穿堤建筑物工程施工對長江荊江大堤的防洪影響

賈振中，劉 瑋，陳 婷

(荊州市四湖工程管理局，湖北 荊州 434000)

鹽卡泵站位于湖北省荊州市沙市區(qū)荊江大堤(左岸)樁號745+740處堤內(nèi)側(cè)，將城區(qū)澇水抽排至長江沙市河彎下段。排區(qū)面積190.2 km2，泵站共裝機6臺，單機容量1 800 kW，總裝機10 800 kW；單機設(shè)計抽排流量9.17 m3/s，總排澇流量為55.02 m3/s。

鹽卡泵站區(qū)域?qū)匍L江一級階地上，地勢比較平坦開闊，溝、渠縱橫，湖泊眾多，水網(wǎng)發(fā)育，地表水資源豐富。出露地層廣布第四系全新統(tǒng)沖洪積相的松散堆積體，巖性為壤土、粘土、淤泥質(zhì)土、下部為被侵蝕而掩埋的二級階地的殘留砂壤土及粘性土，巖性為壤土、粘土、砂壤土、為互層或透鏡體狀，下部為粉細砂及卵礫石層具有較高的承壓水頭，由于上部粘性土層巖相及厚度變化大，土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本堤段歷史上多次發(fā)生滲透變形破壞，是長江荊江大堤重要的險工險段之一。

1 穿堤建筑物工程施工

1.1 穿堤建筑物設(shè)計

1)工程布置。鹽卡泵站工程等別為Ⅱ等，泵站規(guī)模為大(2)型，鹽卡泵站站址位于荊江大堤樁號745+740處。鹽卡泵站為堤后式布置方案。主要建筑物有主泵房、安裝間、副廠房、變電站、進水渠、攔污柵、進口箱涵、進水前池、出口箱涵、防洪閘及出水渠等。

2)工程等級。荊江大堤為1級堤防，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2017)規(guī)定，穿越堤防、渠道的永久性水工建筑物的級別，不應(yīng)低于相應(yīng)堤防、渠道的級別，因此穿堤箱涵及防洪閘級別為1級，主要建筑物(如主泵房、安裝間、副廠房、變電站、進水渠、攔污柵橋、進水池等)級別為2級，其它次要建筑物為3級。

3)防洪標準。箱涵及防洪閘穿荊江大堤，其防洪標準同荊江大堤堤防的防洪標準。即荊江大堤防洪標準p=1%(達到該防洪標準，荊江河段除了河道下泄以外，還要求三峽水庫調(diào)節(jié)和蓄滯洪區(qū)分擔超額洪水)。

4)穿堤箱涵設(shè)計。對于排澇泵站，為充分利用水頭，提高機組運行效率，出口采用壓力箱涵。根據(jù)鹽卡泵站6臺機組方案與出水流道的布置型式，采用6孔壓力箱涵矩形斷面的結(jié)構(gòu)，每個流道對應(yīng)1孔，單孔凈斷面尺寸為3.00 m×2.50 m(寬×高)。相鄰兩孔間中隔墻厚0.70 m，底板厚1.00 m，頂板厚0.80 m，邊墩厚0.75 m。箱涵底板頂高程為28.17 m，頂板底部高程為30.67 m(見圖 1)。

圖1 箱涵橫斷面示意圖(單位：m)

泵站出水箱涵從壓力管道至出口，軸線長222.64 m，箱涵共分為18段，其中穿荊江大堤6段(編號為12、13、14、15、16、17)，段長72 m，箱涵末端接外江防洪閘。

1.2 穿堤建筑物施工土方開挖

1)穿堤段箱涵土方開挖：開挖采用自然放坡，分四級放坡，坡率為1:3，在高程42.07 m、37.07 m和32.07 m處設(shè)置2 m寬馬道，馬道內(nèi)側(cè)及坡底設(shè)置20 cm×20 cm排水溝(見圖2)。

圖2 穿堤段箱涵橫斷面圖(單位：m)

2)穿荊江大堤段土方開挖及控制要點。根據(jù)施工圖紙與荊江大堤所處地理位置進行分區(qū)、分層布置，各部位開挖施工時，按自上而下、由外向內(nèi)的原則進行[1]，荊江大堤開挖程序為：表層土清理——分層土方開挖——建基面保護層開挖。施工時按各道工序依次進行，形成多工作面流水作業(yè)，同時做好邊坡與安全防護措施[2]。

①表層土清理。施工前由測量放出設(shè)計開挖邊線，對開挖范圍內(nèi)的原始地形、地貌進行復(fù)測，確定開挖及清理范圍。采用人工配合機械的方式清理開挖區(qū)域內(nèi)的雜物，并在開挖開口邊線外布置排水溝。

②臨時道路設(shè)置。出水箱涵段北側(cè)的馬道加寬到6 m，作為穿堤箱涵、防洪閘及出水渠施工的臨時道路。

③土方開挖。按照開口線沿兩側(cè)方向形成邊坡開口，自上而下分層開挖。同一層面開挖施工按照“土方開挖，邊坡支護”的順序進行，使開挖面同步下降，做好施工區(qū)域邊坡的穩(wěn)定與雨水侵蝕防護等措施。

在開挖施工過程中，經(jīng)常檢查邊坡控制點、線、高程，確保達到設(shè)計要求的坡度和平整度，在邊坡地質(zhì)條件較差的部位設(shè)置變形觀測點，定時觀測邊坡變形情況[3]，如出現(xiàn)異常，立即向監(jiān)理單位報告并采取應(yīng)急處理措施。

④可利用土方管理。對于可利用的土方，堆放在開挖兩側(cè)荊江大堤后壓肩平臺及背水面部位，土方堆放時邊坡比為1∶1.5。并用推土機對邊坡進行壓實。為防塵土飛揚和雨季水土流失在表面覆蓋安全網(wǎng)和篷布，周圍設(shè)置臨時截水、排水溝。

1.3 基礎(chǔ)處理

出水箱涵有6節(jié)位于荊江大堤下方，由于出水箱涵上部覆蓋土厚度差別較大，箱涵存在不均勻沉降的問題[4]。根據(jù)計算，樁基處理前穿堤出水箱涵沉降量大于20 cm，不滿足規(guī)范要求，需對穿堤段箱涵基礎(chǔ)進行處理。在箱涵穿荊江大堤段布置灌注樁、直徑1 m，間距3 m，樁長18 m，布置348根。持力層為砂卵石層。從計算結(jié)果看，各節(jié)箱涵在樁基處理后沉降量均小于10 mm，最大沉降差小于5 mm，滿足規(guī)范要求。

基礎(chǔ)處理完成并通過驗收后，各節(jié)箱涵按設(shè)計圖紙施工。

1.4 荊江大堤恢復(fù)

1)荊江大堤恢復(fù)。出水壓力箱涵及防洪閘施工完成后，對堤防按原堤防標準進行恢復(fù)。荊江大堤堤防級別為1級，站址處堤段防洪水位為42.21 m。

①堤身恢復(fù)設(shè)計標準：恢復(fù)后的堤頂高程為45.10 m，堤頂寬度為8.0 m，設(shè)計堤內(nèi)側(cè)邊坡為1∶4，外(長江側(cè))邊坡為1∶3，堤內(nèi)外平臺按原設(shè)計恢復(fù)，外平臺寬30 m，高程40.00 m；內(nèi)平臺寬50.0 m，堤內(nèi)腳高程35.30 m，按1/50縱坡與地面銜接。堤身粘土回填壓實度大于0.95。

②堤頂混凝土路面恢復(fù)：C30混凝土路面寬度為6.0 m，混凝土面層厚度為0.22 m，其下依次為水泥穩(wěn)定層厚0.15 m、砂石墊層厚0.15 m，路兩側(cè)設(shè)C25預(yù)制混凝土路緣石，在路面外側(cè)回填土料形成軟路肩；堤頂恢復(fù)道路總長200 m。

③頂沖段護坡恢復(fù)：對荊江大堤頂沖段護坡按原標準進行恢復(fù)，采用M7.5漿砌石護坡，厚30 cm，護坡下均設(shè)厚10 cm厚碎石墊層，由外堤腳護砌至設(shè)計洪水位以上0.5 m，其高程以上采用草皮護坡護坡，坡腳設(shè)置80 cm×80 cm的C20現(xiàn)澆混凝土腳槽，護坡坡頂采用40 cm×60 cm的C20封頂石封頂。

2)工程滲透穩(wěn)定安全措施。考慮施工期及建成后荊江大堤及泵站樞紐的滲透穩(wěn)定，確保防洪安全，采用了如下措施：①延長滲徑。主泵房、進水前池、出口箱涵、出口防洪閘相鄰混凝土結(jié)構(gòu)間均設(shè)止水，其中出口箱涵段及防洪閘布置雙層止水，內(nèi)側(cè)為橡膠止水，外層為銅片止水，其余部分為銅片材料單層止水，使泵站樞紐順水流方向形成防滲整體，延長了滲徑；在出口箱涵穿越荊江大堤堤身設(shè)刺墻形成截水環(huán)，既延長了滲徑，又有效防止接觸沖刷造成滲透破壞，確保荊江大堤安全。②穿堤段回填。荊江大堤恢復(fù)土料須采用滲透系數(shù)≤1×10-5cm/s的粘性土料，按照1級堤防要求壓實度不小于0.95。原堤段設(shè)有30 cm厚塑性混凝土防滲墻，土方回填時將粘土料與原防滲體有效搭接。③渠道防滲透破壞措施。渠道范圍為原荊江大堤二期加固的木沉淵填塘段，當時填塘采用吹填，而且該堤段歷史上多次出管涌險情，且地下水偏高，泵站引渠開挖后，深度約7 m。為確保渠道滲透問題及荊江大堤安全，將泵站前池上游垂直于荊江大堤的進水渠段設(shè)計成鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)。④穿堤段的基坑抽排水方案。進水箱涵施工期抽排水采用明溝匯水的施工方案，即箱涵兩側(cè)沿邊坡設(shè)置排水溝，將抽出的水匯集后集中排至沿江大道污水管網(wǎng)內(nèi)。

1.5 荊江大堤恢復(fù)后的監(jiān)測

1.5.1 監(jiān)測項目

1)垂直位移監(jiān)測。在穿堤箱涵回填后頂部、內(nèi)外側(cè)邊坡等部位共布置5個沉降測點。

2)接縫監(jiān)測。在11/12、15/16、16/17、18節(jié)穿堤箱涵底板、頂板分縫處兩側(cè)共布置14支測縫計。

3)滲流、滲壓監(jiān)測。在1、4、11、12、15節(jié)出水箱涵兩側(cè)共布置了11支滲壓計。

1.5.2 檢測成果

1)垂直位移觀測從2000年6月17日開始，每周測量一次，觀測結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，回填完成后50 d內(nèi)，沉降量較大，50 d后沉降量趨于穩(wěn)定。

圖3 垂直位移觀測

2)接縫監(jiān)測從2019年12月15日開始觀測，每周測量一次，穿堤段16/17節(jié)箱涵底板分縫處觀測成果見圖4。從圖4可以看出，混凝土接縫開合度情況基本穩(wěn)定,無明顯異常。

圖4 第16/17節(jié)箱涵底板分縫處開合度與時間變化過程

3)滲流、滲壓監(jiān)測從2020年2月11日開始觀測，每周測量一次，穿堤段第15節(jié)出水箱涵觀測成果見圖5，從圖5可以看出，各支儀器設(shè)備工作正常，各部位滲水壓力整體呈下降趨勢。

圖5 第15節(jié)出水箱涵基礎(chǔ)下滲水壓力與時間變化過程

2 穿堤建筑物對長江荊江大堤的影響

2.1 穿堤處工程概況

泵站站址處堤內(nèi)曾分布有木沉淵，為荊江大堤堤內(nèi)最大的淵塘，漬水深6.1 m，在荊江大堤二期加固工程中進行了吹填。

該堤段及其附近歷史上曾多次發(fā)生過潰口、管涌、塌陷及崩岸等險情，1998年長江發(fā)生特大洪水時，分別在樁號746+950、746+000和740+900距堤600～860 m的壓拔井出現(xiàn)管涌或冒水帶砂現(xiàn)象，2009年8月12日，在樁號745+500距堤腳1 200 m處，壓拔井冒水帶砂，2011年6月29日，在樁號747+000距堤腳700 m處翻砂鼓水；2012年7月22日，在樁號746+100距堤腳300 m處出現(xiàn)管涌；2012年7月24日，在樁號745+100距堤腳600 m處出現(xiàn)管涌等。

在荊江大堤綜合整治過程中，對該堤段進行了防滲處理，在樁號746+200～744+900長1.3 km堤段設(shè)有厚30 cm堤身、堤基結(jié)合防滲墻，墻深17.51～23.32 m，在樁號748+380～746+200長2.18 km堤段設(shè)有厚30 cm堤身防滲墻，墻深9.15～15.06 m。

2.1 對長江荊江大堤的影響

1)對長江防洪的影響。根據(jù)泵站評審結(jié)論，鹽卡泵站工程建設(shè)對長江河勢穩(wěn)定及長江河道行洪無明顯不利影響，但泵站運用期間應(yīng)服從長江防汛主管部門的統(tǒng)一調(diào)度和指揮[5]。

2)對長江荊江大堤的影響。①站址所處堤段堤基地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，堤基抗?jié)B條件一般或較差，堤內(nèi)泵站引渠開挖后，比地面低6～7 m，切割較深，將破壞堤內(nèi)上覆土層，存在一定的安全隱患[6]。②泵站運行時，因水流的回流，可能會對荊江大堤岸坡穩(wěn)定造成一定不利沖刷。為確保岸線安全，保持河勢穩(wěn)定，應(yīng)加強泵站出口渠道上、下游一定范圍內(nèi)的長江岸坡進行防護。防護范圍為出口渠道軸線上游200 m、下游100 m。③加強施工期和運行期堤防及施工基坑滲流安全監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常，及時妥善處理，確保荊江大堤防洪安全。④2020年防汛。2020年長江沙市段出現(xiàn)了較高的洪水位，且歷時較長，最高洪水位43.36 m(7月24日)，超過警戒水位0.36 m，7月、8月間共2次超警戒水位,其中7月持續(xù)時間3 d，8月持續(xù)4 d，在整個汛期內(nèi)，箱涵段荊江大堤背水面堤坡、堤腳未出現(xiàn)滲水等情況。

3 結(jié) 語

鹽卡泵站出水壓力箱涵穿越長江荊江大堤，建設(shè)中嚴格按照技術(shù)標準和設(shè)計要求施工，對開挖堤段按原設(shè)計標準恢復(fù)，對穿堤段的基礎(chǔ)進行了加固處理，對站址處上下游、內(nèi)外堤的險情進行了除險整治。實踐證明，鹽卡泵站工程的建設(shè)，不但沒有對長江荊江大堤的防洪造成不利的影響，反而隨著泵站工程的建設(shè)，此段荊江大堤進行了全面的除險整治，工程狀況得到了一定的好轉(zhuǎn)，并經(jīng)受了2020年長江荊江河段高洪水位的檢驗。