鰲江鎮(zhèn)城市堤防工程加固研究

許方安

(溫州市水利建設(shè)管理中心， 浙江 溫州 325000)

1 工程概況

蒼南縣鰲江鎮(zhèn)標(biāo)準(zhǔn)堤河道屬于浙江省鰲江河口潮流段，江面比較寬闊，河道寬度由上游龍港大橋處的250 m 向河口漸變?yōu)?100 m。根據(jù)鰲江流域防洪規(guī)劃，龍港城區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)堤段鰲江主流的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，規(guī)劃河寬為200 m以上。堤防擬加固工程上游起于龍港大橋公園，下游至下埠煤氣碼頭，加固從下游到上游依次為城南段、一期工程段、江灣段及進(jìn)港段，除進(jìn)港段上游段550 m為土石堤外，其余均為框架式標(biāo)準(zhǔn)堤，加固標(biāo)準(zhǔn)堤全長7.411 km，現(xiàn)狀堤頂寬度為5.0 m左右，標(biāo)準(zhǔn)堤級(jí)別為3級(jí)。

蒼南縣鰲江鎮(zhèn)標(biāo)準(zhǔn)堤為20世紀(jì)90年代后期、21世紀(jì)初建設(shè)完成，是保護(hù)鰲江南岸江南洋平原及龍港鎮(zhèn)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全的生命線。通過查閱、借鑒國內(nèi)有關(guān)城市堤防加固工程典型案例[1-6]，本文針對旺蒼縣鰲江標(biāo)準(zhǔn)堤存在問題及加固方案比選進(jìn)行分析，并對方案地方穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核分析，以期為該實(shí)際工程提供一定參考。

2 堤防現(xiàn)狀與存在問題

標(biāo)準(zhǔn)堤在灘涂上興建，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，產(chǎn)生了嚴(yán)重的沉降。標(biāo)準(zhǔn)堤興建時(shí)，高程基準(zhǔn)點(diǎn)引用有誤差，致使竣工圖高程有誤差。絕大部分堤頂(防浪墻)高程差值較大，不能滿足50 a一遇防潮標(biāo)準(zhǔn)要求。局部斷面的越浪量大于規(guī)范允許值0.05 m3/(s·m) ，不滿足規(guī)范要求。外坡整體抗滑安全系數(shù)均<規(guī)范規(guī)定允許值1.20，同時(shí)現(xiàn)狀斷面迎水坡地形受沖刷較嚴(yán)重，堤防外坡穩(wěn)定情況需進(jìn)一步復(fù)核。場區(qū)內(nèi)場地土除堤身填土外，以第四系軟土為主。堤身滲透系數(shù)較小，不存在滲漏問題。堤基土主要為軟弱土，第③層淤泥含砂、第④層淤泥，均高壓縮性，易變形，易沉降，抗剪強(qiáng)度低，排水固結(jié)慢，穩(wěn)定性差。且第③層淤泥含砂中粉砂含量普遍較高，透水性偏大，抗?jié)B穩(wěn)定性較差。因此，這兩層是堤基穩(wěn)定的主要驗(yàn)算層。

碼頭附近由于長期受波浪沖刷，消浪防沖設(shè)施有不同程度的損壞，特別是機(jī)磚碼頭附近，防浪墻根部明顯出露，且未見外部鎮(zhèn)壓拋石，存在嚴(yán)重的安全隱患，評(píng)定為“局部不合格”。碼頭局部存在路面開裂、不均勻沉降、路面與防浪墻之間脫開、路面與碼頭旱閘通行橋踏步之間脫開等現(xiàn)象。防浪墻局部存在開裂、內(nèi)外錯(cuò)開、上下錯(cuò)開、破損、伸縮縫密實(shí)、伸縮縫填料缺失、表面混凝土脫落、鋼筋銹蝕、頂部欄桿缺失或損壞嚴(yán)重等現(xiàn)象。根據(jù)《海塘工程安全評(píng)價(jià)技術(shù)大綱》安全類別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本工程評(píng)定為“三類標(biāo)準(zhǔn)堤”，需要盡快實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)堤除險(xiǎn)加固工程。

3 加固方案比選

3.1 方案一：外側(cè)增設(shè)樁基+承臺(tái)+小范圍拋石鎮(zhèn)壓

(1)側(cè)向抗滑措施。現(xiàn)狀框架式標(biāo)準(zhǔn)堤外側(cè)增設(shè)一排C30、Φ800 鉆孔灌注樁，單樁長13.0～18.0 m，間距3.00～3.25 m；樁頂增設(shè)厚0.60 m 承臺(tái)，用于增加水平抗滑力，承臺(tái)頂高程3.87 m(同原蓋梁頂高程)；以解決標(biāo)準(zhǔn)堤框架拉梁斷裂而引起的整體外移問題。

(2)堤頂及防浪墻加高措施。由于堤頂及防浪墻高程不滿足50 a一遇防潮標(biāo)準(zhǔn)，需要加高堤頂及防浪墻。加固后防浪墻頂高程為6.70 m，堤頂高程為5.60 m。城南段防浪墻加高0.10～0.23 m，一期工程段防浪墻加高0.84～1.01 m，江灣段防浪墻加高1.06 m，進(jìn)港段防浪墻加高0.78～0.90 m。堤頂城南段堤頂由于加高的高度較小，因此直接增加C30 混凝土路面及鋪裝層，其中鋪裝層采用原鋪裝層鋪設(shè)；一期工程段、江灣段及進(jìn)港段由于堤頂加高高度較高，為了不使原框架拉梁的頂部荷載增加，采用梁板結(jié)構(gòu)，梁斷面尺寸為0.50 m×0.70 m，梁間距為3.0 m。內(nèi)側(cè)蓋梁頂部設(shè)立柱(拆除小擋墻)，梁板擱置于立柱之上，并錨入外側(cè)防浪墻。一期工程段、江灣段由于防浪墻增加高度較高，且原防浪墻厚度僅為0.25 m，厚度偏小，為了提高結(jié)構(gòu)剛度，增加C30 鋼筋混凝土護(hù)面厚0.30 m。不同高程之間采用順坡連接。

(3)拋石鎮(zhèn)壓。碼頭附近由于受波浪沖刷比較嚴(yán)重，現(xiàn)狀地面線比較陡，整體抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，采用拋石鎮(zhèn)壓，鎮(zhèn)壓平臺(tái)頂高程為3.0 m，寬度為7.0～10.0 m 左右，拋石表層理砌厚度0.40 m；并設(shè)置粱格，大梁斷面尺寸為0.50 m×0.40 m，粱格尺寸為3.5 m×5.0 m；鎮(zhèn)壓平臺(tái)外側(cè)拋石坡度為1∶3.0，表層理砌厚度為0.40 m。

3.2 方案二：外側(cè)承臺(tái)+大范圍拋石鎮(zhèn)壓

(1)側(cè)向抗滑措施。現(xiàn)狀框架式標(biāo)準(zhǔn)堤外側(cè)增設(shè)厚0.60 m 承臺(tái)，用于增加水平抗滑力，承臺(tái)頂高程3.87 m，與原蓋梁頂高程平齊。

(2)堤頂及防浪墻加高措施。同方案一。

(3)拋石鎮(zhèn)壓。碼頭地段受波浪沖刷比較嚴(yán)重，整體抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，采用拋石鎮(zhèn)壓，鎮(zhèn)壓平臺(tái)頂高程為3.87 m，寬度為17.0～25.0 m，拋石表層理砌厚度0.40 m；并設(shè)置粱格，大梁斷面尺寸為0.50 m×0.40 m，粱格尺寸為5.0 m×5.0 m；鎮(zhèn)壓平臺(tái)外側(cè)拋石坡度為1∶3，表層理砌厚度為0.40 m。

3.3 方案比選分析

本次對上述方案一、方案二進(jìn)行比選分析。兩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較情況見表1。綜合上述比較，雖然方案一工程投資相對略大、工期較長，但能解決標(biāo)準(zhǔn)堤拉梁開裂、斷裂引起的整體外移問題，其結(jié)構(gòu)安全有保障，通過技術(shù)手段可較好解決樁基變形和不均勻沉降問題，結(jié)合后期日常維護(hù)管理成本經(jīng)濟(jì)測算，綜合效益較優(yōu)，因此推薦采用方案一。

表1 結(jié)構(gòu)斷面比較情況

4 堤防穩(wěn)定性分析

根據(jù)方案一，針對邊坡與承臺(tái)基底抗滑穩(wěn)定狀況進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。

4.1 邊坡穩(wěn)定性

本此計(jì)算采用50 a一遇設(shè)計(jì)高潮位進(jìn)行，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。工程為加固工程，地基土基本已完成固結(jié)，因此只選取運(yùn)行期工況計(jì)算各斷面整體穩(wěn)定，穩(wěn)定安全系數(shù)取≥1.2。工程為土石堤或框架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)堤，外側(cè)拋石鎮(zhèn)壓，邊坡穩(wěn)定分析方法采用瑞典圓弧法，本次復(fù)核不進(jìn)行抗震穩(wěn)定性計(jì)算，采用有限元邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)堤整體穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。上述斷面外側(cè)設(shè)置C30、Φ800 鉆孔灌注樁，并且拋石鎮(zhèn)壓后，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

4.2 承臺(tái)基底穩(wěn)定性

(1)基底滑動(dòng)分析條件。 正常運(yùn)用條件：堤頂部考慮人群及防洪搶險(xiǎn)等活荷載，換算成厚度為0.5 m 的土層，外江為高潮位4.0 m。非常運(yùn)用條件：附加荷載同正常運(yùn)用條件，外江潮位退至承臺(tái)頂高程。基底滑動(dòng)計(jì)算時(shí)，混凝土底板與塊石拋填基礎(chǔ)摩擦系數(shù)取為0.35；混凝土底板與淤泥基礎(chǔ)摩擦系數(shù)取為0.20。Φ800 鉆孔灌注樁水平承載力特征值取為125 kN，Φ600 鉆孔灌注樁水平承載力特征值取為60 kN。抗傾覆穩(wěn)定分析時(shí)計(jì)算條件同基底滑動(dòng)。

(2)計(jì)算方法與結(jié)果。 根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)中有關(guān)規(guī)定對河道護(hù)岸形式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。由表3計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)樁基處理后，承臺(tái)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

表2 標(biāo)準(zhǔn)堤各斷面整體穩(wěn)定計(jì)算成果

表3 承臺(tái)結(jié)構(gòu)安全計(jì)算成果

5 結(jié) 論

本文針對鰲江鎮(zhèn)龍港城區(qū)段堤防工程存在的安全隱患問題，綜合比較方案一與方案二的優(yōu)缺點(diǎn)，在選取方案一的基礎(chǔ)上，對其堤各斷面邊坡及承臺(tái)基底穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核，得出方案一標(biāo)準(zhǔn)堤各斷面整體穩(wěn)定和承臺(tái)基底抗滑抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。