張房房，劉 雷，謝慧姣

（上海友為工程設(shè)計(jì)有限公司，上海市 200333）

0 引言

某新建海堤工程位于杭州灣北部上海市金山區(qū)，灘面平均高程約-0.4m，新建海堤頂高程5.50m，海堤主體結(jié)構(gòu)是吹泥管袋+灌砌塊石護(hù)面（見(jiàn)圖1），海堤主要功能是保灘及圍內(nèi)建設(shè)濱海浴場(chǎng)。工程范圍內(nèi)有三根鋼筋混凝土引水管，為石化企業(yè)引水管道，于1978年采用頂管施工方式修建，其中一根廢棄，兩根正在使用。保灘壩軸線與引水管道中心線斜交約80°，引水管道取水口距保灘壩約200 m左右，見(jiàn)圖2。引水管的中心高程在新建保灘壩處約為-10.00 m，其結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土管，管內(nèi)徑3.50 m，壁厚0.40 m，具體結(jié)構(gòu)資料缺失。

圖1 引水管道平面位置示意圖

1 新建海堤對(duì)下壓涵管的取水工作影響數(shù)學(xué)模型

建立了長(zhǎng)江口杭州灣整體數(shù)學(xué)模型。模型的計(jì)算范圍西邊界取至江陰，東邊界取至東經(jīng)123°，北邊界取至呂四港北緯32.5°，南邊界取至象山港附近。模型的率定和驗(yàn)證采用2002年3月1日～10日長(zhǎng)江口全潮同步水文測(cè)驗(yàn)資料。主要的潮位測(cè)驗(yàn)站有徐六涇、南門港、堡鎮(zhèn)、高橋、白卯站等。

為準(zhǔn)確分析工程區(qū)域的流場(chǎng)變化情況，在長(zhǎng)江口杭州灣整體數(shù)學(xué)模型（見(jiàn)圖3）的基礎(chǔ)上切割出杭州灣本區(qū)域的小模型，工程區(qū)的網(wǎng)格和地形見(jiàn)圖4。小模型邊界條件由大模型提供。

在工程區(qū)小模型中設(shè)置數(shù)值觀測(cè)點(diǎn)，模擬取水管道取水口位于保灘壩前沿約300 m處，共設(shè)置8個(gè)數(shù)值觀測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖5。通過(guò)模擬的海堤施工完成前后的潮位、流速等水力要素對(duì)比，得出以下結(jié)論：（1）新建海堤工程實(shí)施后，取水管附近高、低潮位均基本沒(méi)有變化；（2）工程實(shí)施后，涵管取水口附近水域漲急流速在0.90～1.07 m/s之間，相比工程實(shí)施前的增幅在0.03～0.07 m/s之間；落急流速在0.98～1.05 m/s之間，相比工程實(shí)施前的增幅在0.21～0.33 m/s之間；取水管附近的水域越靠近工程處流速增加越大。結(jié)果表明，工程實(shí)施對(duì)落急流速的影響大于對(duì)漲急流速的影響；工程后，金山石化取水口處流速有所增加，不會(huì)引起取水口附近泥沙淤積的情況從而影響原取水管道的取水工作。

2 物理探測(cè)

由于地下引水管道的相關(guān)設(shè)計(jì)資料缺失，故采用物理探測(cè)方法對(duì)其進(jìn)行探測(cè)。

圖2 新建海堤典型斷面結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

圖3 長(zhǎng)江口杭州灣整體數(shù)學(xué)模型網(wǎng)

圖4 工程區(qū)小模型網(wǎng)格圖

圖5 涵管取水口處布置模擬觀測(cè)點(diǎn)

在測(cè)區(qū)內(nèi)管線的地球物理特征方面，周圍的地層磁性為低磁性，彈性波速低；而探測(cè)對(duì)象引水管的材質(zhì)為鋼筋混凝土，磁性為高鐵磁性，密度、波速較高。因此，本次擬探測(cè)的引水管線與周圍地層間存在明顯的物性（包括密度、波速、磁性等）差異，具備較好的地球物理探測(cè)前提。探測(cè)工作采用淺地層剖面法和高精度磁法等多種物探方法進(jìn)行綜合探查。

淺地層剖面法采用美國(guó)EdgeTech 3200-XS淺地層剖面系統(tǒng)，該系統(tǒng)額定水深300 m，穿透深度在10～80 m之間，垂直向分辨率6 cm。

高精度磁法采用G882海洋銫光泵磁力儀進(jìn)行探測(cè)，按照Ⅰ級(jí)精度標(biāo)準(zhǔn)施測(cè)，測(cè)點(diǎn)間距0.1 m。

通過(guò)物理探測(cè)成果對(duì)管道的坐標(biāo)和高程進(jìn)行確定。

3 護(hù)管橋保護(hù)涵管方案

由于取水涵管的建筑結(jié)構(gòu)等相關(guān)資料缺失，新建海堤對(duì)下壓涵管的應(yīng)力及變形影響難以計(jì)算。為安全起見(jiàn)，采用完全隔離式的結(jié)構(gòu)，即護(hù)管橋方案[1-3]，見(jiàn)圖6、圖7，將海堤對(duì)下壓涵管的影響減少到最低。

圖6 護(hù)管橋保護(hù)涵管方案平面布置

主要結(jié)構(gòu)布置為：沿涵管兩側(cè)平行涵管方向施打兩排19 m長(zhǎng)高強(qiáng)度預(yù)制鋼筋混凝土板樁，板樁上安裝預(yù)制鋼筋混凝土空心板，之后在空心板上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土鋪裝層。護(hù)管橋保護(hù)范圍為海堤堤身影響范圍，約70 m。此外，在保護(hù)結(jié)構(gòu)中部垂直涵管方向施工一排長(zhǎng)度為7.5 m的普通板樁防滲。普通板樁與高強(qiáng)度板樁互相垂直，施工時(shí)要做好交接點(diǎn)的質(zhì)量控制。

圖7 護(hù)管橋保護(hù)涵管方案縱斷面圖（單位：mm）

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：樁基采用先張法U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，型號(hào)U-CS-450-Ⅲ-19。承臺(tái)板的底高程根據(jù)沉降計(jì)算，按照沉降完成后承臺(tái)板底高程位于灘面附近考慮，海堤主體結(jié)構(gòu)寬34 m范圍的承臺(tái)板底高程取灘面以上0.3 m,兩側(cè)各6 m范圍為漸變段，逐漸過(guò)渡到灘面段；灘面段寬12 m，承臺(tái)板底高程坐落于現(xiàn)狀灘面。承臺(tái)板采用C40預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板，寬990 mm，高820 mm，長(zhǎng)11.6 m。采用預(yù)制空心板而不是現(xiàn)澆混凝土板的原因是，現(xiàn)澆混凝土方量大，工期長(zhǎng)，且施工高程底，需趁潮施工，可作業(yè)時(shí)間少，底模不好立。承臺(tái)板與預(yù)制板樁之間鋪設(shè)橡膠止水帶，承臺(tái)板與灘面之間鋪設(shè)可壓縮的低發(fā)泡塊。承臺(tái)板上方設(shè)置現(xiàn)澆C40混凝土鋪裝層。防滲結(jié)構(gòu)設(shè)置于海堤中心線下方。采用預(yù)制鋼筋混凝土板樁，尺寸為200 mm×500 mm×7 500 mm。頂部設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土導(dǎo)梁，導(dǎo)梁底高程約0.90 m，可以滿足低潮位趁潮施工要求。

樁基與管線的安全距離：借用《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》（GB50289-98）第2.2.9條中雨污水排水管道與建筑物最小安全距離不得小于2.5 m的規(guī)定；考慮到物探成果的管線平面位置有小于1%埋深（h）的誤差，兩側(cè)凈距按2.5 m+1%h，即3.0 m進(jìn)行控制。

4 監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)方案由第三方檢測(cè)單位提出并組織實(shí)施。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括頂部垂直位移監(jiān)測(cè)、引水管周邊土體深層水平位移監(jiān)測(cè)（雙向）。

垂直位移監(jiān)測(cè)采用天寶電子水準(zhǔn)儀Dini03進(jìn)行水準(zhǔn)路線觀測(cè)。1 km往返測(cè)量精度0.3 mm。先使用三棱鉆機(jī)鉆孔，然后埋設(shè)鋼質(zhì)套筒，在套筒中間埋設(shè)鋼質(zhì)測(cè)桿，中間使用黃沙填埋。測(cè)桿頂端距離套筒上口約10 cm，并打磨光滑，刻劃“十”字絲，涂抹油漆。套筒上口使用配套保護(hù)蓋，使用螺紋口固定，防止異物進(jìn)入。保護(hù)蓋頂端設(shè)置醒目標(biāo)志，防止破壞測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖8。

圖8 垂直位移監(jiān)測(cè)測(cè)桿安裝示意圖

由于現(xiàn)場(chǎng)條件及潮水影響，施工單位在有限的工作時(shí)間內(nèi)預(yù)計(jì)每天施打十根板樁，為了監(jiān)測(cè)工作與其施工進(jìn)度同步進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)沿引水管頂部每5m布置1點(diǎn)，沿施打方向，每次監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大至施打影響范圍。本次監(jiān)測(cè)共設(shè)置引水管垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)33個(gè)。編號(hào)為G01～G25、G01-1～G01-2、G12-1～G12-2、G13-1～G13-2、G25-1～G25-2。

深層水平位移監(jiān)測(cè)采用北京航天HC-1型測(cè)斜儀以及配套PVC測(cè)斜管。測(cè)量精度為0.01 mm。測(cè)斜管埋設(shè)方式為鉆孔埋設(shè)，在相應(yīng)位置處用三棱鉆機(jī)鉆孔（Φ90 mm）。把測(cè)斜管依次連接放入孔內(nèi)（管內(nèi)灌清水），待測(cè)斜管放至孔底以后，鉆孔內(nèi)(測(cè)斜管外)灌入在鉆孔時(shí)從孔中取出的土為主要成分的漿液，凝固后可使測(cè)斜管與周圍土體形成一個(gè)整體協(xié)同變形。共設(shè)置周邊土體深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)50孔，編號(hào)為CX01～CX50。

引水管頂部垂直位移日變化量報(bào)警值為3 mm，累計(jì)變化量報(bào)警值為30 mm。周邊土體深層水平位移日變化量報(bào)警值為3 mm，累計(jì)變化量報(bào)警值為30 mm。

5 填堵方案

在工程開(kāi)始施工半個(gè)月時(shí)，累計(jì)完成高強(qiáng)度預(yù)制板樁沉樁79根（見(jiàn)圖9），引水涵管的所有方某石化公司決定停止使用本工程范圍內(nèi)的引水涵管并報(bào)廢，從而建設(shè)單位決定停止保護(hù)及監(jiān)測(cè)方案的繼續(xù)實(shí)施。

圖9 第一根高強(qiáng)度預(yù)制板樁施打照

考慮到海堤下方存在空心管道若空置不加以處理，相當(dāng)于存在軟弱地基，雖然管道已經(jīng)廢棄，之前針對(duì)管道日常運(yùn)行所采取的保護(hù)措施可以取消，但對(duì)保灘壩自身的結(jié)構(gòu)安全，如不采取適當(dāng)措施，在保灘壩施工加載過(guò)程中，可能會(huì)造成管道破裂甚至沉陷等不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。引水涵管直通外海，破壞后若不填堵，則上部土方會(huì)不斷下漏，形成長(zhǎng)期的安全隱患。需對(duì)管道進(jìn)行填堵以消除隱患。

為避免管道在上方附加荷載的作用下破裂沉陷，擬采用鉆機(jī)鉆穿管道，通過(guò)灌注水下混凝土將管道填實(shí)。填實(shí)管道范圍為保灘壩吹泥管袋棱體影響范圍處的管道，填實(shí)管道的長(zhǎng)度約40 m。具體為采用鉆機(jī)在保灘壩吹泥管袋棱體的堤腳部位鉆孔，鉆至金山石化引水管道后，采用360°全回轉(zhuǎn)套管機(jī)（DYJC-115）進(jìn)行鉆孔及鉆破混凝土管施工，之后灌注水下混凝土，見(jiàn)圖10。灌注混凝土分多次水下灌注，待前次灌注混凝土初凝后進(jìn)行后次灌注。灌注混凝土方量按照40 m長(zhǎng)度范圍的管道填實(shí)，40 m以外的混凝土形成1：4的凝固邊坡計(jì)算。管道外徑4.3 m，內(nèi)徑3.5 m，單根管道灌注混凝土方量約480 m3，兩根管道合計(jì)約960 m3。該方案施工難度較大，混凝土灌注質(zhì)量難易控制。在施工期和運(yùn)行期加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，對(duì)引水管處的土層沉降進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握引水管道的變形情況，并事先做好應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案。需要指出的是，通過(guò)合理的施工順序及科學(xué)的管理措施，是完全有可能避免塌陷情況發(fā)生的。引水管道填實(shí)對(duì)新建海堤的影響主要是沉降帶來(lái)的額外拋高，經(jīng)計(jì)算，填實(shí)后25 a基準(zhǔn)期附加沉降量為14.1 cm。

圖10 水下灌注混凝土示意圖（單位：mm）

6 結(jié)論

某新建海堤下壓大口徑涵管，通過(guò)數(shù)學(xué)模型分析新建海堤對(duì)涵管取水的影響，采用護(hù)管橋方案對(duì)涵管進(jìn)行保護(hù)，相應(yīng)設(shè)置了監(jiān)測(cè)方案，之后保護(hù)方案實(shí)施過(guò)程中，累計(jì)完成高強(qiáng)度預(yù)制板樁沉樁79根，由于涵管突然報(bào)廢，改為采用加強(qiáng)監(jiān)測(cè)方案，及出險(xiǎn)以后的填堵方案。目前海堤已施工完成1 a以上，涵管位置的海堤未發(fā)現(xiàn)異常。

[1]陳峰,孟凡雪.穿越防洪墻的原水引水管的保護(hù)方案及其監(jiān)測(cè)[J].城市道橋與防洪,2005(3)：62-64.

[2]GB50289-98,城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范[S].

[3]上海友為工程設(shè)計(jì)有限公司.金山區(qū)城市沙灘以西保灘工程實(shí)施對(duì)岸灘和取水管的影響分析專題研究調(diào)整報(bào)告[Z].2013.