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        海河堤岸改造結(jié)構(gòu)選型綜述

        2012-03-23 03:01:54莊小軍
        海河水利 2012年3期
        關(guān)鍵詞:板樁海河型式

        張 樑,徐 麗,莊小軍

        (1.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司,天津 300222;2.天津市濱海水業(yè)集團股份有限公司,天津 300381)

        1 前言

        海河綜合開發(fā)項目是一項涉及水利、城市規(guī)劃、建筑、交通、市政、園林等多行業(yè)、規(guī)模宏大、技術(shù)復(fù)雜的大型系統(tǒng)工程。為滿足天津市海河行洪排澇與通航的功能要求,依據(jù)《港口航道與護岸工程設(shè)計施工規(guī)范》(JTJ 300-2000),改造后的海河堤岸均采用直立式護岸結(jié)構(gòu),既改善了海河的行洪、排澇、通航條件,又節(jié)省了土地,解決了工程用地緊張的問題。

        2 堤岸結(jié)構(gòu)選型的原則

        2.1 錨碇板樁結(jié)構(gòu)

        當(dāng)?shù)贪陡叨容^高(即堤岸前河床面與堤岸后地面高差較大)時,錨碇板樁結(jié)構(gòu)是受力最為合理、結(jié)構(gòu)傳力最為明確的一種結(jié)構(gòu)型式,如圖1 所示。該結(jié)構(gòu)型式將板樁墻后的土壓力直接通過鋼拉桿傳至其后的錨碇結(jié)構(gòu),因此板樁的入土嵌固深度較小,工程投資相應(yīng)減小。而且該結(jié)構(gòu)型式便于及時發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)的各種問題,拉桿的張拉力容易控制,施工質(zhì)量有保障,堤岸結(jié)構(gòu)的安全度也最高。在不受鄰近建筑物基礎(chǔ)和市政管線等工程條件的約束下,應(yīng)盡可能采用該結(jié)構(gòu)型式。

        錨碇結(jié)構(gòu)可采用錨碇墻、錨碇板樁或錨碇樁等不同的型式,并應(yīng)根據(jù)場地條件和拉桿力大小等因素綜合確定。錨碇結(jié)構(gòu)前的被動土壓力區(qū)域內(nèi)應(yīng)采用內(nèi)摩擦角較大的回填料 (如碎石含量≥30%的回填土)進行回填處理。

        圖1 錨碇板樁結(jié)構(gòu)

        2.2 板樁土層錨桿結(jié)構(gòu)

        當(dāng)?shù)贪兜陌毒€與后側(cè)施工完畢的道路距離較近或是距鄰近建筑物基礎(chǔ)和市政管線較近時,錨碇結(jié)構(gòu)的開挖空間受限,板樁墻后的錨碇結(jié)構(gòu)無法實施。而板樁墻土層錨桿結(jié)構(gòu)在實施過程中對墻后的已有建筑物和地下管線埋設(shè)位置要求大大降低。土層錨桿橫向、豎向可適度調(diào)整,靈活布置,且能夠提供足夠的錨固拉力,可以保證堤岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,如圖2 所示。

        圖2 土層錨桿結(jié)構(gòu)

        一般而言,根據(jù)土體類型、工程特性與使用要求,土層錨桿錨固體結(jié)構(gòu)可以設(shè)計為圓柱型、端部擴大頭型或連續(xù)球體型三類。土層錨桿的所有拉力均由錨固段錨桿與周邊土體的粘結(jié)錨固提供。值得注意的是,《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS 22-2005)中規(guī)定,對于傾斜錨桿來說,其自由段長度應(yīng)超過土體破裂面1m,以保證能夠充分計算錨桿拉力。

        2.3 懸臂結(jié)構(gòu)

        當(dāng)?shù)贪逗髠?cè)的建筑物基礎(chǔ)埋置較深且距離較近或堤岸距后側(cè)下沉路較近時,既沒有錨碇結(jié)構(gòu)的實施空間,又不能滿足土層錨桿的錨固段長度要求,此時,受工程條件的制約,不得不采用懸臂結(jié)構(gòu)以保證堤岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,如圖3 所示。由于懸臂結(jié)構(gòu)是依靠墻前入土段的被動土壓力來平衡墻后的主動土壓力,因此與板樁錨碇結(jié)構(gòu)相比,堤岸懸臂樁的入土嵌固深度更大,斷面也更大。工程常采用斷面較板樁墻更大的地下連續(xù)墻或鉆孔灌注樁排墻作為懸臂堤岸結(jié)構(gòu)。

        圖3 懸臂結(jié)構(gòu)

        2.4 互錨碇結(jié)構(gòu)

        當(dāng)?shù)贪栋毒€為伸入水中的凸出部分 (即兩側(cè)均為臨水面)時,應(yīng)根據(jù)工程的實際情況,確定堤岸結(jié)構(gòu)的具體型式。若伸入水中的部分尺寸較小,可采用懸挑結(jié)構(gòu)或樁梁板結(jié)構(gòu); 若伸入水中的部分尺寸較大且景觀有種植要求等,就要求堤岸結(jié)構(gòu)沿著伸入水中的岸線進行施工,當(dāng)沒有錨碇結(jié)構(gòu)或土層錨桿的實施空間時,可以將兩側(cè)的板樁墻作為對方的錨碇結(jié)構(gòu)來考慮,即通過鋼拉桿將兩側(cè)的板樁聯(lián)系起來以平衡墻后土壓力,如圖4 所示。

        該互錨碇結(jié)構(gòu)型式雖未出現(xiàn)在相關(guān)的規(guī)程規(guī)范中,也沒有在類似的設(shè)計手冊中介紹過,但其工程設(shè)計原則和受力機理與普通的錨碇結(jié)構(gòu)并無差別。該結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上講仍然屬于板樁錨碇結(jié)構(gòu),與同等受力條件下的懸臂結(jié)構(gòu)相比,板樁的入土嵌固深度更小,板樁墻斷面尺寸也更小,不僅可以降低工程造價,同時還能加快施工進度,提高堤岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全度。

        圖4 互錨碇結(jié)構(gòu)

        3 工程實例

        天津灣水上運動世界是海河堤岸改造工程整體規(guī)劃中的重要節(jié)點之一,位于海河天津市區(qū)段國泰橋下游右岸。從功能定位與景觀協(xié)調(diào)的整體考慮出發(fā),堤岸上建設(shè)有大面積的園林綠地、水景和運動健身中心、游艇俱樂部等單體建筑,該景觀區(qū)域內(nèi)設(shè)置碼頭2 座,內(nèi)嵌港池1 個。改造后的堤岸與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一,使得該區(qū)域構(gòu)成一幅“水清、岸綠、景美”的自然景觀,如圖5 所示。

        圖5 天津灣堤岸整體效果

        天津灣段規(guī)劃岸線總長度821.43 m (包括內(nèi)嵌港池的岸線長度),與原岸線相比,堤岸結(jié)構(gòu)有前置也有后置。雖總體長度不長,但由于景觀設(shè)計的復(fù)雜性與多樣性,該區(qū)域內(nèi)的堤岸結(jié)構(gòu)采用了5 種不同的結(jié)構(gòu)型式,如圖6 所示,以滿足堤岸結(jié)構(gòu)的整體安全和工程投資的經(jīng)濟合理。

        圖6 天津灣段堤岸結(jié)構(gòu)總布置

        3.1 預(yù)制混凝土板樁加土層錨桿結(jié)構(gòu)型式

        在 樁 號R0+000.00-R0+015.69、R0+562.42-R0+728.36 范圍內(nèi),由于受臨近建筑物基礎(chǔ)的影響或者距離道路紅線較近,錨碇空間欠缺,所以設(shè)計采用了預(yù)制混凝土板樁加土層錨桿結(jié)構(gòu)型式。

        預(yù)制混凝土板樁厚300 mm,寬度600 mm,長度根據(jù)河底高程的差別有8.5、10.5 m 2 種。板樁在河床面以下1.0 m 至樁尖的寬度方向一側(cè)制成凸榫,另一側(cè)制成凹槽,以便相鄰板樁藉此導(dǎo)向平整結(jié)合;樁的其他部分寬度方向兩側(cè)均制成凹槽,待板樁墻就位調(diào)平直以后,在接縫處以模袋混凝土充填密實,上設(shè)現(xiàn)澆導(dǎo)梁及胸墻。土層錨桿錨頭設(shè)置在0.8 m 高程處,水平間距2.0 m,下傾角25°,采用2 次注漿工藝,其中第一次注漿壓力為0.6 MPa、第二次注漿壓力4.0 MPa。

        3.2 預(yù)制混凝土板樁加錨碇板結(jié)構(gòu)型式

        在樁號R0+093.90-R0+396.30 范圍內(nèi),不受錨碇空間及高程限制,采用此結(jié)構(gòu)型式受力合理,傳力明確,便于及時發(fā)現(xiàn)施工過程中所出現(xiàn)的問題,施工質(zhì)量有保證。

        錨碇板高度3.0 m,頂高程1.70 m,底標高-1.30 m。拉桿設(shè)在0.00 m 高程處,直徑50 mm,水平間距2.0 m,在錨碇板前被動土壓力區(qū)內(nèi)用碎石土(碎石含量30%)進行換填處理。

        3.3 預(yù)制混凝土板樁加對接螺桿結(jié)構(gòu)型式

        在樁號R0+396.30-R0+468.90、R0+488.26-R0+562.42 范圍內(nèi),由于開挖港池的影響,上述范圍內(nèi)的土體形成一個伸入水內(nèi)、兩側(cè)臨空的獨立部分,錨碇拉桿和土錨桿的長度均不足且兩側(cè)的岸線呈大致平行的布置,所以本設(shè)計創(chuàng)造性地采用了預(yù)制混凝土板樁加對接螺桿的結(jié)構(gòu)型式,使得兩側(cè)板樁互為錨碇結(jié)構(gòu),以此維持堤岸的整體穩(wěn)定性。對接螺桿設(shè)在0.80 m 高程處,直徑50 mm,水平間距2.0 m,每根對接螺桿下設(shè)置200 mm 厚、300 mm 寬的碎石墊層。

        3.4 預(yù)制混凝土板樁加現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)型式

        在樁號R0+468.90-R0+488.26 范圍內(nèi)的港池出口的尖角處,由于空間狹小且兩側(cè)岸線之間的夾角關(guān)系不再適合對接螺桿受力,因此設(shè)計采用了混凝土梁板結(jié)構(gòu)受力,使得尖角部位的堤岸結(jié)構(gòu)形成整體。

        混凝土拉梁斷面尺寸為400 mm×600 mm,混凝土板厚度200 mm,梁板下均設(shè)置100 mm 厚素混凝土墊層和300mm 厚碎石墊層。

        3.5 懸臂灌注樁結(jié)構(gòu)型式

        在樁號R0+015.69-R0+093.90、R0+728.36-R0+821.43 范圍內(nèi),由于餐廳和游艇俱樂部等建筑基礎(chǔ)的影響,不論是錨碇板還是土拉錨錨碇系統(tǒng)都無法實現(xiàn),所以設(shè)計采用了懸臂灌注樁結(jié)構(gòu)型式。

        灌注樁直徑800 mm,鋼筋保護層厚度70 mm,底標高分別為-8.00、-10.00 m。灌注樁外套長度為2.0 m、內(nèi)徑800 mm、壁厚80 mm 的鋼筋混凝土管,套管混凝土強度等級不低于C25。

        4 結(jié)語

        水工結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)對照景觀設(shè)計的約束條件,合理選擇堤岸的結(jié)構(gòu)型式。在條件允許的情況下,盡可能選擇受力最合理、投資最節(jié)省的結(jié)構(gòu)型式。當(dāng)工程限制條件較多時,應(yīng)認真分析,敢于創(chuàng)新,只要能把握住基本的設(shè)計原則,了解其受力的實質(zhì),一定可以綜合比選出最為合理的結(jié)構(gòu)型式。值得注意的是,本段堤岸中采用的互錨碇結(jié)構(gòu)在天津市海河堤岸工程中的使用尚屬首次,該結(jié)構(gòu)型式受力合理明確,與同等受力條件下的懸臂結(jié)構(gòu)相比,可以降低工程造價,加快施工進度。這種充分利用結(jié)構(gòu)本身特點的設(shè)計思路可為今后類似工程提供借鑒。從竣工多年的運行狀況來看,此段堤岸結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定,并未出現(xiàn)不良的結(jié)構(gòu)變形與裂縫,滿足規(guī)范要求。

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