岸坡整治加固中鉆孔灌注樁的運用探析,土木工程施工論文岸坡整治加固中鉆孔灌注樁的運用探析鉆孔灌注樁論文：岸坡整治加固中鉆孔灌注樁的運用探析內(nèi)容摘要：蕪湖市中心城區(qū)青弋江入長江口段鋼筋混凝土防洪墻建設(shè)工程由于受城市建成區(qū)已建城市建筑和城市道路等設(shè)施限制，造成該段防洪堤防部分堤段坡高岸陡，時常發(fā)生岸坡塌滑。為徹底解決高陡岸坡滑坡問題，通過岸坡失穩(wěn)原因分析，方案以及措施的比選，采用了鉆孔灌注樁綜合整治方案對該段防洪堤防施行加固。施工未對城市周邊環(huán)境及城市河道水生態(tài)、水環(huán)境產(chǎn)生影響。岸坡加固后運行至今，未發(fā)現(xiàn)岸坡失穩(wěn)現(xiàn)象。鉆孔灌注樁對堤防和岸坡加固效果明顯，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文關(guān)鍵詞語：城市防洪;堤防;防洪墻;鉆孔灌注樁;Applicationofcast-in-placeboredpileinthereinforcementofunstablebankslopeYOUDechunGUANLipingWuhuRiverManagementBureauChangjiangRiverManagementBureauAbstract：TheconstructionofthereinforcedconcretefloodwallatthesectionofQingyiRiverRivercrossingintothemouthoftheYangtzeRiverinthecentraldistrictofWuhucityhasbeenrestrictedbyfacilitiessuchasurbanbuildingsandurbanroadsintheurbanbuilt-upareas,landslidesoccurfromtimetotime.Inordertosolvetheproblemofhighandsteepbankslopelandslide,throughtheanalysisofthereasonsofbankslopeinstability,thecomparisonofschemesandmeasures,thecomprehensiveregulationschemeofboredpileisadoptedtoreinforcethefloodcontroldikeinthissection.Theconstructionhasnothadtheinfluencetothecityperipheryenvironmentandthecityriverwaterecology,thewaterenvironment.Sincethebankslopehasbeenstrengthenedandoperated,noinstabilityofbankslopehasbeenfound.Castin-placeboredpilehasobviousreinforcementeffectonLeveeandbankslope,andhasbroadapplicationprospect.1大概情況蕪湖市位于安徽省東南部，地處長江下游兩岸，市域面積6026km2，下轄無為、蕪湖、繁昌、南陵四縣和鏡湖、弋江、鳩江、三山四區(qū)，以及二個國家級開發(fā)區(qū)，市區(qū)面積1064.7km2。蕪湖中心城區(qū)濱江而建，是批準(zhǔn)的沿江重點開放城市、皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)核心城市、南京都市圈成員城市，是濱江山水園林城市、國家級優(yōu)秀旅游城市。鑒于城市的重要性，蕪湖市被列入全國首批30座重點防洪城市之一，建設(shè)安全可靠的城市防洪工程是本地區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定必不可少的前提條件。1.1水情蕪湖市中心城區(qū)地處長江中下游平原，屬亞熱帶氣候，四季分明，暖和濕潤。據(jù)蕪湖雨量站1880年建站以來的資料統(tǒng)計，1991年年雨量最大，為1924mm;1978年年雨量最小，僅為562mm；豐枯水年相差3倍以上。該地區(qū)全年降雨主要集中在汛期5～9月，為735mm，約占全年的60%；年平均雨量1192mm。年極端最高氣溫為41.1℃〔1959年〕，最低氣溫為-13℃〔1969年〕，多年平均氣溫為15.8℃。據(jù)史料記載，蕪湖水位站自1900年建站以來，實測最高洪水位為1954年8月25日的12.87m〔吳淞高程，下同〕，最低枯水位為1959年2月1日的2.11m。多年平均高水位為10.31m，多年平均低水位為3.58m，年水位高度變幅達(dá)7～10m。1.2地貌蕪湖市中心城區(qū)位于長江下游南岸的沖積平原地帶，大部分為地形平坦開闊、河渠交織的平原圩區(qū)，有少量山丘分布。區(qū)內(nèi)地形稍有起伏，基本呈東南高、西北低的趨勢，沿江地勢高程為9～11m。區(qū)內(nèi)山丘主要有赭山、范羅山、弋磯山、四褐山等，區(qū)內(nèi)河渠縱橫，除長江外，主要支流有青弋江、扁擔(dān)河、漳河、荊山河等。區(qū)內(nèi)江堤外河漫灘比擬狹窄，部分堤段基本無外灘地。內(nèi)河段堤外臨水側(cè)大部分沒有灘地，堤腳緊臨河槽，背水側(cè)堤腳淵塘密布。長江自南向北流經(jīng)中心城區(qū)，跨長江蕪湖河段，沿江岸線基本呈內(nèi)凹狀，深泓貼岸，岸坡沖刷較為強烈。1.3城市防洪工程現(xiàn)在狀況蕪湖城市中心城區(qū)位于長江和青弋江〔系長江一級支流〕交匯處，青弋江將中心城區(qū)城市防洪工程分隔成城北、城南兩個防洪片區(qū)。建國前，蕪湖市沒有真正意義上的城市防洪堤防，正常水位年，通過在防洪堤防上加設(shè)臨時子埂度汛。若逢汛期大水年，都是水進(jìn)人退，災(zāi)民集中在市區(qū)高地和山崗上避難。建國后，由于地方財力有限，建設(shè)的城市防洪堤防標(biāo)準(zhǔn)低，主要表現(xiàn)為矮、窄、險，無防汛通道，每逢汛期險象環(huán)生。20世紀(jì)90年代初，在國家、省、市三級財政支持下，蕪湖市啟動了城市防洪工程全面達(dá)標(biāo)建設(shè)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為防御長江1954年型特大洪水。南北兩個防洪堤圈土堤段均按國家Ⅰ、Ⅱ級土堤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)建設(shè)，唯有位于中心城區(qū)青弋江入長江口長約13.5km南北兩岸堤段，受城市建成區(qū)已建建筑物、城市設(shè)施限制，防洪堤防建設(shè)占地難以解決，使得防洪堤防無法向背水側(cè)城區(qū)大幅度內(nèi)退而被改造成倒T形鋼筋混凝土防洪墻。進(jìn)而造成防洪墻迎水側(cè)岸坡只能在原有高陡的岸坡上進(jìn)行砌護(hù)和修整。由于防洪墻改建工程段城市地坪高程11.5m左右，青弋江河底高程-0.5m左右，構(gòu)成高差12m左右、坡比1∶2左右的迎水側(cè)土坡，加上年水位變化高差達(dá)7～10m，造成每年汛后退水期迎水側(cè)岸坡時常發(fā)生塌滑現(xiàn)象，直接影響到防洪墻基礎(chǔ)的穩(wěn)定。2迎水側(cè)岸坡滑坡原因分析根據(jù)地質(zhì)勘察資料，堤身及堤基土層特征為：(1)雜填土層，雜色，成分復(fù)雜，呈中密狀態(tài)。層底標(biāo)高約-3.00～1.00m，層厚9～11m。(2)重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土層，灰色～青灰色，呈流塑狀態(tài)，局部夾粉土、粉細(xì)砂及軟塑粉質(zhì)黏土。層底標(biāo)高約-3.50～-4.50，層厚約2～4m。(3)中、重粉質(zhì)黏土層，長江沖積構(gòu)成的地層。黃灰色～灰黃色，呈硬塑狀態(tài)，局部呈堅硬狀態(tài)，局部為黏土。采用瑞典圓弧法和畢肖普法對迎水側(cè)岸坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析[1]計算，結(jié)果岸坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅1.02左右，岸坡穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)。對迎水側(cè)岸坡滑動原因進(jìn)行分析，以為主要有下面三方面：(1)堤身堤基含淤泥質(zhì)雜填土土層厚且向外坡下傾，不利于邊坡穩(wěn)定；(2)本流域雨水較多，城區(qū)地下水補給充足、地下水水位較高，長江干流枯水期蕪湖段水位較低，現(xiàn)在狀況外坡坡面無排水設(shè)施、城區(qū)地下水不能及時順暢排出，增大了坡體內(nèi)浸透壓力，降低了土層尤其是淤泥質(zhì)[3]雜填土層的抗剪強度和抗滑能力；(3)迎水坡垂直高度達(dá)12m，而坡比擬小，抗滑穩(wěn)定系數(shù)處于臨界狀態(tài)，易產(chǎn)生坡體滑動。3岸坡治理方案及整治加固工程措施3.1方案擬定根據(jù)上述原因分析，為能有效治理較大水位落差導(dǎo)致的防洪岸坡退水期塌滑的問題，進(jìn)行了屢次分析和討論后，構(gòu)成下面兩種岸坡治理方案：方案1是在迎水側(cè)岸坡護(hù)砌下部加強導(dǎo)滲、加固護(hù)坡底護(hù)腳平臺；方案2是緊貼已建防洪墻基礎(chǔ)迎水側(cè)或背水側(cè)修建防滲墻。方案1采用導(dǎo)滲加坡底固腳方式，降低防洪墻基礎(chǔ)下土體浸潤線的高度，加強迎水側(cè)岸坡土體抗滑能力。但由于城市岸坡土體大多屬于多年層疊的雜填土，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，坡面出滲點位置忽上忽下，出水量也大小不一，導(dǎo)滲溝系難以導(dǎo)出全部外滲地下水，致使岸坡塌滑現(xiàn)象不能徹底消除。方案2對阻斷城市地下水外滲效果直接，但也徹底改變了堤防浸潤線形態(tài)，大幅抬高防洪墻基礎(chǔ)處的地下水位高程，使得防洪墻及迎水側(cè)土體在枯水期要抵抗更大的水頭壓力，這對防洪墻整體穩(wěn)定不利。又因，順著防洪墻修建的防滲墻毀壞了防洪墻基礎(chǔ)下土體的整體性，也不利于防洪墻整體穩(wěn)定。通過兩方案比選，從偏安全角度考慮，決定采用方案1導(dǎo)滲加坡底固腳方式對岸坡進(jìn)行整治。3.2工程措施比選岸坡整治常采取的加固工程措施[2]，主要有削坡增加坡比、增設(shè)坡底壓腳平臺、打抗滑樁阻滑等方式。由于城市土地寸土寸金，加上防洪墻背水側(cè)是特別擁擠的城市道路、城市建筑和市政設(shè)施，采取防洪墻退建后削坡增加坡比來到達(dá)岸坡穩(wěn)定幾乎是不可能的。不穩(wěn)定岸坡位于長江一級支流青弋江南北兩岸，在沒有防洪規(guī)劃控制之前，城市建設(shè)與水爭地，造成青弋江入長江口城市段河道行洪斷面已顯缺乏，如采取增設(shè)坡底一定寬度壓腳平臺，通過壓腳平臺反壓岸坡來增加岸坡穩(wěn)定性的措施，需要占用河道的行洪斷面，增加了城市防洪壓力，顯然也不具有可行性。采取削坡增加坡比、增設(shè)坡底壓腳平臺的岸坡加固方式，都是要改變現(xiàn)有的河道斷面，挖填產(chǎn)生大量的土石方，將對多年構(gòu)成的河道水生態(tài)和水環(huán)境帶來不利的影響。如采用在坡腳位置打抗滑樁阻滑來增加坡面的穩(wěn)定性，能保持現(xiàn)在狀況坡面不變，不影響河道行洪，施工時擾動面小，對河道水生態(tài)和水環(huán)境影響也較小。通過比選采用打抗滑樁阻滑工程措施，對岸坡進(jìn)行加固處理。3.3抗滑樁型式比選采用抗滑樁對岸坡滑動進(jìn)行處理要求抗滑樁有足夠的長度，擊穿滑動面進(jìn)入持力層一定的深度，同時抗滑樁本身要具有足夠的抗剪強度，確保通過持力層產(chǎn)生足夠的抗力，阻止滑動體繼續(xù)下滑。常采用的抗滑樁有木樁、預(yù)制鋼筋混凝土樁、鉆孔灌注樁等。采用木樁和預(yù)制鋼筋混凝土樁都需要采用打樁機具，為便于打樁，樁徑不能過大。由于需加固治理的岸坡穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)，打樁機具本身重載，打樁錘擊產(chǎn)生強烈震動，以及樁打入土體對周邊土體的擠壓等，都對岸坡穩(wěn)定極為不利。鉆孔灌注樁具有如下優(yōu)點：(1)機小、重量輕、設(shè)備簡單，狹窄操作面可以使用，能夠靠近已有建筑物施工，基本不受交通條件限制；(2)工藝技術(shù)成熟，操作簡單、安全，質(zhì)量易于把握和控制；(3)噪聲低、振動小、對周圍環(huán)境的污染小，合適城市內(nèi)施工；(4)對復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性強。采用鉆孔灌注樁就克制了施工工具本身重載和強烈震動問題，同時樁徑能夠適當(dāng)加大，樁長可以以根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整樁長，樁的抗剪和抗彎能力也優(yōu)于木樁和預(yù)制鋼筋混凝土樁。通過比選抗滑樁采用鉆孔灌注樁。4設(shè)計方案的探尋求索及優(yōu)化出現(xiàn)滑坡較頻繁的岸坡主要集中在花津橋〔對應(yīng)堤防樁號1+428〕上下游堤段。1998年長江發(fā)生大洪水，汛后枯水期，青弋江北岸花津橋下游堤段〔對應(yīng)樁號1+673～1+908〕堤防迎水坡出現(xiàn)較大范圍的失穩(wěn)滑坍，滑坡段東西向長度達(dá)235m，在高程8.0～11.7m之間產(chǎn)生兩道張拉裂縫，上部裂縫距高程11.5m的防洪墻迎水側(cè)平臺僅0.5m，最大錯深達(dá)0.7m。根據(jù)方案二確定的思路，對其施行整治加固。沿高程6.5m外護(hù)坡坡底護(hù)腳平臺處布置了28根混凝土鉆孔灌注樁抗滑及濾料樁[3]導(dǎo)滲，混凝土鉆孔灌注樁樁長5～6m，樁徑1m，孔距12m，孔距中部設(shè)置一排濾水井孔。整治方案施行后，滑坡得到了緩解。隨后緊鄰整治加固段上游樁號1+608～1+658段的外坡上又出現(xiàn)了長50m的裂縫，最大裂縫寬度為0.2m，講明坡體仍未最終穩(wěn)定。分析以為主要有幾方面原因，(1)鉆孔灌注樁樁距過大，不能構(gòu)成有效的土拱效應(yīng)；(2)樁長缺乏，不能構(gòu)成足夠的抗滑能力；(3)單排樁獨立受力，不能發(fā)揮整體抗滑力。之后對方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[1]，最終采取鉆孔灌注樁綜合整治方案。4.1鉆孔灌注樁布置采用C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁阻滑方案，呈梅花型布置兩排，樁徑1.1m，樁頂高程6.0m，樁底高程-7.5m，順堤向的樁中心距4.5m，垂直堤向的樁中心距2.6m，樁與樁之間在頂部采用0.7m1.0m〔寬高〕聯(lián)絡(luò)梁連接。4.2護(hù)坡及排水將現(xiàn)在狀況漿砌石護(hù)坡拆除，在高程11.50～8.0m間采用厚0.12m自鎖式C20混凝土預(yù)制塊〔開條形孔洞、播種草籽〕護(hù)砌，在高程8.0～6.0m間采用厚0.12m自鎖式C20混凝土預(yù)制塊〔加條形糙條〕護(hù)砌。護(hù)坡坡面下設(shè)置縱橫向反濾排水溝，順?biāo)飨蛟?.0,6.0m高程設(shè)置兩道，順坡向每間距10m設(shè)置一道，排水溝深0.5m、底寬0.3m、邊坡1∶0.3，并在6.0m高程順?biāo)飨蚺潘疁蟽?nèi)埋設(shè)80@2.0mPVC排水管，將集水引出坡面直排入江。4.3拋石固腳水下拋石主要拋在高程6.0m下面至江底的坡腳范圍內(nèi)，拋護(hù)厚度0.3～0.5m，拋石石料系利用拆除的漿砌石護(hù)坡塊石。為避免拋石不均勻性，拋石后應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行人工整理。鉆孔灌注樁抗滑構(gòu)造布置如此圖1，鉆孔灌注樁及坡面排水平面布置如此圖2。圖1鉆孔灌注樁抗滑構(gòu)造布置圖圖2鉆孔灌注樁及坡面排水平面圖采用上述方案對花津橋滑坡段〔蕪當(dāng)江堤樁號1+608～1+658段及1+673～1+908段〕285m長度進(jìn)行了治理，治理后多年來工程運行穩(wěn)定性良好。5鉆孔灌注樁在岸坡整治加固中的應(yīng)用自花津橋滑坡段采用鉆孔灌注樁阻滑、在坡面設(shè)置完善的排水系統(tǒng)、拋石固腳等工程措施綜合治理后，又陸續(xù)對產(chǎn)生滑坡的其余堤段按同樣方案進(jìn)行了整治。經(jīng)太多年的運行，經(jīng)過鉆孔灌注樁綜合整治方案治理的既往滑坡段一切正常，岸坡穩(wěn)定，未再出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，治理后效果明顯。自2020年開場蕪湖市對中心城區(qū)防洪墻段開場進(jìn)行景觀化改造。結(jié)合景觀化改造工程，對蕪湖市中心城區(qū)防洪墻段不穩(wěn)定的岸坡，同樣采用鉆孔灌注樁綜合整治方案進(jìn)行岸坡整治，整治岸坡長約2.3km，整治后岸坡穩(wěn)定[4]，效果良好。2020年，蕪申運河蕪湖段開工建設(shè)。為保證蕪申運河有足夠的航道寬度，需要對青弋江南岸城區(qū)段防洪墻進(jìn)行背水側(cè)后退建設(shè)。由于受城市已建設(shè)施影響，防洪墻后退空間受限，后退后防洪墻迎水側(cè)土坡坡比僅為1∶2。該工程2021年上半年完工，經(jīng)過2021年主汛期高水位洪水考驗后，在退水期出現(xiàn)長約150m的岸坡滑移。為減緩滑移構(gòu)成的滑動面，采取了應(yīng)急處置方案：將防洪墻背水側(cè)墻底板以上的10m寬土體挖除減載；對迎水坡模袋混凝土護(hù)坡外表開槽排水，并設(shè)置反濾層，降低土體地下水壓力；坡面采用拋石壓重，避免滑動體進(jìn)一步擴大。2021年初，青弋江進(jìn)入枯水期，根據(jù)鉆孔灌注樁綜合整治方案，對已滑移段及可能滑移段約2.