淺析某河涌整治工程導(dǎo)流及開挖方案

王蓮

（廣州市水電建設(shè)工程有限公司　廣東　廣州　510610）

淺析某河涌整治工程導(dǎo)流及開挖方案

王蓮

（廣州市水電建設(shè)工程有限公司廣東廣州510610）

根據(jù)圖紙的研究和施工現(xiàn)場(chǎng)的踏探，設(shè)計(jì)制定了施工導(dǎo)流及排水方案；對(duì)開挖過程中發(fā)生的連續(xù)滑坡產(chǎn)生原因進(jìn)行計(jì)算分析并提出治理方案。

導(dǎo)流排水；滑坡；分析；治理

1　工程概況

本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇24h暴雨遭遇外江多年平均最高高潮位不成災(zāi)，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。

本工程任務(wù)為提高河涌防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善河涌水環(huán)境，河涌整治長度為2500m，其主要工作內(nèi)容為河涌拓寬清淤、堤岸整治、開鑿人工湖，營造濕地灣等。

2　施工導(dǎo)流排水

經(jīng)研究圖紙及現(xiàn)場(chǎng)踏探，采用全斷面圍堰擋水、總管分排、開挖集水井集中排水、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)排水導(dǎo)流等方法施工排水，保證干地土料挖運(yùn)及回填施工。若遇強(qiáng)降雨有險(xiǎn)情時(shí)，則停止基坑施工，破堰泄洪，泄洪后恢復(fù)圍堰排完水再施工。

2.1圍堰的布置

根據(jù)設(shè)計(jì)及工程實(shí)際情況，采用挖運(yùn)土方填筑成擋水圍堰，圍堰底部鋪設(shè)土工格柵，圍堰頂高程與原堤面持平，并在圍堰迎水坡鋪防滲斑馬布兩層，砂包防沖護(hù)坡。

土圍堰施工完成后，抽排完原河涌內(nèi)水，即可開始基坑土方開挖，且同步進(jìn)行基坑支護(hù)和基礎(chǔ)處理。

施工作業(yè)區(qū)基坑內(nèi)側(cè)設(shè)置臨時(shí)排水溝及若干集水井砂包支圍壩導(dǎo)流排水，集水井中安裝功率7.5kW/臺(tái)的泥漿泵，保證涌底泥水排排。

2.2圍堰的施工

（1）結(jié)構(gòu)尺寸：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，設(shè)計(jì)圍堰頂寬約為4.0m、底寬根據(jù)坡比約9.0m、迎水面坡比約1：2.0、背水面坡比約1：2.0，圍堰底部鋪設(shè)土工格柵，圍堰頂高程▽6m比原堤面略高，圍堰頂部及外坡迎水面邊坡先用斑馬布鋪兩層，再用砂包護(hù)面；內(nèi)坡背水面坡腳1m高的位置先用斑馬布防滲鋪兩層，再用袋裝砂包300mm厚護(hù)腳。

（2）圍堰的填筑：圍堰材料因地制宜，現(xiàn)場(chǎng)土料開挖后自卸汽車運(yùn)至圍堰施工位置卸土，D60型推土機(jī)推土漸進(jìn)，土料隨到隨平直至圍堰合龍。

（3）合龍后的處理：填筑堰體側(cè)面會(huì)有局部坑洞，坑洞被流水沖刷后泥土被帶離，有破壞堰體的危險(xiǎn)。故在圍堰合龍后，即采用PC200型反挖掘機(jī)對(duì)堰體作修補(bǔ)、整平、抹光處理；并在迎水面鋪設(shè)防水土工布以防止流水直接沖刷。

（4）護(hù)腳處理：在圍堰背水坡坡腳處設(shè)一排稍徑80mm間距300mm樁長6m的松木樁加固護(hù)腳。

（5）觀測(cè)：在堰體設(shè)置臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)，定期作變形觀測(cè)并作數(shù)據(jù)信息反饋。

2.3施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)導(dǎo)流、排水

非汛期河涌上游生活污水與弱降雨匯入量約為0.01m3/s，由上游圍堰與導(dǎo)流管導(dǎo)至場(chǎng)區(qū)臨時(shí)排水系統(tǒng)抽排，臨時(shí)排水系統(tǒng)采用抽水機(jī)抽排；若遇強(qiáng)降雨，則停工，破圍堰泄洪，泄洪后恢復(fù)圍堰，排完場(chǎng)區(qū)內(nèi)積水恢復(fù)施工。

土方施工采用無水條件作業(yè)法，在河涌上下游用圍堰攔斷水源，在枯水期完成水下結(jié)構(gòu)。施工導(dǎo)流采用總管外派，在上游圍堰處設(shè)置兩臺(tái)30kW的抽水機(jī)，每臺(tái)抽水機(jī)排水量可達(dá)到300～ 500m3/h，施工時(shí)沿涌布置三條300mm的排水管，排水管從上游圍堰接到下游圍堰入河涌。另布置一條管用作日常導(dǎo)流排水，另一條備用。用抽水機(jī)抽完河涌積水施工，同時(shí)將上游生活用水用抽水機(jī)強(qiáng)排到下游。在圍堰下游布置5臺(tái)30kW抽水機(jī)抽水，確保作業(yè)區(qū)內(nèi)無水條件施工。

施工排水：包括基坑抽水和經(jīng)常性排水兩個(gè)方面的工作。施工時(shí)先抽干河涌水，再采用分段開挖排水明溝將施工中不斷產(chǎn)生的地下水滲水導(dǎo)入積水井，再強(qiáng)排到河涌下游。

（1）基坑抽水

土方圍堰填筑完成閉氣后即可進(jìn)行基坑抽水，擬投入5臺(tái)功率35kW/臺(tái)的抽水機(jī)或泥漿泵工作，抽水排出下游圍堰外。

為了圍堰的安全穩(wěn)定，水位下降速度控制在1.0m/每晝夜，抽水期間設(shè)專人觀察圍堰的穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)問題須馬上處理。抽干基坑內(nèi)積水后緊接著進(jìn)行經(jīng)常性排水。

（2）經(jīng)常性排水

施工期間基坑四周會(huì)出現(xiàn)地下水滲出，降雨及建筑物養(yǎng)護(hù)用水也會(huì)積在基坑內(nèi)，因此須進(jìn)行經(jīng)常性排水。沿基坑線設(shè)置排水溝，并每隔一定長度設(shè)置集水井，每個(gè)井設(shè)一臺(tái)功率7.5kW/臺(tái)的泥漿泵進(jìn)行排水。

排水溝寬50cm，深30cm，注意派人隨時(shí)清理以防堵塞。集水井尺寸為（長×寬×高）2.0m×2.0m×1.0m，集水井與排水溝相連通，井壁堆砌砂包，井底設(shè)30cm厚反濾層。

3　土方施工開挖

3.1開挖布置

本工程有施工范圍廣、周邊項(xiàng)目均已開工相互干擾較大、各工作面均可由臨時(shí)道路進(jìn)入交通較為通暢等特點(diǎn)，故此該項(xiàng)目工程因地制宜開挖施工。

3.2開挖程序（如圖1）

3.3發(fā)生滑坡現(xiàn)場(chǎng)狀況

圖1

渠道K0+950～K1+050段左岸，開挖到▽3.00高程時(shí)岸坡發(fā)生滑動(dòng)；人工湖HⅠ段，開挖到▽3.00高程時(shí)左岸發(fā)生滑坡，接著右岸又滑坡。

現(xiàn)場(chǎng)原地面原高約為▽5.5m，由于工程施工需要，整個(gè)地面普遍采用粘性壤土覆蓋到▽6.5～▽6.8m并作為施工主干道供各單位施工使用，渠道滑坡的起點(diǎn)即在已填筑▽6.8m道路的邊緣上。

4　滑坡治理方案

4.1地質(zhì)報(bào)告對(duì)工程所處地段的地質(zhì)狀況判定

現(xiàn)以K0+950斷面（左岸）發(fā)生的圓弧滑動(dòng)作分析。原地面高程▽5.30m，開挖前已經(jīng)填至▽6.8m。當(dāng)河涌濕地觀景區(qū)段按設(shè)計(jì)圖1：2的邊坡開挖到▽3.00m時(shí)，自道路邊緣開始出現(xiàn)滑動(dòng)裂縫，整個(gè)岸坡向河涌中心下滑。

從業(yè)主提供該地區(qū)的地質(zhì)報(bào)告及地質(zhì)圖來看，河涌內(nèi)地表以下至▽0.9m高程由淤泥及夾砂淤泥組成，在地質(zhì)剖面圖上將此兩層并作一層，層厚3m左右，并定性為淤泥——為灰黑色、流塑、飽和狀并漢粉細(xì)砂及貝殼殘片，整個(gè)開挖都是在這淤泥層中進(jìn)行。

地質(zhì)報(bào)告提供的地質(zhì)物理力學(xué)特征值為表1。

表1

由此可見，地質(zhì)為流塑性，高壓縮性（Es＜4MPa）的極其軟弱的粘性土。

4.2滑坡發(fā)生原因

4.2.1大開挖破壞了土體平衡關(guān)系

原地貌顯示，即使在河涌兩岸回填了1.5m厚的粘性壤土，整個(gè)地形和地貌仍能保持平衡狀態(tài)這是符合塑性土地基極限承載原理的，粘性軟弱地層的極限承載力PV的公式為：

式中的NC、Nq、Nγ都稱為地基承載力系數(shù)，右邊第三項(xiàng)的Nγ，在地層φ很小的情況下，Nγ幾乎等于0；只有當(dāng)φ≥20°時(shí)，Nγ才會(huì)變大，于是地基的極限承載力就變成只有右邊的兩項(xiàng)了，即：

Pu=CNC+qNq——普朗德爾公式

在軟土地基上，若要獲得較大的地基承載力，就必須使qNq變大，且q不能等于零。q就是反壓平臺(tái)，Nq是承載力系數(shù)，它制約地層的φ角，并成正比關(guān)系。根據(jù)地層下受力狀態(tài)的莫爾園圖可直觀地看到當(dāng)φ很小時(shí)，反壓平臺(tái)q對(duì)地基承載力的提高是起主要作用的（尤其是當(dāng)C也很小的情況時(shí)）。當(dāng)φ很小，C也很小時(shí)，兩圓相隔很近，地載力只要靠q起作用，只要q大，Pu才會(huì)大（見圖2）。

當(dāng)φ=6°，NC=（Nq-1）ctgφ=6.813，Pu=CNC=2.04T/m2。而邊坡內(nèi)實(shí)際的荷重PO=Hγ=3.8×1.6=6.08T/m2，遠(yuǎn)大于Pu。

地層結(jié)構(gòu)的平衡關(guān)系遭到破壞，于是導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

4.2.2地層的C值太小、開挖坡比大

圖2　q在地基承載中起的作用

泰勒假設(shè)的條件是在沒有反壓平臺(tái)下的邊坡穩(wěn)定分析。因此，公式的分子部分沒有qNq這一項(xiàng)。泰勒假定φ=0，即土層處于很軟弱的狀態(tài)下計(jì)算開挖坡的穩(wěn)定。泰勒在研究了很多邊坡實(shí)例中發(fā)現(xiàn)NO這個(gè)參數(shù)與開挖坡的坡比有很大關(guān)系，開挖坡比越平緩NO就越大，反之則越小。

當(dāng)查1：2邊坡這條直線向上與d（坡址圓）這條曲線相交時(shí)，可查得穩(wěn)定度NO=6.8。實(shí)際上淤泥層厚度并不大于3m左右，下臥層為粉質(zhì)粘土，C=1.6T/m2，φ=10°，與實(shí)際發(fā)生的滑坡類似。當(dāng)NO=6.8時(shí)，相當(dāng)于地層的φ為6°。NC=6.813，這與地質(zhì)報(bào)告說列的參數(shù)吻合，即：

4.3治理方案

若不采取措施，在近5km的岸坡開挖中，將會(huì)頻繁出現(xiàn)滑坡坍塌現(xiàn)象。如果采用鋼板樁支護(hù)以及水泥攪拌樁支護(hù)等方案，可以解決問題但耗資過大。因此，需要尋求一種新的結(jié)構(gòu)形式，既能當(dāng)建筑物使用又能起支護(hù)作用；既能解決開挖問題，又能體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖不破壞原土結(jié)構(gòu)的平衡，而且還要保證工期按期完成。

只要在親水平臺(tái)擋土墻處，用水泥攪拌樁格柵墻作為一個(gè)重力結(jié)構(gòu)來代替格賓石籠墻及混凝土懸臂墻，取消松木樁及原結(jié)構(gòu)下的水泥攪拌樁。它既是支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是建筑結(jié)構(gòu)，只需要在支護(hù)墻的外墻及頂面做一個(gè)Z形的混凝土外包，或者在墻頂做塊混凝土板，外墻面用漿砌石或條形石做一個(gè)砌面，可以美化立面設(shè)計(jì)，使之既實(shí)用又美觀。在原河涌▽5.00上做這么一個(gè)重力格柵墻，就避免了大開挖，整個(gè)施工過程中q始終存在，保持了原土結(jié)構(gòu)的平衡；重力墻筑成，河涌內(nèi)變成淺層開挖，墻頂及墻后也變成淺層開挖，只需在河涌內(nèi)清理河道，墻頂處做破面及道路，開挖高度都變小了，不用擔(dān)心還會(huì)發(fā)生滑坡。施工順序：減載-打水泥樁墻-挖河涌-削坡、做道路-做墻照面（見圖3）。

重力墻形成后，無需擔(dān)心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在回填后會(huì)變位，重力墻有足夠的抗剪抗滑能力，施工一旦變得簡單，施工進(jìn)度肯定可加快，工期也有保證。

圖3　水泥攪拌樁格柵擋墻

[1]傅裕壽.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[S].

TV651

A

1673-0038（2015）10-0199-03

2015-2-18

王蓮（1983-），女，水工建筑工程師，中級(jí)工程師，畢業(yè)于武漢大學(xué)，主要從事水利工程施工管理工作。