié)長16.0 m，第4節(jié)長9 m，第5節(jié)箱涵長10.0 m；進(jìn)出口消力池采用鋼筋砼扶壁擋土墻結(jié)構(gòu)形式；閘基及箱涵基礎(chǔ)采用粉噴樁進(jìn)行處理，粉噴樁樁徑50 cm、樁長12 m，樁間距1.0 m。

閘址處出露地層自地表向下依次為第四系全新統(tǒng)人工堆積填土(Q4s)、第四系全新統(tǒng)沖積作用形成的壤土(Q4al)、第四上更新統(tǒng)沖積作用形成的中粗砂、礫砂(Q3al)，閘基礎(chǔ)座落在壤土層上，基土與砼間摩擦系數(shù)f=0.25，中粗砂層為閘基礎(chǔ)持力層，承載力特征值建議值fak=300 kPa；穿堤箱涵處壤土力學(xué)指標(biāo)：C=25 kPa，Ф=11°。

現(xiàn)狀府河堤防涢水側(cè)堤內(nèi)平臺(tái)處有一座35 kV高壓電線塔，緊鄰擬新建的4號(hào)箱涵，塔底地面高程約26.66 m，塔底部基座距離原閘渠道坡頂最近處僅約2.70 m，該側(cè)邊坡原設(shè)計(jì)有懸臂式混凝土擋墻,墻頂在3～5號(hào)箱涵范圍高程約23.31～23.39 m。拆除重建護(hù)鎮(zhèn)閘平面布置及高壓電線塔位置如圖1。

圖1 拆除重建護(hù)鎮(zhèn)閘平面布置圖

2 實(shí)施階段險(xiǎn)情及原因分析

護(hù)鎮(zhèn)閘施工前，考慮到原水閘渠道底板需拆除，建基面高程約16.75 m，為避免對(duì)高壓電線塔的影響，設(shè)計(jì)采取如下項(xiàng)措施：將箱涵軸線進(jìn)行適量平移，但鑒于渠道另一側(cè)建筑限制，軸線僅能偏移2.0 m；要求拆除底板時(shí)分段分區(qū)拆除，分段支護(hù)回填跟進(jìn)，盡可能保持原有平衡狀態(tài)，減少對(duì)墻體及其上部高壓電線塔的擾動(dòng)；要求現(xiàn)場每日定時(shí)對(duì)設(shè)置于擋墻和高壓電線塔的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

實(shí)際施工時(shí)，因種種原因，現(xiàn)場將原渠道底板沿水流方向進(jìn)行整體拆除，僅留渠道最中心處寬約3.0 m部分作為其交通通道。次日觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，墻體發(fā)生了厘米級(jí)的位移，位移速率變化具體數(shù)據(jù)如表1。

表1 觀測(cè)位移變化速率統(tǒng)計(jì)表 mm/h

經(jīng)設(shè)計(jì)分析，原護(hù)鎮(zhèn)閘在建成運(yùn)行時(shí)，渠道擋墻在其設(shè)計(jì)工況下是處于穩(wěn)定狀態(tài)；高壓電線塔在后期建設(shè)時(shí)，相對(duì)擋墻新增的荷載(包括其新填土的荷載)通過原渠道左右岸擋墻及渠道底板形成的整體均衡分?jǐn)?，故同樣達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，但此時(shí)已不是原設(shè)計(jì)工況；現(xiàn)底板拆除后，渠道兩岸擋墻與底板形成的整體平衡被打破，高壓電線塔建設(shè)后增加的荷載全由墻體承擔(dān)，其無法滿足原設(shè)計(jì)的平衡狀態(tài)，故而向基坑側(cè)發(fā)生位移。

3 應(yīng)急搶險(xiǎn)一期方案

險(xiǎn)情發(fā)生后，設(shè)計(jì)連同各參建方進(jìn)行認(rèn)真研究討論之后，確定了以阻止墻體繼續(xù)位移為目的，但能兼顧后期施工的的一期方案，連夜進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)[2]支護(hù)的應(yīng)急處理措施，具體方案如下：

1)高壓電線塔擋墻與現(xiàn)存水閘底板之間拆除的部位，靠近現(xiàn)存底板處打設(shè)4.0 m深槽鋼，槽鋼間距5.0 m，底板抵靠密實(shí)；采用D300 mm鋼管進(jìn)行橫向支撐，鋼管間距5.0 m，鋼管一端在擋墻底板部位，一端則與底板處槽鋼點(diǎn)焊焊接。

2)在橫向支撐完成后，每一道橫撐斷面均設(shè)置斜向支撐槽鋼，預(yù)先在原擋墻上錨固一片鋼板，距離底板約2 m，斜撐兩端分別與鋼板和底板處槽鋼焊接。

3)在橫向支撐與斜向支撐系統(tǒng)施工完成后，立刻開始按原設(shè)計(jì)要求進(jìn)行填土覆蓋，填土應(yīng)碾壓密實(shí)。

4)高壓電線塔周圍現(xiàn)有地面下挖1.0 m減載后，將裸露坡面立即采用彩條布覆蓋，同時(shí)要求現(xiàn)場對(duì)高壓電線塔附近車輛限速限載。

應(yīng)急支護(hù)措施示意如圖2。

圖2 應(yīng)急支護(hù)措施示意圖

施工現(xiàn)場照此方式支護(hù)之后，次日觀測(cè)的相對(duì)位移值已經(jīng)處于毫米級(jí)，達(dá)到一期方案控制墻體位移的目的，為二期支護(hù)方案的實(shí)施贏得寶貴時(shí)間，現(xiàn)場觀測(cè)位移速率見表1。

4 應(yīng)急搶險(xiǎn)二期方案

一期搶險(xiǎn)方案實(shí)施后，墻體位移得到了有效控制，但是如何繼續(xù)進(jìn)行水閘施工確又成了一個(gè)難題，面臨的主要問題有：①現(xiàn)存作為交通的原渠道底板如何拆除；②支撐結(jié)構(gòu)在原渠道底板拆除后如何保持穩(wěn)定；③基礎(chǔ)粉噴樁何時(shí)、如何施工；④現(xiàn)狀僅僅時(shí)臨時(shí)控制了墻體位移，需進(jìn)一步落實(shí)能與臨時(shí)方案結(jié)合的永久支護(hù)方案。

為解決這些難題，保證護(hù)鎮(zhèn)閘汛前順利施工完成并安全度汛。設(shè)計(jì)考慮了以下三個(gè)方案：

1)地下連續(xù)墻支護(hù)方案[3]。在墻體頂部與高壓電線塔之間打設(shè)一排地下連續(xù)墻，代替現(xiàn)有擋土墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)：該方案的優(yōu)勢(shì)是原擋土墻可直接拆除，依靠連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)一勞永逸的解決高壓電線塔的穩(wěn)定問題；但其施工空間極為有限，且距離高壓電線塔和擋墻均太近，施工安全存在隱患，故而首先被排除。

2)錨索方案[4]。在現(xiàn)有墻體上打設(shè)2道預(yù)應(yīng)力錨索，通過套管分段進(jìn)鉆至土體底部基巖之上，通過灌漿將其頭部于基巖錨固，通過錨索的反作用力將擋墻硬性固定：該方案結(jié)合地質(zhì)資料來看，基巖埋深較深難以錨固，且錨索反向張拉力太大，加之現(xiàn)有墻體是約40年前施工完成，墻體是否能承受該反力無法判斷。

3)預(yù)填土逐節(jié)施工方案。①首先在一期搶險(xiǎn)方案基礎(chǔ)上，原擋墻范圍內(nèi)(3～5號(hào)箱涵段)基坑全斷面回填土至20.0 m高程，同時(shí)施工底部已經(jīng)拆除部位的粉噴樁；②考慮到粉噴樁達(dá)到強(qiáng)度需要時(shí)間，為節(jié)約工期和增加基礎(chǔ)抗剪強(qiáng)度，在粉噴樁間隙增設(shè)松木樁[5-6]；③之后在已固結(jié)基坑內(nèi)，對(duì)高壓電線塔對(duì)應(yīng)的4號(hào)箱涵處剩余底板上覆土進(jìn)行掏槽開挖，拆除該部分底板，施工該部位粉噴樁；④開挖4號(hào)箱涵底板部位覆土澆筑底板，之后在適當(dāng)放坡開挖后澆筑4號(hào)箱涵涵身，將一期搶險(xiǎn)支護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)澆筑在箱涵混凝土結(jié)構(gòu)之中，⑤此后利用4號(hào)箱涵自身作為永久支護(hù)支撐原渠道擋墻，全面開挖基坑填土，施工其余部分箱涵。

最終選擇的方案3在實(shí)施過程中觀測(cè)變形穩(wěn)定(墻底4處觀測(cè)點(diǎn)在填土措施實(shí)施后被埋沒，無法觀測(cè))，基坑險(xiǎn)情已排除，后期施工均未發(fā)現(xiàn)相關(guān)險(xiǎn)情?，F(xiàn)場觀測(cè)位移速率見表1。

5 計(jì)算驗(yàn)證

從發(fā)生險(xiǎn)情到應(yīng)急搶險(xiǎn)一二期方案擬定，設(shè)計(jì)對(duì)墻體的穩(wěn)定進(jìn)行抗滑、抗傾覆等復(fù)核，復(fù)核過程如下。

5.1 設(shè)計(jì)工況

筆者對(duì)拆除底板發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情、一期支護(hù)措施實(shí)施后、二期支護(hù)措施是實(shí)施后三種設(shè)計(jì)工況進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，包括抗滑計(jì)算、抗傾覆計(jì)算等，各工況荷載條件如下：

1)拆除底板后工況：墻體單獨(dú)承受其自重、墻后土重、墻后土壓力等荷載。

2)一期支護(hù)措施實(shí)施后工況：墻體除承受工況①的荷載外，還承受橫向鋼支撐提供的水平荷載、斜向鋼支撐提供的水平荷載與豎向荷載；其中，鋼支撐作用于墻體的作用力可通過分析預(yù)留底板承受的反力推算。

3)二期支護(hù)措施是實(shí)施后工況：墻體在承受工況②荷載基礎(chǔ)上，還需承受基坑內(nèi)側(cè)3.25 m厚(建基面16.75 m，填土至20.0 m高程)填土的土壓力，此時(shí)由于剩余底板需拆除，為安全計(jì)不考慮鋼支撐作用。

5.2 主要計(jì)算參數(shù)與公式[7]

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告資料，擋墻背后碎石土的物理力學(xué)參數(shù)為：天然容重19.7 kN/m3，飽和容重22 kN/m3，c=25 kPa，φ=11.0°。

抗滑穩(wěn)定按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算：

式中：Kc為按抗剪強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為墻體與基礎(chǔ)接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，取0.25；∑W為作用于邊墻上的全部豎向荷載，kN；∑P為作用于邊墻上的全部水平荷載，kN。

抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算公式：

式中：Ko為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑My為作用于墻體的荷載對(duì)墻前趾產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩，kN·m；∑Mo為作用于墻體的荷載對(duì)墻前趾產(chǎn)生的傾覆力矩，kN·m。

5.3 主要計(jì)算結(jié)論

各工況的計(jì)算結(jié)論見表2。

表2 各工況計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表2中各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工況1)結(jié)論顯示原渠道底板拆除后墻體不滿足抗滑穩(wěn)定要求；工況2)結(jié)論顯示墻體在增加鋼支撐后，雖然抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)未能完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，但大為改善了擋墻受力狀態(tài)，起到了臨時(shí)支護(hù)的目的，為二期支護(hù)措施贏得了寶貴時(shí)間，也便于工程后續(xù)的實(shí)施；工況3)結(jié)論則顯示徹底解除了險(xiǎn)情。本計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)論也通過表1的位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到印證，截至筆者總結(jié)此文時(shí)止，護(hù)鎮(zhèn)閘已順利完工并已投入運(yùn)行使用，證明設(shè)計(jì)擬定的分兩期的支護(hù)方案是安全有效的。

6 結(jié) 語

隨著水利工程建設(shè)項(xiàng)目的逐年增多，施工現(xiàn)場會(huì)出現(xiàn)各種不同情況的突發(fā)險(xiǎn)情，即使同類型險(xiǎn)情其面臨的制約條件也不盡相同，對(duì)于各類型險(xiǎn)情的處理，應(yīng)因地制宜抓全局治根本，既要及時(shí)可靠也需統(tǒng)籌考慮，例如本工程發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，直接基坑全斷面填土即可保證安全，但其后期水閘則難以在有限的工期和有限的投資條件下繼續(xù)施工；本次搶險(xiǎn)過程中采取的鋼結(jié)構(gòu)、松木樁等能提供“即戰(zhàn)力”的措施或方法，大量減少了其他一些支護(hù)方案需要的調(diào)配機(jī)械、物資和人員的時(shí)間，也大量節(jié)省了一些支護(hù)方案需要等待混凝土齡期的時(shí)間。隨著水利工程各類經(jīng)驗(yàn)的積累，“采用即時(shí)性材料和工藝”的搶險(xiǎn)思路以其見效快、施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理性等優(yōu)點(diǎn)，必將廣泛地應(yīng)用于險(xiǎn)情治理中。