深圳地區(qū)水質(zhì)提升工程中擋墻修復(fù)方法及應(yīng)用

李經(jīng)緯

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院第三設(shè)計(jì)院，上海市 200092）

0 引言

近年來，深圳各區(qū)嚴(yán)格落實(shí)中央環(huán)保督察整改要求，全力推進(jìn)各項(xiàng)治水提質(zhì)工作，水環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善。在水質(zhì)提升工程中，對(duì)河道隱患情況進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)河道沿線存在大量老舊擋墻，且多為漿砌石結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于擋墻自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，多出現(xiàn)砂漿流失、樹根侵入、局部破壞、坍塌、裂縫、鼓凸等安全隱患。另外，河道沿線多位于人流密集區(qū)域，人類活動(dòng)和工程建設(shè)比較活躍，擋墻受到不同程度的人為損壞或者后期改造。因此，擋墻的工程質(zhì)量狀況普遍較差，需及時(shí)進(jìn)行綜合整治，并對(duì)已發(fā)現(xiàn)的隱患采取應(yīng)急措施，確保人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

由于水質(zhì)提升工程中涉及的河道擋墻數(shù)量眾多，擋墻自身狀況良莠不齊，全部進(jìn)行修復(fù)，經(jīng)濟(jì)上不合理，也沒有必要。因此，檢測(cè)單位需要先對(duì)現(xiàn)狀擋墻的狀況進(jìn)行排查，根據(jù)排查成果找出存在的安全隱患。同時(shí)，結(jié)合相關(guān)分析計(jì)算，對(duì)現(xiàn)狀擋墻的工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，給出擋墻修復(fù)建議，有針對(duì)性地進(jìn)行修復(fù)。

1 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與方法

檢測(cè)單位對(duì)現(xiàn)狀擋墻的工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)的步驟如圖1 所示。

圖1 工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)步驟

1.1 隱患點(diǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

本文中的隱患點(diǎn)僅指河道現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)的顯性隱患。根據(jù)危害性、危險(xiǎn)性、重要性、治理的緊迫性等因素進(jìn)行綜合分類，主要為處置現(xiàn)有隱患方案提供依據(jù)，便于及時(shí)、合理地解決隱患問題，同時(shí)為擋墻的整體安全性分級(jí)提供參考。

隱患點(diǎn)等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）A 類：一般隱患。隱患一般，需密切關(guān)注發(fā)展動(dòng)態(tài)，選擇性治理。

（2）B 類：較大隱患。隱患嚴(yán)重，需及時(shí)巡查監(jiān)測(cè)，后續(xù)治理。

（3）C 類：重大隱患。隱患特別嚴(yán)重，需及時(shí)重點(diǎn)治理。

1.2 鑒定段分段標(biāo)準(zhǔn)

鑒定段分段是后續(xù)擋墻修復(fù)設(shè)計(jì)方案范圍的依據(jù)。為防止出現(xiàn)重大隱患點(diǎn)為一小段，分段過粗導(dǎo)致大段擋墻納入整治范圍，造成過度設(shè)計(jì)的情況，鑒定段由粗到細(xì)進(jìn)行了三級(jí)分區(qū)。分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）一級(jí)分區(qū)主要是以結(jié)構(gòu)形式、建造年代、擋墻高度和尺寸為依據(jù)進(jìn)行區(qū)域劃分。分區(qū)類型主要包括漿砌石擋土墻、混凝土擋土墻、石籠生態(tài)護(hù)坡、自然岸坡等。

（2）二級(jí)分區(qū)主要是在一級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上根據(jù)河岸塌滑區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物和人流密集程度的不同進(jìn)行二級(jí)分區(qū)。分區(qū)類型主要包括房屋、車行道、綠化帶和空地等。

（3）三級(jí)分區(qū)是根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的隱患點(diǎn)密集程度進(jìn)行分區(qū)。分區(qū)類型主要包括隱患密集或綜合隱患等級(jí)為C 類的區(qū)域、隱患點(diǎn)較密集或綜合隱患等級(jí)為B 類的區(qū)域、隱患點(diǎn)較少或綜合隱患等級(jí)為A 類的區(qū)域。

對(duì)于臨河房屋的影響，塌滑區(qū)范圍以內(nèi)的房屋予以考慮，塌滑區(qū)以外的房屋不予考慮，塌滑區(qū)以內(nèi)地段的堤防結(jié)構(gòu)安全等級(jí)應(yīng)適當(dāng)降低，塌滑區(qū)范圍L按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）3.2.3節(jié)公式確定。公式如下：

式中：L 為邊坡坡頂塌滑區(qū)外緣至坡底邊緣的水平投影距離，m；H 為邊坡高度或擋墻高度；θ 為坡頂無荷載時(shí)邊坡的破裂角，°；對(duì)直立土質(zhì)坡可取45°+φ/2，對(duì)斜面土質(zhì)坡可?。é?φ）/2。其中，φ 為土體的內(nèi)摩擦角，β 為坡面與水平面的夾角。對(duì)巖質(zhì)邊坡可按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013） 第6.3.3和6.3.4 條確定。

1.3 鑒定段工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

鑒定段工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)是根據(jù)隱患點(diǎn)處的外觀調(diào)查、物探檢測(cè)，以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、取樣鉆探（標(biāo)貫、動(dòng)探）、強(qiáng)度檢測(cè)、抽芯檢測(cè)、斷面測(cè)量等綜合手段對(duì)河道擋墻進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、計(jì)算復(fù)核等得出的工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)。各分級(jí)類別與標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 鑒定段工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 水質(zhì)提升工程中常用的擋墻修復(fù)方法

對(duì)河道擋墻現(xiàn)狀進(jìn)行排查后發(fā)現(xiàn)，主要存在以下問題：

（1）工程地質(zhì)勘察深度不足或無勘探成果時(shí)，容易造成擋墻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)偏差。工程建設(shè)中因工程施工質(zhì)量監(jiān)督不到位，施工方?jīng)]完全按設(shè)計(jì)圖紙施工，如對(duì)軟基或地質(zhì)軟弱破碎帶處理不徹底，擅自更改墻背回填土材料、簡(jiǎn)化排水構(gòu)造、改變分縫間隔、改變填縫材料等，給擋墻留下安全隱患[1]。擋墻墻頂和墻后地面荷載設(shè)計(jì)時(shí)都有控制要求，由于管理不到位，擋墻運(yùn)行期間經(jīng)常出現(xiàn)墻頂和墻后地面長(zhǎng)期堆放大于設(shè)計(jì)荷載的貨物或通行大于設(shè)計(jì)活荷載的車輛等情況，對(duì)擋墻安全造成不利影響。

（2）深圳地區(qū)正在實(shí)施的水質(zhì)提升工程是黑臭水體整治工程的延續(xù)。該工程要保障水體的三大功能，即生物凈化功能、生態(tài)景觀功能和泄洪排澇功能。首先，污水要全部截留，初雨等面源污染也要有控制措施。其次，補(bǔ)水要充足，要建立自然生態(tài)系統(tǒng)，形成自然生態(tài)凈化功能與景觀。最后，還要清除底泥，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

建立自然生態(tài)系統(tǒng)，就要建立生態(tài)護(hù)坡或者生態(tài)擋墻，避免“三面光”現(xiàn)象（即河底和兩側(cè)護(hù)岸全部硬化），最大限度地保留堤岸生態(tài)景觀。然而，現(xiàn)存的大量老舊擋墻多數(shù)是漿砌石結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與建立自然生態(tài)系統(tǒng)的要求不符，所以對(duì)檢測(cè)后建議拆除重建且有條件實(shí)施的老舊擋墻，建議拆除重建生態(tài)擋墻。

2.1 生態(tài)擋墻型式

生態(tài)擋墻一般采用柔性結(jié)構(gòu)，常用的、經(jīng)濟(jì)性較好的生態(tài)擋墻型式有加筋土擋墻（含自嵌式、預(yù)制箱式、混凝土框格砌塊擋墻）和格賓網(wǎng)箱擋墻等。

加筋土擋墻是一種新型的擬重力式結(jié)構(gòu)，主要依靠擋土塊塊體、填土通過加筋帶連接構(gòu)成的復(fù)合體自重來抵抗動(dòng)靜荷載。加筋土擋墻設(shè)計(jì)方案曾成功用于南京明城墻修復(fù)工程，城墻內(nèi)側(cè)場(chǎng)地狹小、地基情況較差，與本次擋墻修復(fù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況類似。工程實(shí)踐證明，該方案能夠有效地減小對(duì)城墻的土壓力作用，提高城墻的穩(wěn)定性。同時(shí)，由于其占地少，使城墻周圍住宅等建筑的整體環(huán)境得到了保護(hù)，是一種比較好的方案[2]。

加筋土擋墻典型型式如圖2 所示。

圖2 加筋土擋墻典型斷面

格賓網(wǎng)箱擋墻是一種重力式擋墻結(jié)構(gòu)，通過向經(jīng)過防腐的金屬絲網(wǎng)箱中填充石塊并逐層壘加形成了一個(gè)柔性的、透水的整體。

格賓網(wǎng)箱擋墻整體性好，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地基的不均勻沉降，抵抗一定的水流沖刷，而且施工容易、造價(jià)便宜。采用天然材料填筑網(wǎng)箱，易于植被生長(zhǎng)，能夠很好地與周圍的自然環(huán)境相互融合，具有良好的生態(tài)效應(yīng)[3]。

格賓網(wǎng)箱擋墻典型型式如圖3 所示。

圖3 格賓網(wǎng)箱擋墻典型斷面

2.2 土釘掛網(wǎng)面板方案

土釘掛網(wǎng)面板方案是一種原位土體加筋技術(shù)，將墻后邊坡通過由鋼筋制成的土釘進(jìn)行加固，同時(shí)配合一定的土體注漿加固，能滿足擋墻的個(gè)體安全和整體安全。其構(gòu)造為設(shè)置在坡體中的加筋桿件與其周圍土體牢固黏結(jié)形成的復(fù)合體，以及面層所構(gòu)成的類似重力擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著面板剛度的增加，擋墻的穩(wěn)定性能越好，整體變形越小[4]。

土釘掛網(wǎng)面板方案適用于擁擠區(qū)的擋墻修復(fù)。受用地紅線、現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物、現(xiàn)狀管網(wǎng)等條件限制，現(xiàn)狀擋墻墻頂和墻后無良好的施工空間，無法采用大開挖的施工方式時(shí)，該方案能經(jīng)濟(jì)、有效地修復(fù)擋墻。

為滿足截流污水、控制初雨等面源污染的要求，水質(zhì)提升工程中往往沿著河道擋墻設(shè)置沿河截污管，將截流的污水通過沿河截污管送入城市污水處理系統(tǒng)。為減輕“三面光”問題，修復(fù)的老舊擋墻可采取在墻前設(shè)置種植槽等措施，提升堤岸的生態(tài)景觀。

土釘掛網(wǎng)面板方案典型斷面如圖4 所示。

圖4 土釘掛網(wǎng)面板方案典型斷面

2.3 L 型樁墻結(jié)合方案

L 型樁墻結(jié)合加固機(jī)制是由鋼筋混凝土抗滑樁和擋土板組成輕型擋土墻。抗滑樁錨入地下部分截面呈圓形或者矩形，伸出地表部分截面呈T 形。擋土板通常為預(yù)制平板、現(xiàn)澆板或拱板。擋土板把墻后壓力傳遞到伸出地表的抗滑樁上，然后借助深埋地下的抗滑樁的錨固作用來穩(wěn)定擋土墻。

L 型樁墻結(jié)合方案適用條件與土釘掛網(wǎng)面板方案類似，但該方案可以通過微型樁來提高整體穩(wěn)定性。擋墻懸臂段一般不宜超過12 m。懸臂段高度過大，結(jié)構(gòu)承擔(dān)的土壓力和產(chǎn)生的樁頂位移會(huì)大幅增大，不利于邊坡穩(wěn)定；而加大樁身尺寸或減小樁間距，又增加了工程投資。對(duì)于高度超過12 m 的擋墻，可在墻身設(shè)置錨桿（索）共同抵抗土壓力，錨桿（索）樁板擋墻高度不宜大于25 m。

L 型樁墻結(jié)合方案典型斷面如圖5 所示。

圖5 L 型樁墻結(jié)合方案典型斷面

2.4 裂縫缺陷修補(bǔ)方案

檢測(cè)單位在排查中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀擋墻普遍存在裂縫缺陷，給擋墻安全帶來隱患。產(chǎn)生裂縫的原因有很多，比如：基礎(chǔ)土質(zhì)條件差別大，導(dǎo)致不均勻沉降；施工質(zhì)量差，混凝土鋼筋保護(hù)層偏小，施工時(shí)混凝土表面失水引起干縮；墻后排水不暢，在高水位滲流作用下，砂漿被掏空等[5]。根據(jù)裂縫出現(xiàn)的部位可以分為表面裂縫和內(nèi)部裂縫，其修補(bǔ)方法見表2。

表2 裂縫缺陷修補(bǔ)方案一覽表

3 水質(zhì)提升工程中擋墻修復(fù)實(shí)例

3.1 工程概況

深圳某區(qū)一處河道擋墻長(zhǎng)約90 m，河道走向?yàn)槲髂现翓|北，矩形復(fù)式斷面，頂寬32 m，底寬16.4 m。河道現(xiàn)狀擋墻高約4.0 m，漿砌石結(jié)構(gòu)，墻頂區(qū)域存在民房、圍墻等建筑。河道岸坡坡腳處設(shè)有截污管，混凝土包封管結(jié)構(gòu)，管徑DN800?，F(xiàn)場(chǎng)照片如圖6 所示。

圖6 河道現(xiàn)狀擋墻照片

檢測(cè)單位通過外觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該擋墻整體情況很差，存在砂漿失效、異物、鼓凸、裂縫、砂漿松散等多種隱患。根據(jù)鉆孔勘探揭露及動(dòng)探、標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果，墻后填土分三層：（1）素填土，厚度3.0～3.9 m，松散～稍密；（2）全風(fēng)化砂巖，厚度2.0～2.6 m，稍密～中密；（3）強(qiáng)風(fēng)化砂巖，未揭穿，揭露厚度3.0～3.5 m，中密，墻后回填質(zhì)量較好。根據(jù)人工釬探檢測(cè)結(jié)果，河道采用天然護(hù)底，河床有淤積現(xiàn)象，淤積較均衡，淤積厚度為0.3 m 左右，無水流下切形成的深槽區(qū)域。

綜上所述，該段擋墻工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)為Czl-3級(jí)。檢測(cè)單位建議拆除墻上構(gòu)筑物，加固擋墻，修建圍欄，定期清理表面雜草。

3.2 設(shè)計(jì)方案

本工程最先考慮的是拆除重建生態(tài)擋墻的設(shè)計(jì)方案，但由于該段河道擋墻墻頂處建有居民房屋和工廠，現(xiàn)場(chǎng)不具備拆除重建的條件。因此，綜合考慮可實(shí)施性、結(jié)構(gòu)安全、對(duì)周圍環(huán)境的影響、投資經(jīng)濟(jì)合理等因素，最終采用土釘掛網(wǎng)面板方案修復(fù)擋墻。同時(shí)，在該河道沿線設(shè)置沿河截污管，將截流的污水送入城市污水處理系統(tǒng)；在墻前設(shè)置種植槽，提升堤岸生態(tài)景觀效果。

土釘掛網(wǎng)面板設(shè)計(jì)方案為緊貼現(xiàn)狀擋墻墻面新建鋼筋混凝土面板，高3.37 m，厚0.3 m。面板采用C35 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻面進(jìn)行壓模處理。面板設(shè)計(jì)水平向間距1.0 m，豎向間距為1.0 m 的土釘，單根土釘長(zhǎng)度為3.0 m，采用直徑20 mm 鋼筋土釘，入射角為15°。本項(xiàng)措施土釘加固范圍不超河道管理范圍線，土釘在堤頂以下0.6 m 處開始施打（確保遠(yuǎn)離現(xiàn)狀建筑物）。同時(shí)，為修復(fù)墻體深層裂縫，對(duì)墻體進(jìn)行注漿加固，在墻體適當(dāng)位置布置鉆孔，采用純水泥漿液，水灰比為0.4～0.5，注漿壓力為0.2～0.5 MPa。

本工程河道擋墻修復(fù)典型斷面如圖7 所示。

圖7 河道擋墻修復(fù)典型斷面（單位：mm）

3.3 穩(wěn)定性分析

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013）和巖土規(guī)范的規(guī)定，確定本次擋墻計(jì)算所選用的工況。依照3 種不同的組合，工況確定情況如下：

（1）基本組合：設(shè)計(jì)洪水工況、水位驟降工況。

（2）特殊組合Ⅰ：施工工況。

（3）特殊組合Ⅱ：地震工況。

因此，計(jì)算中主要針對(duì)設(shè)計(jì)洪水工況、水位驟降工況、施工工況、地震工況進(jìn)行分析。

3.3.1 各工況穩(wěn)定安全系數(shù)

本段河道堤防工程級(jí)別為3 級(jí)。因此，各工況穩(wěn)定安全系數(shù)如下：

（1）擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合按照1.25控制，特殊組合Ⅰ、特殊組合Ⅱ分別按照1.10 和1.05控制。

（2）擋土墻抗傾覆安全系數(shù)基本組合按照1.50 控制，特殊組合Ⅰ、特殊組合Ⅱ分別按照1.40 和1.30控制。

（3）擋土墻基底應(yīng)力的最大值與最小值之比的允許值基本組合、特殊組合Ⅰ、特殊組合Ⅱ分別按照2.0 和2.5 控制。

（4）邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合按照1.30 控制，特殊組合Ⅰ、特殊組合Ⅱ分別按照1.20 和1.15控制。

3.3.2 各工況擋墻前后水位

設(shè)計(jì)洪水工況：河道正常行洪，擋墻墻前水位取河道設(shè)計(jì)洪水位54.77 m（50 a 一遇洪水位），墻后水位取同高水位。

水位驟降工況：河道行洪期間水位驟降，擋墻墻前水位取河道常水位50.77 m，墻后水位取河道設(shè)計(jì)洪水位54.77 m。

施工工況：擋墻墻前、墻后為無水狀態(tài)。

地震工況：擋墻墻前水位取河道常水位50.77 m，墻后水位取同高水位。

3.3.3 土層參數(shù)選取

根據(jù)本項(xiàng)目地勘報(bào)告成果，土層主要參數(shù)見表3。

表3 土層參數(shù)建議值（1）

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（廣東省標(biāo)準(zhǔn)）（DB J15-31—2016）表5.2.6，土體與錨固體摩阻力特征值建議值見表4。

表4 土層參數(shù)建議值（2）

3.3.4 穩(wěn)定性計(jì)算

采用南京庫(kù)倫技術(shù)有限公司GEO5 軟件“重力式擋土墻設(shè)計(jì)模塊”“土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析模塊”進(jìn)行計(jì)算。采用CAD 成果設(shè)計(jì)方案圖紙，結(jié)合地下水位取值和地勘土層分布情況，以設(shè)計(jì)斷面為基礎(chǔ)導(dǎo)入軟件擬合實(shí)際情況建模計(jì)算，邊坡穩(wěn)定分析模型如圖8 所示。

圖8 GEO5 軟件電算邊坡穩(wěn)定分析模型界面

經(jīng)電算分析，該段擋墻設(shè)計(jì)斷面安全系數(shù)結(jié)果見表5、表6。

表5 擋墻抗滑、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)

表6 擋墻基底應(yīng)力比和邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

從表5、表6 中可以看出，擋墻抗滑、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)、擋墻基底應(yīng)力比、邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)都滿足規(guī)范要求。因此，該修復(fù)方案結(jié)構(gòu)上是安全可行的。

4 結(jié) 語

（1）深圳地區(qū)水質(zhì)提升工程中遇到的擋墻修復(fù)問題，檢測(cè)單位需對(duì)現(xiàn)狀擋墻的狀況進(jìn)行排查，找出存在的安全隱患，采用外觀調(diào)查、物探檢測(cè)等綜合手段對(duì)隱患點(diǎn)進(jìn)行分析，從而對(duì)擋墻工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，給出擋墻修復(fù)建議，有針對(duì)性地進(jìn)行修復(fù)。

（2）檢測(cè)后，對(duì)建議拆除重建且有條件實(shí)施的老舊擋墻，建議拆除重建生態(tài)擋墻。對(duì)建議修補(bǔ)的老舊擋墻，土釘掛網(wǎng)面板方案和L 型樁墻結(jié)合方案較為常用。水質(zhì)提升工程中往往沿著河道擋墻設(shè)置沿河截污管，將截流的污水通過沿河截污管送入城市污水處理系統(tǒng)。修復(fù)的老舊擋墻可采取在墻前設(shè)置種植槽等措施，提升堤岸的生態(tài)景觀。

（3）土釘掛網(wǎng)面板方案和L 型樁墻結(jié)合方案實(shí)施時(shí)都是整段擋墻一并整治。對(duì)于以輕微破損、裂縫等病害為主的老舊擋墻，雖然鑒定段已進(jìn)行三級(jí)分區(qū)，盡可能減少過度設(shè)計(jì)的情況，但這兩種方案的工程投資還是比較大的。所以，這類擋墻可采取文中的裂縫缺陷修補(bǔ)方案，既可達(dá)到較好的修復(fù)效果，又能節(jié)省工程造價(jià)。