复杂条件下条石堤防水毁修复及加固设计

1 引言

20 世纪80～90 年代，我国工程建设原材料匮乏、建设技术水平有限、经济水平不高，浆砌条石挡墙具有施工工序简单、建设工期短、工程造价低等特点，因此城市河道防洪工程建设广泛采用浆砌条石挡墙作为堤防[1]。但受浆砌石挡墙所用材料限制及后期管理维护不到位等原因， 条石挡墙都出现了不用程度的病害，如勾缝砂浆脱落、墙体开裂及垮塌、墙背填土塌陷等现象[2]。 浆砌条石挡墙处于病害中运行，严重影响了堤防的安全及周边居民生命财产安全。

近年来，城市建设快速发展，更多的市政道路、构筑物及其他配套设施沿河建设完成， 病害条石挡墙安全问题愈发突出。 现阶段，对浆砌条石堤防进行检测、加固、水毁修复，面临重要挑战[3]。本文通过对条石挡墙水毁原因及常见处理措施进行总结， 并运用于成都天府新区洗瓦堰浆砌条石堤防水毁修复及加固设计。

2 条石堤防病害分析

1）墙背填土高度增加，条石荷载增加，堤防强度及稳定性不满足要求。

由于市政道路等基础设施建设， 致使挡墙墙背填土高度与原设计不一致，使堤防处于稳定～欠稳定状态。

2）条石风化，砂浆强度降低。浆砌条石堤防采用MU30 石材与M10 砂浆进行组合。 浆砌条石堤防迎水面受河道水位常年陡涨陡落的影响，条石表面处于干湿交替的状态极易风化、脱落，石材强度及砂浆黏结强度下降。

3）冲刷严重，墙体失稳。 随着城市快速开发建设，改变了河道原汇水区域的下垫面，造成河道行洪流量及流速增大，河道的冲刷深度增加， 致使原堤防的埋深不满足河道冲刷深度要求，进而出现堤防悬空、失稳等安全问题。

4）堤防排水孔失效，堤防土压力增大。 堤防排水孔可以有效降低墙背水压力，保证堤防的安全性。 堤防的排水孔因墙背反滤层失效，致使排水孔堵塞，墙背地下水无法及时排出，使得墙背水压力聚增，堤防的受力状态发生较大变化，堤防极易发生滑动破坏、倾覆破坏。

5）各种配套管线沿河前后实施，多次土体扰动，改变土体参数，难以满足堤防要求。

3 处理措施

城市条石堤防建设历史悠久，为保证堤防使用安全，需多方共同发力，在做好技术检测、加固和修复的基础上，需管理部门加强河道管护，严格审批。 常见方法主要有拆除重建、注浆加固、河道内支挡加固等方法。

3.1 拆除重建

拆除变形及垮塌段堤防，新建生态或混凝土堤防。 主要适用于堤防两侧宽阔， 建设条件良好， 无制约构筑物存在的情况。 常见结构主要有重力式挡墙、悬臂式挡墙、衡重式挡墙及U 形墙等，堤防结构形式优劣分析见表1。

表1 堤防结构形式优劣分析表

3.2 注浆加固

注浆加固主要用于墙体及墙背注浆加固和地基注浆加固。

墙体注浆加固：主要用于条石错缝，但条石强度仍满足使用的情况。 通过高压注高强度水泥浆对条石错缝进行加固，以实现条石之间良好黏结，提高条石挡墙抗剪。

墙背注浆： 通过对墙背土体进行注浆， 提高土体自稳能力，改善土体参数以减少土体对挡墙的土压力。

墙基注浆： 主要适用于挡墙基础土体长期水浸泡导致地基承载力降低， 或因冲刷导致条石挡墙不均匀沉降和失稳情况。 通过基础注浆改善土体参数，提高地基承载力及抗冲刷能力，以实现墙体稳定。

3.3 内衬加固

在满足行洪的基础上进行河道内衬加固， 加固方式可采用U 形墙槽、桩板墙、锚板墙等对行洪影响较小的结构形式进行加固。

4 工程概况

天府新区是四川省下辖国家级新区， 新区发展全面践行公园城市理念。 设区以来， 天府新区一致致力于公园城市建设，基于河道在保证水安全、水环境的基础上，提取文化元素，提升水景观。

洗瓦堰广福桥至沈阳路段现状洗瓦堰， 现状长度约1 340 m，河道宽度18～20 m（规划河宽20 m）。 原设计墙身采用重力式条石挡墙，墙基采用C20 埋石混凝土，墙高3.5 m，堤顶至小区或市政道路坡高约3～4 m，按照不陡于1∶2 放坡进行衔接。 但现状经复核，条石堤防高约3.5 m，堤顶至小区或市政道路坡高4～8 m， 坡度为1∶1～1∶1.5， 坡度及坡高均高于原设计。 据调查，明渠段现状堤防2018—2020 年期间出现较为严重的垮塌现象。垮塌段全长约435 m，其中河道左岸垮塌6 段，长度约230 m；河道右岸垮塌2 段，长度约205 m。 结合现场踏勘及检测情况，现状堤防主要面临以下问题：条石及砂浆强度降低、砌体变形错缝、勾缝砂浆剥落、冲刷严重等因素致使堤防垮塌。 范围内现状垮塌段较多，且沿河铺设较多重要管线，如石油、燃气及电力等能源管线，雨、污配套管线。 若继续出现垮塌，将严重影响小区安全及市政道路、管线等的正常运行。

原堤防设计：挡墙原设计为重力式浆砌条石挡墙，墙背坡率1∶0.5，墙高3.5 m。 底板采用干砌青条石，厚0.3 m，每5 m设0.6 m 宽浆砌条石加强带。 边墙底宽3.2 m，顶宽0.8 m，底板设宽0.5 m、高0.7 m 齿墙。 底板采用1 m 厚C20 埋石混凝土基础， 设计底板高程以上采用M7.5 水泥砂浆衬砌条石，并对河床进行30 cm 条石干砌处理。

堤防检测：据现场检测单位检测，砂浆强度低于M5；常年浸水，强度降低。

工程地质：（1）地形地貌：项目位于天府新区，近锦江。 两岸河堤为条石河堤，河堤顶标高464.42～466.87 m，河堤高度2.6～4.7 m。 河堤上部为河堤边坡，坡顶标高468.50～472.50 m，河堤边坡高度3.5～7.2 m。 场地所处地貌单元主要为岷江水系Ⅰ级阶地，地貌相对简单，微地貌不发育。 （2）地质构造：成都地区大地构造体系的西部为华夏系龙门山构造带， 东部是新华夏系龙泉山构造带； 处于两构造单元间的成都平原北起安县、南至名山、西抵龙门山脉、东达龙泉山，惯称成都坳陷。 项目离工程区较近的构造为苏码头背斜及李红塘逆断层 （发育于背斜轴部附近），工程区位于苏码头背斜南东翼，距李红塘断层直线距离约4 km。 （3）场地地震效应：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计特征周期0.45 s，设计地震分组为第三组。

地层岩性：据地勘揭露，地层为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲积层（Q4al）及白垩系灌口组泥质砂岩（K1-2j）。填土层主要为杂填土和素填土，回填时间较短，约3～4 年，欠固结，厚约7～10 m。 第四系全新统冲积层：（1）粉质黏土：灰黄色，软塑为主，湿，含铁、锰质氧化物及其斑痕，分布较连续。（2）卵石：黄灰、灰色，一般粒径4～9 cm，部分粒径大于12 cm，卵石含量约55%～80%，卵石以弱风化为主，地性较好。 白垩系灌口组泥质砂岩：泥质砂岩。 （3）强风化砾岩：灰色，砾状、块状结构，由卵石及砾石组成，磨圆较好。 以泥质胶结为主，局部为钙质胶结。 基岩裂隙发育，岩体完整程度为较破碎～较完整。堤背地质多为填土，地性较差。

管线：沿线主要有市政基础配套管线、高压输气管线、电力隧道、架空通信线、架空电力线及其他特殊管线。 管线众多，据堤背较近，管线保护要求高，不具备开挖实施条件。 其分布范围详见表2。

表2 堤防沿线现状管线基本情况一览表

本项目经多次与政府管理部门、 建设业主单位及管线产权单位对接，在满足各管线的保护需求的前提下，确定最终建设方案： 左岸采用桩板墙及锚板墙对现状条石挡墙进行加固及恢复，避免开挖对现状挡墙、管线、线塔及市政道路的影响。实施方案：（1）桩板墙：采用C30 桩板墙作为堤防主体结构，承担坡体土压力。 桩径1.2 m， 桩中心间距4 m， 挡土板厚度为0.3 m，冠梁1.4 m×1.0 m。桩基下部采用钢护筒进行护壁，避免塌落。 桩基上部采用钢模板施工，以保证桩基光滑满足景观需求。 上部桩基实施后进行挡土板施工，并用透水性材料进行填充。 （2）锚板墙：用于末端堤岸为基岩段，侧向土压力小，主要采用锚板墙进行坡岸加固，防冲蚀、冲刷造成岸坡失稳。 施工前，清理现场岸坡基岩面，设置50 cm 厚锚板，采用土钉进行锚固。 对现状条石挡墙进行锚杆施工，锚杆跳位施工，待锚杆施工完成后，增设泄水孔，并预埋PVC 排水管。 利用现状条石挡墙作为模板，绑扎钢筋并进行浇筑。

5 结语