新疆和田河流域粉细砂地层防洪结构新型式施工工艺研究

胡恒鹏

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 概 述

和田河流域位于新疆维吾尔自治区的西南部，塔克拉玛干大沙漠南缘、昆仑山北麓，地理位置介于东经77°24′～84°55′、北纬34°20′～39°38′之间，流域面积53550km2。和田河河道主要为细砂河床，河床开阔，河道宽度达1000～1900m，主流摆动大，水流冲蚀河岸，在河床上形成多股泽汊流和河心滩，河岸不高，导致洪水对河岸淘刷，每年洪水都对河岸造成不同程度的破坏。凹岸处河岸和河道中心线夹角10°～40°，每年冲刷较为严重，导致河道摆动很大，河岸线向耕地靠近甚至冲毁耕地。和田地区现有堤防结构型式主要有混凝土护坡、浆砌石护坡、干砌石护坡、格宾石笼护坡。混凝土护坡和浆砌石护坡适应地基变形能力较差，因此多用于砂砾石地层，混凝土和浆砌石浇筑前还需对砂砾石层进行碾压，以达到设计要求的相对密度。干砌石护坡和格宾石笼护坡适应地基变形能力较强，但干砌石护坡对施工要求较高，干砌石砌筑不合格容易产生集中脱落影响堤防安全运行；格宾石笼护坡对钢丝笼的材质要求较高，造价也就高，材质不好的钢丝笼在易被大的漂石、卵石砸坏，造成大面积脱落，影响堤防安全运行。基于以上分析，根据和田河河道特点，结合粉细砂地层堤防实际和运行管理工作经验，分析适应变形能力、抗冲(淘)刷、施工工艺、天然建筑材料等综合因素，研究出了一种“现浇钢筋混凝土挡水墙+钢筋混凝土预制桩”的堤防结构型式，将其应用于粉细砂地层，极大地提高了堤防基础抗变形能力，同时设置防冲钢筋混凝土板，解决了淘刷、冲刷问题。

2 工程地质条件

2.1 区域地质概况

区内由南向北分为昆仑山褶皱带和塔里木地台两大一级构造单元。区域性近期活动断裂不发育，地质构造简单，无区域性大断裂及活动断层通过，构造变动较为稳定。该区域动峰值加速度为0.10g，相对应地震基本烈度为Ⅶ度，区域构造稳定性好。

区内第四系地层发育，具有分布广、沉积厚度大的特点。沉积物主要为全新统冲积堆积物。区域内地层以第四系全新统冲洪积堆积的粉砂、细砂为主。

地基土存在地震液化问题，液化等级为中等，可能对建筑物造成不均匀沉降。

2.2 岩土物理力学特性

2.2.1 细砂

细砂分布于现代河床内，厚度0～20m。2～0.075mm的砂粒约占85%，0.075～0.005mm的粉粒含量约占14%，小于0.005mm的黏粒含量小于1%。天然容重1.79～2.01g/cm3，干容重1.45～1.62g/cm3，天然含水量12.6%～28.8%，内摩擦角22°～27°，渗透系数0.003～0.007cm/s。

2.2.2 粉土质砂

粉土质砂主要分布于河床阶地上的农田区，靠近河边生长有芦苇和红柳等野生植被，土中含有大量植物根系，厚度1～4.0m。2～0.075mm的砂粒约占3%，0.075～0.005mm的粉粒含量约占63%，小于0.005mm的黏粒含量约在2%，天然密度1.57～1.80g/cm3，天然含水量2%～28%，干密度1.36～1.43g/cm3，液限20%～24%，塑限14%～16%，塑性指数6.5～7.2，渗透系数3.8×10-4～4.2×10-4cm/s，属中等透水层。黏聚力17～19kPa，内摩擦角16°～22°。

3 现浇钢筋混凝土挡水墙+钢筋混凝土预制桩方案

基础布置了两排钢筋混凝土预制桩，桩深10.3m，用水力沉桩法施工，钢筋混凝土预制桩顶部用现浇钢筋混凝土连系梁连接成整体[1]。沉桩前设置倒悬式防冲钢筋混凝土板，防冲钢筋混凝土板预制后沿水平方向安装，通过钢制铰链与连系梁连接，在板自身重量及水流压力作用下预制防冲板逐渐下沉至垂直状态，在预制防冲板的防护下，可削减对基础冲刷影响。上部结构采用现浇混凝土扶壁式挡水墙，堤顶设置宽1.1m的人行通道，便于运行管理中的巡查和维护。该种防洪结构型式具有刚度大，整体稳定性好，结构自重轻，能够抵抗地震液化带来的基础不均匀沉陷，预制钢筋混凝土方形桩具有运输安全、施工简单、管理方便等优点[2]。该结构施工中无须扰动基础，主体工程施工受地下水对影响相对较小；无堤防填筑碾压工序，无须检测土料质量合格率；钢筋混凝土刚度高，耐久性好，抗震性强。但浇筑钢筋混凝土所需的砂石骨料、水泥、钢筋等建筑材料无法就地取材，运距增加导致工程造价增加，结构基础预埋件数量多，结构自身钢筋用量较大，增加了施工过程中的绑扎难度(见典型结构图)。

典型结构图

4 施工工艺

4.1 施工程序

4.1.1 桩基施工工序

预制桩为空心混凝土桩，为直径0.5m的圆形断面，桩深12m，桩底端制作成尖头型，桩内预埋5cm的入水管，施工期注水可起到水力沉桩作用。

4.1.2 堤身施工工序

堤身为钢筋混凝土整体框架结构，工程施工工序为：基础表面废弃物清理→施工放线调整纵坡和高程→清理工作面至设计高程→钢筋混凝土防冲板预制及安装→底梁、连系梁、支撑梁、挡水墙施工→初步验收→试运行→最终验收。

施工时应设立混凝土拌和站，混凝土采用人工架子车运至工作面，机械振捣。建筑物施工须保障建筑物外形整齐美观。竣工前清理施工废渣、生活垃圾和平整施工区场地。

4.2 施工方法和技术要求

4.2.1 沉桩施工

a.沉桩预制。沉桩采用C30F200W6混凝土，最大水灰比不应大于0.45，水泥用量不应少于340kg/m3。在混凝土砂浆中必须掺入引气剂或引气减水剂，钢筋混凝土冬季施工时应掺用早强剂和抗冻剂，混凝土粗骨料最大粒径不应超过40mm[3]。方形混凝土预制桩钢制模板应具有足够的刚度，表面应保持平整。严格控制预制桩表观质量，横断面尺寸允许偏差±5mm、桩长度允许偏差±20mm。

b.预制桩起吊、运输、堆放。混凝土设计强度达到70%及以上方可起吊，达到100%方可运输；桩起吊时应采取相应措施，保证安全平稳，保证桩身质量；水平运输时，应做到桩身平稳放置，严禁在场地上直接拖拉桩体；出厂前应做出厂检查，其规格、制作日期应符合所属验收批号内容；运至施工现场时应进行检查验收，严禁使用质量不合格或在吊运过程中产生裂缝的桩；当场地条件许可时，宜单层水平堆放；当需要叠层堆放时不宜超过4层。

c.预制桩防腐蚀处理。预制桩安装前需对地面以下部位混凝土表面涂刷一层冷底子油防腐蚀，应自然晾干后安装。

d.预制桩安装。混凝土预制桩应自上游向下游逐级、逐段安装，堤身轴线放样时在水平方向上应控制偏差±50mm，桩顶高程在竖直方向上应控制偏差±50cm，桩身扭转角度小于±1°[4]。实心桩一层固定DN90钢管，顶端连接起重机吊起，用水泵冲水时，预制桩依靠桩体自身重量缓慢下降；在沉桩过程中应严格控制垂直角度、校正桩身位置，桩顶高度达到设计高程时断电停水，回填桩身周围孔隙，待沉桩不再下降时静候5min后松开起吊绳，抽出钢管。

4.2.2 上部结构施工

a.现浇混凝土基础底板连梁、顶端横梁、垂直挡水板、斜板支撑梁、底部防冲板的混凝土为C30F200W6混凝土，最大水灰比按不大于0.5控制，水泥用量不应少于340kg/m3。防洪堤每15m设一道横向结构缝，缝宽2cm，缝内填充苯板。堤身基础底板连系梁与垂直挡水板采用整体式结构，要求桩顶梁格一次浇筑完毕；混凝土结合面凿毛处理后，斜板支撑梁与垂直挡水板整体一次浇筑成型，钢筋混凝土整体浇筑结构中禁止出现施工缝(冷缝)。混凝土钢制模板拆除后，及时对基础底板连系梁、顶端横梁混凝土表面采取防腐措施。预制防冲板在基础底板连系梁左侧水平浇筑，底部水平向防冲板与基础底板连系梁间用钢筋环扣接，保证底部防冲板在自身重量作用下自然下降[5]。

b.堤身上部结构混凝土禁止在有水条件下施工，浇筑区域应及时排除地下水和渗水，混凝土底部持力层的土体应做碾压夯实处理，保证浇筑基础面平整光滑，基础底面平整度应达到相关规范要求。

c.混凝土配合比严格按设计配合比控制，混凝土坍落度控制住5～9cm。拌制混凝土的水泥、砂石骨料、水、外加剂的质量及施工方法，应符合《水工混凝土施工规范》的相关规定。混凝土粗骨料采用经筛分分级的、坚硬的、级配良好的卵砾石，砂可以天然河砂与粗砂混合使用。拌和好的混凝土入仓后进行平整，用振动棒振实，原浆人工抹平收光。混凝土浇筑完成后，进行清理、养护。养护前宜避免太阳暴晒，在浇筑完毕后6～18h内开始连续洒水养护，养护期内始终使混凝土表面保持湿润，混凝土养护时间不宜少于28d[6]。

5 结 论

粉细砂地层河床细砂黏粒含量低，渗透系数大，抗冲刷能力低，已发生不均匀沉降。传统的混凝土护坡、格宾石笼护坡、重力式挡水墙等均不适用于粉细砂地层。本文采用的“现浇钢筋混凝土挡水墙+钢筋混凝土预制桩”能很好地适应粉细砂地层河床地层，提高了结构的稳定性，延长了工程使用寿命。