復雜條件下條石堤防水毀修復及加固設計

1 引言

20 世紀80～90 年代，我國工程建設原材料匱乏、建設技術水平有限、經濟水平不高，漿砌條石擋墻具有施工工序簡單、建設工期短、工程造價低等特點，因此城市河道防洪工程建設廣泛采用漿砌條石擋墻作為堤防[1]。但受漿砌石擋墻所用材料限制及后期管理維護不到位等原因， 條石擋墻都出現了不用程度的病害，如勾縫砂漿脫落、墻體開裂及垮塌、墻背填土塌陷等現象[2]。 漿砌條石擋墻處于病害中運行，嚴重影響了堤防的安全及周邊居民生命財產安全。

近年來，城市建設快速發(fā)展，更多的市政道路、構筑物及其他配套設施沿河建設完成， 病害條石擋墻安全問題愈發(fā)突出。 現階段，對漿砌條石堤防進行檢測、加固、水毀修復，面臨重要挑戰(zhàn)[3]。本文通過對條石擋墻水毀原因及常見處理措施進行總結， 并運用于成都天府新區(qū)洗瓦堰漿砌條石堤防水毀修復及加固設計。

2 條石堤防病害分析

1）墻背填土高度增加，條石荷載增加，堤防強度及穩(wěn)定性不滿足要求。

由于市政道路等基礎設施建設， 致使擋墻墻背填土高度與原設計不一致，使堤防處于穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。

2）條石風化，砂漿強度降低。漿砌條石堤防采用MU30 石材與M10 砂漿進行組合。 漿砌條石堤防迎水面受河道水位常年陡漲陡落的影響，條石表面處于干濕交替的狀態(tài)極易風化、脫落，石材強度及砂漿黏結強度下降。

3）沖刷嚴重，墻體失穩(wěn)。 隨著城市快速開發(fā)建設，改變了河道原匯水區(qū)域的下墊面，造成河道行洪流量及流速增大，河道的沖刷深度增加， 致使原堤防的埋深不滿足河道沖刷深度要求，進而出現堤防懸空、失穩(wěn)等安全問題。

4）堤防排水孔失效，堤防土壓力增大。 堤防排水孔可以有效降低墻背水壓力，保證堤防的安全性。 堤防的排水孔因墻背反濾層失效，致使排水孔堵塞，墻背地下水無法及時排出，使得墻背水壓力聚增，堤防的受力狀態(tài)發(fā)生較大變化，堤防極易發(fā)生滑動破壞、傾覆破壞。

5）各種配套管線沿河前后實施，多次土體擾動，改變土體參數，難以滿足堤防要求。

3 處理措施

城市條石堤防建設歷史悠久，為保證堤防使用安全，需多方共同發(fā)力，在做好技術檢測、加固和修復的基礎上，需管理部門加強河道管護，嚴格審批。 常見方法主要有拆除重建、注漿加固、河道內支擋加固等方法。

3.1 拆除重建

拆除變形及垮塌段堤防，新建生態(tài)或混凝土堤防。 主要適用于堤防兩側寬闊， 建設條件良好， 無制約構筑物存在的情況。 常見結構主要有重力式擋墻、懸臂式擋墻、衡重式擋墻及U 形墻等，堤防結構形式優(yōu)劣分析見表1。

表1 堤防結構形式優(yōu)劣分析表

3.2 注漿加固

注漿加固主要用于墻體及墻背注漿加固和地基注漿加固。

墻體注漿加固：主要用于條石錯縫，但條石強度仍滿足使用的情況。 通過高壓注高強度水泥漿對條石錯縫進行加固，以實現條石之間良好黏結，提高條石擋墻抗剪。

墻背注漿： 通過對墻背土體進行注漿， 提高土體自穩(wěn)能力，改善土體參數以減少土體對擋墻的土壓力。

墻基注漿： 主要適用于擋墻基礎土體長期水浸泡導致地基承載力降低， 或因沖刷導致條石擋墻不均勻沉降和失穩(wěn)情況。 通過基礎注漿改善土體參數，提高地基承載力及抗沖刷能力，以實現墻體穩(wěn)定。

3.3 內襯加固

在滿足行洪的基礎上進行河道內襯加固， 加固方式可采用U 形墻槽、樁板墻、錨板墻等對行洪影響較小的結構形式進行加固。

4 工程概況

天府新區(qū)是四川省下轄國家級新區(qū)， 新區(qū)發(fā)展全面踐行公園城市理念。 設區(qū)以來， 天府新區(qū)一致致力于公園城市建設，基于河道在保證水安全、水環(huán)境的基礎上，提取文化元素，提升水景觀。

洗瓦堰廣福橋至沈陽路段現狀洗瓦堰， 現狀長度約1 340 m，河道寬度18～20 m（規(guī)劃河寬20 m）。 原設計墻身采用重力式條石擋墻，墻基采用C20 埋石混凝土，墻高3.5 m，堤頂至小區(qū)或市政道路坡高約3～4 m，按照不陡于1∶2 放坡進行銜接。 但現狀經復核，條石堤防高約3.5 m，堤頂至小區(qū)或市政道路坡高4～8 m， 坡度為1∶1～1∶1.5， 坡度及坡高均高于原設計。 據調查，明渠段現狀堤防2018—2020 年期間出現較為嚴重的垮塌現象?？逅稳L約435 m，其中河道左岸垮塌6 段，長度約230 m；河道右岸垮塌2 段，長度約205 m。 結合現場踏勘及檢測情況，現狀堤防主要面臨以下問題：條石及砂漿強度降低、砌體變形錯縫、勾縫砂漿剝落、沖刷嚴重等因素致使堤防垮塌。 范圍內現狀垮塌段較多，且沿河鋪設較多重要管線，如石油、燃氣及電力等能源管線，雨、污配套管線。 若繼續(xù)出現垮塌，將嚴重影響小區(qū)安全及市政道路、管線等的正常運行。

原堤防設計：擋墻原設計為重力式漿砌條石擋墻，墻背坡率1∶0.5，墻高3.5 m。 底板采用干砌青條石，厚0.3 m，每5 m設0.6 m 寬漿砌條石加強帶。 邊墻底寬3.2 m，頂寬0.8 m，底板設寬0.5 m、高0.7 m 齒墻。 底板采用1 m 厚C20 埋石混凝土基礎， 設計底板高程以上采用M7.5 水泥砂漿襯砌條石，并對河床進行30 cm 條石干砌處理。

堤防檢測：據現場檢測單位檢測，砂漿強度低于M5；常年浸水，強度降低。

工程地質：（1）地形地貌：項目位于天府新區(qū)，近錦江。 兩岸河堤為條石河堤，河堤頂標高464.42～466.87 m，河堤高度2.6～4.7 m。 河堤上部為河堤邊坡，坡頂標高468.50～472.50 m，河堤邊坡高度3.5～7.2 m。 場地所處地貌單元主要為岷江水系Ⅰ級階地，地貌相對簡單，微地貌不發(fā)育。 （2）地質構造：成都地區(qū)大地構造體系的西部為華夏系龍門山構造帶， 東部是新華夏系龍泉山構造帶； 處于兩構造單元間的成都平原北起安縣、南至名山、西抵龍門山脈、東達龍泉山，慣稱成都坳陷。 項目離工程區(qū)較近的構造為蘇碼頭背斜及李紅塘逆斷層 （發(fā)育于背斜軸部附近），工程區(qū)位于蘇碼頭背斜南東翼，距李紅塘斷層直線距離約4 km。 （3）場地地震效應：抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計特征周期0.45 s，設計地震分組為第三組。

地層巖性：據地勘揭露，地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）及白堊系灌口組泥質砂巖（K1-2j）。填土層主要為雜填土和素填土，回填時間較短，約3～4 年，欠固結，厚約7～10 m。 第四系全新統(tǒng)沖積層：（1）粉質黏土：灰黃色，軟塑為主，濕，含鐵、錳質氧化物及其斑痕，分布較連續(xù)。（2）卵石：黃灰、灰色，一般粒徑4～9 cm，部分粒徑大于12 cm，卵石含量約55%～80%，卵石以弱風化為主，地性較好。 白堊系灌口組泥質砂巖：泥質砂巖。 （3）強風化礫巖：灰色，礫狀、塊狀結構，由卵石及礫石組成，磨圓較好。 以泥質膠結為主，局部為鈣質膠結。 基巖裂隙發(fā)育，巖體完整程度為較破碎～較完整。堤背地質多為填土，地性較差。

管線：沿線主要有市政基礎配套管線、高壓輸氣管線、電力隧道、架空通信線、架空電力線及其他特殊管線。 管線眾多，據堤背較近，管線保護要求高，不具備開挖實施條件。 其分布范圍詳見表2。

表2 堤防沿線現狀管線基本情況一覽表

本項目經多次與政府管理部門、 建設業(yè)主單位及管線產權單位對接，在滿足各管線的保護需求的前提下，確定最終建設方案： 左岸采用樁板墻及錨板墻對現狀條石擋墻進行加固及恢復，避免開挖對現狀擋墻、管線、線塔及市政道路的影響。實施方案：（1）樁板墻：采用C30 樁板墻作為堤防主體結構，承擔坡體土壓力。 樁徑1.2 m， 樁中心間距4 m， 擋土板厚度為0.3 m，冠梁1.4 m×1.0 m。樁基下部采用鋼護筒進行護壁，避免塌落。 樁基上部采用鋼模板施工，以保證樁基光滑滿足景觀需求。 上部樁基實施后進行擋土板施工，并用透水性材料進行填充。 （2）錨板墻：用于末端堤岸為基巖段，側向土壓力小，主要采用錨板墻進行坡岸加固，防沖蝕、沖刷造成岸坡失穩(wěn)。 施工前，清理現場岸坡基巖面，設置50 cm 厚錨板，采用土釘進行錨固。 對現狀條石擋墻進行錨桿施工，錨桿跳位施工，待錨桿施工完成后，增設泄水孔，并預埋PVC 排水管。 利用現狀條石擋墻作為模板，綁扎鋼筋并進行澆筑。

5 結語