水利工程堤防加固施工治理控制問題研究

吳鴻坤

(廣東肇慶市水利水電工程有限公司，廣東 肇慶 526000)

0 引 言

我國由于地理因素差異，洪澇災(zāi)害是我國自然災(zāi)害中危害最大、損失最嚴(yán)重的災(zāi)害。為避免區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)增長乃至社會(huì)穩(wěn)定受到影響，地方水利單位需要積極開展洪水災(zāi)害的防治工作。

堤防加固工程是我國防洪工程體系的重要組成部分，我國在防洪抗災(zāi)方面做得很優(yōu)秀，甚至基于分洪河道、堤防、水庫、蓄滯洪區(qū)等設(shè)施構(gòu)建了洪水?dāng)r截、排放、蓄滯、分流等一體化的工程體系，能夠有效解決各站規(guī)模洪水帶來的災(zāi)害影響[1]。盡管在此上方面取得了較多成功，但在整體防洪救災(zāi)方面的能力卻受到氣候、經(jīng)濟(jì)、地形以及水資源等多方面問題的限制，現(xiàn)有水利工程設(shè)施遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前氣候環(huán)境的變化，水利工程堤防除險(xiǎn)加固仍是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。

文章針對(duì)聯(lián)圍堤防的加固工程、針對(duì)堤防防護(hù)能力不足、堤身損毀的現(xiàn)狀，對(duì)加固中的工法工藝和技術(shù)手段進(jìn)行深入研究、提出質(zhì)量施工管控方案以期為類似海堤加固工程的建設(shè)實(shí)施提供技術(shù)參考。

1 工程概況

萬頃沙聯(lián)圍海堤北界河一涌東段、中山至四涌西段)加固達(dá)標(biāo)工程位于廣州市南沙區(qū)，聯(lián)圍內(nèi)9條河涌聯(lián)通，總長159.3km。現(xiàn)有防洪工程包括42座水閘和外江堤防。堤防基礎(chǔ)沒有進(jìn)行處理，導(dǎo)致長期運(yùn)行后堤身沉陷較大，并且早年設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，堤身斷面單薄。

本工程范圍內(nèi)總堤線長8800m，加固達(dá)標(biāo)總長8000m，新設(shè)計(jì)的加固防洪標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇，海堤級(jí)別為1級(jí)，主要建筑物為1級(jí)。

2 水利工程加固存在的問題

2.1 急于建設(shè)，缺乏合理規(guī)劃

國內(nèi)經(jīng)濟(jì)法為水利工程的建設(shè)提供了充足的資金支持，為滿足人民在生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉等多方面的用水需求，國內(nèi)在近年來開展了大量水利工程及相關(guān)設(shè)施的建設(shè)工作，但在建設(shè)期間缺乏對(duì)整體規(guī)劃工作的思考，因急于建設(shè)導(dǎo)致后續(xù)的改造維護(hù)面臨風(fēng)險(xiǎn)，并且增加了運(yùn)維的成本[2]。

2.2 質(zhì)量把控不到位

由于上世紀(jì)對(duì)水利工程建設(shè)工作的重視，國內(nèi)現(xiàn)存的大量水利工程是在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不完善的情況下建設(shè)完成的，以為工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)難以滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求，而且部分工程在長期使用且缺乏維護(hù)的情況下產(chǎn)生了影響力的隱患問題，平均質(zhì)量水平把控很不樂觀。

2.3 施工工期延長

我國大部分的水利工程在施工前并未出具完整的設(shè)計(jì)方案，邊設(shè)計(jì)邊施工的模式導(dǎo)致部分工程的可行性未能提前得到論證，由此引發(fā)了部分工程無法按計(jì)劃完成或與當(dāng)前環(huán)境不適應(yīng)等情況，部分工程因進(jìn)度拖延到一些零部件長期受外界環(huán)境腐蝕出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，后續(xù)雖然完成了工程的建設(shè)，但整體質(zhì)量和使用壽命均受到影響。

3 工程加固技術(shù)及質(zhì)量控制

3.1 塑料排水板加固

采用豎向排水的方法在地基中鋪設(shè)塑料排水板，從而使得既有地基的邊界因縱向排水通道而改變，使得孔隙水有了更多的排出渠道。由于荷載作用下軟土地基中的水分經(jīng)過排水芯板快速排出加快軟土的固結(jié)。

1)深溝清理：施工人員需要對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行清洗、整平、碾壓與砂墊層鋪設(shè)等場地處理個(gè)，同時(shí)做好排水溝的挖設(shè)工作，確認(rèn)無誤后方可開展塑料排水板施工。

2)砂墊層施工：由于基坑內(nèi)表層土屬軟土地基，考慮施工機(jī)械需要，根據(jù)承載計(jì)算，采用混合料排水墊層，砂墊層的坡底及防護(hù)沿道開展1層透水布的縱向鋪設(shè)工作，同時(shí)需要在透水布上方利用中粗砂沙袋防護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂料流失問題的規(guī)避[3]。

3)測驗(yàn)計(jì)量放樣：放樣人員需要確認(rèn)砂墊層壓實(shí)后開展施工，放樣點(diǎn)位需要與設(shè)計(jì)要求一致，嚴(yán)格把控個(gè)孔位的放樣精度并做好標(biāo)記，同時(shí)繪制相應(yīng)的插板分區(qū)點(diǎn)位圖。

4)定位：在插帶機(jī)就位后，手動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)架的垂直度，插入塑料排水板在空心管中，要求與樁位對(duì)中。

5)下插排水扳：插入淤泥下臥層22m，在插設(shè)中若出現(xiàn)回機(jī)的即可拔管。

6)割帶：拔管后進(jìn)行人工割斷排水板。

3.1.1 堆載預(yù)壓監(jiān)測及質(zhì)量監(jiān)測

1)沉降觀測：通過沉降設(shè)備的調(diào)測，可以知道的軟土層在荷載作用下沉降與時(shí)間的兩者關(guān)系，從而去控制整個(gè)施工計(jì)劃，推測計(jì)算軟土結(jié)固度，判斷加固效果。

2)孔隙水壓：想要知道地基強(qiáng)度，就要憑借孔隙的水壓趨勢規(guī)律曲線，推斷地基平均固結(jié)度，從而掌控施工的進(jìn)度。

3)沉降板測試：沉降桿需要是在土工布上可延長加長的，連接到堆載預(yù)壓頂面以上1m處為止，每一節(jié)長度為1.5m。從埋設(shè)那天起，施工堆載過程中每一天觀測一次，任務(wù)結(jié)束后每3日觀測一次，直至卸載完畢一個(gè)星期結(jié)束所有觀測。

4)深層沉降、孔隙水壓：在插板完成之后，在所有填土工作開始之前進(jìn)行埋設(shè)。并且觀測淤泥在預(yù)壓期間的加固變形、水壓力的消散規(guī)律和水位的變化，從而分析超孔隙水壓力的消散情況。計(jì)算地基固結(jié)度的平均值，地面固結(jié)沉降量、剩余沉降量等方面，為確定卸載時(shí)間提供有力依據(jù)[4]。

3.1.2 質(zhì)量控制措施

原材料進(jìn)入施工區(qū)域需要有塑料排水板出廠合格證以及鑒定書。在每批排水板到達(dá)施工地后應(yīng)先進(jìn)行外觀的檢查，檢查無誤后驗(yàn)收。單批次數(shù)量<此數(shù)額時(shí)也應(yīng)抽檢一次，同批次生產(chǎn)的塑料排水板，每20萬m進(jìn)行一次抽樣檢查；按批次分批對(duì)排水板進(jìn)行抽樣檢查，隨機(jī)抽查應(yīng)貫穿于裝機(jī)前和整個(gè)施工過程，對(duì)不合格產(chǎn)品立即停用。再進(jìn)行記錄深度、補(bǔ)打板材的位置和數(shù)量、回帶的根數(shù)和長度等[5]。

3.2 拋石技術(shù)

臨水面堤的腳拋石總量為11萬m3，其中拆除料利用工程量約1300m3，另增購的拋石工程量為109000m3，使用結(jié)合網(wǎng)兜拋投和塊石拋投方法。普通塊石拋石護(hù)腳平臺(tái)高程1.0m、平臺(tái)面寬3.0m，坡面水平寬度為0.000m～26.980m、坡面坡度為1∶1.5～1∶3.0，結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

圖1 典型拋石護(hù)腳斷面

使用稀土合金包PVC網(wǎng)兜混合熱鍍鋅-10%鋁，網(wǎng)線A2.5mm，網(wǎng)孔選用80×100mm，涂塑后A3.5mm；涂塑后A4.2mm，網(wǎng)片邊絲A3.2mm。網(wǎng)兜拋石適用樁號(hào)X4+810～X6+100段，網(wǎng)兜拋石護(hù)面厚0.7m，坡比為1:3，本工程有兩種形式網(wǎng)拋石斷面，結(jié)構(gòu)斷面見圖2。

圖2 拋石護(hù)腳斷面剖面圖

在準(zhǔn)備拋石前需要試驗(yàn)拋投計(jì)劃，然后定位船的位置，其次對(duì)拋石船掛擋，挖掘機(jī)最后再進(jìn)行一次拋投合格后準(zhǔn)備位移下一拋石位置。

1)拋石采用高潮位時(shí)候作業(yè)。在高潮位采用夾板駁船施工，并按石方填筑原則進(jìn)行分層、分段流水階梯式拋填[6]。拋石面平整壓實(shí)采用人工配合機(jī)械理砌緊密，重點(diǎn)抓好理砌施工質(zhì)量，提高圍堤抗沖刷、抗風(fēng)化能力。

2)在塊石裝兜前，預(yù)先制作塊石裝兜模具，模具尺寸為2m×2m×1m。然后把網(wǎng)兜安放在模具內(nèi)，用挖機(jī)裝石達(dá)到0.57 m3后，吊裝上船。

3)拋石采用人工手推車運(yùn)輸塊石進(jìn)行拋投，結(jié)合設(shè)計(jì)要求的塊石拋投參數(shù)施工，現(xiàn)場需要復(fù)測再進(jìn)行個(gè)別位置拋石。方法是用拋石船結(jié)合挖掘機(jī)或者人工拋石的方法進(jìn)行調(diào)整確定，須符合工程實(shí)際情況并保證安全。

3.2.1 拋錨流程及定位

1)拋錨流程：

要保持上下游錨擺布八字形，方便定位船的移動(dòng)。

2)沖距計(jì)算：

在拋石過程中因?yàn)榻姿鞯臎_壓作用，塊石將隨水流向下游移動(dòng)，為確保塊石能夠精準(zhǔn)投至指定區(qū)域，施工人員需要對(duì)塊石漂距僅合理計(jì)算，確保所拋投的塊石能夠愛水流沖壓作用下到達(dá)相應(yīng)位置。塊石拋投時(shí)的沖距可以按下式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

3)定位船拋錨：

工作人員需要在定位船拋錨的基礎(chǔ)上開展定位工作，具體操作時(shí)需要在指定斷面拋投定位船，基于并對(duì)相應(yīng)位置的水深與流速進(jìn)行沖擊參數(shù)的計(jì)算，同時(shí)也需要將裝石船頭部區(qū)域的尺寸作為提前量用于定位船的定位個(gè)，并借助gps進(jìn)行精確定位[7]。

3.2.2 石質(zhì)檢查、計(jì)量和掛擋拋投

1)質(zhì)量的控制：施工人員需要通過檢測試驗(yàn)等防水嚴(yán)格把控石料質(zhì)量，避免應(yīng)用不符合設(shè)計(jì)要求的塊石進(jìn)行水下拋石作業(yè)，杜絕風(fēng)化石、水解、碎石等不合格的石料。網(wǎng)兜填充石料要求堅(jiān)硬、不易風(fēng)化、不易水解、不易碎的卵石或者塊石。塊石強(qiáng)度等級(jí)要求不低于MU40。

2)數(shù)量確定：待抵達(dá)作業(yè)區(qū)域后，進(jìn)行施工監(jiān)督的專業(yè)技術(shù)人員需要對(duì)石料船中的石料方量進(jìn)行測量計(jì)算，為避免計(jì)算結(jié)果存在較大誤差，技術(shù)人員需要對(duì)高度、寬度、長度參數(shù)分別量算8次、4次和2次，取平均值作為方量結(jié)果，計(jì)算期間也需要結(jié)合石質(zhì)、空隙率對(duì)方量結(jié)果進(jìn)行核扣。

3)船的掛擋、拋投：在定位船定位完成的基礎(chǔ)上，施工人員可以將吊裝裝置裝設(shè)于下舷部位，并在拋投過程中注意均勻性，合理控制裝石船的船位間距，保證石塊兒均勻[8]。

3.2.3 質(zhì)量把控

由于拋石施工的主要原材料塊石較為單一，石料的質(zhì)量要按設(shè)計(jì)技術(shù)要求執(zhí)行操作。塊石的粒徑是關(guān)系到工程質(zhì)量好壞的主要技術(shù)指標(biāo)之一，防止河床泥砂淘刷，增強(qiáng)對(duì)河床的護(hù)岸效果；網(wǎng)兜材料供貨前需要提供熱鍍鋅-10%鋁混合稀土合金包鋼絲須提供國家級(jí)實(shí)驗(yàn)室——鹽水噴霧試驗(yàn)(GB/T 10125)1000h以上的試驗(yàn)報(bào)告，其中鍍鋅的腐蝕量≤30g/m2；塊石上船前應(yīng)經(jīng)過質(zhì)檢人員的檢查，項(xiàng)目經(jīng)理需要組織人員對(duì)料場碼頭的石料質(zhì)量進(jìn)行核查，確認(rèn)規(guī)格參數(shù)等符號(hào)設(shè)計(jì)要求后方可裝船；嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)理批準(zhǔn)制度，落實(shí)材料員檢查、施工員檢查、質(zhì)檢員檢查，監(jiān)理工程師確認(rèn)塊石送檢合格后方可使用[9]。

4 工程安全管理

水利工程建設(shè)期間出現(xiàn)的土方開挖和棄土，污染污水和水土生態(tài)進(jìn)行治理。達(dá)到施工對(duì)環(huán)境的最低影響，避免出現(xiàn)因施工導(dǎo)致的環(huán)境生態(tài)破壞、對(duì)現(xiàn)狀地形地貌進(jìn)行保護(hù)，盡量維護(hù)原狀、做好施工防護(hù)圍護(hù)圍擋工程，減小破壞；注重對(duì)水環(huán)境保護(hù)，施工期間發(fā)生的污、廢水體應(yīng)集中處理達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行合理排放，設(shè)置洗車槽、排水設(shè)施；施工中保持現(xiàn)場濕度、控制揚(yáng)塵污染，固體廢料進(jìn)行集中處理；加強(qiáng)施工范圍的綠化保護(hù)、植物損毀應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)處理。

水上作業(yè)人員必須持證上崗，需佩戴安全帽、穿救生衣、系安全帶、穿防滑鞋。施工前應(yīng)對(duì)安全保護(hù)設(shè)施等進(jìn)行檢查，確認(rèn)其完好，方能投入使用，避免因防護(hù)設(shè)施隱患問題引發(fā)事故風(fēng)險(xiǎn)。雨天作業(yè)期間，現(xiàn)場應(yīng)做好防滑、防寒措施，及時(shí)清除施工平臺(tái)上的水。安全防護(hù)措施的變動(dòng)需要在安全負(fù)責(zé)人簽字允許的情況下實(shí)施。

5 結(jié) 論

文章結(jié)合堤防聯(lián)合的現(xiàn)場工程條件和工程現(xiàn)狀，探究了堤防加固中的各項(xiàng)排水加固工藝和地基處理工藝，提出了相應(yīng)的工程質(zhì)量控制方案。采用了塑料板排水加固和拋石護(hù)堤的整體方案，并對(duì)加載的質(zhì)量和拋石護(hù)坡堆砌的工藝進(jìn)行質(zhì)量管控。

受工藝復(fù)雜、事故周期長等問題影響，部分水利工程存在較多質(zhì)量缺陷。為此，需要在施工期間結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況合理應(yīng)用堤壩防滲加固技術(shù)，有效規(guī)避堤壩滲漏等缺陷隱患，確保水利工程功能的可靠發(fā)揮。