圍海大堤臨時(shí)排水口沉陷分析及修復(fù)處理

嚴(yán)路易

（上海宏波工程咨詢管理有限公司 200232）

1 工程概況

某圈圍工程地處上海長(zhǎng)江口南岸，圍堤長(zhǎng)度約17.2km，圍堤于2006年3月建成。2009年3月底，在巡查大堤過程中，發(fā)現(xiàn)局部堤段堤頂路面出現(xiàn)開裂及凹陷等情況，進(jìn)一步利用地波雷達(dá)進(jìn)行物探，發(fā)現(xiàn)幾處凹陷下部存在不同程度的空洞，且集中發(fā)生在堤身臨時(shí)排水口處。為進(jìn)一步探明原因，對(duì)其中的9號(hào)臨時(shí)排水口處的堤頂進(jìn)行開挖檢查，共開挖檢查井3個(gè)，2個(gè)檢查井直徑約30cm，挖深約3m；1個(gè)檢查井直徑約1m，挖深4m。經(jīng)人員下井檢查，發(fā)現(xiàn)離堤頂路面約2.7～2.8m處出現(xiàn)空穴，其走向沿井壁向外海側(cè)約1m，再折線向下延伸，空穴呈不規(guī)則形狀，緊貼堤身充泥管袋袋布邊緣，寬約30cm、高約70cm，現(xiàn)場(chǎng)用鋼卷尺放入量估其深度，估計(jì)至臨時(shí)排水管底部，空穴深大于5m。

2 塌陷原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，緊貼空穴的堤身充泥管袋為斜向布置，充泥管袋上部土方排列緊密，從深入空穴內(nèi)量測(cè)的卷尺收回時(shí)呈干燥的情況推斷，空穴內(nèi)干燥無水。經(jīng)分析造成空穴的原因?yàn)椋喊l(fā)生塌陷部位正處于臨時(shí)排水口，該部位有4根穿過堤身的直徑為800mm、長(zhǎng)度為12m的臨時(shí)排水鋼管。鋼管連接部分通過法蘭螺栓連接，由于堤身結(jié)構(gòu)為內(nèi)外側(cè)充泥管袋加中心部分采用粉質(zhì)砂土吹填，堤身基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)土，施工期及完成后沉降量較大。按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—98）推薦的分層總和法采用地基各土層的e-p曲線計(jì)算最終沉降量；《公路軟土地基路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 017—96）推薦方法計(jì)算任意時(shí)刻地基的沉降，由此可以計(jì)算各分級(jí)加載下的沉降量以及竣工后基準(zhǔn)期的殘余沉降量。最終沉降量的計(jì)算公式為

式中S——最終沉降量，mm；

n——壓縮層范圍的土層數(shù)；

eli——第i土層在平均自重應(yīng)力作用下的孔隙比；

ewi——第i土層在平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力共同作用下的孔隙比；

hi——第i土層的厚度，m；

m——修正系數(shù)，一般堤基的m=1.0，對(duì)于海堤軟土地基可采用1.3～1.6。

工程設(shè)計(jì)在參考鄰近工程海堤實(shí)測(cè)沉降結(jié)果分析后，確定該工程岸線筑堤當(dāng)m=1.3時(shí)與實(shí)際沉降量比較接近吻合，故該工程中取m=1.30。

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，施工期及工程后期沉降以及堤身自身的排水固結(jié)，整個(gè)堤身沉降量在竣工驗(yàn)收時(shí)將達(dá)到0.7m左右，基準(zhǔn)期（20年計(jì)）最終沉降量將達(dá)到1.29m。

而臨時(shí)排水口穿堤鋼管接口為法蘭剛性連接，限制了變形，承受堤身變形壓力過大從而發(fā)生斷裂，庫區(qū)內(nèi)的積水在通過排水管向外海排放過程中，很容易將粉砂質(zhì)堤芯土外排流失，逐漸形成空穴，從而形成堤身凹陷。

3 修復(fù)處理方案

3.1 現(xiàn)場(chǎng)排摸檢查

3.1.1 檢查堤身是否存在空穴

因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)堤頂防浪墻以及路面實(shí)際情況，對(duì)有路面沉陷以及沉陷過程中鋼管斷裂經(jīng)過的1號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)臨排位置進(jìn)行針對(duì)性的開挖檢查。查看后初步確定開挖檢查范圍如下：1號(hào)、6號(hào)各開挖1個(gè)孔；5號(hào)開挖2個(gè)孔，位置初選在對(duì)角線上；7號(hào)開挖3個(gè)孔，位置初選在對(duì)角線上；8號(hào)先在下沉處開挖1個(gè)孔；9號(hào)在已開挖孔的東北角加挖1個(gè)孔。開挖后發(fā)現(xiàn)每個(gè)排水口均不同程度地存在空洞。

3.1.2 檢查排水管是否有滲漏水

由于大堤在投入運(yùn)行前臨時(shí)排水口拍門外口、檢修井口、內(nèi)側(cè)集水井口均已進(jìn)行封堵，因此在對(duì)堤身及堤頂修復(fù)處理前，全面檢查排水管的封堵密實(shí)性。如在原進(jìn)出口管周圍存在滲水，或開挖檢查中發(fā)現(xiàn)空穴內(nèi)土體非常潮濕，可初步判斷管封堵不密實(shí)，需根據(jù)具體情況另外處理。

3.2 空穴處理方案

在現(xiàn)場(chǎng)探明空穴情況基礎(chǔ)上，采取的處理的步驟為：空穴回填→壓密注漿→路面修復(fù)。

3.2.1 挖孔檢查后的臨排空穴處理

挖孔檢查后對(duì)發(fā)現(xiàn)堤身存在空洞，采用灌砂灌水充填處理：通過檢查井倒入細(xì)砂，而后灌水，利用漿液自重流入壩體空穴內(nèi)填充，堵塞洞穴，需分多次進(jìn)行，以使砂體密實(shí)。待充填以及檢查孔回填完畢后，在堤頂對(duì)空穴位置先進(jìn)行淺層覆蓋層注漿，再進(jìn)行深層注漿。

3.2.2 檢查井恢復(fù)處理

檢查井在空穴灌漿完成后，利用開挖土分層回填、夯實(shí)，并加水進(jìn)行密實(shí)。

3.2.3 堤身加固處理

由于堤頂下為吹填粉砂土，土體松散，在臨排位置因鋼管的剛性所限，堤身土與地基土的壓縮沉降變形不同步，土體的密實(shí)度較差。為消除壩體隱患，提高堤身防滲能力和穩(wěn)定性，對(duì)于所有臨排上部堤身土，采用壓密注漿方式進(jìn)行加固。

3.2.3.1 加固處理原則

a.有沉陷的堤身段，布置5排注漿孔，在堤頂?shù)膬?nèi)外側(cè)各布置1排間距1m的注漿孔進(jìn)行封漿加固，中間按梅花形布置間距2～3m的注漿孔。

b.無沉陷的堤身段，布置3排注漿孔，在堤頂?shù)膬?nèi)外側(cè)各布置1排間距1m的注漿孔進(jìn)行封漿加固，中間布置1排間距2～3m的注漿孔。范圍：橫向?yàn)榈添攲捈s6m（扣除防浪墻底板寬度以及路肩混凝土埂），縱向在臨排位置以外兩側(cè)各擴(kuò)大4m，注漿深度以管底為控制，如注漿管深度至排水管頂時(shí)，可適當(dāng)加大注漿壓力，以使?jié){液擴(kuò)散至管底。

3.2.3.2 壓密注漿的技術(shù)要求

a.注漿及漿液配比：

?臨時(shí)排水口堤身處土體均采用水泥—水玻璃雙液注漿，固化劑采用425號(hào)普通硅鹽水泥。水玻璃摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定，一般為0.5%～3%；

?水泥漿的水灰比為0.6～2.0，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)針對(duì)水泥的實(shí)際情況加入一定比例的外加劑。為增加漿液的流動(dòng)性，有利于漿液擴(kuò)散、填充縫隙，摻入粉煤灰，用量為水泥用量的20%～50%。

b.施工要求：

?注漿孔：封漿孔間距為1m，其余注漿孔按梅花形布置，間距2～3m。注漿加固深度約6m，加固范圍至管底；

?漿液注入量大于15%，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整注漿量；

?注漿時(shí)，注漿點(diǎn)的覆蓋厚度應(yīng)不小于2m，注漿壓力在下部（即排水管上下2m左右范圍）為0.2～0.5MPa，其余部位為0.2～0.3MPa（具體壓力可由現(xiàn)場(chǎng)試孔確定）。注漿量啟漿時(shí)為0.2m3，封漿時(shí)為0.1m3。對(duì)于空穴灌砂回填后的注漿首先應(yīng)注漿封頂，然后由下向上進(jìn)行注漿，防止?jié){液上冒；

?注漿采用帷幕法施工，先打外圍，后內(nèi)部；注漿跳孔間隔施工，防止竄漿，起管時(shí)交叉進(jìn)行，以保證壓漿的均勻擴(kuò)撒和擠壓；

?注漿垂直偏差應(yīng)小于1%。用帶有活堵頭的金屬管注漿時(shí)每次上拔或下鉆高度宜為0.5m。注漿的流量為7～10L/min。對(duì)于局部可能空隙較大處充填型注漿流量不宜大于20L/min；

?漿體應(yīng)經(jīng)過攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟛拍荛_始?jí)鹤ⅲ?yīng)在注漿過程中不停緩慢攪拌，攪拌時(shí)間應(yīng)小于漿液初凝時(shí)間；

?水溫不得超過30～35℃,并不得將盛漿桶和注漿管路在注漿體靜止?fàn)顟B(tài)暴露于陽光下，防止?jié){液凝固；

?每一單孔第一次（或每一次）灌入一定預(yù)估的漿量后，應(yīng)立即停止壓漿，關(guān)閉注漿管上安裝的球閥，接著壓其他注漿管，待其漿液穩(wěn)定后再提管0.5m，再壓漿，這樣壓漿、穩(wěn)定、拔管直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。注漿時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意是否有堤頂面、坡面冒漿或上抬現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)立即停止注漿，調(diào)查冒漿原因，調(diào)整注漿壓力、流量，并對(duì)外側(cè)孔洞采取封堵措施；

?現(xiàn)場(chǎng)注漿施工中需注意對(duì)周邊環(huán)境的影響，并采取適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)、保護(hù)措施；

?注漿用水不得采用pH值小于4的酸性水和工業(yè)廢水；

c.質(zhì)量檢驗(yàn)：

?檢測(cè)內(nèi)容：注漿施工期質(zhì)量檢驗(yàn)包括機(jī)械性能、材料質(zhì)量、摻合比試驗(yàn)等，檢查注漿高程、注漿孔垂直度、水泥摻量、上提注漿速度、外摻劑摻量、水灰比、注漿起止時(shí)間、注漿量的均勻度、跳孔施工間歇時(shí)間等；

?注漿的連續(xù)性測(cè)試：探測(cè)注漿之間水平搭接情況，有無斷漿、裂縫、未搭接、空洞等現(xiàn)象，一般可采用無損檢測(cè)。

3.3 堤頂路面修復(fù)

先用銑刨機(jī)銑刨掉原瀝青混凝土面層，再用壓路機(jī)碾壓幾遍，確保新筑路面高程與相鄰路段高程順接，再在基層上鋪一層瀝青，然后鋪筑瀝青混凝土面層，新筑瀝青混凝土面層同原設(shè)計(jì)（細(xì)料厚度為3cm，粗料厚度為8cm）。若面層與基層、底基層之間有空隙，則填相應(yīng)厚度的粗粒瀝青混凝土；若基層粉煤灰三渣層松散，則挖除基層后分層回填瀝青碎石；若發(fā)現(xiàn)基層或底基層下有空洞，則可用級(jí)配碎石夯實(shí)回填作為底基層。

級(jí)配范圍應(yīng)滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）要求。瀝青混合料需滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求?；靥钣脡郝窓C(jī)壓實(shí)，壓實(shí)度不小于97%。

3.4 修復(fù)效果

臨時(shí)排水口在南北涵閘建成后已分別實(shí)施封堵?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)臨時(shí)排水口上部堤頂瀝青路面有局部沉陷現(xiàn)象，這幾座排水口在堤身土方基本完成或運(yùn)行期，先后有多根鋼管法蘭接口處發(fā)生斷裂，引起堤身土方局部明顯下沉，現(xiàn)場(chǎng)確定對(duì)發(fā)現(xiàn)斷裂的鋼管進(jìn)行封堵，對(duì)上部堤身的空洞分批多次灌水填砂密實(shí)，并對(duì)堤身進(jìn)行了壓密注漿加固，通過加固處理后，經(jīng)過連續(xù)半年的沉降觀測(cè)，堤身非正常沉陷現(xiàn)象未再出現(xiàn)。

4 預(yù)防措施

上海地區(qū)圈圍工程臨時(shí)排水大部分采用排水管穿越堤身的方式，為避免發(fā)生類似因排水管破壞滲漏導(dǎo)致堤身的破壞情況發(fā)生，建議采取以下相應(yīng)措施：

a.臨時(shí)排水管設(shè)計(jì)時(shí)，堤身段應(yīng)加設(shè)柔性軟管，增大管身對(duì)大堤沉降變形適應(yīng)性，避免排水管法蘭變形破壞造成滲漏；或者增加對(duì)排水管部位基礎(chǔ)處理措施。

b.排水管安裝時(shí)，在底部增設(shè)袋裝碎石或充泥管袋，使軟接頭形成一定的反彎預(yù)拱，抵消一部分后期的沉陷變形量。

c.圍堤施工結(jié)束后及時(shí)對(duì)臨時(shí)排水口進(jìn)行封堵。臨時(shí)排水口堤身部分接頭變形過大而造成管身脫節(jié)，從而形成滲漏通道，是造成圍堤建成后塌陷破壞的主要原因。因此，該工程圍區(qū)內(nèi)完成吹填后，馬上對(duì)臨時(shí)排水口進(jìn)行封堵，同時(shí)溝通圍區(qū)內(nèi)水系，杜絕內(nèi)外側(cè)水流發(fā)生貫通滲漏。