孫慶平 劉長(zhǎng)春

(喀什農(nóng)三師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 844000)

1 工程概況

麥蓋提縣東河灘防洪工程位于麥蓋提縣城西南約4～5km處，工程在葉爾羌河防洪規(guī)劃中樁號(hào)編號(hào)為151+923-163+823，長(zhǎng)度為11.9km。該工程不僅是麥蓋提縣防洪重點(diǎn)工程，也是葉爾羌河重點(diǎn)防洪工程之一。

麥蓋提縣東河灘一期防洪工程從樁號(hào)159+135～161+024(長(zhǎng)1889m)，該段位于河道凹岸，河水對(duì)該段淘刷嚴(yán)重，洪水期間險(xiǎn)情不斷，是多年東河灘防洪的重點(diǎn)。

東河灘一期防洪工程于2003年5月完成初步設(shè)計(jì)，于2005年1月正式開始施工，同年6月底完工。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)洪水流量2590m3/s。

東河灘防洪工程防洪堤沿線一帶地質(zhì)情況為:表層為灰黃色低液限粉土夾低液限黏土層透鏡體，厚約2～4m。其下為河流相沖積砂層，以青灰色粉細(xì)砂為主，抗沖能力很弱。

該工程的重點(diǎn)是堤防基礎(chǔ)防沖處理，受當(dāng)時(shí)資金和基礎(chǔ)施工技術(shù)的限制，原橫斷面設(shè)計(jì)為:

堤防邊坡采取現(xiàn)澆混凝土板加塑膜護(hù)砌，邊坡混凝土板厚15cm，強(qiáng)度等級(jí)為C20?；炷涟逑落佋O(shè)40cm厚河砂墊層，混凝土板與河砂墊層間鋪設(shè)0.5mm厚塑膜，防止水流通過板縫淘砂?；炷涟宄叽鐬?m×3m，分縫縫寬2cm，采取水泥砂漿填縫，每隔10m設(shè)伸縮縫一條，采用塑料膠泥填縫。每隔100m設(shè)現(xiàn)澆混凝土齒墻一條，齒墻寬60cm、深60cm。

堤壩底迎水面采取振動(dòng)沉?；炷涟鍓泳M(jìn)行防沖、防滲護(hù)砌，井柱深20m，井柱直徑0.5m，間距1.7m，振動(dòng)沉?；炷涟鍓ι?2m，板墻厚度20cm。為防止堤壩沖刷后，土壓力作用破壞井柱及混凝土板墻，提高井柱和混凝土板墻的穩(wěn)定性，在井柱、防沖墻后4m處再增加一排井柱，井柱樁深12m，間距3.4m，并通過井柱上部的橫梁與迎水面井柱、混凝土板墻連接，以增強(qiáng)迎水面井柱、防沖墻的穩(wěn)定性。

2010年7月中旬～8月底，東河灘防洪斷面洪峰流量1086m3/s(根據(jù)喀群斷面推算，喀群斷面洪峰流量2360m3/s)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。2010年9月河道主流集中掏刷東河灘防洪工程樁號(hào)159+232～159+752段520m，壩前混凝土護(hù)坡出現(xiàn)塌陷。

2 護(hù)坡塌陷成因分析

洪水退去后，麥蓋提縣水利局組織相關(guān)單位對(duì)水毀塌陷的護(hù)坡段堤基進(jìn)行開挖檢查，從基礎(chǔ)開挖現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，有10處15塊振動(dòng)沉模板缺失，其他護(hù)坡段基礎(chǔ)的振動(dòng)沉模板仍然存在、完好，而且在護(hù)坡塌陷的情況下，井柱(迎水面、背水面)及其間的連接梁仍然完好，并未造成堤基失穩(wěn)、裂縫或位移，說明原設(shè)計(jì)防沖基礎(chǔ)主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，汛后現(xiàn)場(chǎng)照片見圖1:

圖1 完好的柱間橫梁及連接梁

但發(fā)現(xiàn)沉?；炷涟鍓ξ茨馨丛O(shè)計(jì)很好連接成整體，許多板墻間部分出現(xiàn)寬2～5cm的垂直板縫，詳見圖2。

圖2 成墻出現(xiàn)板縫

初步分析:?由于2010年麥蓋提縣東河灘防洪工程經(jīng)歷了大洪水流量，而且歷時(shí)較長(zhǎng)(65天左右)，使主河槽擺向護(hù)岸，造成整條或部分丁壩毀壞，丁壩挑流失效，同時(shí)洪水對(duì)護(hù)岸的沖刷也由切向變?yōu)?0～70度的斜沖，可能使局部沖刷深度大于原設(shè)計(jì)沖刷深度或局部沖刷深度大于6m，墻后土壓力將板推斷(但開挖中未發(fā)現(xiàn)斷板)。這可能是造成振動(dòng)沉模板下沉缺失的原因。也可能是因?yàn)槭┕み^程中，該處沉模施工難度大，實(shí)際成墻深度未達(dá)到設(shè)計(jì)深度，在水流沖刷下下沉缺失;?由于振動(dòng)沉模板間存有縫隙未處理，洪水對(duì)板墻持續(xù)沖刷，使得洪水通過板縫將護(hù)坡混凝土板下的粉細(xì)沙吸出淘空，造成混凝土護(hù)坡面板失穩(wěn)塌陷。

3 加固處理設(shè)計(jì)

3.1 沖刷深度復(fù)核

堤基保護(hù)深度是工程成敗的關(guān)鍵，堤基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算最大局部沖刷深度，最大局部沖刷深度根據(jù)阿爾圖寧公式計(jì)算。

計(jì)算公式:

式中 Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s

B——河床行洪寬度，m

H——設(shè)計(jì)水深，m

K——系數(shù) K=(B/H)0.15=(1050/1.89)0.15=

2.58 ;

RP——波浪爬高，RP=1.2m;

Hmax——最大水深;

E——河水含砂量，葉河汛期含砂量5～6kg/m3，查表E=0.66;

d——河床泥砂粒徑，d=0.01mm。

東河灘設(shè)計(jì)流量為2590m3/s，B為1050m，水深為1.89m。

3.2 修復(fù)處理方案

對(duì)159+232～159+752(520m)段加固處理的關(guān)鍵是確保堤基礎(chǔ)的穩(wěn)定，故提出以下三種修復(fù)處理方案:?采用槽孔混凝土防滲連續(xù)墻進(jìn)行壩基防沖，并在連續(xù)墻迎水面拋卵石格賓籠;?利用現(xiàn)有兩排混凝土灌注樁，在兩排灌注樁中間及第一排灌注樁前拋卵石格賓籠;?采用高壓旋噴樁在原前排相鄰的灌注樁中間修建截滲墻，可將前排井柱形成連續(xù)墻同時(shí)可填補(bǔ)振動(dòng)沉模板間的板縫，使井柱、振動(dòng)沉模墻、水泥旋噴樁有機(jī)地成為整體，在截滲墻迎水面再前拋卵石格賓籠。護(hù)坡均按原設(shè)計(jì)修復(fù)。

方案一優(yōu)點(diǎn):?防沖刷能力較強(qiáng)，分槽段施工，施工速度快;?地下連續(xù)墻體剛度大，整體性好，因而結(jié)構(gòu)和地基變形都較小;?地下連續(xù)墻為整體連續(xù)結(jié)構(gòu)，耐久性好，抗沖刷能力強(qiáng)。缺點(diǎn):?設(shè)計(jì)0.6m厚連續(xù)墻在14m沖刷深度時(shí)結(jié)構(gòu)本身不穩(wěn)定，需要靠墻前拋填格賓卵石籠，保證墻前沖深在6m以下，連續(xù)墻才能穩(wěn)定;?施工技術(shù)要求高，無論是造槽機(jī)械選擇、槽體施工、泥漿下澆筑混凝土、接頭、泥漿處理等環(huán)節(jié)，均應(yīng)處理得當(dāng)，不容疏漏;?投資相對(duì)較大，159+232～159+752段建筑工程投資2015.65萬元。

方案二優(yōu)點(diǎn):?柔性斷面，允許變形，有一定的自愈能力;?施工簡(jiǎn)單，進(jìn)度快，便于維修;?具有較大糙率，可減小波浪和水流的作用;?投資較低，159+232～159+752段建筑工程投資1110.09萬元。缺點(diǎn):工程量大，與上下游護(hù)坡連接困難，堤基、堤身不能一次性穩(wěn)定，需要連年添加格賓卵石籠和修補(bǔ)堤坡，耗費(fèi)人工較多、延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

方案三優(yōu)點(diǎn):?能使井柱、振動(dòng)沉模墻、水泥旋噴樁有機(jī)地成為整體，修復(fù)后護(hù)坡與現(xiàn)上下游護(hù)坡段整體一致;?施工進(jìn)度快;?投資相對(duì)方案一小、略高于方案二，159+232～159+752段建筑工程投資1443.84萬元。缺點(diǎn):旋噴樁強(qiáng)度低，起不到抗沖作用，只有靠卵石格賓籠抗沖，洪水期間對(duì)卵石格賓籠的補(bǔ)充就相當(dāng)重要，堤基對(duì)卵石格賓籠的依賴性強(qiáng)，對(duì)運(yùn)行管理要求高。

通過方案比較，方案三投資較少，施工簡(jiǎn)單，進(jìn)度快，能夠有效填補(bǔ)振動(dòng)沉模縫隙，與原基礎(chǔ)方案能夠有機(jī)地結(jié)合，為本次推薦方案。詳見圖3～圖4。

圖3 順壩護(hù)岸平面

方案三的旋噴樁施工是關(guān)鍵，由于現(xiàn)井柱間凈距為120mm，為使旋噴樁與井柱有一定的搭接寬度，成樁半徑要求不小于750mm，經(jīng)分析比較，圓形旋噴樁具有成墻厚度大，而且圓形弧面可以分散水流的沖擊力，防沖能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故選擇圓形旋噴樁為本方案的推薦方案。

圓形旋噴樁采用二管法在汛前施工，成樁半徑不小于750mm，與原灌注樁最小搭接寬度為15cm，樁深14m。旋噴參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。旋噴樁樁體滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，抗壓強(qiáng)度R28≥5MPa。旋噴樁中心位于原相鄰灌注樁中間位置，由于原灌注樁由蓋梁連接，需在原蓋梁上新鑿旋噴孔，鉆桿從新鑿旋噴孔深入至設(shè)計(jì)深度。

圖4 順壩護(hù)岸剖面

為確?；A(chǔ)墻身的穩(wěn)定，必須保證墻前基礎(chǔ)沖刷深度小于6m，故采取在基礎(chǔ)墻前拋寬8m、深度4m的卵石格賓籠，卵石格賓籠技術(shù)指標(biāo)是:格賓石籠規(guī)格為2m×1m×1m，用于制作格賓的鋼絲需厚鍍高爾凡(5%鋁鋅合金+稀土元素)防腐處理，鍍層的黏附力要求:當(dāng)鋼絲繞具有2倍鋼絲直徑的心軸6周時(shí)，用手指摩擦鋼絲，其不會(huì)剝落或開裂，符合EN10223—3標(biāo)準(zhǔn);網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度大于50kN/m，符合EN10223—3標(biāo)準(zhǔn);卵石短徑不小于120mm。

4 旋噴樁施工

4.1 施工程序

施工程序大體分為:噴射20MPa高壓水旋噴鉆進(jìn);達(dá)到設(shè)計(jì)深度噴射35MPa高壓水泥漿旋噴提升;高壓水泥漿旋噴成樁，如圖5所示:

圖5 旋噴樁施工程序

4.2 工藝流程

測(cè)量放線→確定孔位→測(cè)量孔口高程→高噴臺(tái)車就位→鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位→測(cè)量鉆桿垂直度→啟動(dòng)高壓水泵→啟動(dòng)空壓機(jī)→攪制水泥漿液→地面試噴水氣漿壓力→高壓水旋噴鉆進(jìn)→鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→啟動(dòng)高壓漿泵供漿→高壓漿旋噴提升→旋噴提升至設(shè)計(jì)旋噴樁頂高程→回灌至孔口漿面不再下沉→結(jié)束→清洗輸漿管路→高噴臺(tái)車移至下一孔位。

4.3 旋噴樁參數(shù)確定

旋噴樁參數(shù)的確定是成樁強(qiáng)度和決定成樁樁徑的基礎(chǔ)，故需通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定如下參數(shù):

水泥摻入量25% ～30%/m3，水灰比1.25～1.15∶1，噴嘴直徑1.8mm。

水泥漿密度(比重)1.45g/cm3。試驗(yàn)結(jié)果:旋噴樁直徑1.6～1.7m。詳見旋噴樁試驗(yàn)參數(shù)表。

旋噴樁試驗(yàn)參數(shù)表

5 結(jié)語

麥蓋提縣東河灘一期防洪水毀修復(fù)工程，采用了高噴灌漿雙管法旋噴樁工藝，旋噴樁與灌注樁和沉模板墻整體連接效果良好，通過參數(shù)的調(diào)整使樁徑達(dá)到1.5m以上，經(jīng)驗(yàn)收檢查完全滿足設(shè)計(jì)要求，為高噴灌漿雙管法旋噴樁在葉河粉細(xì)砂基礎(chǔ)施工和粉細(xì)砂基礎(chǔ)加固積累了經(jīng)驗(yàn)。通過2011年洪水期運(yùn)行，卵石格賓籠下沉0.3m，堤基前形成淤積，證明其設(shè)計(jì)是合理的，本文總結(jié)其設(shè)計(jì)、管理、施工經(jīng)驗(yàn)，以期為今后的類似工程提供參考。