围海大堤临时排水口沉陷分析及修复处理

严路易

（上海宏波工程咨询管理有限公司 200232）

1 工程概况

某圈围工程地处上海长江口南岸，围堤长度约17.2km，围堤于2006年3月建成。2009年3月底，在巡查大堤过程中，发现局部堤段堤顶路面出现开裂及凹陷等情况，进一步利用地波雷达进行物探，发现几处凹陷下部存在不同程度的空洞，且集中发生在堤身临时排水口处。为进一步探明原因，对其中的9号临时排水口处的堤顶进行开挖检查，共开挖检查井3个，2个检查井直径约30cm，挖深约3m；1个检查井直径约1m，挖深4m。经人员下井检查，发现离堤顶路面约2.7～2.8m处出现空穴，其走向沿井壁向外海侧约1m，再折线向下延伸，空穴呈不规则形状，紧贴堤身充泥管袋袋布边缘，宽约30cm、高约70cm，现场用钢卷尺放入量估其深度，估计至临时排水管底部，空穴深大于5m。

2 塌陷原因分析

根据现场检查情况，紧贴空穴的堤身充泥管袋为斜向布置，充泥管袋上部土方排列紧密，从深入空穴内量测的卷尺收回时呈干燥的情况推断，空穴内干燥无水。经分析造成空穴的原因为：发生塌陷部位正处于临时排水口，该部位有4根穿过堤身的直径为800mm、长度为12m的临时排水钢管。钢管连接部分通过法兰螺栓连接，由于堤身结构为内外侧充泥管袋加中心部分采用粉质砂土吹填，堤身基础为淤泥质土，施工期及完成后沉降量较大。按照《堤防工程设计规范》（GB 50286—98）推荐的分层总和法采用地基各土层的e-p曲线计算最终沉降量；《公路软土地基路基设计与施工技术规范》（JTJ 017—96）推荐方法计算任意时刻地基的沉降，由此可以计算各分级加载下的沉降量以及竣工后基准期的残余沉降量。最终沉降量的计算公式为

式中S——最终沉降量，mm；

n——压缩层范围的土层数；

eli——第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比；

ewi——第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；

hi——第i土层的厚度，m；

m——修正系数，一般堤基的m=1.0，对于海堤软土地基可采用1.3～1.6。

工程设计在参考邻近工程海堤实测沉降结果分析后，确定该工程岸线筑堤当m=1.3时与实际沉降量比较接近吻合，故该工程中取m=1.30。

根据设计计算，施工期及工程后期沉降以及堤身自身的排水固结，整个堤身沉降量在竣工验收时将达到0.7m左右，基准期（20年计）最终沉降量将达到1.29m。

而临时排水口穿堤钢管接口为法兰刚性连接，限制了变形，承受堤身变形压力过大从而发生断裂，库区内的积水在通过排水管向外海排放过程中，很容易将粉砂质堤芯土外排流失，逐渐形成空穴，从而形成堤身凹陷。

3 修复处理方案

3.1 现场排摸检查

3.1.1 检查堤身是否存在空穴

因此根据现场堤顶防浪墙以及路面实际情况，对有路面沉陷以及沉陷过程中钢管断裂经过的1号、5号、6号、7号、8号临排位置进行针对性的开挖检查。查看后初步确定开挖检查范围如下：1号、6号各开挖1个孔；5号开挖2个孔，位置初选在对角线上；7号开挖3个孔，位置初选在对角线上；8号先在下沉处开挖1个孔；9号在已开挖孔的东北角加挖1个孔。开挖后发现每个排水口均不同程度地存在空洞。

3.1.2 检查排水管是否有渗漏水

由于大堤在投入运行前临时排水口拍门外口、检修井口、内侧集水井口均已进行封堵，因此在对堤身及堤顶修复处理前，全面检查排水管的封堵密实性。如在原进出口管周围存在渗水，或开挖检查中发现空穴内土体非常潮湿，可初步判断管封堵不密实，需根据具体情况另外处理。

3.2 空穴处理方案

在现场探明空穴情况基础上，采取的处理的步骤为：空穴回填→压密注浆→路面修复。

3.2.1 挖孔检查后的临排空穴处理

挖孔检查后对发现堤身存在空洞，采用灌砂灌水充填处理：通过检查井倒入细砂，而后灌水，利用浆液自重流入坝体空穴内填充，堵塞洞穴，需分多次进行，以使砂体密实。待充填以及检查孔回填完毕后，在堤顶对空穴位置先进行浅层覆盖层注浆，再进行深层注浆。

3.2.2 检查井恢复处理

检查井在空穴灌浆完成后，利用开挖土分层回填、夯实，并加水进行密实。

3.2.3 堤身加固处理

由于堤顶下为吹填粉砂土，土体松散，在临排位置因钢管的刚性所限，堤身土与地基土的压缩沉降变形不同步，土体的密实度较差。为消除坝体隐患，提高堤身防渗能力和稳定性，对于所有临排上部堤身土，采用压密注浆方式进行加固。

3.2.3.1 加固处理原则

a.有沉陷的堤身段，布置5排注浆孔，在堤顶的内外侧各布置1排间距1m的注浆孔进行封浆加固，中间按梅花形布置间距2～3m的注浆孔。

b.无沉陷的堤身段，布置3排注浆孔，在堤顶的内外侧各布置1排间距1m的注浆孔进行封浆加固，中间布置1排间距2～3m的注浆孔。范围：横向为堤顶宽约6m（扣除防浪墙底板宽度以及路肩混凝土埂），纵向在临排位置以外两侧各扩大4m，注浆深度以管底为控制，如注浆管深度至排水管顶时，可适当加大注浆压力，以使浆液扩散至管底。

3.2.3.2 压密注浆的技术要求

a.注浆及浆液配比：

ⓐ临时排水口堤身处土体均采用水泥—水玻璃双液注浆，固化剂采用425号普通硅盐水泥。水玻璃掺量应通过试验确定，一般为0.5%～3%；

ⓑ水泥浆的水灰比为0.6～2.0，根据现场试验针对水泥的实际情况加入一定比例的外加剂。为增加浆液的流动性，有利于浆液扩散、填充缝隙，掺入粉煤灰，用量为水泥用量的20%～50%。

b.施工要求：

ⓐ注浆孔：封浆孔间距为1m，其余注浆孔按梅花形布置，间距2～3m。注浆加固深度约6m，加固范围至管底；

ⓑ浆液注入量大于15%，可根据现场试验结果，适当调整注浆量；

ⓒ注浆时，注浆点的覆盖厚度应不小于2m，注浆压力在下部（即排水管上下2m左右范围）为0.2～0.5MPa，其余部位为0.2～0.3MPa（具体压力可由现场试孔确定）。注浆量启浆时为0.2m3，封浆时为0.1m3。对于空穴灌砂回填后的注浆首先应注浆封顶，然后由下向上进行注浆，防止浆液上冒；

ⓓ注浆采用帷幕法施工，先打外围，后内部；注浆跳孔间隔施工，防止窜浆，起管时交叉进行，以保证压浆的均匀扩撒和挤压；

ⓔ注浆垂直偏差应小于1%。用带有活堵头的金属管注浆时每次上拔或下钻高度宜为0.5m。注浆的流量为7～10L/min。对于局部可能空隙较大处充填型注浆流量不宜大于20L/min；

ⓕ浆体应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始压注，并应在注浆过程中不停缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间；

ⓖ水温不得超过30～35℃,并不得将盛浆桶和注浆管路在注浆体静止状态暴露于阳光下，防止浆液凝固；

ⓗ每一单孔第一次（或每一次）灌入一定预估的浆量后，应立即停止压浆，关闭注浆管上安装的球阀，接着压其他注浆管，待其浆液稳定后再提管0.5m，再压浆，这样压浆、稳定、拔管直至设计标高。注浆时应时刻注意是否有堤顶面、坡面冒浆或上抬现象，一旦发现，应立即停止注浆，调查冒浆原因，调整注浆压力、流量，并对外侧孔洞采取封堵措施；

ⓘ现场注浆施工中需注意对周边环境的影响，并采取适当的监测、保护措施；

ⓙ注浆用水不得采用pH值小于4的酸性水和工业废水；

c.质量检验：

ⓐ检测内容：注浆施工期质量检验包括机械性能、材料质量、掺合比试验等，检查注浆高程、注浆孔垂直度、水泥掺量、上提注浆速度、外掺剂掺量、水灰比、注浆起止时间、注浆量的均匀度、跳孔施工间歇时间等；

ⓑ注浆的连续性测试：探测注浆之间水平搭接情况，有无断浆、裂缝、未搭接、空洞等现象，一般可采用无损检测。

3.3 堤顶路面修复

先用铣刨机铣刨掉原沥青混凝土面层，再用压路机碾压几遍，确保新筑路面高程与相邻路段高程顺接，再在基层上铺一层沥青，然后铺筑沥青混凝土面层，新筑沥青混凝土面层同原设计（细料厚度为3cm，粗料厚度为8cm）。若面层与基层、底基层之间有空隙，则填相应厚度的粗粒沥青混凝土；若基层粉煤灰三渣层松散，则挖除基层后分层回填沥青碎石；若发现基层或底基层下有空洞，则可用级配碎石夯实回填作为底基层。

级配范围应满足《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—2000）要求。沥青混合料需满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求。回填用压路机压实，压实度不小于97%。

3.4 修复效果

临时排水口在南北涵闸建成后已分别实施封堵。现场检查发现1号、5号、6号、7号、8号、9号临时排水口上部堤顶沥青路面有局部沉陷现象，这几座排水口在堤身土方基本完成或运行期，先后有多根钢管法兰接口处发生断裂，引起堤身土方局部明显下沉，现场确定对发现断裂的钢管进行封堵，对上部堤身的空洞分批多次灌水填砂密实，并对堤身进行了压密注浆加固，通过加固处理后，经过连续半年的沉降观测，堤身非正常沉陷现象未再出现。

4 预防措施

上海地区圈围工程临时排水大部分采用排水管穿越堤身的方式，为避免发生类似因排水管破坏渗漏导致堤身的破坏情况发生，建议采取以下相应措施：

a.临时排水管设计时，堤身段应加设柔性软管，增大管身对大堤沉降变形适应性，避免排水管法兰变形破坏造成渗漏；或者增加对排水管部位基础处理措施。

b.排水管安装时，在底部增设袋装碎石或充泥管袋，使软接头形成一定的反弯预拱，抵消一部分后期的沉陷变形量。

c.围堤施工结束后及时对临时排水口进行封堵。临时排水口堤身部分接头变形过大而造成管身脱节，从而形成渗漏通道，是造成围堤建成后塌陷破坏的主要原因。因此，该工程围区内完成吹填后，马上对临时排水口进行封堵，同时沟通围区内水系，杜绝内外侧水流发生贯通渗漏。