城市河流整治工程對(duì)岸坡淺埋管道影響探究

付東王，朱 杰，周春峰，范成文

(1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210022；2.南京市水務(wù)設(shè)施管理中心，江蘇 南京 210004；3.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

城市工業(yè)廢水和生活廢水中含有大量污染物，排入河流后可造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞。此外，排入河流的混合物會(huì)沉積于水底形成粘滯力較強(qiáng)的淤泥。為防止河床抬高，河流不暢，最直接的措施便是清淤整治。對(duì)于一些老舊河流，其河床淤泥量很大，清淤施工即相當(dāng)于卸載的過(guò)程，這會(huì)引起岸坡發(fā)生側(cè)滑甚至塌方事故。若此時(shí)岸坡沿線有管道穿過(guò)，很有可能使得管道發(fā)生變形，嚴(yán)重時(shí)引起管道的剪切破壞或彎矩破壞。

針對(duì)城市河流開(kāi)挖等基坑工程，國(guó)內(nèi)外城市河流整治工程中通常在清淤后采用拋石和設(shè)置圍擋結(jié)構(gòu)的措施來(lái)加固河床、提高岸坡穩(wěn)定性。然而，拋石過(guò)程對(duì)河床持續(xù)施加壓力，會(huì)導(dǎo)致河床線下降，則岸坡可能會(huì)加劇滑移。本文依托南京市某河流整治工程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)探究清淤、拋石以及設(shè)置圍擋結(jié)構(gòu)對(duì)岸坡淺埋管道的影響。

1 工程概況

南京市某河道治理工程全長(zhǎng)約300m，整治后的河道橫斷面呈近似梯形，河底寬度4m，河頂寬度20m，河底高程為5.0m。其中一側(cè)的漿砌碎石擋墻外側(cè)約2m處有一高壓自來(lái)水管道，直徑為1.4m，埋深約0.5～1.0m，材質(zhì)為鋼化玻璃纖維，且與擋墻走向平行，如圖1所示。

圖1 管道位置示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察、室內(nèi)土工試驗(yàn)、原位測(cè)試結(jié)果，勘察范圍內(nèi)自然沉積土層自上而下劃分為3層5亞層，具體如下：

(1)1- 1雜填土:雜色～褐灰色，松散～稍密，由含量占約20%～50%的碎石、碎磚、混凝土塊混粉質(zhì)粘土填積而成，土質(zhì)不均，填齡在5～10年。分布于整個(gè)場(chǎng)地，層厚0.60～4.70m，層底標(biāo)高3.77～6.24m。

(2)1- 2素填土:灰黃、黃灰色～灰褐色，流塑，由粉質(zhì)粘土混少量碎磚、碎石等填積，夾少量植物根系，局部夾淤泥質(zhì)土，填齡大于10年。分布于整個(gè)場(chǎng)地，層厚0.80～3.10m，層底標(biāo)高1.66～3.84m。

(3)2- 1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾薄層粉砂:灰色，流塑，局部軟塑，為粉質(zhì)粘土局部夾粉砂薄層，切面稍有光澤，韌性、干強(qiáng)度中等偏低，高壓縮性。分布于整個(gè)場(chǎng)地，層厚1.30～4.40m，層底標(biāo)高-1.30～0.97m。

(4)2- 2粉質(zhì)粘土夾粉砂:灰色，飽和，軟塑狀態(tài)，含少量腐殖物，具淤臭味，以粉質(zhì)粘土為主，局部為流塑粉質(zhì)粘土，夾薄層粉土與粉砂。切面稍有光澤，韌性中等偏低，干強(qiáng)度中等偏低。分布于整個(gè)場(chǎng)地，層厚2.40～11.80m，層底標(biāo)高-11.44～-1.56m。

(5)3粉砂:青灰色，飽和，中密狀態(tài)，含少量白云母碎片，主要礦物成份為石英，級(jí)配一般，局部夾薄層軟塑粉質(zhì)粘土。該層未鉆穿，最大揭露厚度為14.40m。典型的地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 地質(zhì)典型剖面圖

2 河道治理與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

河道清淤深度約為1.5m，清淤后采用40cm厚塊石擠淤，其上依次為粗砂墊層、土工布和生態(tài)格網(wǎng)墊塊。為防止岸坡土體發(fā)生較大滑移，在岸坡底部打入木樁，并設(shè)置一道漿砌碎石擋墻作為圍擋結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 漿砌碎石擋墻結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用間接法進(jìn)行測(cè)量，主要內(nèi)容包括管道前緣土體深層水平位移、管道沉降及水平位移等。觀測(cè)工期與河道施工同步開(kāi)始，完工后繼續(xù)觀測(cè)1周以確保安全。監(jiān)測(cè)工作大體約為50d(2018年4月20日—6月10日)，各工序持續(xù)的時(shí)間范圍見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)施工工序

3 結(jié)果分析

3.1 沉降量變化分析

河道整治施工過(guò)程中，既有淺埋管道典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量變化分析結(jié)果如圖4所示，由于土質(zhì)延長(zhǎng)度方向變化不大，各測(cè)點(diǎn)的變化量也基本一致。

圖4 管道累計(jì)沉降量

從其累計(jì)沉降量-時(shí)間關(guān)系可以分析發(fā)現(xiàn)，河道管道施工區(qū)域開(kāi)始開(kāi)挖作業(yè)前期，管道近處沉降總體較大且發(fā)展較快。往河床拋石擠淤階段，塊石對(duì)下臥流塑狀雜填土和2- 1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾薄層粉砂具有一定的加荷作用，但并未加大岸坡土體的沉降變形。漿砌碎石擋墻等圍擋結(jié)構(gòu)設(shè)置完成后，沉降逐漸趨于穩(wěn)定，最大沉降量約為3.8mm。

3.2 表層水平位移量變化分析

河道整治施工過(guò)程中，既有淺埋管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平變化分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 管道累計(jì)水平位移量

通過(guò)對(duì)既有管道處累計(jì)水平位移-時(shí)間關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，管道表層水平位移受施工的影響基本上跟沉降量呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律。其最大變形量約為5.0mm，低于規(guī)范限值，且總體較小，對(duì)既有淺埋管道的安全穩(wěn)定性影響不大。5月20日之后，隨著設(shè)置擋墻、補(bǔ)打抗滑木樁和回填支撐塊石等措施的實(shí)施，水平位移量逐漸穩(wěn)定，從而有效地抑制了管道周圍土體向河道內(nèi)側(cè)位移的趨勢(shì)。

3.3 深層水平位移量變化分析

對(duì)管道周邊的岸坡設(shè)置了10個(gè)深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)斜孔深約20.5m，典型變化情況如圖6所示。從深層水平位移變化圖可以分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)均產(chǎn)生了不同程度的水平位移，深度越小，位移量越大，在深度1m的位置位移量達(dá)到最大，約為4.8mm，這符合土力學(xué)中“表層土更易受到擾動(dòng)”的說(shuō)法。此外，監(jiān)測(cè)過(guò)程中個(gè)別日期監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)存在波動(dòng)，可能是由于測(cè)量誤差、降雨、大型機(jī)械在場(chǎng)地作業(yè)等因素導(dǎo)致，不影響整體位移變化趨勢(shì)。

圖6 岸坡深層水平位移量

4 結(jié)論

(1)清淤時(shí)河床卸去大量荷載，使得岸坡淺埋管道向河流內(nèi)側(cè)急劇位移，同時(shí)產(chǎn)生沉降。

(2)現(xiàn)場(chǎng)拋石擠淤的施工步驟雖然對(duì)河床起到了加載作用，但并未引起岸坡管道的明顯位移。

(3)圍擋結(jié)構(gòu)的設(shè)置可有效限制管道的位移變化趨勢(shì)，管道最終是安全穩(wěn)定的。

本項(xiàng)目以河流整治工程中對(duì)臨近岸坡既有淺埋管道的保護(hù)為出發(fā)點(diǎn)，可為今后類似工程提供參考。清淤和拋石過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)有大型機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，此因素對(duì)周圍管道影響方面有待進(jìn)一步探究。