淺談柏溪鎮(zhèn)金沙江防洪堤雞翅膀段的設(shè)計(jì)與施工

王文權(quán)，唐全民，張家悅

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

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淺談柏溪鎮(zhèn)金沙江防洪堤雞翅膀段的設(shè)計(jì)與施工

王文權(quán)，唐全民，張家悅

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)分院，四川 德陽，618000)

金沙江宜賓縣城柏溪鎮(zhèn)城區(qū)河段，洪水峰高量大，水深流急，變幅20余m。特別是雞翅膀河段河岸彎曲，形成旋渦狀水流，沖刷劇烈。堤基地質(zhì)條件差，在不具備圍堰擋水的施工條件下，通過采取振沖碎石樁、鋼筋混凝土灌注樁及高壓旋噴樁等多種工程措施，不僅解決了該段堤防的堤身穩(wěn)定和防沖安全，同時(shí)還降低了施工難度，為特殊條件下的堤防工程建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

特殊地形 堤線選擇 軟弱地基 基礎(chǔ)處理

1 工程概況

長期以來，宜賓縣城柏溪鎮(zhèn)防洪能力不足10年，基本處于不設(shè)防狀態(tài)，受變幅高達(dá)20余m的金沙江洪水和支流黑河洪水的雙重影響，洪澇災(zāi)害頻繁，損失嚴(yán)重。

柏溪防洪堤位于向家壩電站下游約15km的金沙江宜賓縣城區(qū)段，上起水牛巖，經(jīng)文化公園、雞翅膀，止于八一二廠附近的巖岸，堤線總長2.985km。堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇(P=5%)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)流量28400m3/s。堤防建筑物級(jí)別為3級(jí)，堤型為碾壓砂卵石(或石渣)混凝土護(hù)面斜坡堤，最大堤高30.60m，共設(shè)有排水、排澇涵洞5座。審定實(shí)施方案工程總投資1.685億元，其中建安工程1.44億元。

工程面臨堤防高度大、基礎(chǔ)地質(zhì)條件較差、流量大、流速較大且部分堤段頂沖、長期清水沖刷及水下施工固床困難、填料方量大(約300萬m3)，以及需穿縣城等技術(shù)難題。

本工程劃分為3個(gè)標(biāo)段分兩期實(shí)施，下段約2km為2個(gè)標(biāo)段，2010年11月動(dòng)工建設(shè)，2012年5月工程完工。上段約1km為1個(gè)標(biāo)段，2012年3月動(dòng)工建設(shè)，2013年12月，工程完工驗(yàn)收。

2 堤線選擇

工程河段上段河道較為順直，河道寬度約500m，經(jīng)堤距論證可沿原岸線布置，但在下游長約500m的雞翅膀河段，因石龍過江形成卡口的影響，河岸向內(nèi)彎曲，河道縮窄為310m，江水回漩，形成深潭，枯期最大水深約39m。故需對(duì)該段堤線進(jìn)行認(rèn)真研究，為此，擬定了外線、中線和內(nèi)線三種方案(詳見圖1)。

內(nèi)線方案：堤線長600m，枯期最大水深約9m。中線方案：堤線長571m，枯期最大水深約14m。外線方案：堤線長556m，枯期最大水深約18m。

本工程可行性研究階段設(shè)計(jì)工作由另一設(shè)計(jì)院承擔(dān)，推薦“中線方案”，審定工程總投資1.82億元，其中建安工程1.61億元。在實(shí)施方案階段，在水利廳專家的技術(shù)幫助下，我院綜合考慮水文、地形、地質(zhì)、河勢(shì)、施工等條件，將可研堤線適當(dāng)向內(nèi)進(jìn)行了調(diào)整，最大移動(dòng)距離約30m，以減少堤防高度，避開河道中部急流，減輕堤腳沖刷。堤線調(diào)整后，不僅有利于該河段的行洪，也有利于基礎(chǔ)處理和堤腳的防沖保護(hù)工程的施工，并可節(jié)省工程直接投資約1400萬元。

圖1 柏溪防洪堤雞翅膀段堤線方案布置

3 穩(wěn)定計(jì)算

鑒于雞翅膀段的堤基和堤身面臨的特殊情況，在穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，比其它堤防工程多考慮了堤腳沖毀條件下臨水側(cè)堤坡抗滑穩(wěn)定工況，在此情況下，抗滑安全系數(shù)也要滿足規(guī)范要求，堤防不能失穩(wěn)，產(chǎn)生潰堤。采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法和瑞典圓弧法，選取最大斷面(堤高30.6m)，對(duì)以下工況進(jìn)行堤坡穩(wěn)定計(jì)算：

(1)正常運(yùn)用情況

①設(shè)計(jì)洪水位；

②設(shè)計(jì)洪水位驟降至正常水位時(shí)。

(2)非常運(yùn)用情況

①竣工期；

②設(shè)計(jì)洪水位時(shí)遭遇Ⅶ度地震。

(3)假設(shè)堤腳沖毀情況。

計(jì)算結(jié)果詳見表1。

表1 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

從以上計(jì)算結(jié)果看，除堤腳完全被沖毀的情況外，兩種計(jì)算方法，都能滿足抗滑穩(wěn)定要求。

在堤腳防沖體完全被沖走的條件下，安全系數(shù)大于1.0，堤身處于臨界狀態(tài)邊緣，為避免此類情況發(fā)生，設(shè)計(jì)考慮采用鋼筋混凝土灌注樁和高壓旋噴樁，來加強(qiáng)堤腳防沖體的穩(wěn)固，另外在堤腳防沖體表面用防銹鋼絲籠裝卵石進(jìn)行防沖保護(hù)。

4 堤身結(jié)構(gòu)及堤防基礎(chǔ)處理

4.1 堤身結(jié)構(gòu)

堤防采用碾壓砂礫石(石渣)混凝土護(hù)面斜坡堤型，堤頂寬度6.0m，臨水側(cè)護(hù)坡設(shè)置兩級(jí)馬道，一級(jí)馬道寬6.0m，二級(jí)(含以下)馬道寬2.0m。一級(jí)馬道以上邊坡為1∶1.8，采用混凝土框格中植草護(hù)坡，以下邊坡均為1∶1.6，斜坡混凝土護(hù)面面板采用厚20cm的C20鋼筋混凝土襯護(hù)，背水側(cè)邊坡為1∶1.5。

根據(jù)工程河段砂石資源較為緊張的實(shí)際情況，迎水面5m寬度范圍內(nèi)為砂礫石填筑，堤身其余部分為石渣填筑。堤身填筑設(shè)計(jì)控制指標(biāo)為：砂礫石料碾壓后干密度≥2.15g/cm3；泥巖石渣料碾壓后干密度≥1.90g/cm3。

雞翅膀段堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖2。

4.2 基礎(chǔ)處理措施

4.2.1 工程地質(zhì)條件

雞翅膀段堤線從河灣邊緣的漫灘上通過，地面高程254.8m～287.26m，地表以粉砂為主，稍濕至飽和，呈松散狀，厚度2m～8m，不能作為堤基持力層。下部為圓礫土，稍濕至飽和，稍密至密實(shí)狀，含粉砂夾層，厚度大于21.20m。礫石土N120=6.8擊，屬稍密至中密狀，濕密度2.16g/cm3，干密度2.09g/cm3，滲透系數(shù)1.9×10-2cm/s，孔隙比0.328，壓縮模量14.3MPa，為中等壓縮性，飽和固結(jié)快剪C為22.6kPa，φ為30.9°。

圖2 柏溪防洪堤雞翅膀段堤身結(jié)構(gòu)

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，雞翅膀堤段上部厚層粉砂不能作為堤基持力層，必須采取工程措施處理。因?yàn)榈谭栏叨冗_(dá)到30余m，堤基最大寬度達(dá)100m左右，如果全部挖除，挖填工程量均超過35萬m3，而且該處地勢(shì)低洼，地下水位較高，大部分堤段將面臨水下開挖、工期安排困難、難以度汛的局面，加之工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，粉土層遭遇地震時(shí)易液化，必須另想辦法解決堤基部分的基礎(chǔ)處理問題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)條件，參照其它堤防工程的成功案例，決定采用振沖碎石樁對(duì)該段堤基進(jìn)行加固處理。

4.2.2 振沖碎石樁設(shè)計(jì)

振沖碎石樁法適用于處理砂土、粉土與粘性土等地基，依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)，將孔位土體擠向四周，并向孔內(nèi)回填碎石成樁。在樁間土和碎石樁的共同作用下，復(fù)合地基的承載力和壓縮模量顯著提高；當(dāng)遭遇地震時(shí)，可有效地防止地基液化。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ78)的要求，振沖碎石樁的布置范圍應(yīng)超出基礎(chǔ)寬度6.0m。本工程樁的布置形式采用等邊三角形，樁的直徑為0.5m，樁的間排距為2.5m，樁的末端伸入持力層1.0m。樁體材料采用礫碎石，碎石粒徑為20mm～60mm。經(jīng)測(cè)試，采用振沖碎石樁加固后，345m長粉土堤基堤段承載力標(biāo)準(zhǔn)值和壓縮模量均能滿足設(shè)計(jì)要求。該方案的成功實(shí)施，節(jié)省投資約3000萬元，縮短工期4個(gè)月，并且降低了度汛壓力和施工難度。

4.2.3 鋼筋混凝土灌注樁及高壓旋噴樁設(shè)計(jì)

為提高堤防迎水面基礎(chǔ)的防滲能力、承載力和抗滑穩(wěn)定性，雞翅膀樁號(hào)1+296～1+740堤段在趾板底部采用高壓旋噴樁(360°旋噴)、鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。鋼筋混凝土灌注樁設(shè)置于前排(迎水側(cè))，樁徑1.0m，樁軸間距5m，高壓旋噴樁設(shè)置于后排，樁徑1.0m，樁軸間距0.5m，兩種樁基底均深入密實(shí)砂礫石層以下1.0m。

根據(jù)施工水位，為保證趾板混凝土在水上施工，確定該堤段樁頂高程為265.00m，設(shè)計(jì)樁長15m～18m。樁頂部趾板采用鋼筋混凝土，寬3.0m，厚1.0m。趾板以外砂礫石填筑寬度不小于4.0m，形成總寬度7.0m的平臺(tái)，該平臺(tái)既是鋼筋混凝土灌注樁、高壓旋噴樁的施工平臺(tái)，也是堤身的穩(wěn)定平臺(tái)。

4.2.4 堤腳防沖保護(hù)設(shè)計(jì)

由于該堤段為頂沖段，為防止堤腳沖刷、淘空基礎(chǔ)，引起鋼筋混凝土灌注樁變形，故在迎水面堤腳夯填砂礫石形成穩(wěn)定邊坡，并用防銹鋼絲籠裝填大卵(塊)石護(hù)坡、護(hù)腳，石籠鋪填厚度為0.6m，籠與籠之間用粗鋼絲串聯(lián)形成整體。深水區(qū)采用大型吊車吊裝就位，淺水區(qū)采用鋼軌導(dǎo)向就位。為保證與上、下游堤段有效銜接，石籠護(hù)坡、護(hù)腳的位置向上、下游有所延伸，護(hù)岸總長640m。

該段堤防工程于2012年5月建成，已經(jīng)歷了幾次較大洪水的考驗(yàn)，特別是2012年的“7.22洪水”，洪峰流量達(dá)到20000m3/s(約10年一遇)，同年底，經(jīng)潛水員檢查，除發(fā)現(xiàn)少量鋼絲籠有變形、變位情況外，大部分完好，隨后對(duì)變形、變位鋼絲籠進(jìn)行了加固，現(xiàn)運(yùn)行正常。

5 結(jié)語

本工程地處金沙江末段，水深流急，枯期流量仍然很大，特別是雞翅膀河段河岸彎曲，形成旋渦狀水流，受施工條件限制，無法按一般堤防的施工方法形成縱向圍堰，難以建基。本工程的設(shè)計(jì)重點(diǎn)堤段是雞翅膀河段，圍繞堤防安全問題，從堤線布置入手，通過對(duì)堤身結(jié)構(gòu)型式的比較和選擇，提出了一些特殊的基礎(chǔ)處理措施，較好地解決了堤身穩(wěn)定和防沖安全等問題，經(jīng)過多次洪水考驗(yàn)和工程建成后五年來的運(yùn)行觀察，工程安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。

宜賓縣柏溪鎮(zhèn)金沙江防洪堤是城市防洪工程中比較特殊的案例，在完工驗(yàn)收時(shí)，省內(nèi)一位知名專家對(duì)本工程進(jìn)行了總結(jié)：(1)本工程堤防高度為目前全省城市堤防之最，工程成敗的關(guān)鍵在于雞翅膀堤段的設(shè)計(jì)和施工；(2)對(duì)于一個(gè)堤防工程，采用了振沖碎石樁、鋼筋混凝土灌注樁、高壓旋噴樁等工藝進(jìn)行施工，全國少有；(3)深水區(qū)大量安放鋼絲石籠就位效果如此到位非常少見；(4)300多萬m3的各類建材穿城而過，政府、建設(shè)單位組織、宣傳非常到位，未引發(fā)社會(huì)矛盾是一大奇跡；(5)在沒用國家一分錢的情況下，短期內(nèi)將縣城邊的一個(gè)垃圾場(chǎng)打造成為一道亮麗風(fēng)景線，不僅達(dá)到了防洪保安的目的，同時(shí)借用堤后土地增值的杠桿作用，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目大幅盈利，值得其他地區(qū)學(xué)習(xí)和借鑒。

〔1〕GB 50286-2013，堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

〔2〕SL 274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

〔3〕JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].■

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