淺談梧州河?xùn)|防洪堤堤基加固設(shè)計方案選擇

畢樹根 李能淼 中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司

河?xùn)|防洪堤是梧州市乃至珠江流域防洪工程體系重要組成部分。項目分期實(shí)施，一期工程堤防采用鋼筋混凝土防洪墻[1]型式，建成后歷經(jīng)多次洪水，尤其是2005年超百年一遇洪峰考驗(yàn)，為保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全、保障地區(qū)和流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要作用。二期工程在一期工程現(xiàn)狀基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)堤防的全面達(dá)標(biāo)，堤基加固是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。文獻(xiàn)[2][3]對一期工程堤基水平承載力及堤基加固作了研究與分析，提出了初步思路，本文在上述研究成果基礎(chǔ)上，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，進(jìn)一步論述二期達(dá)標(biāo)工程堤基加固設(shè)計方案選擇，本文僅對河?xùn)|防洪堤桂江段堤基加固方案進(jìn)行論述。

1.工程概況

河?xùn)|防洪堤達(dá)標(biāo)加固工程位于梧州市河?xùn)|區(qū)桂江東岸和西江北岸，呈半圓狀拱衛(wèi)河?xùn)|城區(qū)，全長約3.58km，主要建筑物包括防洪墻、排澇泵站、排澇閘、交通閘、堤后集水渠和護(hù)岸工程等。（見圖1）工程分期實(shí)施，一期工程按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，于2003年9月30日完工；二期工程按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，遠(yuǎn)景結(jié)合上游龍灘、大藤峽水庫樞紐的建設(shè)，防洪標(biāo)準(zhǔn)可提高到100年一遇，主要建筑物級別為1級。

圖1 梧州河?xùn)|防洪堤一期工程現(xiàn)狀

2.堤基工程地質(zhì)條件

河?xùn)|防洪堤坐落在一級階地的前緣及部分漫灘之上，沿線覆蓋層為第四系人工堆積層（Qs）、沖積層（Qal）、殘積層（Qel）；下伏基巖為寒武系水口群上亞群上組（∈sh33）之砂巖夾砂頁巖。巖土自上而下依次為：①人工填土、② 粉土、③淤泥質(zhì)粘土、④ 粉質(zhì)粘土（包括粘土夾砂）、⑤ 含泥砂層、⑥ 砂卵礫石（含中粗砂層）、⑦ 殘積粘土；基巖根據(jù)風(fēng)化狀態(tài)分為：⑧ 全風(fēng)化帶砂巖、⑨ 強(qiáng)風(fēng)化帶砂巖、⑩ 弱風(fēng)化帶砂巖。人工填土層廣泛分布，以雜填土為主，含少量素填土，均為松散堆積層，厚度變化大，一般厚3m～9m，最大厚13m，分布雜亂，土質(zhì)松散，孔隙比大，壓縮性高，強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，透水性強(qiáng)，且極不均一。（見表1）

表1 桂江堤段堤基巖土參數(shù)地質(zhì)建議值

一期工程建成后，歷經(jīng)多次洪水尤其是2005年6月23日的超百年一遇洪峰考驗(yàn)，于2008年對桂江段進(jìn)行應(yīng)急加固[2]，重點(diǎn)對桂江段堤基樁周雜填土層進(jìn)行充填灌漿。灌漿后，標(biāo)貫試驗(yàn)成果顯示填土層強(qiáng)度比灌漿前增加約29%；滲透試驗(yàn)成果顯示填土層滲透性比灌漿前減小約100倍；物探測試成果顯示填土層視電阻率比灌漿前增加約10倍；強(qiáng)度值測試成果顯示填土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（m）標(biāo)準(zhǔn)值，比灌漿前提高了約42.4%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果表明，充填灌漿對雜填土層固強(qiáng)、防滲、增密作用較大。

3.堤基加固方案選擇

本文重點(diǎn)對河?xùn)|防洪堤桂江段堤基加固方案進(jìn)行論述。

3.1 堤基加固原則

1）河?xùn)|防洪堤采用防洪墻擋水，堤基采用樁基。經(jīng)研究分析，二期工程按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，堤防抗滑、滲透穩(wěn)定基本滿足規(guī)范要求，然而，防洪堤水平承載力不足。加強(qiáng)承臺的剛度和整體性，使群樁、承臺整體協(xié)同工作，提高防洪堤水平承載力是堤基加固的重點(diǎn)。

2）河?xùn)|防洪堤歷經(jīng)多次洪水尤其是2005年6月23日的超百年一遇洪峰考驗(yàn)后，堤基樁周雜填土層已存在塑性變形，改善樁間及堤后雜填土層物理力學(xué)指標(biāo)，可進(jìn)一步提高樁基水平承載力和堤后被動土壓力的安全儲備，修復(fù)和減小塑性變形損傷，進(jìn)一步有效控制基礎(chǔ)和堤身水平位移。

3）考慮到堤防沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，且桂江段和西江段水平承載力條件不同，因此，桂江段和西江段采用不同的地基加固措施。

4）堤基加固方案應(yīng)有利于施工和節(jié)約投資，同時對現(xiàn)狀堤防運(yùn)行影響小。

3.2 桂江段堤基加固方案選擇

經(jīng)比較分析擬定以下三個堤基加固方案進(jìn)行比選。

1）方案一：阻滑墻+堤后充填灌漿方案。（見圖2）堤后設(shè)置阻滑墻，墻頂通過梁結(jié)構(gòu)與防洪堤墻身連接，以提高防洪堤整體剛度及水平承載力。阻滑墻采用C25鋼筋砼地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，厚1.2m，埋深12m。每隔3.2m布置1道支撐梁，與防洪墻背水側(cè)肋板對應(yīng)。

圖2 堤基加固方案一典型剖面

阻滑墻后6m～7m范圍內(nèi)地基雜填土層進(jìn)行充填灌漿，以進(jìn)一步提高堤后被動土壓力的安全儲備，提高防洪堤水平承載力。阻滑墻后共布置4排灌漿孔，間排距均為1.5m，灌漿深度均以超過雜填土深2m為限。

2）方案二：斜樁方案。堤后設(shè)置冠梁與防洪堤承臺連接，冠梁底部設(shè)置一排鉆孔灌注樁斜樁，以增強(qiáng)防洪堤水平承載力。冠梁高2.0m，寬2.0m，通長布置。灌注樁樁徑1.2m，沿堤軸線方向樁間距2.0m，嵌入弱風(fēng)化砂巖。斜樁作用力集中施加在防洪墻底板及肋板上，肋板過于單薄，故將底板加厚至與冠梁同高，以充分發(fā)揮斜樁作用。

3）方案三：雙排樁+堤后充填灌漿方案。堤后布置兩排鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)置承臺與防洪堤承臺連接，以增強(qiáng)防洪堤承臺整體剛度，提高防洪堤水平抗力。承臺厚0.8m，鉆孔灌注樁樁徑1.0m，沿堤軸線方向樁間距3.2m，垂直堤軸線方向排距3.6m，樁端持力層為砂卵礫石。

灌注樁后約10m范圍內(nèi)地基雜填土層進(jìn)行充填灌漿，以進(jìn)一步提高堤后被動土壓力的安全儲備，提高防洪堤和灌注樁聯(lián)合水平承載力。

由表2可見，方案二采用灌注樁斜樁，在砂卵石堤基施工有一定難度，且樁位布置于原防洪墻堤腳處可能對原有防洪墻基礎(chǔ)造成一定影響；方案三投資最大，且堤后開挖較大，施工期對防洪堤度汛影響較大，加固結(jié)構(gòu)整體剛度較弱。綜合比較推薦采用投資省、開挖少、對度汛影響小的方案一即阻滑墻+充填灌漿方案。

表2 桂江段堤基加固方案綜合比較表

3.3 桂江段防洪堤水平承載力[5]計算

按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，考慮承臺、樁群、阻滑墻、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，計算桂江段防洪堤整體結(jié)構(gòu)水平承載力。樁頂（阻滑墻墻頂）水平位移不大于6mm，m值分別采用9MN/m4和11MN/m4。計算成果詳見表3。

表3 桂江段防洪堤水平承載力計算成果（一個標(biāo)準(zhǔn)單元）

成果表明，設(shè)計洪水工況下，即使不考慮灌漿對人工填土m值的提高作用，阻滑墻+樁群的整體聯(lián)合結(jié)構(gòu)水平承載力已大于防洪堤水平荷載，滿足規(guī)范要求。如考慮m值的提高作用，安全度更高。

4.結(jié)語

梧州河?xùn)|防洪堤地質(zhì)條件復(fù)雜，擋水水頭高，二期工程在現(xiàn)狀一期工程基礎(chǔ)上進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固，需要考慮堤防現(xiàn)狀、運(yùn)行工況、施工及投資等因素。本文綜合考慮上述因素，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦堤基加固設(shè)計方案，較好解決防洪墻堤型水平承載力不足等問題，對類似工程具有重要的借鑒意義。