王光榮
淺析跨河大橋下常見堤防險情處理措施
王光榮
本文以南京市雨花臺區(qū)汽渡線跨板橋河大橋下堤防2016年汛期發(fā)生滲漏、裂縫險情,汛后處理措施為例,從險情發(fā)生的原因、搶險措施、汛后消險措施方案比選,結(jié)合施工實際難度等方面論述了低跨河大橋下堤防險情處理方法,從而為類似險情處理提供實用的參考。
板橋河是一條通江支流,位于南京市西南,全長20.21km,流經(jīng)江寧區(qū)、雨花臺區(qū),流域面積約125.9km2,按《板橋河流域水利綜合規(guī)劃》,河口處設(shè)計洪峰流量392m3/s,河口設(shè)計潮水位10.94m(長流規(guī)),入江口位于秦淮新河口上游1.5km,歷史遭遇最高水位10.72m,枯水期河床暴露,典型的季節(jié)性暴漲暴落河道。2016年7月上旬,板橋河水位迅速上漲,繞城公路汽渡線橋下堤防再次出現(xiàn)背水坡滲漏險情,堤身出現(xiàn)縱向干裂縫,情況緊急。為確保安全度汛,及時在堤防背水坡做反濾導(dǎo)滲,堤頂附近架設(shè)臨時值守點,備黃土500m3、編織袋1000條,木樁20根,巡查人員分組分班不間斷巡查,確保及時發(fā)現(xiàn)險情,搶險隊員24小時待命,最終涉險度汛。
通過現(xiàn)場察看發(fā)現(xiàn),繞城公路汽渡線跨板橋河大橋堤防出現(xiàn)的滲漏及裂縫險情,主要是由于施工時,堤身土方回填不密實,防汛匝道緊貼背水坡修建,背水坡坡比較陡,造成局部堤身斷面不足。另外,大橋梁板底部與堤頂之間凈空只有50cm左右,給后期消險處理帶來了難度。
1.設(shè)計洪水
采用河道一維非恒定流模型推算河道沿程最高設(shè)計洪水位,上邊界為流域各分區(qū)支流入流過程,下邊界遭遇河口長江潮位。以20年一遇洪水遭遇河口5年一遇最高潮位9.52m,50年一遇洪水遭遇河口長江10年一遇最高潮位9.98m,推求河道洪水位,區(qū)界以下河段按照“長流規(guī)”防洪水位10.94m和50年一遇防洪設(shè)計水位的外包線確定防洪堤防,區(qū)界以上河段按照20年一遇洪水位確定堤防。確定設(shè)計洪水位10.94米。
2.工程地質(zhì)
區(qū)域地質(zhì)資料顯示,工程場地在大地構(gòu)造上位于揚子斷塊區(qū)下?lián)P子斷塊內(nèi),下?lián)P子斷塊在新構(gòu)造運動期以大面積的升降運動為其主要特征,斷塊內(nèi)盆地由斷陷型轉(zhuǎn)為凹陷型,第四紀(jì)以來構(gòu)造運動微弱,主要表現(xiàn)為緩慢間歇性升降運動。本場區(qū)勘察深度內(nèi)揭露的地基土層自上而下分為4層5亞層.局部分布,土質(zhì)較均勻,中等透水。該層局部未揭穿,最大可見層厚9.00m。通過勘察未發(fā)現(xiàn)明顯影響工程穩(wěn)定的不良地質(zhì)現(xiàn)象,但軟土是本場地的不良工程地質(zhì)層。通過地勘資料揭示,該段場地分布的③2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚度比較大、含水量大、壓縮性高、強度低、易觸變等特點,在地震或荷載作用下易產(chǎn)生大的沉降、側(cè)向流變,從而導(dǎo)致地基失穩(wěn)。
3.方案
在堤防迎水面7.9米標(biāo)高處打設(shè)一道高壓旋噴防滲墻,墻厚0.3米,樁徑0.6米,間距0.52米,深度5米,標(biāo)高7.9米以上采用新建鋼筋混凝土擋墻的方法擋水,擋墻頂標(biāo)高11.4米。高壓噴射灌漿是高壓噴射水、氣或漿液介質(zhì)沖刷切割土 ,并使?jié){液與土體顆粒摻砼固結(jié)形成防滲墻體。其特點為:①可灌性、可控性好;②連接可靠;③機動靈活;④適應(yīng)地層廣、深度較大,可達80m左右。優(yōu)點是堤防穩(wěn)定、防滲有保障。造價略高,但險工段長度只有76m。如下圖。
繞城公路汽渡線跨板橋河大橋堤防為均質(zhì)土堤,堤基土體在汛期堤內(nèi)、外水位差較大,在滲透水流作用下,會引起滲透破壞,一旦破壞嚴(yán)重會導(dǎo)致堤防失事。滲透變形的產(chǎn)生及其發(fā)展過程,與土料性質(zhì)、土料顆粒級配、水流條件及防滲、排水設(shè)施等因素有關(guān)。滲透變形的類型有流土、管涌、接觸沖刷和接觸流失等4種形式。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,板橋河堤防險情主要以管涌、流土為主。堤防滲流分析的目的有:①確定堤防浸潤線的位置,為堤防岸坡穩(wěn)定分析和布置觀測設(shè)備提供依據(jù);②確定堤身和堤基的滲透流量,以估算滲漏損失;③確定堤身和堤基滲流逸出區(qū)的滲透坡降,檢查產(chǎn)生滲透變形的可能性,以便采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?/p>
1.滲流計算參數(shù)
滲流計算采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的二維滲流分析計算程序。
依據(jù)測量資料和鉆探斷面,綜合考慮地形、地質(zhì)及壩高等因素,建立滲流二維模型。根據(jù)《勘察報告》取滲透系數(shù)的平均值進行計算,堤防土層滲透系數(shù)見表1。
本次防滲處理方案采用高壓旋噴樁防滲墻,滲透系數(shù)均取1×10-6cm/s。
表1 堤防滲流計算滲透系數(shù)表
2.滲流計算結(jié)果分析
根據(jù)地勘及測量資料,迎水坡設(shè)計水位10.94m,下游無水設(shè)計斷面的地面高程為8.50m,分別計算防滲處理前、防滲處理后堤防的滲流穩(wěn)定,計算結(jié)果詳見表2。
表2 堤防滲流計算結(jié)果表
經(jīng)計算,處理后堤身滲流浸潤線溢出點高程降至坡腳,滲透坡降顯著降低,對于超標(biāo)準(zhǔn)洪水堤防安全運行有利。
繞城公路汽渡線跨板橋河大橋下堤防消險工程在2017年汛前完工,汛期板橋河河口最高潮水位達到9.64米,超警戒水位1.04米,在高水位工況下,巡堤人員并未發(fā)現(xiàn)類似往年的滲漏等險情,運行效果良好,經(jīng)受住了洪水的考驗。通過對雨花臺區(qū)汽渡線跨板橋河大橋下堤防風(fēng)險處理措施分析,有以下啟示和建議:
1.道路橋梁建設(shè)單位在進行跨河橋梁下堤防恢復(fù)施工時,堤身土方回填不實,同時堤防設(shè)計斷面不足,是造成險情的重要原因,因此,洪評后的后期監(jiān)督非常重要,如何確保橋梁建設(shè)單位保證橋下堤防補償施工的質(zhì)量是水利部門需要關(guān)注監(jiān)督的重點難點。
2.建議中小河流的跨河大橋盡量能做到路堤結(jié)合,道路標(biāo)準(zhǔn)達到防洪要求,可以達到雙贏的結(jié)果。
3.由于深層攪拌、高壓噴漿等生產(chǎn)工具的發(fā)展,工藝水平的提高,也給處理河流局部新發(fā)生難處理險工隱患帶來了有效方法,尤其高壓旋噴、擺噴等技術(shù)水平的提高和成本的降低是今后處理類似險情需要研究的課題。
南京市雨花臺區(qū)水務(wù)局)