胡恒鵬

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概 述

和田河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)的西南部，塔克拉瑪干大沙漠南緣、昆侖山北麓，地理位置介于東經(jīng)77°24′～84°55′、北緯34°20′～39°38′之間，流域面積53550km2。和田河河道主要為細(xì)砂河床，河床開闊，河道寬度達(dá)1000～1900m，主流擺動大，水流沖蝕河岸，在河床上形成多股澤汊流和河心灘，河岸不高，導(dǎo)致洪水對河岸淘刷，每年洪水都對河岸造成不同程度的破壞。凹岸處河岸和河道中心線夾角10°～40°，每年沖刷較為嚴(yán)重，導(dǎo)致河道擺動很大，河岸線向耕地靠近甚至沖毀耕地。和田地區(qū)現(xiàn)有堤防結(jié)構(gòu)型式主要有混凝土護(hù)坡、漿砌石護(hù)坡、干砌石護(hù)坡、格賓石籠護(hù)坡?；炷磷o(hù)坡和漿砌石護(hù)坡適應(yīng)地基變形能力較差，因此多用于砂礫石地層，混凝土和漿砌石澆筑前還需對砂礫石層進(jìn)行碾壓，以達(dá)到設(shè)計要求的相對密度。干砌石護(hù)坡和格賓石籠護(hù)坡適應(yīng)地基變形能力較強(qiáng)，但干砌石護(hù)坡對施工要求較高，干砌石砌筑不合格容易產(chǎn)生集中脫落影響堤防安全運(yùn)行；格賓石籠護(hù)坡對鋼絲籠的材質(zhì)要求較高，造價也就高，材質(zhì)不好的鋼絲籠在易被大的漂石、卵石砸壞，造成大面積脫落，影響堤防安全運(yùn)行?；谝陨戏治?，根據(jù)和田河河道特點，結(jié)合粉細(xì)砂地層堤防實際和運(yùn)行管理工作經(jīng)驗，分析適應(yīng)變形能力、抗沖(淘)刷、施工工藝、天然建筑材料等綜合因素，研究出了一種“現(xiàn)澆鋼筋混凝土擋水墻+鋼筋混凝土預(yù)制樁”的堤防結(jié)構(gòu)型式，將其應(yīng)用于粉細(xì)砂地層，極大地提高了堤防基礎(chǔ)抗變形能力，同時設(shè)置防沖鋼筋混凝土板，解決了淘刷、沖刷問題。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)由南向北分為昆侖山褶皺帶和塔里木地臺兩大一級構(gòu)造單元。區(qū)域性近期活動斷裂不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無區(qū)域性大斷裂及活動斷層通過，構(gòu)造變動較為穩(wěn)定。該區(qū)域動峰值加速度為0.10g，相對應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

區(qū)內(nèi)第四系地層發(fā)育，具有分布廣、沉積厚度大的特點。沉積物主要為全新統(tǒng)沖積堆積物。區(qū)域內(nèi)地層以第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積的粉砂、細(xì)砂為主。

地基土存在地震液化問題，液化等級為中等，可能對建筑物造成不均勻沉降。

2.2 巖土物理力學(xué)特性

2.2.1 細(xì)砂

細(xì)砂分布于現(xiàn)代河床內(nèi)，厚度0～20m。2～0.075mm的砂粒約占85%，0.075～0.005mm的粉粒含量約占14%，小于0.005mm的黏粒含量小于1%。天然容重1.79～2.01g/cm3，干容重1.45～1.62g/cm3，天然含水量12.6%～28.8%，內(nèi)摩擦角22°～27°，滲透系數(shù)0.003～0.007cm/s。

2.2.2 粉土質(zhì)砂

粉土質(zhì)砂主要分布于河床階地上的農(nóng)田區(qū)，靠近河邊生長有蘆葦和紅柳等野生植被，土中含有大量植物根系，厚度1～4.0m。2～0.075mm的砂粒約占3%，0.075～0.005mm的粉粒含量約占63%，小于0.005mm的黏粒含量約在2%，天然密度1.57～1.80g/cm3，天然含水量2%～28%，干密度1.36～1.43g/cm3，液限20%～24%，塑限14%～16%，塑性指數(shù)6.5～7.2，滲透系數(shù)3.8×10-4～4.2×10-4cm/s，屬中等透水層。黏聚力17～19kPa，內(nèi)摩擦角16°～22°。

3 現(xiàn)澆鋼筋混凝土擋水墻+鋼筋混凝土預(yù)制樁方案

基礎(chǔ)布置了兩排鋼筋混凝土預(yù)制樁，樁深10.3m，用水力沉樁法施工，鋼筋混凝土預(yù)制樁頂部用現(xiàn)澆鋼筋混凝土連系梁連接成整體[1]。沉樁前設(shè)置倒懸式防沖鋼筋混凝土板，防沖鋼筋混凝土板預(yù)制后沿水平方向安裝，通過鋼制鉸鏈與連系梁連接，在板自身重量及水流壓力作用下預(yù)制防沖板逐漸下沉至垂直狀態(tài)，在預(yù)制防沖板的防護(hù)下，可削減對基礎(chǔ)沖刷影響。上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土扶壁式擋水墻，堤頂設(shè)置寬1.1m的人行通道，便于運(yùn)行管理中的巡查和維護(hù)。該種防洪結(jié)構(gòu)型式具有剛度大，整體穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)自重輕，能夠抵抗地震液化帶來的基礎(chǔ)不均勻沉陷，預(yù)制鋼筋混凝土方形樁具有運(yùn)輸安全、施工簡單、管理方便等優(yōu)點[2]。該結(jié)構(gòu)施工中無須擾動基礎(chǔ)，主體工程施工受地下水對影響相對較??；無堤防填筑碾壓工序，無須檢測土料質(zhì)量合格率；鋼筋混凝土剛度高，耐久性好，抗震性強(qiáng)。但澆筑鋼筋混凝土所需的砂石骨料、水泥、鋼筋等建筑材料無法就地取材，運(yùn)距增加導(dǎo)致工程造價增加，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)預(yù)埋件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)自身鋼筋用量較大，增加了施工過程中的綁扎難度(見典型結(jié)構(gòu)圖)。

典型結(jié)構(gòu)圖

4 施工工藝

4.1 施工程序

4.1.1 樁基施工工序

預(yù)制樁為空心混凝土樁，為直徑0.5m的圓形斷面，樁深12m，樁底端制作成尖頭型，樁內(nèi)預(yù)埋5cm的入水管，施工期注水可起到水力沉樁作用。

4.1.2 堤身施工工序

堤身為鋼筋混凝土整體框架結(jié)構(gòu)，工程施工工序為：基礎(chǔ)表面廢棄物清理→施工放線調(diào)整縱坡和高程→清理工作面至設(shè)計高程→鋼筋混凝土防沖板預(yù)制及安裝→底梁、連系梁、支撐梁、擋水墻施工→初步驗收→試運(yùn)行→最終驗收。

施工時應(yīng)設(shè)立混凝土拌和站，混凝土采用人工架子車運(yùn)至工作面，機(jī)械振搗。建筑物施工須保障建筑物外形整齊美觀?？⒐で扒謇硎┕U渣、生活垃圾和平整施工區(qū)場地。

4.2 施工方法和技術(shù)要求

4.2.1 沉樁施工

a.沉樁預(yù)制。沉樁采用C30F200W6混凝土，最大水灰比不應(yīng)大于0.45，水泥用量不應(yīng)少于340kg/m3。在混凝土砂漿中必須摻入引氣劑或引氣減水劑，鋼筋混凝土冬季施工時應(yīng)摻用早強(qiáng)劑和抗凍劑，混凝土粗骨料最大粒徑不應(yīng)超過40mm[3]。方形混凝土預(yù)制樁鋼制模板應(yīng)具有足夠的剛度，表面應(yīng)保持平整。嚴(yán)格控制預(yù)制樁表觀質(zhì)量，橫斷面尺寸允許偏差±5mm、樁長度允許偏差±20mm。

b.預(yù)制樁起吊、運(yùn)輸、堆放。混凝土設(shè)計強(qiáng)度達(dá)到70%及以上方可起吊，達(dá)到100%方可運(yùn)輸；樁起吊時應(yīng)采取相應(yīng)措施，保證安全平穩(wěn)，保證樁身質(zhì)量；水平運(yùn)輸時，應(yīng)做到樁身平穩(wěn)放置，嚴(yán)禁在場地上直接拖拉樁體；出廠前應(yīng)做出廠檢查，其規(guī)格、制作日期應(yīng)符合所屬驗收批號內(nèi)容；運(yùn)至施工現(xiàn)場時應(yīng)進(jìn)行檢查驗收，嚴(yán)禁使用質(zhì)量不合格或在吊運(yùn)過程中產(chǎn)生裂縫的樁；當(dāng)場地條件許可時，宜單層水平堆放；當(dāng)需要疊層堆放時不宜超過4層。

c.預(yù)制樁防腐蝕處理。預(yù)制樁安裝前需對地面以下部位混凝土表面涂刷一層冷底子油防腐蝕，應(yīng)自然晾干后安裝。

d.預(yù)制樁安裝?；炷令A(yù)制樁應(yīng)自上游向下游逐級、逐段安裝，堤身軸線放樣時在水平方向上應(yīng)控制偏差±50mm，樁頂高程在豎直方向上應(yīng)控制偏差±50cm，樁身扭轉(zhuǎn)角度小于±1°[4]。實心樁一層固定DN90鋼管，頂端連接起重機(jī)吊起，用水泵沖水時，預(yù)制樁依靠樁體自身重量緩慢下降；在沉樁過程中應(yīng)嚴(yán)格控制垂直角度、校正樁身位置，樁頂高度達(dá)到設(shè)計高程時斷電停水，回填樁身周圍孔隙，待沉樁不再下降時靜候5min后松開起吊繩，抽出鋼管。

4.2.2 上部結(jié)構(gòu)施工

a.現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)底板連梁、頂端橫梁、垂直擋水板、斜板支撐梁、底部防沖板的混凝土為C30F200W6混凝土，最大水灰比按不大于0.5控制，水泥用量不應(yīng)少于340kg/m3。防洪堤每15m設(shè)一道橫向結(jié)構(gòu)縫，縫寬2cm，縫內(nèi)填充苯板。堤身基礎(chǔ)底板連系梁與垂直擋水板采用整體式結(jié)構(gòu)，要求樁頂梁格一次澆筑完畢；混凝土結(jié)合面鑿毛處理后，斜板支撐梁與垂直擋水板整體一次澆筑成型，鋼筋混凝土整體澆筑結(jié)構(gòu)中禁止出現(xiàn)施工縫(冷縫)。混凝土鋼制模板拆除后，及時對基礎(chǔ)底板連系梁、頂端橫梁混凝土表面采取防腐措施。預(yù)制防沖板在基礎(chǔ)底板連系梁左側(cè)水平澆筑，底部水平向防沖板與基礎(chǔ)底板連系梁間用鋼筋環(huán)扣接，保證底部防沖板在自身重量作用下自然下降[5]。

b.堤身上部結(jié)構(gòu)混凝土禁止在有水條件下施工，澆筑區(qū)域應(yīng)及時排除地下水和滲水，混凝土底部持力層的土體應(yīng)做碾壓夯實處理，保證澆筑基礎(chǔ)面平整光滑，基礎(chǔ)底面平整度應(yīng)達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

c.混凝土配合比嚴(yán)格按設(shè)計配合比控制，混凝土坍落度控制住5～9cm。拌制混凝土的水泥、砂石骨料、水、外加劑的質(zhì)量及施工方法，應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。混凝土粗骨料采用經(jīng)篩分分級的、堅硬的、級配良好的卵礫石，砂可以天然河砂與粗砂混合使用。拌和好的混凝土入倉后進(jìn)行平整，用振動棒振實，原漿人工抹平收光?；炷翝仓瓿珊?，進(jìn)行清理、養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)前宜避免太陽暴曬，在澆筑完畢后6～18h內(nèi)開始連續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)始終使混凝土表面保持濕潤，混凝土養(yǎng)護(hù)時間不宜少于28d[6]。

5 結(jié) 論

粉細(xì)砂地層河床細(xì)砂黏粒含量低，滲透系數(shù)大，抗沖刷能力低，已發(fā)生不均勻沉降。傳統(tǒng)的混凝土護(hù)坡、格賓石籠護(hù)坡、重力式擋水墻等均不適用于粉細(xì)砂地層。本文采用的“現(xiàn)澆鋼筋混凝土擋水墻+鋼筋混凝土預(yù)制樁”能很好地適應(yīng)粉細(xì)砂地層河床地層，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長了工程使用壽命。