鉆孔灌注樁在失穩(wěn)堤防岸坡整治中的應(yīng)用

尤德純， 管麗萍

(1.蕪湖市河道管理局，安徽 蕪湖 241000; 2.安徽省長(zhǎng)江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

蕪湖市中心城區(qū)位于長(zhǎng)江和青弋江(系長(zhǎng)江一級(jí)支流)交匯處，青弋江將中心城區(qū)城市防洪工程分隔成城北、城南兩個(gè)防洪片。上世紀(jì)九十年代初，蕪湖市啟動(dòng)了城市防洪工程全面達(dá)標(biāo)建設(shè)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為防御長(zhǎng)江1954年型特大洪水。南北兩個(gè)防洪堤圈土堤段均按國(guó)家Ⅰ、Ⅱ級(jí)土堤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)建設(shè)，唯有位于中心城區(qū)青弋江入長(zhǎng)江口長(zhǎng)約13.5km南北兩岸堤段，受城市建成區(qū)已建建筑物、城市設(shè)施限制，防洪堤防建設(shè)占地難以解決，使得防洪堤防無(wú)法向背水側(cè)城區(qū)大幅度內(nèi)退而被改造成倒“T”形鋼筋混凝土防洪墻。從而造成防洪墻迎水側(cè)岸坡只能在原有高陡的岸坡上進(jìn)行砌護(hù)和修整。由于防洪墻改建工程段城市地坪高程11.5m左右，青弋江河底高程-0.5m左右，迎水側(cè)土坡形成高差12m左右、坡比1∶2，加上年水位變化高差達(dá)7m～10m，造成每年汛后退水期迎水側(cè)岸坡時(shí)常發(fā)生塌滑現(xiàn)象，直接影響到防洪墻基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

1 防洪工程存在的問(wèn)題及原因

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，堤身及堤基土層特征為：①雜填土層，雜色，成分復(fù)雜，呈中密狀態(tài)。層底標(biāo)高約-3.00m～1.00m，層厚9m～11m。②重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土層，灰色～青灰色，呈流塑狀態(tài)，局部夾粉土、粉細(xì)砂及軟塑粉質(zhì)粘土。層底標(biāo)高約-3.50m～-4.50m，層厚約2m～4m。③中、重粉質(zhì)粘土層，長(zhǎng)江沖積形成的地層。黃灰色～灰黃色，呈硬塑狀態(tài)，局部呈堅(jiān)硬狀態(tài)，局部為粘土。采用瑞典圓弧法和畢肖普法對(duì)迎水側(cè)岸坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算，岸坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅為1.02左右，岸坡穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)。

對(duì)迎水側(cè)岸坡滑動(dòng)原因進(jìn)行分析，認(rèn)為主要有以下3方面：①堤身堤基含淤泥質(zhì)雜填土土層厚且向外坡下傾，不利于邊坡穩(wěn)定；②本流域雨水較多，城區(qū)地下水補(bǔ)給充足、地下水水位較高，長(zhǎng)江干流枯水期蕪湖段水位較低，現(xiàn)狀外坡坡面無(wú)排水設(shè)施、城區(qū)地下水不能及時(shí)順暢排出，增大了坡體內(nèi)滲透壓力，降低了土層尤其是淤泥質(zhì)雜填土層的抗剪強(qiáng)度和抗滑能力；③迎水坡垂直高度達(dá)12m，而坡比較小，抗滑穩(wěn)定系數(shù)處于臨界狀態(tài)，易產(chǎn)生坡體滑動(dòng)。

2 岸坡治理方案的比選

根據(jù)上述原因分析，為能有效治理較大水位落差導(dǎo)致的防洪岸坡退水期塌滑問(wèn)題，進(jìn)行多次分析和探討，擬定了岸坡整治加固措施。

2.1 加固工程措施比選

岸坡整治常采取的加固工程措施主要有削坡增加坡比、增設(shè)坡底壓腳平臺(tái)、打抗滑樁阻滑等方式。由于城市土地寸土寸金，加上防洪墻背水側(cè)是十分擁擠的城市道路、城市建筑和市政設(shè)施，采取防洪墻退建后削坡增加坡比來(lái)達(dá)到岸坡穩(wěn)定幾乎不可能。不穩(wěn)定岸坡位于長(zhǎng)江一級(jí)支流青弋江南北兩岸，在沒(méi)有防洪規(guī)劃控制之前，城市建設(shè)與水爭(zhēng)地，造成青弋江入長(zhǎng)江口城市段河道行洪斷面已顯不足，如采取增設(shè)坡底一定寬度壓腳平臺(tái)，通過(guò)壓腳平臺(tái)反壓岸坡來(lái)增加岸坡穩(wěn)定措施，需要占用河道行洪斷面，增加了城市防洪壓力，顯然不具可行性。采取削坡增加坡比、增設(shè)坡底壓腳平臺(tái)的岸坡加固方式，都需要改變現(xiàn)有的河道斷面，挖填產(chǎn)生大量的土石方，將對(duì)多年形成的河道水生態(tài)和水環(huán)境帶來(lái)不利影響。如采用在坡腳位置打抗滑樁阻滑來(lái)增加坡面的穩(wěn)定性，能保持現(xiàn)狀坡面不變， 不影響河道行洪，施工時(shí)擾動(dòng)面小，對(duì)河道水生態(tài)和水環(huán)境影響也較小。通過(guò)比選采用打抗滑樁阻滑工程措施，對(duì)岸坡進(jìn)行加固處理。

2.2 抗滑樁型式比選

采用抗滑樁對(duì)岸坡滑動(dòng)進(jìn)行處理要求抗滑樁有足夠的長(zhǎng)度，擊穿滑動(dòng)面進(jìn)入持力層一定的深度，同時(shí)抗滑樁自身要具有足夠的抗剪強(qiáng)度，確保通過(guò)持力層產(chǎn)生足夠的抗力，阻止滑動(dòng)體繼續(xù)下滑。常采用的抗滑樁有木樁、預(yù)制鋼筋混凝土樁、鉆孔灌注樁等。采用木樁和預(yù)制鋼筋混凝土樁都需要采用打樁機(jī)具，為便于打樁，樁徑不能過(guò)大。由于需加固治理的岸坡穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)，打樁機(jī)具自身重載，打樁錘擊產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，以及樁打入土體對(duì)周邊土體的擠壓等，都對(duì)岸坡穩(wěn)定極為不利。

鉆孔灌注樁具有如下優(yōu)點(diǎn):①機(jī)小、重量輕、設(shè)備簡(jiǎn)單，狹窄操作面也可使用，可以靠近已有建筑物施工，基本不受交通條件限制。②工藝技術(shù)成熟, 操作簡(jiǎn)單、安全，質(zhì)量易于掌握和控制。③噪聲低 、振動(dòng)小、對(duì)周?chē)h(huán)境污染小，適合城市內(nèi)施工。④對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。采用鉆孔灌注樁克服了施工工具自身重載和強(qiáng)烈震動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)樁徑可以適當(dāng)加大，樁長(zhǎng)也可以根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整，樁的抗剪和抗彎能力也優(yōu)于木樁和預(yù)制鋼筋混凝土樁。通過(guò)比選抗滑樁采用鉆孔灌注樁。

3 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

出現(xiàn)滑坡較頻繁的岸坡主要集中在花津橋(對(duì)應(yīng)堤防樁號(hào)1+428)上下游堤段。1998年長(zhǎng)江發(fā)生大洪水，汛后枯水期，青弋江北岸花津橋下游堤段(對(duì)應(yīng)樁號(hào)1+673～1+908)堤防迎水坡出現(xiàn)較大范圍的失穩(wěn)滑坍，滑坡段東西向長(zhǎng)度達(dá)235m，在高程8.0m～11.7m之間產(chǎn)生兩道張拉裂縫，上部裂縫距高程11.5m的防洪墻迎水側(cè)平臺(tái)僅0.5m，最大錯(cuò)深達(dá)0.7m。

按照抗滑樁的整治思路，對(duì)其實(shí)施加固。沿高程6.5m外護(hù)坡坡底護(hù)腳平臺(tái)處布置了28根混凝土鉆孔灌注樁抗滑及濾料樁導(dǎo)滲，混凝土鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)5～6m，樁徑1m，孔距12m，孔距中部設(shè)置一排濾水井孔。整治方案實(shí)施后，滑坡得到了緩解。隨后緊鄰整治加固段上游樁號(hào)1+608～1+658段的外坡上又出現(xiàn)了長(zhǎng)50m的裂縫，最大裂縫寬度為0.2m，說(shuō)明坡體仍未最終穩(wěn)定。

分析認(rèn)為主要有如下原因：①鉆孔灌注樁樁距過(guò)大，不能形成有效的土拱效應(yīng)；②樁長(zhǎng)不足，不能形成足夠的抗滑能力；③單排樁獨(dú)立受力，不能發(fā)揮整體抗滑力。之后對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終采取鉆孔灌注樁綜合整治方案。

3.1 鉆孔灌注樁布置

采用C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁阻滑方案，呈梅花型布置兩排，樁徑1.1m，樁頂高程6.0m，樁底高程-7.5m，順堤向的樁中心距4.5m，垂直堤向的樁中心距2.6m，樁與樁之間在頂部采用0.7m×1.0m(寬×高)聯(lián)系梁連接。

3.2 護(hù)坡及排水

將現(xiàn)狀漿砌石護(hù)坡拆除，在高程11.50m～8.0m間采用厚0.12m自鎖式C20混凝土預(yù)制塊(開(kāi)條形孔洞、播種草籽)護(hù)砌，在高程8.0m～6.0m間采用厚0.12m自鎖式C20混凝土預(yù)制塊(加條形糙條)護(hù)砌。護(hù)坡坡面下設(shè)置縱橫向反濾排水溝，順?biāo)飨蛟?.0m、6.0m高程設(shè)置兩道，順坡向間距每隔10m設(shè)置一道排水溝,深0.5m、底寬0.3m、邊坡1:0.3，并在6.0m高程順?biāo)飨蚺潘疁蟽?nèi)埋設(shè)φ80@2.0m PVC排水管，將集水引出坡面直排入江。

3.3 拋石固腳

水下拋石主要拋在高程6.0m以下至江底的坡腳范圍內(nèi)，拋?zhàn)o(hù)厚度0.3m～0.5m，拋石石料系利用拆除的漿砌石護(hù)坡塊石。為避免拋石不均勻性，拋石后應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行人工整理。

具體方案如圖1、圖2所示。

圖1 鉆孔灌注樁抗滑結(jié)構(gòu)布置圖

圖2 鉆孔灌注樁及坡面排水平面圖

采用上述方案對(duì)花津橋滑坡段(蕪當(dāng)江堤樁號(hào)1+608～1+658段及1+673～1+908段)285m長(zhǎng)度進(jìn)行了治理，治理后多年來(lái)工程運(yùn)行穩(wěn)定性良好。

4 鉆孔灌注樁在城市防洪高陡岸坡堤防中的應(yīng)用效果

自花津橋滑坡段采用鉆孔灌注樁阻滑、在坡面設(shè)置完善的排水系統(tǒng)、拋石固腳等工程措施綜合治理后，又陸續(xù)對(duì)產(chǎn)生滑坡的其余堤段按同樣方案進(jìn)行了整治。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，通過(guò)鉆孔灌注樁綜合整治方案治理的既往滑坡段一切正常，岸坡穩(wěn)定，未再出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象，治理后效果明顯。自2013年開(kāi)始蕪湖市對(duì)中心城區(qū)防洪墻段開(kāi)始進(jìn)行景觀化改造,結(jié)合景觀化改造工程，對(duì)蕪湖市中心城區(qū)防洪墻段不穩(wěn)定的岸坡，同樣采用鉆孔灌注樁綜合整治方案進(jìn)行岸坡整治，整治岸坡長(zhǎng)約2.3km，整治后岸坡穩(wěn)定，效果良好。

2014年，蕪申運(yùn)河蕪湖段開(kāi)工建設(shè)。為保證蕪申運(yùn)河有足夠的航道寬度，需要對(duì)青弋江南岸城區(qū)段防洪墻進(jìn)行背水側(cè)后退建設(shè)。由于受城市已建設(shè)施影響，防洪墻后退空間受限，后退后防洪墻迎水側(cè)土坡坡比僅為1:2。該工程2016年上半年完工，經(jīng)過(guò)2016年主汛期高水位洪水考驗(yàn)后，在退水期出現(xiàn)長(zhǎng)約150 m的岸坡滑移。為減緩滑移形成的滑動(dòng)面，采取了應(yīng)急處置方案：將防洪墻背水側(cè)墻底板以上的10m寬土體挖除減載；對(duì)迎水坡模袋混凝土護(hù)坡表面開(kāi)槽排水，并設(shè)置反濾層，降低土體地下水壓力；坡面采用拋石壓重，避免滑動(dòng)體進(jìn)一步擴(kuò)大。2017年初，青弋江進(jìn)入枯水期，按照鉆孔灌注樁綜合整治方案，對(duì)已滑移段及可能滑移段約2.2 km長(zhǎng)岸坡的迎水側(cè)土坡進(jìn)行整治加固，工程于2019年完成，至今未發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)等異?，F(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用鉆孔灌注樁綜合整治方案，由于鉆孔灌注樁具有施工機(jī)具簡(jiǎn)單、施工占地小、施工噪音震動(dòng)小、對(duì)交通配套要求少、成樁耐久性好、對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)、承載力和抗彎能力較高等優(yōu)點(diǎn)，在蕪湖市中心城區(qū)城市防洪高陡岸坡的堤防岸坡加固整治中應(yīng)用效果顯著。在岸坡整治過(guò)程中，未誘發(fā)引起岸坡失穩(wěn)，未對(duì)城市環(huán)境和交通帶來(lái)影響，對(duì)城市河道水生態(tài)和水環(huán)境影響甚微。

采用鉆孔灌注樁對(duì)高陡不穩(wěn)定岸坡進(jìn)行加固，增強(qiáng)了坡腳基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，是解決不穩(wěn)定防洪堤防及岸坡的一種很好的方法。