水工挡墙、防汛墙出险实例及工程措施

吴良勇,邵彦俊,许长安

(1.浙江省围海建设集团股份有限公司,浙江 宁波 315040;2.湖州市水文站,浙江 湖州 313000;3.湖州市水利水电工程质量监督站,浙江 湖州 313000)

1 常见险情

水工挡墙、防汛墙的正常运行,必须保证不发生结构损坏、地基整体失稳,抗水平滑动或倾覆稳定,同时满足挡洪和渗透稳定要求[1].。根据近年来水闸、防汛墙安全检查的实践经验,水工挡墙、防汛墙常见出险情况有:①受船撞击,造成墙体结构损坏;②地基整体失稳;③结构滑动或倾覆;④防洪高程偏低,洪水发生漫溢;⑤渗透破坏导致安全隐患。

2 常见原因及出险实例

2.1 受船撞击

船闸闸室挡墙、翼墙、码头驳岸段以及水流弯道处防汛墙极易受船撞击,而墙体混凝土属于脆性材料,不耐冲击,因此常造成墙体结构损坏而发生险情,轻则开裂,重则倒坍形成缺口,究其原因主要是墙体防撞保护装置或管理措施不到位。

实例1:因多次受船撞击,某船闸闸室有12节挡墙严重受损,其中4节被撞断,墙身外观呈破碎状,墙内竖向主筋弯折,结构失去整体性而出现险情。现场调查发现,闸室墙未安装橡胶护弦或钢护木,仅在墙体上部1.5m外包钢板防护,墙体撞击位置无任何保护装置。为安全度过本汛期,管理单位在此处设置了出险警示标记,并添加了橡胶护弦。

实例2:某建材公司码头驳岸,由于货运船只在高潮位泊岸撞击墙体,致使泊位处上部墙体裂缝及内倾错位。该出险段为拉锚板桩结构,上部薄墙厚0.3m,高2.0 m,墙后为临空面,与薄墙连接的导梁高度2.70 m,厚0.45m,导梁顶高程为5.1m,低于墙后覆土面标高,导梁下部为钢筋混凝土板桩。现场调查发现,上部薄墙因无保护装置,被撞后墙身多处贯穿性斜向严重开裂,但薄墙下部导梁未见裂缝,与下部板桩连接处亦完好,分析认为与导梁前有钢护木、后有覆土保护,缓冲作用明显有关。根据检查结果,驳岸使用单位对出险段上部薄墙已进行翻建。

2.2 地基整体失稳

沿海地区地基软弱,由于管理和施工不当,常发生墙后超载、墙前超挖等现象,引起水工挡墙地基整体失稳。

实例3:沿海某市某装卸储运公司在防汛墙后7 m处,长达125m范围内大量堆放重约28～30 t/卷的钢卷,且叠放3层,造成地坪严重坍塌,防汛墙严重外移内倾,土体挤压进入河道20 m,直接影响防汛安全和河道通航,属于典型的地基整体失稳事故。该防汛墙为高桩承台结构,地基整体稳定复核安全系数仅为0.60。

实例4:某建材堆场公司在水闸旁8m左右大量堆放建筑渣土,渣土堆放最大高度达10m以上,造成闸室挡墙严重沉陷、内倾,伸缩缝处脱开,止水失效。现场调查发现,闸室南侧挡墙为浅基础浆砌块石结构,2个测点沉降量分别为43,39 cm,超过SL 265—2001《水闸设计规范》建议的限制值(15 cm),北侧挡墙因远离堆场,实测沉降量明显较小。另外,堆载还造成外闸首坞式结构4个角点最大沉降差达12.5 cm,大大超出规范建议的限制值 (5 cm),引起排架柱倾斜,闸门卡阻。

2.3 结构滑动、倾覆

实例5:某内港水上加油站,全长120m,防汛墙采用浆砌块石,采用无桩混凝土平板基础,建造时间为20世纪90年代,由于当时内河机动船无大吨位船舶,基本上在60 t左右,吃水不深,且运输频率不高,因此挂浆机淘刷等现象不太明显。随着国民经济的不断发展,内河机动船舶强制改用埋舱机,船只吨位越来越大,基本上在200 t以上,有的已达500～1 000 t,且吃水深,运输频率高,因此在水上加油站进出加油后,使得防汛墙前淘刷严重,墙体滑动及突然倾覆现象频出,危害性日渐突出,严重影响生命及生产安全。因此,目前在有堆载要求且运输频率大的河道防汛墙设计中,应考虑结构滑动及倾覆的因素。

2.4 防洪高程偏低,洪水发生漫溢

实例6:沿海某市圩区某水闸建于1983年,防洪设计标准偏低,外闸首闸顶高程、闸室挡墙(或内闸首)顶高程分别为5.2,4.0m,而该区域其它水闸相应高程分别为5.8,4.5m。“99630”洪水,圩区外围洪水高程达5.6m时,外闸首闸门关闭,但该水闸闸门顶过水,且洪水漫过闸室挡墙,整个圩区淹没。结果约40 hm2(600多亩)水田受淹,损失严重。因此,建议对现有的水闸进行洪水位校核,设计防洪标准偏低的水闸应进行加固改造,特别对20世纪七八十年代修筑的水闸进行复核,如防洪高程偏低,应对闸室挡墙、内闸首部位进行加高处理,且对闸门顶进行加高加固处理,保护当地人民生活和生命安全,确保农业生产不受洪灾影响。

2.5 渗透破坏导致安全隐患

渗透破坏导致安全隐患,包括外侧高水位时正向渗流作用下的管涌、流土,外侧低水时反向渗流作用下的土体流失、淘空等。遇到以下情况易发生渗透破坏。

(1)墙前泥面遭淘刷,渗流出口段逸出坡降超标;

(2)基础底板座落在回填土上,时间长后与底板脱开,形成渗透通道;

(3)基础底板座落在天然的粉砂和粉土上,允许渗透坡降较小;

(4)墙后回填土质量较差,如土质填筑时夯压不实,建筑弃料、垃圾等;

(5)板桩结构防汛墙由于板桩脱榫、破损,桩后土体逐渐流失,形成进水通道。

实例7:某市市内河某段约640m范围墙前泥面线遭淘刷,加上墙后回填土填筑时夯压不实,发生严重的渗透变形破坏,墙后回填土坍陷,地下水与河水连通,影响防汛安全。

3 排除险情的对策措施

对于水闸挡墙、防汛墙受船撞击后多数严重损坏,汛期抢修成本较大,且汛后常需要推倒重建,工程处理成本较大,建议有关部门采取如下措施:①根据防汛墙实际运行情况,加大保护范围,增加防撞装置数量,如橡胶护弦、钢护木、保护钢板等;②在水闸进出口处、河道水流弯道处设置船撞警示装置;③在受船撞击频率较高处,提高覆土高程,加大缓冲作用[2].。

对于墙后超载、墙前超挖会引起工程地基整体失稳,直接影响防汛安全和河道通航,还影响周边建筑物的安全,建议管理单位加大巡查力度,重点检查装卸作业岸段有无违章堆载、疏浚等。一旦发生地基整体失稳险情,应立即停止墙后装卸作业、转移堆载,通知相关单位,如墙体坍塌不能挡水,则应立即采取施工围护。同时加强结构的沉降量及水平位移监测,及时采取防范措施。

对于无桩基础防汛墙,如发生墙前淘刷或墙后堆载超出设计标准时,应复核防汛墙抗滑能力 (沿基底滑动)与抗倾覆能力(沿基底前沿倾覆);对于桩基承台浆砌块石结构,应复核浆砌块石墙身与桩基承台结合面处抗滑能力,同时需复核桩基的水平承载力[3].。

对于墙后土体流失导致渗透破坏往往不易察觉,建议设计单位防渗设计时留有足够的安全余地,对粉土或粉砂地基、墙前冲刷严重地段引起足够重视,必要时可设计板桩基础。

当汛期高水位超过墙后填土面高程时,防汛墙后会发生潮湿、间断渗水、连续渗水甚至发展至流土、管涌险情,抢险基本原则为迎水面(上游)堵截,背水面(下游)导渗。上游堵截,即用渗透系数较小的材料封堵渗漏水处通道口;下游导渗,即用渗透系数较大的材料覆盖于渗水处,以降低上下游渗透压力,并起到反滤作用。鉴于抢险时间与抢险工具的限制,墙前高水位时一般优先采用背水面工程措施,墙前低水位时一般优先采用迎水面工程措施。主要工程措施如下:①如墙后填土面仅出现潮湿现象,一般不需处理,但应加强观察,现场作标记;②如发生间断渗水,则在渗水处将土工编织布覆盖在渗水面上,四周用砖块将其固定,严重时可在土工布表面铺厚度10 cm的中细砂,将渗水导入附近下水道。铺设土工编织布起到反滤作用,防止渗水时带出土颗粒,抢险时应注意处理后的渗水应该是清水,否则应加铺中细砂等过滤层直至冒清水为止;③如发生连续渗水甚至发展至流土、管涌险情,在铺砂基础上,加铺30 cm厚、粒径2～4 cm的小石子导渗,铺设面积为2m×2m范围或视渗漏孔情况而定;同时应摸清迎水面渗水位置,从墙顶向下沉放复合土工膜覆盖在渗水处,表面抛放袋装土压实封堵,袋装土必须紧贴墙体抛放,以免覆盖布防渗失效。

4 结 语

通过多年的工程实践经验,总结出了以上水闸挡墙、防汛墙等易出险的案例,并对易出险的在不同工况的情况下,提出了应积极采用的相关对策措施,使其能在运行过程中发挥作用,并为以后的工程设计、施工、管理提出了

可借鉴的依据,为水利工程发挥最大效益作出贡献。

[1].水利部.水建管(2008)214号文水闸安全鉴定管理办法 [S]..北京:中华人民共和国水利部,2008.

[2].江苏省水利厅,水利部水管司.SL 214—98水闸安全鉴定规定[S]..北京:中国水利水电出版社,1998.

[3].江苏省水利勘测设计研究院.SL 265—2001水闸设计规范 [S]..北京:中国水利水电出版社,2001.