新疆麦盖提县东河滩一期防洪工程水毁段加固设计方案

孙庆平 刘长春

(喀什农三师勘测设计研究院有限责任公司 844000)

1 工程概况

麦盖提县东河滩防洪工程位于麦盖提县城西南约4～5km处，工程在叶尔羌河防洪规划中桩号编号为151+923-163+823，长度为11.9km。该工程不仅是麦盖提县防洪重点工程，也是叶尔羌河重点防洪工程之一。

麦盖提县东河滩一期防洪工程从桩号159+135～161+024(长1889m)，该段位于河道凹岸，河水对该段淘刷严重，洪水期间险情不断，是多年东河滩防洪的重点。

东河滩一期防洪工程于2003年5月完成初步设计，于2005年1月正式开始施工，同年6月底完工。设计洪水标准为20年一遇，设计洪水流量2590m3/s。

东河滩防洪工程防洪堤沿线一带地质情况为:表层为灰黄色低液限粉土夹低液限黏土层透镜体，厚约2～4m。其下为河流相冲积砂层，以青灰色粉细砂为主，抗冲能力很弱。

该工程的重点是堤防基础防冲处理，受当时资金和基础施工技术的限制，原横断面设计为:

堤防边坡采取现浇混凝土板加塑膜护砌，边坡混凝土板厚15cm，强度等级为C20。混凝土板下铺设40cm厚河砂垫层，混凝土板与河砂垫层间铺设0.5mm厚塑膜，防止水流通过板缝淘砂。混凝土板尺寸为3m×3m，分缝缝宽2cm，采取水泥砂浆填缝，每隔10m设伸缩缝一条，采用塑料胶泥填缝。每隔100m设现浇混凝土齿墙一条，齿墙宽60cm、深60cm。

堤坝底迎水面采取振动沉模混凝土板墙加井柱进行防冲、防渗护砌，井柱深20m，井柱直径0.5m，间距1.7m，振动沉模混凝土板墙深12m，板墙厚度20cm。为防止堤坝冲刷后，土压力作用破坏井柱及混凝土板墙，提高井柱和混凝土板墙的稳定性，在井柱、防冲墙后4m处再增加一排井柱，井柱桩深12m，间距3.4m，并通过井柱上部的横梁与迎水面井柱、混凝土板墙连接，以增强迎水面井柱、防冲墙的稳定性。

2010年7月中旬～8月底，东河滩防洪断面洪峰流量1086m3/s(根据喀群断面推算，喀群断面洪峰流量2360m3/s)，且持续时间长。2010年9月河道主流集中掏刷东河滩防洪工程桩号159+232～159+752段520m，坝前混凝土护坡出现塌陷。

2 护坡塌陷成因分析

洪水退去后，麦盖提县水利局组织相关单位对水毁塌陷的护坡段堤基进行开挖检查，从基础开挖现场发现，有10处15块振动沉模板缺失，其他护坡段基础的振动沉模板仍然存在、完好，而且在护坡塌陷的情况下，井柱(迎水面、背水面)及其间的连接梁仍然完好，并未造成堤基失稳、裂缝或位移，说明原设计防冲基础主体结构稳定，汛后现场照片见图1:

图1 完好的柱间横梁及连接梁

但发现沉模混凝土板墙未能按设计很好连接成整体，许多板墙间部分出现宽2～5cm的垂直板缝，详见图2。

图2 成墙出现板缝

初步分析:ⓐ由于2010年麦盖提县东河滩防洪工程经历了大洪水流量，而且历时较长(65天左右)，使主河槽摆向护岸，造成整条或部分丁坝毁坏，丁坝挑流失效，同时洪水对护岸的冲刷也由切向变为30～70度的斜冲，可能使局部冲刷深度大于原设计冲刷深度或局部冲刷深度大于6m，墙后土压力将板推断(但开挖中未发现断板)。这可能是造成振动沉模板下沉缺失的原因。也可能是因为施工过程中，该处沉模施工难度大，实际成墙深度未达到设计深度，在水流冲刷下下沉缺失;ⓑ由于振动沉模板间存有缝隙未处理，洪水对板墙持续冲刷，使得洪水通过板缝将护坡混凝土板下的粉细沙吸出淘空，造成混凝土护坡面板失稳塌陷。

3 加固处理设计

3.1 冲刷深度复核

堤基保护深度是工程成败的关键，堤基设计时应计算最大局部冲刷深度，最大局部冲刷深度根据阿尔图宁公式计算。

计算公式:

式中 Q——设计流量，m3/s

B——河床行洪宽度，m

H——设计水深，m

K——系数 K=(B/H)0.15=(1050/1.89)0.15=

2.58 ;

RP——波浪爬高，RP=1.2m;

Hmax——最大水深;

E——河水含砂量，叶河汛期含砂量5～6kg/m3，查表E=0.66;

d——河床泥砂粒径，d=0.01mm。

东河滩设计流量为2590m3/s，B为1050m，水深为1.89m。

3.2 修复处理方案

对159+232～159+752(520m)段加固处理的关键是确保堤基础的稳定，故提出以下三种修复处理方案:ⓐ采用槽孔混凝土防渗连续墙进行坝基防冲，并在连续墙迎水面抛卵石格宾笼;ⓑ利用现有两排混凝土灌注桩，在两排灌注桩中间及第一排灌注桩前抛卵石格宾笼;ⓒ采用高压旋喷桩在原前排相邻的灌注桩中间修建截渗墙，可将前排井柱形成连续墙同时可填补振动沉模板间的板缝，使井柱、振动沉模墙、水泥旋喷桩有机地成为整体，在截渗墙迎水面再前抛卵石格宾笼。护坡均按原设计修复。

方案一优点:ⓐ防冲刷能力较强，分槽段施工，施工速度快;ⓑ地下连续墙体刚度大，整体性好，因而结构和地基变形都较小;ⓒ地下连续墙为整体连续结构，耐久性好，抗冲刷能力强。缺点:ⓐ设计0.6m厚连续墙在14m冲刷深度时结构本身不稳定，需要靠墙前抛填格宾卵石笼，保证墙前冲深在6m以下，连续墙才能稳定;ⓑ施工技术要求高，无论是造槽机械选择、槽体施工、泥浆下浇筑混凝土、接头、泥浆处理等环节，均应处理得当，不容疏漏;ⓒ投资相对较大，159+232～159+752段建筑工程投资2015.65万元。

方案二优点:ⓐ柔性断面，允许变形，有一定的自愈能力;ⓑ施工简单，进度快，便于维修;ⓒ具有较大糙率，可减小波浪和水流的作用;ⓓ投资较低，159+232～159+752段建筑工程投资1110.09万元。缺点:工程量大，与上下游护坡连接困难，堤基、堤身不能一次性稳定，需要连年添加格宾卵石笼和修补堤坡，耗费人工较多、延续时间较长。

方案三优点:ⓐ能使井柱、振动沉模墙、水泥旋喷桩有机地成为整体，修复后护坡与现上下游护坡段整体一致;ⓑ施工进度快;ⓒ投资相对方案一小、略高于方案二，159+232～159+752段建筑工程投资1443.84万元。缺点:旋喷桩强度低，起不到抗冲作用，只有靠卵石格宾笼抗冲，洪水期间对卵石格宾笼的补充就相当重要，堤基对卵石格宾笼的依赖性强，对运行管理要求高。

通过方案比较，方案三投资较少，施工简单，进度快，能够有效填补振动沉模缝隙，与原基础方案能够有机地结合，为本次推荐方案。详见图3～图4。

图3 顺坝护岸平面

方案三的旋喷桩施工是关键，由于现井柱间净距为120mm，为使旋喷桩与井柱有一定的搭接宽度，成桩半径要求不小于750mm，经分析比较，圆形旋喷桩具有成墙厚度大，而且圆形弧面可以分散水流的冲击力，防冲能力较强等优点，故选择圆形旋喷桩为本方案的推荐方案。

圆形旋喷桩采用二管法在汛前施工，成桩半径不小于750mm，与原灌注桩最小搭接宽度为15cm，桩深14m。旋喷参数根据现场实验确定。旋喷桩桩体渗透系数小于1×10-6cm/s，抗压强度R28≥5MPa。旋喷桩中心位于原相邻灌注桩中间位置，由于原灌注桩由盖梁连接，需在原盖梁上新凿旋喷孔，钻杆从新凿旋喷孔深入至设计深度。

图4 顺坝护岸剖面

为确保基础墙身的稳定，必须保证墙前基础冲刷深度小于6m，故采取在基础墙前抛宽8m、深度4m的卵石格宾笼，卵石格宾笼技术指标是:格宾石笼规格为2m×1m×1m，用于制作格宾的钢丝需厚镀高尔凡(5%铝锌合金+稀土元素)防腐处理，镀层的黏附力要求:当钢丝绕具有2倍钢丝直径的心轴6周时，用手指摩擦钢丝，其不会剥落或开裂，符合EN10223—3标准;网面抗拉强度大于50kN/m，符合EN10223—3标准;卵石短径不小于120mm。

4 旋喷桩施工

4.1 施工程序

施工程序大体分为:喷射20MPa高压水旋喷钻进;达到设计深度喷射35MPa高压水泥浆旋喷提升;高压水泥浆旋喷成桩，如图5所示:

图5 旋喷桩施工程序

4.2 工艺流程

测量放线→确定孔位→测量孔口高程→高喷台车就位→钻头对准孔位→测量钻杆垂直度→启动高压水泵→启动空压机→搅制水泥浆液→地面试喷水气浆压力→高压水旋喷钻进→钻进至设计深度→启动高压浆泵供浆→高压浆旋喷提升→旋喷提升至设计旋喷桩顶高程→回灌至孔口浆面不再下沉→结束→清洗输浆管路→高喷台车移至下一孔位。

4.3 旋喷桩参数确定

旋喷桩参数的确定是成桩强度和决定成桩桩径的基础，故需通过现场试验确定。经多次现场试验确定如下参数:

水泥掺入量25% ～30%/m3，水灰比1.25～1.15∶1，喷嘴直径1.8mm。

水泥浆密度(比重)1.45g/cm3。试验结果:旋喷桩直径1.6～1.7m。详见旋喷桩试验参数表。

旋喷桩试验参数表

5 结语

麦盖提县东河滩一期防洪水毁修复工程，采用了高喷灌浆双管法旋喷桩工艺，旋喷桩与灌注桩和沉模板墙整体连接效果良好，通过参数的调整使桩径达到1.5m以上，经验收检查完全满足设计要求，为高喷灌浆双管法旋喷桩在叶河粉细砂基础施工和粉细砂基础加固积累了经验。通过2011年洪水期运行，卵石格宾笼下沉0.3m，堤基前形成淤积，证明其设计是合理的，本文总结其设计、管理、施工经验，以期为今后的类似工程提供参考。