卜俊松

(嘉兴市水利工程建筑有限责任公司,浙江 嘉兴 314001)

1 问题的提出

为减轻地下水压力对护岸结构的不利影响,需要采取工程措施降低墙后地下水位。通常的做法是沿线在墙体结构的某一高度布设Φ 50～100 mm PVC硬塑管,再在墙后管端布置碎石反滤层或土工布包裹碎石(见图1)。

图1 目前常见的工程断面形式图

但是,由于排水管的诱因导致墙后回填土淘空,引起护岸坍塌的现象屡有发生。为此,针对这一问题,分析发生坍塌的原因,采取相应的工程处理措施,以确保航道护岸工程的长期稳定牢固。

2 成因分析

2.1 船行波作用

随着国民经济的飞速发展,内河水运船只的体积和载重量也在不断加大,目前实际经过嘉兴内河水域最大的单艘载重量已达800 t级以上,吃水深度达到3.2 m以上。

大吨位船舶在全速航行时其滚滚的波浪使岸边水位先是骤降,再是骤升,然后是反复冲撞,最后缓缓退去,紊流变化规律近似阻尼振动曲线 f(x)=P-xsinx,其最大壅高、退降幅度(P～-P)达1.5 m左右。水位骤升时,水流快速涌入护岸中的泄水管来回撞击墙后,发出 “咕咚”“咕咚”的响声。而当水位下降时,由于负压作用,从泄水管中回流出的几乎都是浑水。如此循环往复,日以继夜,年复一年地清水进、浑水出,以水滴石穿之功,将泥土化为泥浆水带出,导致墙后或坡下窟窿越来越大,造成护坡悬空,墙身失稳。经分析认为船行波的反复冲击是造成护岸坍塌的主要原因。

2.2 施工质量原因

观察坍塌段现状或拆开淘空段,均为墙脚悬空引起护岸碎裂成大块状,而其砌石或混凝土护坡本身的强度远远足够抵抗船行波的冲击力 (拆除时用大锤很难打碎,需用空压机破碎才能搬移)。但其泄水管的端头反滤层包裹绝大部分已发生严重位移,更有甚者“七零八落,溃不成军”。究其原因有:

(1)回填土下沉引起反滤层塌落后与泄水管错位。这一方面由于:反滤层大多布设在回填土上,施工时虽经夯压,但其密实度终不如原状土;墙身或护坡与回填土及反滤层同时交叉施工,反滤层常常作为墙身的附属部分,没有象其他独立的单元工程一样进行质量检验,因而质量控制不严,使反滤层这一极其重要的工序得以 “蒙混过关”;反滤层往往紧贴墙背,而靠墙边的回填土要压实到位确实不易,容易形成“死角”;由于主体建筑物与回填土之间的沉降系数相差甚远,虽说“重点防御”,严格控制,但实际收效甚微,从而导致反滤层塌陷这一致命伤。

(2)土工布包裹不严使反滤层溃散。由于护岸排水管大多不长,最长的也不过1 m多,船行波在排水管中没有完全消能,对反滤层的作用力较大。而土工布包裹不严的地段,就经不起这种冲击力的长期作用,一旦冲破缺口,碎石就会滚动产生位移,继而破坏整个反滤层。而反滤层一旦散落,水流即直接冲击土层,墙后淘空也就不可避免。

2.3 土质原因

杭嘉湖水网地区以软土为主,主要为黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂土、粉质黏土等。以嘉兴市为例,内河沿线土质基本特征见表1。

表1 嘉兴地区内河航道两岸土质基本特征调查统计表

由表1可知,嘉兴内河航道两岸多以黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土为主,其颗粒级配均以黏粒和粉粒为主,粒径小于0.005 mm的含量高达50%以上,而且土壤液限、塑限大,内摩擦角小,易溶于水。而400 g/m2无纺土工布的孔径为0.07～0.20 mm,因此在水力作用下,部分土颗粒容易穿过反滤层被水流带走而造成破坏。

3 改进措施

由上述分析可知,目前河网地区航道护岸中的排水管既是减少地下水压力的工程措施,但同时又是墙后淘空的事故隐患。如何扬长避短,化弊为利,笔者认为应改变传统的习惯做法,针对不同的地形、不同的地面高程、不同的土质、不同的地下水状况,分别采取不同的工程措施。

3.1 不设泄水管

对于底板面高程0.5m,顶高程2.0～2.5m的重力式护岸,因枯水位一般为高程0.5 m,常水位高程0.9～1.2 m。经实测其墙后枯水位时地下水位均在高程1.0 m以下,常水位时地下水位在高程1.2～1.4 m之间,内外水位差最大不超过0.3m。由此可见,这些地段地下水对墙身产生的附加推力最大不超过0.44 kN/m。而对于重力式挡土墙来说,偶而增加这点压力是完全可以抵抗的。因此,对于地面高程低于2.5 m(里面无渔塘)的地段,完全可以不设泄水管。但为防止雨水积聚墙后,回填土应高出压顶面10～20 cm,并做成内高外低斜坡状。施工时考虑日后回填土沉降,还应增加20～30 cm超高层。

3.2 改进反滤层布置形式

在地面高程高于2.5 m但其内侧无渔塘的地段,设想在墙身内侧设置一台阶,泄水管内端设在台阶位置,而将反滤层布置在台阶上(见图2。)

施工时将反滤层作为重要工序检查验收,严格控制反滤层质量。这样就可避免因墙后土体沉降引起的反滤层与泄水管错位而导致反滤层的失效问题。但这种形式在土颗粒粒径小于0.01 mm的含量较大的地段,须用400 g/m2以上的优质非织造土工布严密包裹碎石反滤层。同时这种形式只能用于断面较大的直立式挡墙而不适用于斜式护坡或小断面挡墙,使用局限性较大。

图2 台阶式护岸工程断面形式图

3.3 设置独立排水系统

对于地形连续较高或内侧有渔塘、地下水位较高的地段,可在其墙后3～5 m处设置一滤水盲沟,然后根据实际地形和地下水情况每隔30～50 m布设一集水窨井,盲沟连接窨井,窨井靠河侧设排水管,集中排水 (见图3)。这一排水系统作为1个独立的隐蔽单元工程进行质量检查验收。

图3 独立排水系统图

(1)盲沟。盲沟须布设在原状土上,采用开沟机配合人工开挖。底宽30～50 cm(视地下水情况而定),底高程在1.0m左右,底面必须平整,纵坡为1/200～1/300。沟槽开挖经验收合格后垫入土工布,然后布设 Φ 75～100 mm的PE滤管 (渗灌工程用管),再在上面铺设30～40 cm厚的碎石反滤层,最后包上土工布,土方回填。

(2)窨井。窨井是连接盲沟和排水管的枢纽,它具有集水、过水、消能和可定时清淤的多重功能。窨井内径应略大于盲沟,窨井底高程可与护岸底板面齐平。窨井底板采用现浇混凝土,井壁形式为砖砌水泥砂浆抹面、现浇混凝土、预制混凝土管等。窨井面加盖钢筋混凝土盖板,如上面覆土回填,应设立告示标志。

(3)排水管。排水管采用 Φ 150～230 mm的预制混凝土管,呈1∶10～1∶15埋设。出水管宜安置在底板面上,进水管底距窨井底板面30～50 cm。管子底下设混凝土垫层,接头用细石混凝土包裹严密。排水管须经专项验收合格后,方可覆土回填。

这样,船行波引起的倒灌水在较长排水管中首先消耗了一部分能量,然后通过窨井再次消能,即可保证盲沟反滤层不受冲击,解决了墙后淘空诱因的问题。

4 结 语

以上改进措施中,第1种方案可以起到减少投资、提高功能的作用,无疑是最经济的选择,但它只适用于无地下水压力或内外水位差极小的地段,有一定的局限性。第2种方案只适用于直立式大断面和土质较好的地段。而第3种方案需要增加少量投资,可以说是费用增加、功能提高。但它的适应范围较广,无论是直立式护岸或斜式护坡、大断面还是小断面均可采用,而且可以根据地下水位情况选择盲沟尺寸、滤管大小。因此,施工前应进行沿线踏勘,然后对不同的地形、不同的地下水情况采用不同的技术方案,很有必要。而对于一项具体的工程来说,有的地段增加了投资,有的地段却节省了投资,总体来说不会相差多少。但对于提高工程的使用功能,延长工程的运行寿命,降低航道的维护成本,却可谓四两拨千斤。