垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術(shù)在石欄洲堤岸加固工程中的應(yīng)用

陳劍銘

（湖北建科國際工程有限公司嶺南分公司,廣東 廣州 510000）

隨著城市發(fā)展和海岸線改造的需要,確保堤岸的穩(wěn)定性和防滲效果變得至關(guān)重要。垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術(shù)通過形成連續(xù)的垂直樁體和注漿墻,既能夠防止地下水的滲透,又增強了堤岸的抗滑性能,進而加固堤岸。在施工過程中,該技術(shù)具有靈活性高、施工周期短等諸多優(yōu)勢。

1 工程概況

石欄洲海堤于1993 年修建,南起石欄洲,向北連接小香洲后,再向北延伸至現(xiàn)狀海堤末端,總長3366 m,堤頂設(shè)8 m寬搶險通道。工程堤線長度約為3.4 km,距工程較近的水文站為橫琴潮位站,該站位于磨刀門水道左岸,距離工程最北端約1 km,1975 年設(shè)立,觀測至今,為國家站網(wǎng)基本測站。該工程地處南海之濱,北回歸線以南,屬亞熱帶海洋性季風氣候,海洋對本地氣候的調(diào)節(jié)作用十分明顯,雨量充沛,受冬季寒潮及夏、秋季臺風的影響。

在2008 年“黑格比”帶來的狂風大浪對粵西沿海地區(qū)造成了嚴重的危害,石欄洲海堤也遭受了嚴重破壞。2009 年,對珠海市橫琴石欄洲水閘至小香洲海堤實施修復工程,總長約2500 m。繼而在2017 年強臺風“天鴿”在珠海金灣區(qū)沿海地區(qū)登陸,臺風經(jīng)過的廣東中東部海面和南海北部海域出現(xiàn)了6.0 m～10.0 m 的狂浪到狂濤。石欄洲海堤受本次風暴潮襲擊受損嚴重,亟需重整加固。

2 堤岸加固方案確定

為了修復石欄洲海堤受自然環(huán)境襲擊的損傷和破壞,對堤岸進行加固修復,考慮了三種方案：方案一是采用復合土工布截滲施工進行處理；方案二是采用垂直鋪塑加固；方案三是采用攪拌樁截滲墻技術(shù)。

2.1 方案一

為了加固石欄洲海堤采用復合土工布截滲施工方法。該方法主要通過在堤壩內(nèi)部或外部鋪設(shè)復合土工布來增加土體的抗?jié)B性和抗沖刷能力,從而提高堤岸的穩(wěn)定性。首先需要對堤岸附近的土體進行清理和處理,移除雜物和松散土層。在清理后的土面上,鋪設(shè)復合土工布。復合土工布需要使用鋁合金釘、鉚釘、螺栓或焊接等方式進行固定和連接,以確保其牢固性和穩(wěn)定性。在復合土工布的表面可以覆蓋一層適當?shù)谋Ｗo層,如經(jīng)過處理的砂礫、石塊等,以防止太陽光和其他外界因素對土工布的損害。

2.2 方案二

垂直鋪塑是一種常見的加固方法,通過在堤岸的表面垂直鋪設(shè)塑料材料,提高堤岸的抗沖擊和抗侵蝕能力。在進行鋪塑前需要清理處理堤岸表面,確定垂直鋪塑的高度和邊界線,選擇合適的塑料材料,沿著基準線從起點開始垂直鋪設(shè)塑料材料,保持均勻的間隔和重疊長度,并使用固定裝置將其固定在堤岸表面上,接頭處進行特殊處理以確保密封和穩(wěn)固,直至鋪塑至終點后固定和連接最后一片塑料材料,進行整理和處理以保持鋪塑面整齊和完好。完成后,需要定期巡查和維護,及時修復任何松脫、損壞或其他問題。

2.3 方案三

拌樁截滲墻技術(shù)加固堤岸是通過在堤岸內(nèi)部鉆孔并攪拌灌注水泥漿體,形成連續(xù)的墻體結(jié)構(gòu),以提高堤岸的抗?jié)B性能和穩(wěn)定性。該技術(shù)包括勘察和設(shè)計,確定加固區(qū)域和長度,準備施工設(shè)備和材料,進行預(yù)先鉆孔,使用攪拌樁機進行攪拌灌注,形成連續(xù)的墻體結(jié)構(gòu),控制攪拌樁的實施順序和密度,修整墻體表面,最后進行后期維護。在施工過程中,需按照設(shè)計要求和相關(guān)規(guī)范進行操作,并進行必要的維護工作,以確保堤岸加固效果的長期穩(wěn)定和安全性。

2.4 方案確定

上述三種方案各有優(yōu)缺點,詳細分析見表1。

表1 堤岸加固方案優(yōu)缺點對比

綜合考慮石欄洲海堤加固工程的實際情況、施工成本、施工周期及工程的適用性,我們選擇了第二種方案和第三種方案同時對堤岸進行加固,即垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術(shù)。

3 相關(guān)計算

3.1 穩(wěn)定計算

穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法,施工期、水位降落期、地震工況的計算都采用總應(yīng)力法。穩(wěn)定滲流期的指標應(yīng)采用有效指標,排水固結(jié)處理區(qū)的軟土采用CU（固結(jié)不排水）的有效指標,沒有處理的軟土區(qū)取三軸UU（不固結(jié)不排水）指標。

施工期與水位降落期、地震工況的總應(yīng)力指標區(qū)別在于施工期用的是不固結(jié)不排水指標,而水位降落期、地震工況用的是固結(jié)不排水指標。考慮到施工時,排水板是先行施打的,因此,對于施工期排水固結(jié)區(qū)的軟土指標仍然選用了一定固結(jié)度下的不排水指標。其抗拉強度計算公式如下

式中：Ta為材料的許可抗拉強度,kN/m；T 為極限抗拉強度,kN/m；FiD為考慮鋪設(shè)時機械破壞影響系數(shù)；FcR為考慮材料蠕變影響系數(shù)；FcD為考慮化學劑破壞影響系數(shù)；FbD為考慮生物破壞影響系數(shù)。

結(jié)果見表2。

表2 石欄洲海堤抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果表

由表2 可知,進行加固措施后堤岸的穩(wěn)定性和抗滑性均較好,工程在承載力和穩(wěn)定性方面滿足設(shè)計要求。考慮到堤岸的幾何特征和土體力學性質(zhì),可以確定最佳的斷面形狀,以提供足夠的抗滑穩(wěn)定性。

3.2 沉降計算

其沉降計算公式如下：

由于堤段較長,根據(jù)不同堤段的地面情況、地質(zhì)情況及邊界條件,擬將堤身進行如下分段并選取相應(yīng)有代表性的計算斷面,在堤壩沉降計算時按50 年設(shè)計基準期計算。該工程基礎(chǔ)普遍為較深厚淤泥層較軟弱,綜合考慮次計算取沉降修正系數(shù)為1.4。其計算結(jié)果見表3。

表3 沉降計算成果表 單位：m

由表3 可知,堤岸的各斷面的填筑高度、最終沉降量、竣工期沉降、基準期內(nèi)殘余沉降、基準期結(jié)束時沉降結(jié)果均在規(guī)范之內(nèi),且沉降量較小且均勻,滿足設(shè)計要求和規(guī)范,在安全和使用范圍之內(nèi)。表明加固優(yōu)化后的堤岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且安全。

4 垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術(shù)的優(yōu)勢

采用垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術(shù)進行堤岸加固,在石欄洲堤岸加固中有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢,包括防滲效果好、抗滑性能提升、施工靈活性高、施工周期短和經(jīng)濟性較優(yōu)等。即能夠有效地抑制地下水的滲透,從而提供良好的防滲效果。通過在石欄洲堤岸內(nèi)部形成連續(xù)的垂直樁體和注漿墻,有效隔離地下水的流動,減少水的滲透,降低滲透壓力,增加了土壤的抗剪強度,并能夠抵抗外部水壓力的作用,提高了堤岸的穩(wěn)定性,降低了滑移風險。還有很重要的一點是該技術(shù)可以適應(yīng)不同地質(zhì)條件和工程需求,可根據(jù)具體情況選擇樁體的布置密度、注漿材料和工作方式。施工過程中可以根據(jù)需要進行實時調(diào)整和優(yōu)化,以適應(yīng)工程環(huán)境變化的。

5 結(jié)語

垂直鋪塑及攪拌樁截滲墻技術(shù)在石欄洲堤岸加固工程中的應(yīng)用可為類似工程的規(guī)劃和設(shè)計提供有益借鑒和啟示。通過持續(xù)的研究和實踐探索,可以進一步完善和優(yōu)化堤岸加固工程質(zhì)量,以應(yīng)對日益嚴峻的自然災(zāi)害和城市發(fā)展需求,實現(xiàn)可持續(xù)的水利工程建設(shè)和社會發(fā)展目標。