江堤邊灘平臺塌陷原因分析及防治對策
——以常熟長江邊灘整治為例

錢 波， 祁 影

(1.常熟市長江河道管理處， 江蘇 蘇州 215513； 2.鎮(zhèn)江市水利建筑工程有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 工程現(xiàn)狀及問題分析

近年來，隨著國家對重大水利工程的推進(jìn)建設(shè)，尤其是長江防汛防洪工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施，對原有江堤的改建加固已逐見成效。2007年開工建設(shè)的常熟段長江邊灘整治工程，新建圍堤長度5.0 km，圍堤斷面形式選定為袋裝砂填筑的斜坡堤，工程等別確定為Ⅱ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，工程主要建筑物圍堤等級確定為2級，圍堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇高潮位加50年一遇設(shè)計(jì)風(fēng)速。

長江江堤常熟段全長46.1 km，在日常維護(hù)過程中，發(fā)現(xiàn)存在部分埋石混凝土鎮(zhèn)墩沉降斷裂和邊灘平臺塌陷現(xiàn)象，已成為長江大堤的安全隱患。針對這一安全隱患，常熟市水利部門及市長江河道管理處組織業(yè)內(nèi)相關(guān)專家及勘察、設(shè)計(jì)、施工等方面的專業(yè)人員同赴實(shí)地進(jìn)行調(diào)研考察，研究討論其成因并商討處置對策。經(jīng)分析認(rèn)定埋石混凝土鎮(zhèn)墩沉降斷裂和邊灘平臺塌陷的直接原因是江堤邊灘平臺下部填筑砂袋破損，引起填筑砂因江水水流沖刷流失形成底部淘空所致。通過現(xiàn)場巡查、勘察探訪，并經(jīng)管理單位、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等相關(guān)專家共同商討確定了處置方案[1]。

1.1 拋石棱體基層損壞

在對部分埋石混凝土鎮(zhèn)墩坍塌部位進(jìn)行處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)鎮(zhèn)墩外側(cè)拋石棱體同時(shí)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。按照原設(shè)計(jì)方案，拋石棱體下方采用袋裝碎石結(jié)合丙綸機(jī)織布和無紡?fù)凉げ疾贾谩，F(xiàn)場對沉降區(qū)域拋石棱體進(jìn)行部分清理后，發(fā)現(xiàn)下部袋裝碎石已經(jīng)破損，碎石流失，丙綸機(jī)織布和無紡?fù)凉げ季植科茡p，鎮(zhèn)墩及拋石棱體下方砂土流失情況嚴(yán)重。繼續(xù)清理后發(fā)現(xiàn)，上層一期袋裝砂已與下層破損袋裝砂同時(shí)下沉。最終，上部袋裝碎石及袋裝瓜子片連同漿砌塊石面層，因底部淘空造成邊灘平臺整體沉降塌陷[2]。

1.2 埋石混凝土鎮(zhèn)墩及格埂底部與頂層袋裝砂接觸部位損壞

現(xiàn)場處置邊灘平臺兩側(cè)埋石混凝土鎮(zhèn)墩及混凝土格埂段沉降斷裂過程中，在拆除鎮(zhèn)墩及格梗并開挖清理后，發(fā)現(xiàn)埋石混凝土鎮(zhèn)墩及混凝土格埂下部出現(xiàn)較大孔洞。頂層一期袋裝砂上部跑砂情況嚴(yán)重，且主要集中在一期袋裝砂頂部埋石混凝土鎮(zhèn)墩及格埂基礎(chǔ)部位。

結(jié)合原設(shè)計(jì)圖查閱了解施工方案及施工工藝可知，原施工單位在對鎮(zhèn)墩及格埂進(jìn)行施工前，因袋裝砂面高程高于格埂及鎮(zhèn)墩設(shè)計(jì)基底高程，按施工方案對此區(qū)域砂袋進(jìn)行裁剪，清除鎮(zhèn)墩及格?；A(chǔ)位置多余砂土，再進(jìn)行縫合，其縫合接縫處留下隱患，實(shí)際跑砂部位正是在此縫合區(qū)域。另外，發(fā)現(xiàn)有部分采用土工布冷搭接處理后引起砂土的流失情況[3]。在建成投入使用后，格埂及鎮(zhèn)墩下處理部位因長江潮汐形成強(qiáng)烈水流沖刷，導(dǎo)致砂土流失從而形成孔洞，終因承載力不足發(fā)生沉降斷裂。

1.3 頂層袋裝砂縫合部位破損

在處置部分邊灘二級平臺坍塌部位時(shí)，拆除漿砌塊石面層及下部基層后，發(fā)現(xiàn)一期袋裝砂表面有明顯塌陷沉降情況，且此部位袋裝砂表面同樣存在縫合跡象。通過與原施工單位溝通得知，實(shí)際在頂層袋裝砂施工過程中，考慮后期頂層袋裝砂含水量而預(yù)留沉降量，實(shí)際施工時(shí)預(yù)留量偏多所致。為此，需挖除多余砂量，于是需要打開并裁剪縫合土工布砂袋，故縫合部位成為薄弱環(huán)節(jié)造成砂土流失。在投入運(yùn)行使用后，終因砂土累積流失造成上部邊灘平臺出現(xiàn)整體塌陷[4]。

1.4 地基排水效果不佳

在現(xiàn)場處置部分沉降范圍較大的邊灘平臺時(shí)，在表面漿砌塊石及基層拆除后，并未發(fā)現(xiàn)有明顯砂土流失和形成水流通道的情況[5]。但對邊灘平臺進(jìn)行測量后，發(fā)現(xiàn)在堤頂及一級平臺、二級平臺均同時(shí)出現(xiàn)沉降，只是坍塌部位較之其他部位沉降量大。反復(fù)排查原因后確認(rèn)此區(qū)域沉降是在大堤正常投入運(yùn)行后形成，確切原因?yàn)樵┕み^程中塑料排水板底部并未完全穿透此含水層，導(dǎo)致施工期間整個地基排水不理想。在后期投入運(yùn)行后，未能在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沉降到位，后期隨水流排出造成江堤出現(xiàn)大面積輕度沉降情況。

2010年和2020年邊灘堤頂及一、二級平臺高程對比見表1。

表1 2010年和2020年邊灘堤頂及一、二級平臺高程對比

2 處置方案

針對上述埋石混凝土鎮(zhèn)墩沉降斷裂和邊灘平臺等出現(xiàn)的沉陷情況，經(jīng)水利勘察、設(shè)計(jì)、施工、管理等方面專家的研究討論，認(rèn)為防止埋石混凝土鎮(zhèn)墩沉降斷裂和邊灘平臺塌陷的關(guān)鍵是防止因水流沖刷引起的基礎(chǔ)部分泥沙及砂石流失。因此，最終確定對損壞嚴(yán)重的無紡?fù)凉げ忌按M(jìn)行修復(fù)，對塌陷及斷裂部位的平臺拆除重建并采取壓密注漿方案進(jìn)行修復(fù)處置，以提高其抗沖刷能力，保障埋石混凝土鎮(zhèn)墩和邊灘平臺的穩(wěn)定[6]。

2.1 方案概述

實(shí)際邊灘平臺坍塌注漿方案分兩種方式進(jìn)行實(shí)施。

對邊灘平臺連同下部基層共同坍塌沉陷的，先拆除漿砌塊石面層、下部袋裝碎石、袋裝瓜子片基層，清理損壞無紡?fù)凉げ?，按原設(shè)計(jì)圖紙?zhí)钛a(bǔ)一期袋裝砂，恢復(fù)上部邊灘平臺結(jié)構(gòu)層，再進(jìn)行壓密注漿。該方案施工每塊平臺(6 m×8 m)費(fèi)用約為10萬元。

對邊灘平臺面層及基層完好，但下部出現(xiàn)空隙、孔洞、砂土流失的，按設(shè)計(jì)要求埋置好灌漿孔后直接進(jìn)行壓密注漿。注漿流程詳見圖1。

圖1 注漿施工流程

2.2 注漿材料

現(xiàn)場注漿漿液采用水泥與水玻璃混合漿液，水泥采用P42.5普通硅酸鹽水泥。內(nèi)摻膨脹劑12%，替代等量的水泥。外摻水玻璃為水泥加膨脹劑的3%，水灰比為0.48。漿液7 d抗壓強(qiáng)度≥4.5 MPa，施工中實(shí)際配合比及壓力由現(xiàn)場試驗(yàn)確認(rèn)。

2.3 鉆灌設(shè)備

(1)鉆孔設(shè)備

一般注漿孔采用震動錘直接打入鉆桿。

(2)注漿設(shè)備

制漿采用UB120型水泥攪拌筒，注漿機(jī)械可采用UBH3型活塞式灰漿泵。

(3)記錄設(shè)備

現(xiàn)場注漿過程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用GJY-III型記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

2.4 注漿方案

(1)孔位布置

從埋石混凝土鎮(zhèn)墩向外側(cè)格埂共計(jì)布置5排注漿孔?？拷?zhèn)墩2排注漿孔呈交錯布置，相鄰孔位間距1 m，排距0.9 m，孔深8.0 m。內(nèi)側(cè)布置3排注漿孔，相鄰孔位間距1.5 m，排距1.5 m，孔深6.0 m。

(2)施工順序

注漿過程按照施工方案先外圍再中間，從外向內(nèi)進(jìn)行灌注。施工灌注漿液時(shí)，先灌注外圍2排，作為間隔帷幕層，防止?jié){液泄露至長江。采用跳注法進(jìn)行漿液灌注，相鄰孔位注漿間隔時(shí)間≥3 h，防止相鄰孔位發(fā)生竄漿情況。相鄰注漿孔施工時(shí)，后續(xù)孔位灌漿應(yīng)在先前施工孔位漿液凝固后再進(jìn)行。

(3)成孔

用專用振動機(jī)械按照原先放樣位置將第一節(jié)注漿管連同注漿頭打入土層，上部預(yù)留180 mm。再逐一連接其他注漿管，并打入設(shè)計(jì)高程。成孔施工示意圖如圖2。

圖2 成孔施工示意圖

(4)注漿

注漿過程中，安排專人對注漿順序逐一進(jìn)行記錄?，F(xiàn)場仔細(xì)檢查注漿材料、漿液質(zhì)量、注漿設(shè)備等，確保整個注漿過程連續(xù)進(jìn)行，不得隨意中斷。

注漿前，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)試機(jī)械壓力值，并將水泥漿液拌制均勻?，F(xiàn)場注漿管采用100 cm長鋼管，確保連接緊密。注漿過程中，對專職記錄人員做好交底工作，詳細(xì)記錄現(xiàn)場沉孔深度、高程測量數(shù)據(jù)及注漿管提升高度等數(shù)值。

注漿過程中，要仔細(xì)關(guān)注實(shí)時(shí)注漿壓力數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有邊灘平臺突然隆起或壓力表數(shù)值急速增大的情況，需要立刻暫停注漿施工，待原因查明并解決后方可繼續(xù)施工。整個注漿過程注漿壓力按0.1～0.3 MPa進(jìn)行控制，如果整個注漿過程壓力數(shù)值不及設(shè)計(jì)壓力的80%，則應(yīng)重新鉆孔注漿。注漿時(shí)密切關(guān)注邊灘平臺鄰近孔位是否竄漿、冒漿，如果發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)處置。

2.5 實(shí)驗(yàn)檢查

參照《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202—2002)，注漿完成28 d后，采用輕型動力觸探試驗(yàn)和靜載荷實(shí)驗(yàn)對壓密注漿部位進(jìn)行檢測。

3 保障施工質(zhì)量的幾點(diǎn)啟示

3.1 拋石棱體實(shí)施過程控制

在拋石棱體施工時(shí)，應(yīng)在砂石袋材料質(zhì)量選擇、塊石原材料控制方面嚴(yán)格把關(guān)，對浮吊作業(yè)施工更要做到規(guī)范操作。業(yè)主及施工監(jiān)理要對第一個環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真監(jiān)督，嚴(yán)格把控，嚴(yán)格質(zhì)量要求，不留安全隱患，防止被沖刷淘空等情況的發(fā)生。

3.2 鎮(zhèn)墩及格埂與頂層袋裝砂接頭質(zhì)量控制

設(shè)計(jì)單位切實(shí)摸清情況，有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求組織實(shí)施。對施工過程中的每一個步驟均必須嚴(yán)格把關(guān)，確保質(zhì)量。嚴(yán)格控制砂土含水量，控制砂土預(yù)留量，盡可能一步到位，不在砂袋上留下接縫，確實(shí)需要縫合搭接的部位必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，杜絕安全隱患。對出現(xiàn)安全隱患質(zhì)量問題的要追究相關(guān)責(zé)任，建設(shè)單位在后期項(xiàng)目使用管護(hù)過程中加強(qiáng)現(xiàn)場巡查，保證項(xiàng)目正常運(yùn)行。

3.3 基層排水質(zhì)量控制

對因底層塑料排水板排水效果不理想而造成邊灘出現(xiàn)較大面積沉降的情況，需要特別予以重視。增加勘察的頻率，細(xì)致掌握地質(zhì)資料，在基層塑料排水板施工時(shí)應(yīng)細(xì)致觀測。對出現(xiàn)排水異常的情況，應(yīng)及時(shí)與建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，必要時(shí)進(jìn)行復(fù)勘，并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。結(jié)合事前、事中控制，把因基層排水不到位造成的江堤沉降風(fēng)險(xiǎn)降低到最小，不給后期運(yùn)營留有隱患。

4 結(jié) 論

項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理以及業(yè)主單位要各盡其職，對出現(xiàn)的突發(fā)情況要慎重對待，集體商討進(jìn)行決策，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工及驗(yàn)收規(guī)范組織實(shí)施，保證每道工序施工質(zhì)量，做好檢查驗(yàn)收工作，確保工程質(zhì)量。對于在后期工程中發(fā)現(xiàn)的問題，做好原因分析，對策研究，過程處理也要做好原始資料的搜集整理和保存，避免類似問題再次出現(xiàn)。