浅析某河涌整治工程导流及开挖方案

2015-10-29王莲

建材与装饰 2015年10期

关键词：抽水机围堰导流

王莲

（广州市水电建设工程有限公司　广东　广州　510610）

浅析某河涌整治工程导流及开挖方案

王莲

（广州市水电建设工程有限公司广东广州510610）

根据图纸的研究和施工现场的踏探，设计制定了施工导流及排水方案；对开挖过程中发生的连续滑坡产生原因进行计算分析并提出治理方案。

导流排水；滑坡；分析；治理

1　工程概况

本工程防洪标准采用20年一遇24h暴雨遭遇外江多年平均最高高潮位不成灾，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。

本工程任务为提高河涌防洪标准，改善河涌水环境，河涌整治长度为2500m，其主要工作内容为河涌拓宽清淤、堤岸整治、开凿人工湖，营造湿地湾等。

2　施工导流排水

经研究图纸及现场踏探，采用全断面围堰挡水、总管分排、开挖集水井集中排水、现场作业区排水导流等方法施工排水，保证干地土料挖运及回填施工。若遇强降雨有险情时，则停止基坑施工，破堰泄洪，泄洪后恢复围堰排完水再施工。

2.1围堰的布置

根据设计及工程实际情况，采用挖运土方填筑成挡水围堰，围堰底部铺设土工格栅，围堰顶高程与原堤面持平，并在围堰迎水坡铺防渗斑马布两层，砂包防冲护坡。

土围堰施工完成后，抽排完原河涌内水，即可开始基坑土方开挖，且同步进行基坑支护和基础处理。

施工作业区基坑内侧设置临时排水沟及若干集水井砂包支围坝导流排水，集水井中安装功率7.5kW/台的泥浆泵，保证涌底泥水排排。

2.2围堰的施工

（1）结构尺寸：根据现场施工情况，设计围堰顶宽约为4.0m、底宽根据坡比约9.0m、迎水面坡比约1：2.0、背水面坡比约1：2.0，围堰底部铺设土工格栅，围堰顶高程▽6m比原堤面略高，围堰顶部及外坡迎水面边坡先用斑马布铺两层，再用砂包护面；内坡背水面坡脚1m高的位置先用斑马布防渗铺两层，再用袋装砂包300mm厚护脚。

（2）围堰的填筑：围堰材料因地制宜，现场土料开挖后自卸汽车运至围堰施工位置卸土，D60型推土机推土渐进，土料随到随平直至围堰合龙。

（3）合龙后的处理：填筑堰体侧面会有局部坑洞，坑洞被流水冲刷后泥土被带离，有破坏堰体的危险。故在围堰合龙后，即采用PC200型反挖掘机对堰体作修补、整平、抹光处理；并在迎水面铺设防水土工布以防止流水直接冲刷。

（4）护脚处理：在围堰背水坡坡脚处设一排稍径80mm间距300mm桩长6m的松木桩加固护脚。

（5）观测：在堰体设置临时观测点，定期作变形观测并作数据信息反馈。

2.3施工现场作业区导流、排水

非汛期河涌上游生活污水与弱降雨汇入量约为0.01m3/s，由上游围堰与导流管导至场区临时排水系统抽排，临时排水系统采用抽水机抽排；若遇强降雨，则停工，破围堰泄洪，泄洪后恢复围堰，排完场区内积水恢复施工。

土方施工采用无水条件作业法，在河涌上下游用围堰拦断水源，在枯水期完成水下结构。施工导流采用总管外派，在上游围堰处设置两台30kW的抽水机，每台抽水机排水量可达到300～ 500m3/h，施工时沿涌布置三条300mm的排水管，排水管从上游围堰接到下游围堰入河涌。另布置一条管用作日常导流排水，另一条备用。用抽水机抽完河涌积水施工，同时将上游生活用水用抽水机强排到下游。在围堰下游布置5台30kW抽水机抽水，确保作业区内无水条件施工。

施工排水：包括基坑抽水和经常性排水两个方面的工作。施工时先抽干河涌水，再采用分段开挖排水明沟将施工中不断产生的地下水渗水导入积水井，再强排到河涌下游。

（1）基坑抽水

土方围堰填筑完成闭气后即可进行基坑抽水，拟投入5台功率35kW/台的抽水机或泥浆泵工作，抽水排出下游围堰外。

为了围堰的安全稳定，水位下降速度控制在1.0m/每昼夜，抽水期间设专人观察围堰的稳定情况，发现问题须马上处理。抽干基坑内积水后紧接着进行经常性排水。

（2）经常性排水

施工期间基坑四周会出现地下水渗出，降雨及建筑物养护用水也会积在基坑内，因此须进行经常性排水。沿基坑线设置排水沟，并每隔一定长度设置集水井，每个井设一台功率7.5kW/台的泥浆泵进行排水。

排水沟宽50cm，深30cm，注意派人随时清理以防堵塞。集水井尺寸为（长×宽×高）2.0m×2.0m×1.0m，集水井与排水沟相连通，井壁堆砌砂包，井底设30cm厚反滤层。

3　土方施工开挖

3.1开挖布置

本工程有施工范围广、周边项目均已开工相互干扰较大、各工作面均可由临时道路进入交通较为通畅等特点，故此该项目工程因地制宜开挖施工。

3.2开挖程序（如图1）

3.3发生滑坡现场状况

图1

渠道K0+950～K1+050段左岸，开挖到▽3.00高程时岸坡发生滑动；人工湖HⅠ段，开挖到▽3.00高程时左岸发生滑坡，接着右岸又滑坡。

现场原地面原高约为▽5.5m，由于工程施工需要，整个地面普遍采用粘性壤土覆盖到▽6.5～▽6.8m并作为施工主干道供各单位施工使用，渠道滑坡的起点即在已填筑▽6.8m道路的边缘上。

4　滑坡治理方案

4.1地质报告对工程所处地段的地质状况判定

现以K0+950断面（左岸）发生的圆弧滑动作分析。原地面高程▽5.30m，开挖前已经填至▽6.8m。当河涌湿地观景区段按设计图1：2的边坡开挖到▽3.00m时，自道路边缘开始出现滑动裂缝，整个岸坡向河涌中心下滑。

从业主提供该地区的地质报告及地质图来看，河涌内地表以下至▽0.9m高程由淤泥及夹砂淤泥组成，在地质剖面图上将此两层并作一层，层厚3m左右，并定性为淤泥——为灰黑色、流塑、饱和状并汉粉细砂及贝壳残片，整个开挖都是在这淤泥层中进行。

地质报告提供的地质物理力学特征值为表1。

表1

由此可见，地质为流塑性，高压缩性（Es＜4MPa）的极其软弱的粘性土。

4.2滑坡发生原因

4.2.1大开挖破坏了土体平衡关系

原地貌显示，即使在河涌两岸回填了1.5m厚的粘性壤土，整个地形和地貌仍能保持平衡状态这是符合塑性土地基极限承载原理的，粘性软弱地层的极限承载力PV的公式为：

式中的NC、Nq、Nγ都称为地基承载力系数，右边第三项的Nγ，在地层φ很小的情况下，Nγ几乎等于0；只有当φ≥20°时，Nγ才会变大，于是地基的极限承载力就变成只有右边的两项了，即：

Pu=CNC+qNq——普朗德尔公式

在软土地基上，若要获得较大的地基承载力，就必须使qNq变大，且q不能等于零。q就是反压平台，Nq是承载力系数，它制约地层的φ角，并成正比关系。根据地层下受力状态的莫尔园图可直观地看到当φ很小时，反压平台q对地基承载力的提高是起主要作用的（尤其是当C也很小的情况时）。当φ很小，C也很小时，两圆相隔很近，地载力只要靠q起作用，只要q大，Pu才会大（见图2）。

当φ=6°，NC=（Nq-1）ctgφ=6.813，Pu=CNC=2.04T/m2。而边坡内实际的荷重PO=Hγ=3.8×1.6=6.08T/m2，远大于Pu。

地层结构的平衡关系遭到破坏，于是导致滑坡的发生。

4.2.2地层的C值太小、开挖坡比大

图2　q在地基承载中起的作用

泰勒假设的条件是在没有反压平台下的边坡稳定分析。因此，公式的分子部分没有qNq这一项。泰勒假定φ=0，即土层处于很软弱的状态下计算开挖坡的稳定。泰勒在研究了很多边坡实例中发现NO这个参数与开挖坡的坡比有很大关系，开挖坡比越平缓NO就越大，反之则越小。

当查1：2边坡这条直线向上与d（坡址圆）这条曲线相交时，可查得稳定度NO=6.8。实际上淤泥层厚度并不大于3m左右，下卧层为粉质粘土，C=1.6T/m2，φ=10°，与实际发生的滑坡类似。当NO=6.8时，相当于地层的φ为6°。NC=6.813，这与地质报告说列的参数吻合，即：

4.3治理方案

若不采取措施，在近5km的岸坡开挖中，将会频繁出现滑坡坍塌现象。如果采用钢板桩支护以及水泥搅拌桩支护等方案，可以解决问题但耗资过大。因此，需要寻求一种新的结构形式，既能当建筑物使用又能起支护作用；既能解决开挖问题，又能体现设计意图不破坏原土结构的平衡，而且还要保证工期按期完成。

只要在亲水平台挡土墙处，用水泥搅拌桩格栅墙作为一个重力结构来代替格宾石笼墙及混凝土悬臂墙，取消松木桩及原结构下的水泥搅拌桩。它既是支护结构，又是建筑结构，只需要在支护墙的外墙及顶面做一个Z形的混凝土外包，或者在墙顶做块混凝土板，外墙面用浆砌石或条形石做一个砌面，可以美化立面设计，使之既实用又美观。在原河涌▽5.00上做这么一个重力格栅墙，就避免了大开挖，整个施工过程中q始终存在，保持了原土结构的平衡；重力墙筑成，河涌内变成浅层开挖，墙顶及墙后也变成浅层开挖，只需在河涌内清理河道，墙顶处做破面及道路，开挖高度都变小了，不用担心还会发生滑坡。施工顺序：减载-打水泥桩墙-挖河涌-削坡、做道路-做墙照面（见图3）。

重力墙形成后，无需担心设计结构在回填后会变位，重力墙有足够的抗剪抗滑能力，施工一旦变得简单，施工进度肯定可加快，工期也有保证。