紀(jì)福春 郝恩武

(吉林四平市水利勘測設(shè)計(jì)研究院 吉林四平 136000)

1 概述

四平市南、北河治理工程位于四平市區(qū)繁華風(fēng)光帶,對外及市區(qū)內(nèi)主要交通干線均從兩河穿過。具體樁號為南河4+255～12+200,北河2+750～9+193。多年以來,由于河水污染嚴(yán)重,河道大量淤積,致使河道行洪能力低,實(shí)際防洪標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。對市區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了極其不良影響。為提高市區(qū)南、北河整體防洪能力,從根本上改善市區(qū)的生態(tài)環(huán)境,提高四平市人民的生活質(zhì)量,四平市委、市政府于1998年做出了徹底整治南北河的重要決定。吉林省水利廳自1999年以來先后分期分段對南北河工程的初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù),工程初步設(shè)計(jì)已批復(fù)概算靜態(tài)總投資為3.8億元。由于四平市財(cái)政實(shí)力不足,國家水利投資有限,因此,當(dāng)時南、北河整治工程建設(shè)資金嚴(yán)重不足。為力求節(jié)省工程投資,解決四平市市政府市區(qū)兩河建設(shè)資金嚴(yán)重不足的燃眉之急,四平市水利勘測設(shè)計(jì)研究院組成了攻關(guān)小組,反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,先后與吉林省水利廳科學(xué)研究院和北京工業(yè)大學(xué)合作。經(jīng)過攻關(guān),突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,探索和研究引進(jìn)新的工程結(jié)構(gòu)技術(shù)措施。通過工程的總體設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,設(shè)計(jì)最后確定影響南北河工程投資較大的河道護(hù)岸擋土墻設(shè)計(jì)方案采用土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)新技術(shù),并得到了上級業(yè)務(wù)主管部門專家的認(rèn)可和四平市政府的采納。目前南北河治理工程初步設(shè)計(jì)經(jīng)吉林省水利廳批復(fù)的市區(qū)河段總長度為14.4km,其中,南河7.945km,北河6.443km。市區(qū)兩河建設(shè)的主體工程河段長8.84km已經(jīng)竣工,多數(shù)河段土工格柵加筋土護(hù)岸工程已運(yùn)行一年以上。在技術(shù)效果上取得了成功,在經(jīng)濟(jì)和社會效益上收益巨大。該項(xiàng)新技術(shù)的成功引進(jìn)和推廣,其規(guī)模在全國水利行業(yè)中堪稱首位,填補(bǔ)了省內(nèi)空白。

2 新技術(shù)推廣的主要內(nèi)容及創(chuàng)新要點(diǎn)

2.1 新技術(shù)的推廣的主要內(nèi)容

土工格柵加筋土擋土墻作為一種新型的加筋土支擋結(jié)構(gòu)由于其經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、方便,適應(yīng)性強(qiáng)及建筑效果美觀等特點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于歐州發(fā)達(dá)國家和世界其他部分地區(qū),在我國的應(yīng)用起步很晚,在我省水利系統(tǒng)城市防洪等水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用更是空白。土工合成材料 (HDPE土工格柵)作為一種新材料,已滲透到巖土工程和其他工程建設(shè)的各個角落。尤其是98年大水之后,有49項(xiàng)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的陸續(xù)出臺和實(shí)施,極大地推動了土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)這項(xiàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用。由于土工合成材料本身的特殊性以及加筋土結(jié)構(gòu)作用機(jī)理的復(fù)雜性,目前對其設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法還在深入探索和完善中。

南北河加筋土護(hù)岸擋土墻采用土體加筋技術(shù),代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砼和漿砌石結(jié)構(gòu)。墻體加筋材料設(shè)計(jì)選用高密度聚乙烯土工格柵,其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、低蠕變、抗老化性能可靠。加筋材料抗老化劑炭黑摻量要求不低于2.5%,其顆粒為納米級,在材料內(nèi)部分散度良好。加筋體填筑土料,采用透水性良好的砂礫土料。加筋土護(hù)岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算引進(jìn)目前歐州先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和方法 (DIBT),在水利工程中既安全又最經(jīng)濟(jì)。該種設(shè)計(jì)方法 (DIBT)亦稱雙楔體法,它以極限平衡理論為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)計(jì)算中在墻體結(jié)構(gòu)上需假設(shè)一系列可能的破裂面,分別驗(yàn)算其各自的穩(wěn)定性,其潛在的破裂面可能穿過加筋材料,也可能平行加筋材料。此種技術(shù),在驗(yàn)算墻體外部穩(wěn)定時,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)定為1.5,地基承載力計(jì)算采用改進(jìn)的太沙基承載力計(jì)算公式,以考慮合力的偏斜作用,來限定合力偏心距的大小,從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。在內(nèi)部穩(wěn)定分析時,著重考慮墻體加筋材料的拔出破壞的可能性,特定條件下,還需驗(yàn)算每層加筋材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,以確保其不低于主動土壓力在墻上產(chǎn)生的應(yīng)力。

在充分分析和理解加筋土結(jié)構(gòu)作用機(jī)理的前提下,設(shè)計(jì)中力求做到就地取材,科學(xué)利用高分子加筋材料的長期物理力學(xué)指標(biāo)的變化特性,顯著降低了工程造價,且較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高使用壽命一倍以上。在設(shè)計(jì)參數(shù)的選取上,理念先進(jìn),即在設(shè)計(jì)計(jì)算中采用高分子加筋材料的長期蠕變強(qiáng)度,經(jīng)綜合考慮加筋材料在施工,生物化學(xué)降解破壞等不利的環(huán)境因素后,最后科學(xué)地確定墻體加筋材料的設(shè)計(jì)物理力學(xué)參數(shù)。經(jīng)過分析四平市南北河工程護(hù)岸加筋土擋墻結(jié)構(gòu)工程服務(wù)壽命可達(dá)120年,該項(xiàng)指標(biāo)已步入世界同類技術(shù)領(lǐng)先水平。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

四平市南北河工程土工格刪加筋土結(jié)構(gòu)新技術(shù)有以下創(chuàng)新要點(diǎn):

1)設(shè)計(jì)理念先進(jìn),充分利用當(dāng)?shù)夭牧?科學(xué)利用高分子加筋材料的長期物理力學(xué)指標(biāo)的變化特性,顯著降低了工程投資,較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)節(jié)省工程費(fèi)用約31%,且提高了工程使用壽命一倍以上。

2)科學(xué)有效地突破了土工格柵加筋材料回包面與墻體護(hù)面剛性料石結(jié)構(gòu)的柔性連結(jié)的國際性技術(shù)難題。

3)通過對部分河段軟弱不均勻地基的加筋處理,提高了墻體地基的承載力,滿足了墻體結(jié)構(gòu)對地基的穩(wěn)定要求。

4)由于加筋體結(jié)構(gòu)的柔性特點(diǎn)和合理地設(shè)置了墻體排水反濾系統(tǒng),因此有效地解決了東北嚴(yán)寒地區(qū)支擋建筑物凍害問題,且提高了工程結(jié)構(gòu)的抗震性能。

5)四平市南、北河治理工程護(hù)岸擋墻為新型剛性模塊式HDPE土工格柵加筋土結(jié)構(gòu),為今后設(shè)計(jì)施工反饋真實(shí)可靠的實(shí)測數(shù)據(jù)、積累經(jīng)驗(yàn)、豐富和完善現(xiàn)行國家規(guī)范,設(shè)計(jì)在兩河均設(shè)有原型觀測斷面。原型觀測科學(xué)研究的主要內(nèi)容為:墻體變形狀態(tài),墻體內(nèi)部與外部應(yīng)力狀態(tài),冰脹對墻體變形及加筋材料應(yīng)力應(yīng)變的影響等。

3 當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)的現(xiàn)狀

土工程柵加筋土結(jié)構(gòu)自上世紀(jì)八十年代在歐洲問世后,就展現(xiàn)了其強(qiáng)大的技術(shù)生命力,在西方發(fā)達(dá)國家得到了快速發(fā)展。如今,以土工格柵為主的土工合成材料加筋土擋墻結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于歐洲各國。目前世界較常用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法有了三種:①后拉楔體設(shè)計(jì)法;②DIBT法;③BS8006方法。其中以DIBT設(shè)計(jì)方法最為成熟,其在較高的支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是既安全又最經(jīng)濟(jì)的方法。同時它也是國內(nèi)通用的設(shè)計(jì)方法無法比擬的。因此DIBT法目前已在歐洲大陸得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

4 新技術(shù)推廣與創(chuàng)新效益

四平市城市防洪南、北河治理工程成功地引進(jìn)和推廣了土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)新技術(shù),顯著地降低了兩河建設(shè)的工程投資,整個工程共節(jié)省投資1.01億元。同時,通過應(yīng)用新型結(jié)構(gòu)方案,提高了施工速度,取得了良好的建筑效果,亮化了城市,改善了招商引資及城市生態(tài)環(huán)境,提高了市民的生活質(zhì)量。昔日的南北河是四平市區(qū)的兩條垃圾帶,經(jīng)過科學(xué)治理,如今已變成了碧水、藍(lán)天、綠帶、生態(tài)、風(fēng)光帶,是四平市的重要景觀和休閑旅游場所。南北河的及時科學(xué)治理,使沿河兩岸房地產(chǎn)顯著增值,為四平市成功申報(bào)國家級衛(wèi)生城起到了至關(guān)重要的作用。真正地實(shí)現(xiàn)了水利、生態(tài)、文化、景觀四大功能為一體的民心工程;人與自然和諧相容的工程;功在當(dāng)代,利在千秋的工程。