張凌晨

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510640）

1 工程概況

1.1 概況及項目背景

廣東省佛山市某調(diào)蓄湖建設(shè)工程包括湖區(qū)約560 畝（分為南湖及北湖）的水面及7.26 km 的環(huán)湖岸線的建設(shè),新建北湖出口擋水溢流堰一座。擬將其建成一個具有雨洪調(diào)蓄、生態(tài)、景觀、休閑功能于一體的生態(tài)湖區(qū)。

圖1 工程平面圖

因用地所限,北湖溢流堰右岸約150 m 湖岸由原自然放坡斷面調(diào)整為U 型槽斷面,下部采用19 m 長φ500 CFG 樁,間距1.6 m 正方形布置,因用地問題,背側(cè)暫時未能回填土至設(shè)計高程,U 型槽完工后,背側(cè)填土高程僅保持在約3.10 m左右。

圖2 U 型槽斷面圖

1.2 工程規(guī)模等級

該調(diào)蓄湖設(shè)計洪水標準采用20 年一遇,校核洪水標準采用100 年一遇。根據(jù)規(guī)范確定本工程等別為Ⅳ等,調(diào)蓄湖湖區(qū)建筑物為4 級、次要建筑物為5 級,臨時建筑物為5 級。

1.3 地質(zhì)情況

在勘探深度范圍內(nèi),地層巖性從上而下主要由第四系全新統(tǒng)萬頃沙組沖洪積相（Q42-2pal）、下第三系始新統(tǒng)華涌組第二段（E2h2）組成,現(xiàn)由上到下分述見表1。

表1 出口擋泄水建筑物（溢流堰）巖土參數(shù)建議值

續(xù)表1

②-1 淤泥：灰黑色、深灰色,流塑～軟塑,具滑膩感,含有機質(zhì),局部少量砂質(zhì),具腥臭味。層頂標高1.09 m～3.23 m,層底標高-11.36 m～-2.27 m,層厚5.50 m～14.00 m。

②-2 粉質(zhì)粘土：灰黃色、淺灰色,軟塑～可塑,粘性較好,局部含較多砂質(zhì)。該層普遍分布,在鉆探深度范圍內(nèi),ZK64～ZK66、ZK68～ZK72 有揭露。層頂標高-11.36 m～-5.19 m,層底標高-14.85 m～-10.24 m,層厚1.80 m～5.05 m。

⑤強風化粉砂質(zhì)泥巖：棕紅色,淺棕紅色,風化強烈,巖芯呈半巖半土狀,含較多砂質(zhì),手易掰開,原巖結(jié)構(gòu)善可辨認。層頂標高-14.85 m～-2.27 m,層底標高-18.03 m～-16.01 m,層厚3.00 m～4.70 m。承載力特征值600 kPa。

⑥弱風化粉砂質(zhì)泥巖：棕紅色,淺棕紅色,巖質(zhì)軟,巖芯呈短柱狀～長柱狀。層頂標高-16.01 m～18.03 m。共取巖樣4 組,統(tǒng)計樣本數(shù)4 組,天然單軸抗壓強度平均值5.10 MPa,承載力特征值1000 kPa。

2 現(xiàn)場破壞情況

2020 年10 月2 日在調(diào)蓄湖蓄水以后,U 型槽靠近北湖溢流堰段結(jié)構(gòu)分縫處發(fā)生沉降及位移,U 型槽整體性完好,無裂縫,截止至2020 年11 月19 日,沉降最大位移達到70 cm,沉降引起路面鋪裝及坡面石材臺階開裂,錯位,表面填土松動并局部隆起。

圖3 U 型槽分縫處發(fā)生沉降

圖4 放空鋼管開裂

北湖溢流堰左右兩岸設(shè)DN600 放空鋼管,該放空管設(shè)計主要考慮檢修及非常情況下對湖區(qū)進行放空,通過檢修閥井檢修管道。本次開裂的DN600 放空鋼管位于北壩右岸,距離U 型槽開裂位置直線距離約33 m。湖岸沉降導(dǎo)致溢流堰右岸DN600 放空鋼管焊接處發(fā)生開裂,裂縫開度約3 cm,為局部裂縫,未貫穿鋼管。

3 U 型槽沉降原因分析

初步分析沉降原因為背側(cè)未完成征地,同時蓄水速度過快,填土速度過快,導(dǎo)致U 型槽局部應(yīng)力集中發(fā)生沉降及位移,根據(jù)原設(shè)計資料,蓄水高程在6.00 m 左右時,U 型槽背側(cè)填土高程為3.00 m 左右,迎水側(cè)及背水側(cè)高程相差3 m,一旦蓄水速度過快,U 型槽結(jié)構(gòu)底部局部應(yīng)力將迅速增大,因兩側(cè)填土速度過快,極易發(fā)生局部破壞現(xiàn)象。

放空管位于北壩鋼筋砼壩體中,外側(cè)位于下游翼墻背后填土側(cè),溢流堰為旋噴樁復(fù)合地基,外側(cè)湖岸采用φ500 mm的CFG 樁復(fù)合地基,因地基處理方式不同導(dǎo)致不均勻沉降,沉降導(dǎo)致北湖溢流堰右岸DN600 放空鋼管焊縫處開裂,產(chǎn)生裂縫一處,裂縫位于北湖溢流堰及下游現(xiàn)狀方井之間。其他部位完好,本次須針對DN600 放空鋼管開裂部位進行修復(fù)。

4 修復(fù)加固

4.1 U 型槽加固方案

現(xiàn)因U 型槽背水側(cè)已完成征地,本次將對U 型槽背水側(cè)進行填土反壓,填土高度需考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及銜接高度,若填筑太高,則對U 型槽整體性穩(wěn)定性是有利的,但考慮到填土太高一方面需延長放坡寬度與現(xiàn)狀地形銜接,導(dǎo)致填土范圍太大而不經(jīng)濟,同時因背水側(cè)附近有一座高壓鐵塔,填土太高,土壓力將會對現(xiàn)狀高壓鐵塔穩(wěn)定性造成一定影響,可能會使鐵塔發(fā)生移位變形,產(chǎn)生其他危險。經(jīng)綜合考慮本次背水側(cè)填土高程為6.50 m,寬度8 m,設(shè)二級填土平臺,二級填土平臺頂高程為4.50 m,兩級平臺采用1∶2 放坡銜接,增加土坡之間穩(wěn)定性,填筑過程中應(yīng)采用分層填筑方式,每層填土厚度不超過30 cm,達到壓實度要求后方可進行下一層填筑。

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料,該區(qū)域大部分為淤泥層,地質(zhì)情況較差,為了防止雨水對坡腳沖刷,同時保證坡腳及下部原狀土穩(wěn)定性,在坡腳采用碎石壓腳,增加整體湖岸斷面穩(wěn)定性。

本次針對背水坡填筑土方,同時考慮到現(xiàn)狀靠近溢流堰一段U 型槽在結(jié)構(gòu)分縫處已發(fā)生沉降位移,故需對現(xiàn)狀該段U 型槽進行加固?？紤]到沉降位移較大,下部原設(shè)計CFG 樁為剛性樁,樁底高程進入持力層2 m, U 型槽結(jié)構(gòu)一旦沉降,U型槽斷面兩邊CFG 樁最容易受到破壞,導(dǎo)致樁頂發(fā)生損壞,若不采取其他措施嚴重情況下可能會導(dǎo)致樁頂應(yīng)力變化,持續(xù)威脅樁體質(zhì)量。本次受條件所限雖未對下部CFG 樁做沉降后質(zhì)量檢測,但不排除損壞可能性,針對上述情況,本次U型槽加固方案考慮U 型槽背側(cè)回填土壓實,使U 型槽結(jié)構(gòu)受力均勻。為保護現(xiàn)狀高壓電塔基礎(chǔ),本次坡腳不可填土過高,二級平臺頂高程4.50 m,寬度縮小為5 m,底部采用碎石壓腳增加斷面穩(wěn)定性,碎石距離電塔保持1.5 m～2.5 m 距離,碎石不可過厚,保證電塔基礎(chǔ)不受碎石壓重影響。通過在U 型槽及電塔基礎(chǔ)設(shè)沉降觀測點,在填土過程中及時觀測,動態(tài)監(jiān)控沉降量,若填土時沉降量陡增,應(yīng)立刻停止填土,通知各方共同研究決定。

根據(jù)設(shè)計銜接需要,U 型槽背側(cè)填土將與堤頂路齊平,該部分景觀填土須在現(xiàn)狀高壓電塔完成遷改以后方可實施。

圖5 加固斷面圖

因U 型槽結(jié)構(gòu)為剛性結(jié)構(gòu),下部土層及兩側(cè)填土為柔性結(jié)構(gòu),為了避免湖水及雨水沿U 型槽與土方縫隙產(chǎn)生持續(xù)揚壓力破壞,尤其防止汛期雨水沿結(jié)構(gòu)裂縫形成擴大空隙,型槽滲漏通道,保護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,本次將在U 型槽兩側(cè)頂高程鑿毛,鑿除0.2 m,插入φ20 錨筋,設(shè)6.4 m 寬,0.2 m 厚C30鋼筋砼蓋板,增加結(jié)構(gòu)整體性,可及時將雨水排走,防止水流沿縫隙滲漏而產(chǎn)生持續(xù)水壓力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)持續(xù)沉降,防止U型槽結(jié)構(gòu)進一步變形破壞,上部欄桿與路面保持原設(shè)計。

針對已發(fā)生側(cè)移U 型槽采取鉆孔植入錨筋并澆筑C30 砼找平方案修復(fù),修復(fù)時對新舊混凝土銜接處進行適當人工找平處理,達到一次澆筑成型效果。

考慮到迎水側(cè)原設(shè)計為大石塊臺階鋪裝,沉降導(dǎo)致石塊錯位,因石塊重量較大,考慮到U 型槽架構(gòu)沉降穩(wěn)定需要一定的時間,且一旦沉降,大石塊臺階錯位將會非常明顯,需大量人力物力維修管理,故本次加固方案暫拆除迎水坡大石塊,下部沉降土方挖除至5.00 m 高程,重新分層換填土,上部不再使用石材臺階,采用1∶3 鋪設(shè)草皮,待湖岸沉降趨于穩(wěn)定后可考慮石材鋪裝,與北湖溢流堰左岸鋪裝協(xié)調(diào)一致。

針對U 型槽以外的填土湖岸,直接在背水側(cè)已征地范圍內(nèi)填筑土方高程至8.00 m,背側(cè)與景觀填土銜接。

圖6 自然放坡加固斷面圖

4.2 放空管修復(fù)

修復(fù)方案采用在現(xiàn)狀裂縫處設(shè)圓形檢查井,內(nèi)設(shè)軟管及手動閥門銜接,方便檢修,底部為現(xiàn)狀溢流堰下游翼墻底板,底板下部為旋噴樁復(fù)合地基,經(jīng)復(fù)核,基礎(chǔ)承載力滿足要求。

為防止檢修井持續(xù)沉降對放空鋼管產(chǎn)生持續(xù)拉力,本次在穿過井壁洞口外部預(yù)留5 cm 縫隙,兩側(cè)縫隙最大可達到10 cm,井壁穿管洞口采用油麻氈柔性材料填縫,保護鋼管不因沉降發(fā)生開裂,提高管道使用壽命。原外部采用DN600 鋼管銜接,為了保證鋼管安全,本次在新設(shè)5 m 長鋼管外部包裹0.2 m 厚C25 素砼,下部設(shè)0.5 m 厚素砼基座,能有效提高管道整體受力效果。

通過沉降計算,井與溢流堰相對永久沉降高差較小,因此采用井壁洞口設(shè)柔性材料并預(yù)留縫隙能適應(yīng)不均勻沉降,外加管道采用柔性接頭,可進一步增加管道承受不均勻沉降能力,能夠在一定范圍內(nèi)保護內(nèi)部管道不受損壞。

圖7 放空管平面圖

圖8 放空管剖面圖

5 總結(jié)

本次通過對調(diào)蓄湖北湖溢流堰右岸湖岸發(fā)生沉降險情進行分析并提出方法,通過后續(xù)持續(xù)觀測,基本上達到預(yù)期加固效果,但也暴露出原始設(shè)計的不足。

1）針對U 型槽下部基礎(chǔ)處理范圍較小,采用復(fù)合樁進行基礎(chǔ)處理范圍應(yīng)略大于結(jié)構(gòu)寬度,若基礎(chǔ)處理范圍僅為結(jié)構(gòu)外部輪廓,一旦結(jié)構(gòu)兩側(cè)應(yīng)力不均,底部將會失穩(wěn),達不到基礎(chǔ)處理效果,甚至可能損壞樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

2）新建湖區(qū)蓄水應(yīng)考慮所有堤岸已達到沉降填土要求再進行,蓄水時應(yīng)盡量慢,以便觀察湖區(qū)湖岸應(yīng)力狀態(tài),避免發(fā)生險情,同時應(yīng)對重要結(jié)構(gòu)部位進行同步觀測,一旦發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)異常變化,應(yīng)及時停止蓄水,并查明原因。

3）本工程中北湖溢流堰與外側(cè)檢修井分別采用了旋噴樁及CFG 樁的不同基礎(chǔ)處理方式,放空管貫穿兩種基礎(chǔ)處理的上部混凝土結(jié)構(gòu)時應(yīng)充分考慮不同基礎(chǔ)處理對沉降的影響效果,盡量采用軟接頭或柔性管道連接,盡量避免焊接,避免不均勻沉降導(dǎo)致焊縫開裂。