某城市堤防防洪墻險(xiǎn)情分析及除險(xiǎn)加固

肖新華

（湘西自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院　吉首市　416000）

某城市堤防防洪墻險(xiǎn)情分析及除險(xiǎn)加固

肖新華

（湘西自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院吉首市416000）

某城市堤防工程投入使用后第二年出現(xiàn)安全隱患，堤防砌石防洪墻墻背承臺(tái)以上約1.0m出現(xiàn)數(shù)條順堤向水平張裂縫。文章對(duì)工程作了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)其裂縫險(xiǎn)情及成因進(jìn)行分析，提出防洪墻加固處理的二種方案，并作了對(duì)比。文章指出，根據(jù)目前普遍存在的砌石施工質(zhì)量較差，為確保超高防洪墻的安全，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題。

防洪堤隱患成因加固

1　工程概況

項(xiàng)目位于沅水一級(jí)支流上，工程主要任務(wù)為：對(duì)城區(qū)現(xiàn)狀和規(guī)劃發(fā)展城區(qū)沿河按防洪標(biāo)準(zhǔn)新修堤防保護(hù)圈，提高城市防洪標(biāo)準(zhǔn)。工程的建設(shè)規(guī)模為新建右岸老城區(qū)防護(hù)圈、排水泵房及其他附屬設(shè)施，堤防采用衡重式砌石防洪墻，長(zhǎng)2.7 km。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-94）規(guī)定，確定其防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，工程的等級(jí)為IV等工程，相應(yīng)主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。

工程于2008年3月開工建設(shè)，至2010年10月完成主體工程施工。

2　防洪墻險(xiǎn)情及成因分析

2.1防洪墻險(xiǎn)情

2010年11月5日，樁號(hào)1+008.6～1+052.4段長(zhǎng)43.8 m防洪墻發(fā)生了垮塌，該段墻高（16.5～21.0）m。經(jīng)鑒定，垮塌原因?yàn)楣こ藤|(zhì)量差所致，并建議：為保證該段已建堤防的安全，應(yīng)對(duì)其余大于18 m墻高段進(jìn)行安全鑒定。根據(jù)實(shí)際布置，樁號(hào)1+302～1+390段墻高均大于 18 m，此段堤頂高程為（213.30～212.42）m，最大墻高23.85 m，外河正常水位205.00 m，設(shè)計(jì)洪水位（210.00～209.97）m。經(jīng)復(fù)核，擋墻衡重平臺(tái)以上斷面計(jì)算拉應(yīng)力為（49.1～52.4）kPa，小于漿砌石的設(shè)計(jì)容許彎拉應(yīng)力值（110 kPa），但經(jīng)過檢測(cè)，防洪墻砌石砂漿強(qiáng)度僅M5.0,考慮安全裕度后的漿砌石的容許彎拉應(yīng)力值為45 kPa，不滿足要求，論證后初步?jīng)Q定采用加厚上墻的加固方案。

2014年6月，對(duì)擬加固處理段（樁號(hào)1+320～1+ 340）墻背回填土開挖后發(fā)現(xiàn)防洪墻衡重平臺(tái)以上（衡重平臺(tái)高程198.70m～198.52m），高程（198.6～201.0）m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)4條順堤向水平張裂縫。裂縫1斷續(xù)延伸長(zhǎng)10m，縫寬大部份在（10～20）mm之間；裂縫2延續(xù)延伸長(zhǎng)8m，縫寬在（1～20）mm之間；裂縫3斷續(xù)延伸長(zhǎng)12m，縫寬大部份在（10～25）mm之間；裂縫4發(fā)生在上墻墻背底部，延伸長(zhǎng)5 m，縫寬大部份在（10～20）mm之間。裂縫的出現(xiàn)已嚴(yán)重危及防洪墻安全。

2.2險(xiǎn)情成因分析

（1）工程施工時(shí)在未經(jīng)設(shè)計(jì)許可下，隨意變更設(shè)計(jì)，增加上墻高度2.25m，墻體斷面型式改變。經(jīng)復(fù)核，擋墻衡重平臺(tái)以上斷面計(jì)算拉應(yīng)力超出允許值。

（2）從外觀上看，砌石墻體存在多處空洞，漿砌石砂漿不密實(shí)，經(jīng)檢測(cè)，砂漿強(qiáng)度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值M7.5；塊石粒徑普遍較小、密實(shí)度較差、相互間咬合度較低。

（3）通過對(duì)防洪堤擋土墻排水普查及運(yùn)行情況調(diào)查得知，工程運(yùn)行過程中，排水孔未見排水痕跡，估計(jì)是排水孔堵塞所致，排水堵塞會(huì)導(dǎo)致墻體內(nèi)側(cè)地下水無法排水，從而增加堤內(nèi)水壓力，甚至超出設(shè)計(jì)水壓力，使得防洪堤處于不利的運(yùn)行狀態(tài)，增加防洪堤發(fā)生失穩(wěn)破壞的機(jī)率。

（4）根據(jù)墻背開挖斷面，回填料從上往下可以分為三層，分別為碎石、雜填土、粘性土。

①碎石：主要由淺灰色、灰白色白云巖碎石、塊石、角礫及少量粘性土組成，其中碎石含量約50%，塊石含量約20%，角礫石含量約15%，粘性土含量約5%，欠壓實(shí)，層厚4.7 m。

②雜填土：主要由粘性土、白云巖碎石、部分角礫不、建筑垃圾及少量塊石組成，欠壓實(shí)，層厚2.0 m。

③粘性土，主要由粘性土及部分白云巖角礫組成，角礫含量約15%，土質(zhì)松軟、濕、欠壓實(shí)，層厚5.8 m。

對(duì)粘性土填料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)界限含水率和顆粒分析試驗(yàn)可判斷本土樣為粘土質(zhì)礫，土樣液限為27.5%、塑限為16.0%、塑性指數(shù)為11.5、天然含水率達(dá)60.3%，最佳含水率為7.1%、最大干密度為2.07 g/cm3。防洪墻背填筑料不滿足規(guī)范要求，將導(dǎo)致土壓力增大。

3　防洪墻加固方案

3.1方案比選

本次加固設(shè)計(jì)提出二種方案。方案一：上墻M10漿砌石加厚，先采用C15混凝土砌塊石加高擋墻衡重平臺(tái)至（203.52～202.74）m高程，再對(duì)上墻背采用M10漿砌石按1∶0.5的坡比進(jìn)行加厚；方案二：擋墻衡重平臺(tái)加高同方案一，然后在衡重臺(tái)上新增C30扶壁式擋墻獨(dú)立承擔(dān)上墻土壓力。下面對(duì)二種方案進(jìn)行比較說明，見附表。

附表　溢洪道各級(jí)庫(kù)水位下泄流量試驗(yàn)值

由于無法準(zhǔn)確探測(cè)裂縫在墻體內(nèi)的延伸深度以及對(duì)上墻穩(wěn)定造成的影響程度，另考慮到原砌體質(zhì)量較差，加固方案選擇可靠度更高、更安全的鋼筋混凝土扶壁式擋墻方案。

3.2衡重臺(tái)上扶壁擋土墻設(shè)計(jì)

（1）擋墻扶壁采用等厚，扶壁坡比根據(jù)擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求及衡重臺(tái)實(shí)際寬度確定。扶壁間距根據(jù)平面布置分析確定，墻體及扶壁的截面厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求確定。

（2）扶壁擋土墻的分段長(zhǎng)度與原防洪墻相一致。

（3）對(duì)原防洪墻下墻體進(jìn)行充填固結(jié)灌漿，以增強(qiáng)其整體性及強(qiáng)度。設(shè)計(jì)孔距、排距均為2.0 m，施工時(shí)根據(jù)不同部位與砌筑質(zhì)量，先采用先導(dǎo)孔進(jìn)行查明，再分別選擇不同的漿液濃度與灌漿壓力，并注意在伸縮縫兩側(cè)采用化學(xué)灌漿進(jìn)行封閉，防止伸縮縫被漿液填塞。

（4）為加強(qiáng)衡重臺(tái)上方加高砌體與原防洪墻塊石砌筑體之間的結(jié)合，布置水平向Φ20錨桿，錨桿長(zhǎng)4.0 m（兩側(cè)各2.0 m），間距1.5 m×1.5 m梅花型布置。

（5）扶壁面板與原防洪墻間采用C15混凝土填筑。

（6）先疏通原防洪墻堵塞排水孔，然后在扶壁式擋墻面板上埋設(shè)排水管與之相接，并在扶壁式擋土墻墻背設(shè)置反濾層。

（7）布置堤身垂直位移、水平位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)微的異常變化，并做相應(yīng)的工程處理。

3.3修復(fù)后防洪墻穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核

復(fù)核計(jì)算將上墻扶壁式簡(jiǎn)化為整體漿石擋墻的一部分，對(duì)擋墻基底截面穩(wěn)定及應(yīng)力進(jìn)行復(fù)核，考慮3 m水位差，內(nèi)水位為扶壁式擋墻底板以上3m位置。經(jīng)計(jì)算，擋墻在各種工況下穩(wěn)定及應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

修復(fù)后擋墻橫斷面圖見附圖。

附圖　防洪墻加固橫剖面圖

4　結(jié)語

通過堤防防洪墻除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)，對(duì)堤防防洪墻有了較深的了解，同時(shí)注意到設(shè)計(jì)中需要注意的幾個(gè)問題。

（1）城市等修建土堤受限制的地段，可采用防洪墻。防洪墻宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）擋土墻高度在6 m以上時(shí)，可采用扶壁式結(jié)構(gòu)；當(dāng)擋土墻高度較大、且地基條件不好時(shí)，宜采用空箱式或空箱與扶壁組合式結(jié)構(gòu)。

（3）衡重式擋墻上墻身與衡重臺(tái)連接處為拉應(yīng)力區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)在區(qū)域用“L”型鋼筋鋼筋混凝土進(jìn)行加強(qiáng)。

（4）衡重式擋墻穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算復(fù)核時(shí)需考慮墻內(nèi)外水位差，可按外水位平齊衡重臺(tái)高程，內(nèi)水位取衡重臺(tái)高程以上3～4 m。

（5）對(duì)于比較高的防洪墻，墻背排水宜采用干砌石反濾體。

肖新華（1976-），男，大學(xué)本科，工程師，從事水工設(shè)計(jì)工作，手機(jī)：1860743222。

（2016-03-12）