南充桓子河防洪堤齿墙地基管涌、流砂的处理

刘 奕

(四川南充水利电力建筑勘察设计研究院,四川南充,637000)

1 工程概况

嘉陵江南充河段顺庆城区第三期防洪护岸堤工程,是从桓子河西景桥至南充巿第二人民医院外侧,堤长 1404.6m,堤线沿嘉陵江Ⅰ级阶地、明家河左缘(岸)布置。防洪标准为 50年一遇洪水(设计洪水位 274.96m),防洪堤顶高程 274.396m～274.928m,结构型式为仰斜式。高程 267.20m以下为一级护岸,边坡 m=1∶1.50;高程271.015m～270.904m以上为二级护岸,边坡 m=1∶1.25;高程 268.0m～267.20m之间由12.30m～14.80m平台(马道)连接,局部砂卵砾石堆填,现浇混凝土梁格,预制混凝土块护面。260m～259.0m与 266.20m～267.00m高程分别设有一级、二级防冲齿墙,270.015m～270.904m高程以上为(m=1∶0.30)重力式浆砌条石挡墙。该堤岸工程前与桓子河经济开发区堤段、后与二十标段相衔接,组成嘉陵江南充顺庆桓子河段防洪堤上段。

2 堤基工程地质条件

南充顺庆城区桓子河防洪护岸堤(三期),位于嘉陵江右岸Ⅰ级阶地后缘的明家河左岸边缘与斜坡地带。明家河左岸一带,地面高程为271.00m～273.50m,相对高差 1.50m～2.50m,北、东高,南西低;阶地边缘斜坡、台地的地面高程一般为 262.50m～270.00m,相对高差 6.00m～10.50m,边坡坡度角为 10°～ 25°。

该段自上而下由粉土、粉质粘土、粉细砂、粉质粘土、粉砂质泥岩组成。

粉土:厚度变化大,一般厚 4.0m～5.00m,呈稍松——稍密状,标贯 N63.5=2.5～8.0击,层底界面高程为 261.50m～268.00m;

粉质粘土:厚度变化大,一般厚 1.60m～3.80m,为软塑状,局部为可塑,标贯 N63.5=2.5～5.5击,层底界面高程为 261.50m～263.50m;

粉细砂:厚度变化大,一般厚 1.0m～4.80m,褐灰色,饱水,呈稍密状,土性不均,局部含泥重,夹 0.05m～0.15m厚的粉土或粉质粘土薄层,标贯 N63.5=2.5～3.7击,层底界面高程为 258.00m～263.50m;

粉质粘土:厚度 1.0m～2.70m,厚度变化大,分布不稳定,时断时续,软塑状,土性不均匀,近底部 0.1m～0.35m段内含 30%～50%的卵石,层底界面高程为 257.50m～257.00m;

粉砂质泥岩:紫红色,性软,表层 0.50m为全风化,强风化深度为 2.50m～3.0m。

该工程区水文地质条件简单,地下水主要为第四纪松散层中的孔隙性潜水,主要储藏于粉土层和粉细砂层中。稳定水位高程为 262.95m～267.10m。由于工程区地处明家河左岸,距河水边 0～5.0m,地下水位与明家河河水位(施工期)262.00m～262.50m很接近,水位差也小,层中富水性好,水量丰富,补给来源为大气降水、城巿生产生活用水、河水及侧向地下水,最后排入明家河。地下水补给、排泄均受河水位影响,在枯水期间河水位较低,地下水位高,地下水补给河水;在洪水期间,河水位升高,地下水位低,河水补给地下水。施工期河水位高程 261.23m。

3 一级防冲齿墙施工中存在的问题

本段防洪护岸堤由于地势所致,堤基开挖分二个单元进行:第一单元 8+518.4m～8+667.30m(含齿槽),L=148.90m;第二单元 8+667.30m～8+830.0m(含齿槽),L=162.70m。8+657.0m～8+731.0m段(主要)属于第二单元。

按照施工组织设计,先进行二单元马道高程以下护岸削坡开挖至 261.50m高程,并利用部分开挖弃土筑成齿墙开挖围堰。施工进展顺利后进入下一施工作业——齿槽地基开挖。

齿墙地基开挖前,即 2002年5月6日发生的20年一遇区间洪水退水后,在开(未)挖边坡段(即桩号 8+518.4m～8+585.8m、8+657.0m～8+731.0m、8+736m～8+806.5m段)、267.20m高程马道轴线附近,距施工期正常河水位(高程261.23m)19.0m～24.70m、16.0m～18.50m与16.0m～19.00m处,出现了较大范围的滑塌裂隙,使开挖(自然)斜坡产生了严重的滑塌变形。

施工开挖揭示,组成一级斜坡地基的主要为粉质粘土层(呈软塑 ～极软塑状)和饱水粉砂层(灰褐色、褐色、饱水,松——稍密状,土质不均一,夹粉土及粉质粘土透镜体与山螺、紫红色粉砂质泥岩碎屑)。8+657m～8+830m段 262.50m高程以下分布的粉砂层,具有随地下水渗出而流动的特性。河水的陡涨聚落,促使粉砂层内水渗流加剧,致使上述段滑塌变形。

防冲齿墙地基开挖,从 8+830m开始,按10m为一个单元,内坡按设计边坡、外坡按 1∶1.0开挖,设计齿墙底高程 259.00m。当开挖施工至8+668m～8+657m段时,分布在 263.50m高程以下的粉砂层,随地下水渗出而流动加剧;齿槽地基分布的饱水粉砂,也随地下水涌出而发生严重管涌(涌、流入坑内砂 0.5m3/h～1.0m3/h),且左壁上部滑塌变形加剧,最终将基坑淤塞。施工中开挖成槽十分困难。

为确保基面开挖成形和防冲齿墙的可靠施工,2002年5月12日,业主、监理、设代、现场研究决定混凝土墙以内,高程 259m～267.0m处作清除换填处理。即在齿墙内 3.00m、269.0m～263.0m高程内坡按 1∶2.0放坡;263.0m～267.0m高程按 1∶1.0放坡,再分层填筑砂卵砾石。高程 262.0m以下护坡由回填形成。

当再次进行此段齿墙基坑的清挖时发现,经过换填处理后,流砂、管涌依然存在,回填的砂卵石中的砂,都随地下水流带出,回填体坍塌,防冲齿墙施工无法进行。

4 处理措施

针对上述施工中出现的问题,经分析认为,产生流砂、管涌的根本原因是地下水所致。只要解决好地下水问题,就不会产生流砂和管涌,防渗齿墙施工也就会正常进行。

根据该段的特殊地质条件,笔者建议采取引导(给地下水找出路而不使粉细砂流失)方法处理,具体做法是:①对齿墙基坑清挖长度缩短至2.50m,深度超挖 0.50m至 258.50m高程,立即用(透水性好的、宽 =2.0m)土工布沿防冲齿墙轴线垂直方向顺坡面和基坑平铺(262.0m高程回填平台至少留足 1.0m),随之人工铺平;②齿槽超挖部分用 1.0m×0.4m×0.4m条石沿防冲齿墙轴线垂直方向采铺,压在土工布上,条石缝隙用卵砾石回填;高程 262m回填平台上的土工布再次摊平,其上回填 0.60m的砂卵砾石。剩余段如法炮制,但相邻块段土工布搭接长度要在 0.25m以上。经上述施工处理后在槽内抽水立模,未见有粉细砂涌入,坑型较好,治砂成功。

经分析,8+657m～8+731.0m段地质条件与 8+668m～8+657m段一样,其齿墙地基开挖施工仍按前段方法进行,不同的是没有了 262m高程回填平台。对此,则采取人工沿粉质粘土层底部(粉细砂层顶部)开挖一平台(宽 0.5m以上),并将土工布铺平,再在其上(内缘)压一块木板 (木板上钻 φ20mm、@80∠30°的孔),然后将φ18mm、L=1.50m的钢筋沿木板孔打入土中,起锚固作用。

5 处理效果

按上述措施处理后,确保了齿槽基面的开挖成形,阻止了施工期流砂(管涌)的再次发生,既保证了粉砂层排水通畅,又确保了边坡的稳定性。

该工程竣工后,经过一个汛期的检查表明,此段齿墙(回填后的)地面有三处以上的地下水渗出点,呈上升 (泉)状,每昼夜水量约 80m3～100m3,水质清澈,无粉砂粒带出。

经三年多的运行观测,沉降变形甚微,运行良好。