碼頭引橋樁基對堤防的防滲影響及處理措施

張俊龍

(安徽省長江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

1 工程概況

蕪湖大盾構(gòu)基地碼頭工程位于蕪湖河段上段左岸惠生聯(lián)圩堤段灘地，對應(yīng)無為大堤樁號94+330～95+050。工程新建5 000 t級直立式泊位3個(1期新建2個5 000 t級泊位)，建筑物包括碼頭樁臺、引橋、廊道、變電所平臺、斜坡道以及后方陸域等，配套建設(shè)相應(yīng)的供電照明、通信、給排水、消防、環(huán)保等工程以及必要的生產(chǎn)及輔助建筑物；工程通過2座引橋及廊道將碼頭樁臺與后方惠生聯(lián)圩及陸域轉(zhuǎn)運站相接，其中1#引橋與廊道合一布置，共用排架基礎(chǔ)。1#引橋(廊道)的排架間距16 m，排架的基礎(chǔ)采用直徑800 mm的PHC型管樁或直徑1 000 mm的水泥鉆孔灌注樁；2#引橋的排架間距10 m，基礎(chǔ)采用直徑800 mm的PHC型管樁或直徑1 000 mm的水泥鉆孔灌注樁；1#引橋(廊道)及2#引橋與惠生聯(lián)圩圩堤相接處設(shè)置橋臺及搭板。

2 防洪工程概況

工程所在位置有2道堤防，臨江側(cè)為惠生聯(lián)圩圩堤，后方是無為大堤。無為大堤上起無為市果合興，下至蕪湖市鳩江區(qū)方莊，全長124.48 km，現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)斷面為：丘陵區(qū)堤頂寬8 m，堤內(nèi)外坡比為1∶3；平原區(qū)堤頂寬10 m，堤外坡比為1∶3，堤內(nèi)坡在堤頂以下3.50 m處設(shè)寬6 m的馬道，馬道上下坡比分別為1∶3和1∶3.50，堤內(nèi)外坡已實施草皮護坡或硬護坡?；萆?lián)圩位于蕪湖河段進口左岸，三面臨江，背靠無為大堤，為無為大堤的外護圩；堤防起點位于無為大堤樁號84+036，終點位于無為大堤樁號100+749處，堤防總長度為21.79 km，現(xiàn)狀堤頂高程10.30～13.00 m。

工程范圍內(nèi)惠生聯(lián)圩堤頂高程為11.80 m，堤內(nèi)、外坡比1∶1.00～1∶2.50，局部堤段成陡坎狀。堤頂大部分為碎石路面或土路，僅有小部分為混凝土路面且寬度設(shè)計小于標(biāo)準(zhǔn)斷面。堤頂超高及堤身斷面均不滿足要求。堤外灘寬20～350 m，局部灘面較窄且有崩岸現(xiàn)象，沿線堤段堤內(nèi)、外沿堤線均有坑塘分布，局部較密集，坑塘一般長10～100 m，深1.00～3.50 m。部分堤段人工填筑質(zhì)量較差，結(jié)構(gòu)較松散，堤身局部發(fā)生散浸、滲漏現(xiàn)象。由于部分堤段堤基表層為砂性土或薄粘性土蓋層，坑塘存在導(dǎo)致堤腳砂層直接出露，抗?jié)B性較差。

3 工程地質(zhì)情況

根據(jù)現(xiàn)場勘查，工程引橋區(qū)域土質(zhì)主要為素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉細砂等。其中粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)為7.21×10-6cm/s，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層滲透系數(shù)為8.30×10-6cm/s，粉細砂層的滲透系數(shù)為2.20×10-3cm/s。

工程范圍內(nèi)惠生聯(lián)圩堤防堤身填筑土主要在沿堤線附近就近取土，筑堤土料多粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土，局部夾砂壤土，偶見碎塊石。部分堤段人工填筑質(zhì)量較差，結(jié)構(gòu)較松散，堤身局部發(fā)生散浸、滲漏現(xiàn)象。由于部分堤段堤基表層為砂性土或薄粘性土蓋層，坑塘存在導(dǎo)致堤腳砂層直接出露，抗?jié)B性較差。

4 堤防滲流穩(wěn)定計算

碼頭工程引橋樁基對堤防滲流穩(wěn)定的影響主要為樁基對外灘地土體表面覆蓋層的破壞。根據(jù)工程建設(shè)方案、工程區(qū)地質(zhì)資料、堤防及灘地現(xiàn)狀，采用北京理正軟件設(shè)計研究院的《理正滲流分析軟件》，利用有限元法計算分析碼頭工程實施后堤后表層土滲透穩(wěn)定情況，以表層土的出逸坡降指標(biāo)對滲流計算成果進行分析。

4.1 計算參數(shù)選取

計算工況：防洪設(shè)計水位條件下，穩(wěn)定滲流期。

水位組合：堤防迎水側(cè)取防洪設(shè)計水位11.00 m，背水側(cè)取堤內(nèi)地面高程。

計算模型：根據(jù)碼頭工程的建設(shè)方案、工程區(qū)地質(zhì)資料、堤防及灘地現(xiàn)狀建立碼頭工程實施后的滲流計算模型。

4.2 計算結(jié)果

考慮到1#引橋(廊道)堤防迎水側(cè)、背水側(cè)均布有樁基，因此本次滲流穩(wěn)定計算以1#引橋(廊道)為例。經(jīng)計算，碼頭工程實施后，堤后地表滲流比降如表1，計算流網(wǎng)簡圖如圖1。

圖1 碼頭工程實施后滲流計算流網(wǎng)簡圖

表1 工程實施后堤后滲流比降計算值表

根據(jù)計算結(jié)果看，碼頭工程實施后，由于引橋樁基對周邊土體產(chǎn)生的擾動破壞，致使在汛期高水位下，堤后表層土體滲流比降相應(yīng)增大，超出允許比降范圍，不滿足滲流穩(wěn)定要求。

5 防滲處理

針對碼頭工程實施后對堤防滲流穩(wěn)定的影響，根據(jù)工程建設(shè)方案具體布置情況、堤防地質(zhì)情況，具體防滲處理的方案為：①在工程范圍內(nèi)的堤防內(nèi)堤腳起設(shè)50 m寬的蓋重，蓋重采用透水性較好的砂壤土回填，蓋重中心高程為7.00 m，橫向坡比1∶50，末端按1∶4坡比放坡至自然地面。②對1號引橋(廊道)堤防迎水側(cè)50 m范圍內(nèi)的樁基及堤防背水側(cè)30 m范圍內(nèi)的樁基周邊2 m深度范圍內(nèi)采用粘土回填結(jié)合鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。③對2號引橋堤防迎水側(cè)50 m范圍內(nèi)的樁基周邊2 m深度范圍內(nèi)采用粘土回填結(jié)合鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。

根據(jù)防滲處理方案的布置情況建立計算模型驗算堤防滲流的穩(wěn)定情況。經(jīng)計算，防滲處理工程實施后，堤后地表滲流比降如表2，計算流網(wǎng)簡圖如圖2。

表2 防滲處理工程實施后堤后滲流比降計算值表

圖2 防滲處理工程實施后滲流計算流網(wǎng)簡圖

根據(jù)計算結(jié)果，采取防滲處理措施后，堤內(nèi)表層土體滲流比降有所降低，且在允許比降范圍以內(nèi)，滿足滲流穩(wěn)定要求。

6 防滲處理措施施工

6.1 堤后蓋重施工

蓋重施工前需對堤后地表進行清基，清除雜草、雜物、廢渣等，蓋重填筑應(yīng)選擇透水性較好的砂壤土進行填筑。填筑時需預(yù)加足夠的沉降量，以使填土固結(jié)、沉降穩(wěn)定后達到設(shè)計高程。

6.2 樁基防滲施工

引橋樁基施工結(jié)束后，挖除樁基周邊2 m深度范圍內(nèi)受擾動的原狀土，在樁基外壁刷凃粘土漿液，一邊刷凃一邊回填粘土并壓實，粘土的回填壓實度≥0.91；當(dāng)防滲體回填至距原狀地面1 m時，待防滲體表面平整后，鋪設(shè)復(fù)合土工膜(二布一膜)，復(fù)合土工膜與樁基外壁用膠粘后采用螺栓和鋼板固定；復(fù)合土工膜以上繼續(xù)采用粘土回填至原狀地面；為保護防滲體，在粘土上部設(shè)20 cm厚C20素混凝土保護層。

防滲體開挖邊坡坡比為1∶1.50，回填粘土前要清基，清除植物根莖、碎石、磚頭瓦塊，填筑時應(yīng)分層鋪筑并碾壓，上下層接縫應(yīng)錯開，每層厚≤30 cm，以保證粘土填筑質(zhì)量。

7 結(jié)語

碼頭引橋樁基的布置距離惠生聯(lián)圩圩堤的內(nèi)外堤腳較近，工程在施工期和運行期可能會對樁基周圍的土體產(chǎn)生擾動，造成樁基與周圍土體之間產(chǎn)生接觸裂縫，汛期高水位時，水流會直接順著裂縫向堤后滲流，從而縮短了堤防的滲徑長度，增大了堤后表層土的滲流比降，尤其是近堤段的樁基易成為堤防滲透穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)，引發(fā)堤防滲透破壞，影響堤防滲透穩(wěn)定，應(yīng)采取相應(yīng)的防滲處理措施，以確保工程區(qū)堤防的防洪安全和碼頭自身的運行安全。