新葛岐排澇閘站翼墻搶險(xiǎn)修復(fù)工程擋墻修復(fù)設(shè)計(jì)

林巖嶸

(福建省建江水利水電設(shè)計(jì)咨詢有限公司，福建 福州 350001)

1 工程概況

新葛岐排澇閘站是屬于福州市閩江下游南港南岸防洪一期葛岐排澇閘站外移工程部分，位于馬排村、溪源江入閩江南港的入口處，2017 年投入使用。主要作用是和上街鎮(zhèn)其它防洪排澇工程一起保護(hù)福州地區(qū)大學(xué)新校區(qū)和上街鎮(zhèn)不受閩江洪水和溪源江澇水的襲擾，防閩江洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇澇水不漫溢。

葛岐排澇閘進(jìn)水渠右岸擋墻出現(xiàn)險(xiǎn)情，受潮水長期漲落及盜采河沙的影響，導(dǎo)致河底形成多處深坑，使擋墻基礎(chǔ)懸空，喇叭口橢圓段擋墻失穩(wěn)整體向江內(nèi)傾斜，進(jìn)水渠側(cè)擋墻懸臂板擋墻被撕裂，立板鋼筋露出，溪源江側(cè)擋墻在分縫處整體脫離。進(jìn)水渠部分出現(xiàn)的險(xiǎn)情和即將到來的汛期嚴(yán)重威脅到新葛岐排澇閘站的正常運(yùn)行及自身安全(見圖1)。

圖1 葛岐排澇閘進(jìn)水渠右岸擋墻險(xiǎn)情情況

2 擋墻修復(fù)設(shè)計(jì)

根據(jù)擋墻的損毀程度不同，此次擋墻修復(fù)工程分為重建段和加固段。

擋墻重建段位于葛岐排澇閘進(jìn)水渠右岸翼墻喇叭口橢圓段，擋墻軸線與原右岸翼墻軸線重合。該段全長27.3 m，起點(diǎn)位于進(jìn)水渠中心線樁號(hào)Q0-022.0 處，與加固段擋墻段相接;終點(diǎn)位于進(jìn)水渠中心線樁號(hào)Q0+000.0 處，與原右岸橫向翼墻直線段相接。重建段擋墻軸線采用原擋墻橢圓曲線，橢圓曲線方程為長軸為22 m，短軸為12 m，曲線長27.3 m。兩端分別與擋墻加固段水平段及豎直段相接。

擋墻加固段位于葛岐排澇閘進(jìn)水渠右岸直線段，擋墻軸線與原右岸翼墻軸線重合，軸線采用原擋墻直線，水平段及豎直段均為15 m。該段全長15.0 m，起點(diǎn)位于進(jìn)水渠中心線樁號(hào)Q0-037.0 處，終點(diǎn)位于進(jìn)水渠中心線樁號(hào)Q0-022.0 處。該段擋墻由于混凝土底板以下部分被掏空，現(xiàn)狀已出現(xiàn)略微傾斜，后期存在失穩(wěn)的可能。

圖2 擋墻重建段/加固段平面布置圖

2.1 擋墻基礎(chǔ)處理防護(hù)

(1)方案一:灌注樁結(jié)合旋噴樁圍封支擋+旋噴樁處理擋墻基礎(chǔ)。先在擋墻趾板外側(cè)設(shè)一排混凝土灌注樁作為支擋，并在灌注樁間隙設(shè)高壓旋噴樁進(jìn)行封閉;在擋墻底部采用原設(shè)計(jì)高壓旋噴樁基礎(chǔ)，并加大原設(shè)計(jì)旋噴樁直徑進(jìn)行加強(qiáng)。該方案優(yōu)點(diǎn)是灌注樁結(jié)合旋噴樁的結(jié)構(gòu)在阻隔內(nèi)側(cè)擋墻底部土體向外流失的同時(shí)，也能在外側(cè)土體出現(xiàn)淘刷形成沖坑時(shí)起到抗沖和支擋作用，保證擋墻基礎(chǔ)不發(fā)生變形;擋墻基礎(chǔ)采用原設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行加強(qiáng)，與兩端擋墻基礎(chǔ)連接較好，不易產(chǎn)生不均勻沉降。缺點(diǎn)在于施工時(shí)應(yīng)先進(jìn)行灌注樁支擋結(jié)構(gòu)的施工，在灌注樁結(jié)構(gòu)施工完成后并檢測(cè)合格后才能進(jìn)行擋墻基礎(chǔ)旋噴樁的施工，對(duì)施工工藝及施工進(jìn)度控制要求較高。

(2)方案二:灌注樁作為擋墻樁基礎(chǔ)兼做圍封。將方案一的灌注樁結(jié)合旋噴樁結(jié)構(gòu)移至擋墻基礎(chǔ)兼做擋墻基礎(chǔ)承載樁，并在擋墻底部增設(shè)2 排灌注樁作為樁基礎(chǔ)。該方案優(yōu)點(diǎn)是將原擋墻基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)，從根本上避免了該段擋墻再次因基礎(chǔ)土體流失造成的擋墻失穩(wěn)。缺點(diǎn)在于基礎(chǔ)的圍封與兩側(cè)擋墻結(jié)合部位整體性較差，易造成兩側(cè)擋墻基礎(chǔ)連接處的土體流失;擋墻的灌注樁基礎(chǔ)屬于剛性結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)擋墻的旋噴樁基礎(chǔ)存在差異，容易造成基礎(chǔ)的不均勻沉降;同時(shí)增加的灌注樁基礎(chǔ)對(duì)工程投資增加及施工進(jìn)度的影響也較大。

(3)方案三:拉森鋼板樁圍封+灌注樁作為擋墻樁基礎(chǔ)。本方案采用方案二中的灌注樁作為樁基礎(chǔ)的方案，并在擋墻趾板外側(cè)設(shè)一排拉森鋼板樁作為圍封。該方案優(yōu)點(diǎn)是解決了方案二中圍封與兩側(cè)擋墻結(jié)合部位整體性較差的問題，拉森鋼板樁能保證擋墻外側(cè)形成整體性較好的圍封。缺點(diǎn)在于拉森鋼板樁自身耐久性與灌注樁及旋噴樁相比較差，難以在10 年乃至20 年后仍保證自身結(jié)構(gòu)不被腐蝕破壞;同時(shí)增加的灌注樁基礎(chǔ)對(duì)工程投資增加及施工進(jìn)度的影響仍然還存在。

(4)擋墻基礎(chǔ)處理方案確定。從經(jīng)濟(jì)投資上比較:方案三修復(fù)加固投資最少，方案一與方案二大體相同。

從工程安全穩(wěn)定上考慮:三個(gè)方案基礎(chǔ)處理均能滿足地基承載力要求，方案三采用鋼板樁圍擋，較方案一與方案二，使用年限以及強(qiáng)度上有所不足。

從防沖能力上考慮:方案一有設(shè)置冠梁防沖，防沖能力較強(qiáng)，方案二與方案三防沖刷能力較弱。

排澇閘站位于閩江南港和溪源江邊，一日兩次漲落潮，地下水位埋深淺且變化大。因此施工中，存在基坑開挖邊坡穩(wěn)定和基坑涌水問題。

綜上所述，方案一不僅能在正常運(yùn)行情況下保證擋墻的穩(wěn)定，在擋墻外側(cè)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)也保證擋墻的安全;同時(shí)與原擋墻銜接整體性好，投資也較小?？紤]到方案三雖然投資最低，但是工程使用年限以及安全穩(wěn)定程度較低，綜合考慮，選擇方案一作為基礎(chǔ)處理防護(hù)方案。

2.2 擋墻斷面

(1)擋墻重建段。根據(jù)擋墻重建段軸線選擇，擋墻修復(fù)段位于葛岐排澇閘進(jìn)水渠右岸翼墻喇叭口橢圓段，全長27.3 m，擋墻采用原設(shè)計(jì)C25 鋼筋混凝土懸臂式擋墻。擋墻前為溪源江護(hù)底及進(jìn)水渠底部，底高程1.8 m;墻后為砂性土回填場(chǎng)地，頂高程7.1 m。該段擋墻傾倒后存在基礎(chǔ)高壓旋噴樁樁基礎(chǔ)部分失效問題，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁對(duì)原基礎(chǔ)樁基進(jìn)行加密。同時(shí)為防止護(hù)底面層失效后形成的沖坑對(duì)擋墻基礎(chǔ)的影響，設(shè)計(jì)在擋墻趾板外側(cè)設(shè)1 排混凝土灌注樁，并在灌注樁間隙采用高壓旋噴樁圍封，在擋墻外側(cè)形成一道支擋，防止墻底土體流失導(dǎo)致的基礎(chǔ)失穩(wěn)。

C25 鋼筋混凝土懸臂式擋墻，設(shè)計(jì)堤頂高程9.1 m，設(shè)計(jì)底板高程1.1 m，墻高8.0 m，墻后回填砂性土。擋墻立板頂厚0.4 m，底厚0.7 m，外側(cè)垂直，內(nèi)側(cè)坡比1∶0.048;墻趾懸挑長1.2 m，根部高0.6 m，端部高0.3 m;墻踵懸挑長5.0 m，根部高0.8 m，端部高0.4 m;墻背坡加腋，加腋寬0.5 m，高1.0 m。擋墻底部下設(shè)一層厚0.1 m 的C15 素混凝土墊層。

擋墻基礎(chǔ)原旋噴樁基礎(chǔ)孔隙處設(shè)3 排直徑0.6 m 的高壓旋噴樁進(jìn)行加密，樁間距1.5 m，樁頂高程1.0 m，樁底高程-9.0 m，樁長10 m。同時(shí)在墻趾板外側(cè)設(shè)1 排直徑1.2 m 的C30 混凝土灌注樁進(jìn)行支護(hù)，樁間距1.4 m，樁頂冠梁高程2.1 m，樁底高程-22.9 m，樁長25 m;在灌注樁樁間孔隙處設(shè)1 排直徑0.6 m 的高壓旋噴樁進(jìn)行圍封， 樁間距1.4 m， 樁頂高程1.7 m， 樁底高程-9.0 m，樁長10.7 m。灌注樁頂部設(shè)C30 鋼筋砼混凝土冠梁與擋墻立板相接，冠梁高0.4 m，寬2.5 m。

(2)擋墻加固段。該段擋墻由于混凝土底板以下部分被掏空，現(xiàn)狀已出現(xiàn)略微傾斜，后期存在失穩(wěn)的可能。故加固除了采用與重建段相同的混凝土灌注樁支擋，同時(shí)對(duì)底板掏空部分利用低壓注漿進(jìn)行回填。

墻趾板外側(cè)設(shè)1 排直徑1.2 m 的C30 混凝土灌注樁進(jìn)行支護(hù)，樁間距1.4 m，樁頂冠梁高程2.1 m，樁底高程-22.9 m，樁長25 m;在灌注樁樁間孔隙處設(shè)1 排直徑0.6 m 的高壓旋噴樁進(jìn)行圍封，樁間距1.4 m，樁頂高程1.7 m，樁底高程-9.0 m，樁長10.7 m。灌注樁頂部設(shè)C30 鋼筋砼混凝土冠梁與擋墻立板相接，冠梁高0.4 m，寬2.5 m。低壓注漿孔位置設(shè)在擋墻軸線外3 m 處，間距5 m，共2 處。

2.3 搶險(xiǎn)修復(fù)方案實(shí)施

為保證溪源江與外江水體的交換通道，施工采用束窄進(jìn)水渠寬度進(jìn)行部分圍擋。施工期間在外水位較高時(shí)，關(guān)閘擋水;在外水位較低時(shí)，開閘排水，將河道水位維持在正常水位。施工圍堰采用土石圍堰，填筑圍堰同時(shí)對(duì)外圍沖坑進(jìn)行回填，待圍堰施工完畢，對(duì)傾斜擋墻進(jìn)行拆除。右岸翼墻先進(jìn)行混凝土灌注樁施工，在灌注樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí)，高壓旋噴樁進(jìn)場(chǎng)施工。高壓旋噴樁強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行翼墻底板施工、現(xiàn)狀底板修復(fù)、河道護(hù)坦施工與現(xiàn)狀擋墻修復(fù)施工。

2.4 修復(fù)后擋墻穩(wěn)定計(jì)算

(1)計(jì)算方法計(jì)算參數(shù)。設(shè)計(jì)采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的《巖土計(jì)算系列軟件6.5 版》擋土墻設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行分析計(jì)算，見表1。

(2)計(jì)算工況組合。根據(jù)規(guī)范規(guī)定和工程運(yùn)行的可能條件，采用如下組合:

工況1:設(shè)計(jì)洪水位情況:自重+水重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+土壓力(基本組合)，設(shè)計(jì)澇水位:5.10 m(P=10%)。

工況2:完建情況:自重+土壓力(基本組合);

工況3:施工工況:自重+土壓力(特殊組合Ⅰ)。

(3)穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2016)第7.4.4 條的規(guī)定:土基上沿岸墻、翼墻基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.25(基本組合)、1.10(特殊組合Ⅰ)。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2016)第7.4.2 條和第7.4.3條的規(guī)定:在各種計(jì)算情況下， 閘室平均基底應(yīng)力小于地基允許承載力， 最大基底應(yīng)力小于地基允許承載力的1.2倍;基底應(yīng)力的最大值與最小值之比小于2.0(基本組合)和2.5(特殊組合)

(4)穩(wěn)定計(jì)算成果。擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

從表2 計(jì)算結(jié)果可知，計(jì)算工況下的擋墻穩(wěn)定驗(yàn)算滿足要求。

表2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

3 結(jié)語

新葛岐排澇閘站翼墻傾斜險(xiǎn)情原因在于人為破壞導(dǎo)致基礎(chǔ)防護(hù)失效，加之河口復(fù)雜的水流情況對(duì)基礎(chǔ)長時(shí)間的淘刷，最終導(dǎo)致險(xiǎn)情的發(fā)生。搶險(xiǎn)工程與一般新建工程相比需要盡快消除險(xiǎn)情造成影響，這就要求施工工藝盡可能的簡(jiǎn)單，施工工期盡可能的縮短，同時(shí)修復(fù)方案需要在不影響主體功能使用的前提下，防止相同原因造成的破壞。本工程采用灌注樁結(jié)合旋噴樁圍封支擋的方案，施工工藝成熟、施工迅速，可以消除基礎(chǔ)防沖被破壞及河床下切對(duì)擋墻穩(wěn)定造成不良影響，可供類似工程參考。