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        復(fù)雜條件下條石堤防水毀修復(fù)及加固設(shè)計(jì)

        2023-08-17 10:33:24郭海鷗
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年14期

        1 引言

        20 世紀(jì)80~90 年代,我國(guó)工程建設(shè)原材料匱乏、建設(shè)技術(shù)水平有限、經(jīng)濟(jì)水平不高,漿砌條石擋墻具有施工工序簡(jiǎn)單、建設(shè)工期短、工程造價(jià)低等特點(diǎn),因此城市河道防洪工程建設(shè)廣泛采用漿砌條石擋墻作為堤防[1]。但受漿砌石擋墻所用材料限制及后期管理維護(hù)不到位等原因, 條石擋墻都出現(xiàn)了不用程度的病害,如勾縫砂漿脫落、墻體開(kāi)裂及垮塌、墻背填土塌陷等現(xiàn)象[2]。 漿砌條石擋墻處于病害中運(yùn)行,嚴(yán)重影響了堤防的安全及周邊居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

        近年來(lái),城市建設(shè)快速發(fā)展,更多的市政道路、構(gòu)筑物及其他配套設(shè)施沿河建設(shè)完成, 病害條石擋墻安全問(wèn)題愈發(fā)突出。 現(xiàn)階段,對(duì)漿砌條石堤防進(jìn)行檢測(cè)、加固、水毀修復(fù),面臨重要挑戰(zhàn)[3]。本文通過(guò)對(duì)條石擋墻水毀原因及常見(jiàn)處理措施進(jìn)行總結(jié), 并運(yùn)用于成都天府新區(qū)洗瓦堰漿砌條石堤防水毀修復(fù)及加固設(shè)計(jì)。

        2 條石堤防病害分析

        1)墻背填土高度增加,條石荷載增加,堤防強(qiáng)度及穩(wěn)定性不滿足要求。

        由于市政道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 致使擋墻墻背填土高度與原設(shè)計(jì)不一致,使堤防處于穩(wěn)定~欠穩(wěn)定狀態(tài)。

        2)條石風(fēng)化,砂漿強(qiáng)度降低。漿砌條石堤防采用MU30 石材與M10 砂漿進(jìn)行組合。 漿砌條石堤防迎水面受河道水位常年陡漲陡落的影響,條石表面處于干濕交替的狀態(tài)極易風(fēng)化、脫落,石材強(qiáng)度及砂漿黏結(jié)強(qiáng)度下降。

        3)沖刷嚴(yán)重,墻體失穩(wěn)。 隨著城市快速開(kāi)發(fā)建設(shè),改變了河道原匯水區(qū)域的下墊面,造成河道行洪流量及流速增大,河道的沖刷深度增加, 致使原堤防的埋深不滿足河道沖刷深度要求,進(jìn)而出現(xiàn)堤防懸空、失穩(wěn)等安全問(wèn)題。

        4)堤防排水孔失效,堤防土壓力增大。 堤防排水孔可以有效降低墻背水壓力,保證堤防的安全性。 堤防的排水孔因墻背反濾層失效,致使排水孔堵塞,墻背地下水無(wú)法及時(shí)排出,使得墻背水壓力聚增,堤防的受力狀態(tài)發(fā)生較大變化,堤防極易發(fā)生滑動(dòng)破壞、傾覆破壞。

        5)各種配套管線沿河前后實(shí)施,多次土體擾動(dòng),改變土體參數(shù),難以滿足堤防要求。

        3 處理措施

        城市條石堤防建設(shè)歷史悠久,為保證堤防使用安全,需多方共同發(fā)力,在做好技術(shù)檢測(cè)、加固和修復(fù)的基礎(chǔ)上,需管理部門(mén)加強(qiáng)河道管護(hù),嚴(yán)格審批。 常見(jiàn)方法主要有拆除重建、注漿加固、河道內(nèi)支擋加固等方法。

        3.1 拆除重建

        拆除變形及垮塌段堤防,新建生態(tài)或混凝土堤防。 主要適用于堤防兩側(cè)寬闊, 建設(shè)條件良好, 無(wú)制約構(gòu)筑物存在的情況。 常見(jiàn)結(jié)構(gòu)主要有重力式擋墻、懸臂式擋墻、衡重式擋墻及U 形墻等,堤防結(jié)構(gòu)形式優(yōu)劣分析見(jiàn)表1。

        表1 堤防結(jié)構(gòu)形式優(yōu)劣分析表

        3.2 注漿加固

        注漿加固主要用于墻體及墻背注漿加固和地基注漿加固。

        墻體注漿加固:主要用于條石錯(cuò)縫,但條石強(qiáng)度仍滿足使用的情況。 通過(guò)高壓注高強(qiáng)度水泥漿對(duì)條石錯(cuò)縫進(jìn)行加固,以實(shí)現(xiàn)條石之間良好黏結(jié),提高條石擋墻抗剪。

        墻背注漿: 通過(guò)對(duì)墻背土體進(jìn)行注漿, 提高土體自穩(wěn)能力,改善土體參數(shù)以減少土體對(duì)擋墻的土壓力。

        墻基注漿: 主要適用于擋墻基礎(chǔ)土體長(zhǎng)期水浸泡導(dǎo)致地基承載力降低, 或因沖刷導(dǎo)致條石擋墻不均勻沉降和失穩(wěn)情況。 通過(guò)基礎(chǔ)注漿改善土體參數(shù),提高地基承載力及抗沖刷能力,以實(shí)現(xiàn)墻體穩(wěn)定。

        3.3 內(nèi)襯加固

        在滿足行洪的基礎(chǔ)上進(jìn)行河道內(nèi)襯加固, 加固方式可采用U 形墻槽、樁板墻、錨板墻等對(duì)行洪影響較小的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行加固。

        4 工程概況

        天府新區(qū)是四川省下轄國(guó)家級(jí)新區(qū), 新區(qū)發(fā)展全面踐行公園城市理念。 設(shè)區(qū)以來(lái), 天府新區(qū)一致致力于公園城市建設(shè),基于河道在保證水安全、水環(huán)境的基礎(chǔ)上,提取文化元素,提升水景觀。

        洗瓦堰廣福橋至沈陽(yáng)路段現(xiàn)狀洗瓦堰, 現(xiàn)狀長(zhǎng)度約1 340 m,河道寬度18~20 m(規(guī)劃河寬20 m)。 原設(shè)計(jì)墻身采用重力式條石擋墻,墻基采用C20 埋石混凝土,墻高3.5 m,堤頂至小區(qū)或市政道路坡高約3~4 m,按照不陡于1∶2 放坡進(jìn)行銜接。 但現(xiàn)狀經(jīng)復(fù)核,條石堤防高約3.5 m,堤頂至小區(qū)或市政道路坡高4~8 m, 坡度為1∶1~1∶1.5, 坡度及坡高均高于原設(shè)計(jì)。 據(jù)調(diào)查,明渠段現(xiàn)狀堤防2018—2020 年期間出現(xiàn)較為嚴(yán)重的垮塌現(xiàn)象??逅稳L(zhǎng)約435 m,其中河道左岸垮塌6 段,長(zhǎng)度約230 m;河道右岸垮塌2 段,長(zhǎng)度約205 m。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘及檢測(cè)情況,現(xiàn)狀堤防主要面臨以下問(wèn)題:條石及砂漿強(qiáng)度降低、砌體變形錯(cuò)縫、勾縫砂漿剝落、沖刷嚴(yán)重等因素致使堤防垮塌。 范圍內(nèi)現(xiàn)狀垮塌段較多,且沿河鋪設(shè)較多重要管線,如石油、燃?xì)饧半娏Φ饶茉垂芫€,雨、污配套管線。 若繼續(xù)出現(xiàn)垮塌,將嚴(yán)重影響小區(qū)安全及市政道路、管線等的正常運(yùn)行。

        原堤防設(shè)計(jì):擋墻原設(shè)計(jì)為重力式漿砌條石擋墻,墻背坡率1∶0.5,墻高3.5 m。 底板采用干砌青條石,厚0.3 m,每5 m設(shè)0.6 m 寬漿砌條石加強(qiáng)帶。 邊墻底寬3.2 m,頂寬0.8 m,底板設(shè)寬0.5 m、高0.7 m 齒墻。 底板采用1 m 厚C20 埋石混凝土基礎(chǔ), 設(shè)計(jì)底板高程以上采用M7.5 水泥砂漿襯砌條石,并對(duì)河床進(jìn)行30 cm 條石干砌處理。

        堤防檢測(cè):據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單位檢測(cè),砂漿強(qiáng)度低于M5;常年浸水,強(qiáng)度降低。

        工程地質(zhì):(1)地形地貌:項(xiàng)目位于天府新區(qū),近錦江。 兩岸河堤為條石河堤,河堤頂標(biāo)高464.42~466.87 m,河堤高度2.6~4.7 m。 河堤上部為河堤邊坡,坡頂標(biāo)高468.50~472.50 m,河堤邊坡高度3.5~7.2 m。 場(chǎng)地所處地貌單元主要為岷江水系Ⅰ級(jí)階地,地貌相對(duì)簡(jiǎn)單,微地貌不發(fā)育。 (2)地質(zhì)構(gòu)造:成都地區(qū)大地構(gòu)造體系的西部為華夏系龍門(mén)山構(gòu)造帶, 東部是新華夏系龍泉山構(gòu)造帶; 處于兩構(gòu)造單元間的成都平原北起安縣、南至名山、西抵龍門(mén)山脈、東達(dá)龍泉山,慣稱成都坳陷。 項(xiàng)目離工程區(qū)較近的構(gòu)造為蘇碼頭背斜及李紅塘逆斷層 (發(fā)育于背斜軸部附近),工程區(qū)位于蘇碼頭背斜南東翼,距李紅塘斷層直線距離約4 km。 (3)場(chǎng)地地震效應(yīng):抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g,設(shè)計(jì)特征周期0.45 s,設(shè)計(jì)地震分組為第三組。

        地層巖性:據(jù)地勘揭露,地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)及白堊系灌口組泥質(zhì)砂巖(K1-2j)。填土層主要為雜填土和素填土,回填時(shí)間較短,約3~4 年,欠固結(jié),厚約7~10 m。 第四系全新統(tǒng)沖積層:(1)粉質(zhì)黏土:灰黃色,軟塑為主,濕,含鐵、錳質(zhì)氧化物及其斑痕,分布較連續(xù)。(2)卵石:黃灰、灰色,一般粒徑4~9 cm,部分粒徑大于12 cm,卵石含量約55%~80%,卵石以弱風(fēng)化為主,地性較好。 白堊系灌口組泥質(zhì)砂巖:泥質(zhì)砂巖。 (3)強(qiáng)風(fēng)化礫巖:灰色,礫狀、塊狀結(jié)構(gòu),由卵石及礫石組成,磨圓較好。 以泥質(zhì)膠結(jié)為主,局部為鈣質(zhì)膠結(jié)。 基巖裂隙發(fā)育,巖體完整程度為較破碎~較完整。堤背地質(zhì)多為填土,地性較差。

        管線:沿線主要有市政基礎(chǔ)配套管線、高壓輸氣管線、電力隧道、架空通信線、架空電力線及其他特殊管線。 管線眾多,據(jù)堤背較近,管線保護(hù)要求高,不具備開(kāi)挖實(shí)施條件。 其分布范圍詳見(jiàn)表2。

        表2 堤防沿線現(xiàn)狀管線基本情況一覽表

        本項(xiàng)目經(jīng)多次與政府管理部門(mén)、 建設(shè)業(yè)主單位及管線產(chǎn)權(quán)單位對(duì)接,在滿足各管線的保護(hù)需求的前提下,確定最終建設(shè)方案: 左岸采用樁板墻及錨板墻對(duì)現(xiàn)狀條石擋墻進(jìn)行加固及恢復(fù),避免開(kāi)挖對(duì)現(xiàn)狀擋墻、管線、線塔及市政道路的影響。實(shí)施方案:(1)樁板墻:采用C30 樁板墻作為堤防主體結(jié)構(gòu),承擔(dān)坡體土壓力。 樁徑1.2 m, 樁中心間距4 m, 擋土板厚度為0.3 m,冠梁1.4 m×1.0 m。樁基下部采用鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁,避免塌落。 樁基上部采用鋼模板施工,以保證樁基光滑滿足景觀需求。 上部樁基實(shí)施后進(jìn)行擋土板施工,并用透水性材料進(jìn)行填充。 (2)錨板墻:用于末端堤岸為基巖段,側(cè)向土壓力小,主要采用錨板墻進(jìn)行坡岸加固,防沖蝕、沖刷造成岸坡失穩(wěn)。 施工前,清理現(xiàn)場(chǎng)岸坡基巖面,設(shè)置50 cm 厚錨板,采用土釘進(jìn)行錨固。 對(duì)現(xiàn)狀條石擋墻進(jìn)行錨桿施工,錨桿跳位施工,待錨桿施工完成后,增設(shè)泄水孔,并預(yù)埋PVC 排水管。 利用現(xiàn)狀條石擋墻作為模板,綁扎鋼筋并進(jìn)行澆筑。

        5 結(jié)語(yǔ)

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