新葛岐排涝闸站翼墙抢险修复工程挡墙修复设计

林岩嵘

(福建省建江水利水电设计咨询有限公司，福建 福州 350001)

1 工程概况

新葛岐排涝闸站是属于福州市闽江下游南港南岸防洪一期葛岐排涝闸站外移工程部分，位于马排村、溪源江入闽江南港的入口处，2017 年投入使用。主要作用是和上街镇其它防洪排涝工程一起保护福州地区大学新校区和上街镇不受闽江洪水和溪源江涝水的袭扰，防闽江洪水标准为100 年一遇，排涝标准为10 年一遇涝水不漫溢。

葛岐排涝闸进水渠右岸挡墙出现险情，受潮水长期涨落及盗采河沙的影响，导致河底形成多处深坑，使挡墙基础悬空，喇叭口椭圆段挡墙失稳整体向江内倾斜，进水渠侧挡墙悬臂板挡墙被撕裂，立板钢筋露出，溪源江侧挡墙在分缝处整体脱离。进水渠部分出现的险情和即将到来的汛期严重威胁到新葛岐排涝闸站的正常运行及自身安全(见图1)。

图1 葛岐排涝闸进水渠右岸挡墙险情情况

2 挡墙修复设计

根据挡墙的损毁程度不同，此次挡墙修复工程分为重建段和加固段。

挡墙重建段位于葛岐排涝闸进水渠右岸翼墙喇叭口椭圆段，挡墙轴线与原右岸翼墙轴线重合。该段全长27.3 m，起点位于进水渠中心线桩号Q0-022.0 处，与加固段挡墙段相接;终点位于进水渠中心线桩号Q0+000.0 处，与原右岸横向翼墙直线段相接。重建段挡墙轴线采用原挡墙椭圆曲线，椭圆曲线方程为长轴为22 m，短轴为12 m，曲线长27.3 m。两端分别与挡墙加固段水平段及竖直段相接。

挡墙加固段位于葛岐排涝闸进水渠右岸直线段，挡墙轴线与原右岸翼墙轴线重合，轴线采用原挡墙直线，水平段及竖直段均为15 m。该段全长15.0 m，起点位于进水渠中心线桩号Q0-037.0 处，终点位于进水渠中心线桩号Q0-022.0 处。该段挡墙由于混凝土底板以下部分被掏空，现状已出现略微倾斜，后期存在失稳的可能。

图2 挡墙重建段/加固段平面布置图

2.1 挡墙基础处理防护

(1)方案一:灌注桩结合旋喷桩围封支挡+旋喷桩处理挡墙基础。先在挡墙趾板外侧设一排混凝土灌注桩作为支挡，并在灌注桩间隙设高压旋喷桩进行封闭;在挡墙底部采用原设计高压旋喷桩基础，并加大原设计旋喷桩直径进行加强。该方案优点是灌注桩结合旋喷桩的结构在阻隔内侧挡墙底部土体向外流失的同时，也能在外侧土体出现淘刷形成冲坑时起到抗冲和支挡作用，保证挡墙基础不发生变形;挡墙基础采用原设计方案并进行加强，与两端挡墙基础连接较好，不易产生不均匀沉降。缺点在于施工时应先进行灌注桩支挡结构的施工，在灌注桩结构施工完成后并检测合格后才能进行挡墙基础旋喷桩的施工，对施工工艺及施工进度控制要求较高。

(2)方案二:灌注桩作为挡墙桩基础兼做围封。将方案一的灌注桩结合旋喷桩结构移至挡墙基础兼做挡墙基础承载桩，并在挡墙底部增设2 排灌注桩作为桩基础。该方案优点是将原挡墙基础改为桩基础，从根本上避免了该段挡墙再次因基础土体流失造成的挡墙失稳。缺点在于基础的围封与两侧挡墙结合部位整体性较差，易造成两侧挡墙基础连接处的土体流失;挡墙的灌注桩基础属于刚性结构与原设计挡墙的旋喷桩基础存在差异，容易造成基础的不均匀沉降;同时增加的灌注桩基础对工程投资增加及施工进度的影响也较大。

(3)方案三:拉森钢板桩围封+灌注桩作为挡墙桩基础。本方案采用方案二中的灌注桩作为桩基础的方案，并在挡墙趾板外侧设一排拉森钢板桩作为围封。该方案优点是解决了方案二中围封与两侧挡墙结合部位整体性较差的问题，拉森钢板桩能保证挡墙外侧形成整体性较好的围封。缺点在于拉森钢板桩自身耐久性与灌注桩及旋喷桩相比较差，难以在10 年乃至20 年后仍保证自身结构不被腐蚀破坏;同时增加的灌注桩基础对工程投资增加及施工进度的影响仍然还存在。

(4)挡墙基础处理方案确定。从经济投资上比较:方案三修复加固投资最少，方案一与方案二大体相同。

从工程安全稳定上考虑:三个方案基础处理均能满足地基承载力要求，方案三采用钢板桩围挡，较方案一与方案二，使用年限以及强度上有所不足。

从防冲能力上考虑:方案一有设置冠梁防冲，防冲能力较强，方案二与方案三防冲刷能力较弱。

排涝闸站位于闽江南港和溪源江边，一日两次涨落潮，地下水位埋深浅且变化大。因此施工中，存在基坑开挖边坡稳定和基坑涌水问题。

综上所述，方案一不仅能在正常运行情况下保证挡墙的稳定，在挡墙外侧出现险情时也保证挡墙的安全;同时与原挡墙衔接整体性好，投资也较小。考虑到方案三虽然投资最低，但是工程使用年限以及安全稳定程度较低，综合考虑，选择方案一作为基础处理防护方案。

2.2 挡墙断面

(1)挡墙重建段。根据挡墙重建段轴线选择，挡墙修复段位于葛岐排涝闸进水渠右岸翼墙喇叭口椭圆段，全长27.3 m，挡墙采用原设计C25 钢筋混凝土悬臂式挡墙。挡墙前为溪源江护底及进水渠底部，底高程1.8 m;墙后为砂性土回填场地，顶高程7.1 m。该段挡墙倾倒后存在基础高压旋喷桩桩基础部分失效问题，设计采用高压旋喷桩对原基础桩基进行加密。同时为防止护底面层失效后形成的冲坑对挡墙基础的影响，设计在挡墙趾板外侧设1 排混凝土灌注桩，并在灌注桩间隙采用高压旋喷桩围封，在挡墙外侧形成一道支挡，防止墙底土体流失导致的基础失稳。

C25 钢筋混凝土悬臂式挡墙，设计堤顶高程9.1 m，设计底板高程1.1 m，墙高8.0 m，墙后回填砂性土。挡墙立板顶厚0.4 m，底厚0.7 m，外侧垂直，内侧坡比1∶0.048;墙趾悬挑长1.2 m，根部高0.6 m，端部高0.3 m;墙踵悬挑长5.0 m，根部高0.8 m，端部高0.4 m;墙背坡加腋，加腋宽0.5 m，高1.0 m。挡墙底部下设一层厚0.1 m 的C15 素混凝土垫层。

挡墙基础原旋喷桩基础孔隙处设3 排直径0.6 m 的高压旋喷桩进行加密，桩间距1.5 m，桩顶高程1.0 m，桩底高程-9.0 m，桩长10 m。同时在墙趾板外侧设1 排直径1.2 m 的C30 混凝土灌注桩进行支护，桩间距1.4 m，桩顶冠梁高程2.1 m，桩底高程-22.9 m，桩长25 m;在灌注桩桩间孔隙处设1 排直径0.6 m 的高压旋喷桩进行围封， 桩间距1.4 m， 桩顶高程1.7 m， 桩底高程-9.0 m，桩长10.7 m。灌注桩顶部设C30 钢筋砼混凝土冠梁与挡墙立板相接，冠梁高0.4 m，宽2.5 m。

(2)挡墙加固段。该段挡墙由于混凝土底板以下部分被掏空，现状已出现略微倾斜，后期存在失稳的可能。故加固除了采用与重建段相同的混凝土灌注桩支挡，同时对底板掏空部分利用低压注浆进行回填。

墙趾板外侧设1 排直径1.2 m 的C30 混凝土灌注桩进行支护，桩间距1.4 m，桩顶冠梁高程2.1 m，桩底高程-22.9 m，桩长25 m;在灌注桩桩间孔隙处设1 排直径0.6 m 的高压旋喷桩进行围封，桩间距1.4 m，桩顶高程1.7 m，桩底高程-9.0 m，桩长10.7 m。灌注桩顶部设C30 钢筋砼混凝土冠梁与挡墙立板相接，冠梁高0.4 m，宽2.5 m。低压注浆孔位置设在挡墙轴线外3 m 处，间距5 m，共2 处。

2.3 抢险修复方案实施

为保证溪源江与外江水体的交换通道，施工采用束窄进水渠宽度进行部分围挡。施工期间在外水位较高时，关闸挡水;在外水位较低时，开闸排水，将河道水位维持在正常水位。施工围堰采用土石围堰，填筑围堰同时对外围冲坑进行回填，待围堰施工完毕，对倾斜挡墙进行拆除。右岸翼墙先进行混凝土灌注桩施工，在灌注桩混凝土强度达到设计强度的80%以上时，高压旋喷桩进场施工。高压旋喷桩强度达到要求后，进行翼墙底板施工、现状底板修复、河道护坦施工与现状挡墙修复施工。

2.4 修复后挡墙稳定计算

(1)计算方法计算参数。设计采用北京理正软件设计研究所编制的《岩土计算系列软件6.5 版》挡土墙设计模块进行分析计算，见表1。

(2)计算工况组合。根据规范规定和工程运行的可能条件，采用如下组合:

工况1:设计洪水位情况:自重+水重+静水压力+扬压力+土压力(基本组合)，设计涝水位:5.10 m(P=10%)。

工况2:完建情况:自重+土压力(基本组合);

工况3:施工工况:自重+土压力(特殊组合Ⅰ)。

(3)稳定控制标准。根据《水闸设计规范》(SL 265-2016)第7.4.4 条的规定:土基上沿岸墙、翼墙基底面的抗滑稳定安全系数大于1.25(基本组合)、1.10(特殊组合Ⅰ)。根据《水闸设计规范》(SL 265-2016)第7.4.2 条和第7.4.3条的规定:在各种计算情况下， 闸室平均基底应力小于地基允许承载力， 最大基底应力小于地基允许承载力的1.2倍;基底应力的最大值与最小值之比小于2.0(基本组合)和2.5(特殊组合)

(4)稳定计算成果。挡墙稳定计算成果见表2。

从表2 计算结果可知，计算工况下的挡墙稳定验算满足要求。

表2 抗滑稳定计算成果表

3 结语

新葛岐排涝闸站翼墙倾斜险情原因在于人为破坏导致基础防护失效，加之河口复杂的水流情况对基础长时间的淘刷，最终导致险情的发生。抢险工程与一般新建工程相比需要尽快消除险情造成影响，这就要求施工工艺尽可能的简单，施工工期尽可能的缩短，同时修复方案需要在不影响主体功能使用的前提下，防止相同原因造成的破坏。本工程采用灌注桩结合旋喷桩围封支挡的方案，施工工艺成熟、施工迅速，可以消除基础防冲被破坏及河床下切对挡墙稳定造成不良影响，可供类似工程参考。