徐志峰，趙曉明

（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；2.中國水利電力對外公司，北京 100120）

某船閘駁岸擋墻修護加固方案優(yōu)化分析

徐志峰1，趙曉明2

（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；2.中國水利電力對外公司，北京 100120）

京杭大運河某船閘工程位于山東與江蘇交界的蘇北地區(qū)，是運河上的重點船閘建設(shè)工程。由于工程所在地巖土地質(zhì)勘察資料不完整和船閘駁岸擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用了較低的安全系數(shù)，因而在運行期間發(fā)生局部滑移變位，使得整個船閘的安全性受到很大影響，必須對原有駁岸擋土墻進行修護加固。主要針對船閘出現(xiàn)的駁岸擋土墻滑移事故，采用理論分析對比和建立數(shù)學(xué)模型簡化計算的方式，進行修護方案的設(shè)計與可行性研究，提出阻滑板和加筋土兩種方案。從安全性角度對該方案對比分析，最終確定駁岸擋土墻的修護加固方案，為類似工程提供技術(shù)參考。

駁岸擋土墻；抗滑移穩(wěn)定性；阻滑板；加筋土；安全性

徐志峰，趙曉明.某船閘駁岸擋墻修護加固方案優(yōu)化分析［J］.水利水運工程學(xué)報，2015（5）：103－108.（XU Zhi?feng，ZHAO Xiao?ming.Optimization analysis of repair?reinforcement scheme for shiplock revetment retaining wall［J］.Hydro?Science and Engineering，2015（5）：103－108.）

在特殊河段，天然河岸一般不能滿足護岸要求，必須進行特殊的堤岸加固處理［1］，特別是船閘工程的引航段或水閘工程的泄洪段。保護河岸抵抗水土側(cè)壓力的支擋結(jié)構(gòu)稱為駁岸擋土墻（護坡），駁岸主體就是擋土墻結(jié)構(gòu)［2］。

駁岸擋土墻的主要功能就是保護河岸堤防，防止水流無限制地沖刷岸堤土體造成河岸垮塌，因而駁岸必須具備一定的耐沖刷和防滲止水性能。船閘中應(yīng)用的引航道駁岸擋土墻除承受水流沖刷作用之外，還要經(jīng)受過往船只靠岸時的撞擊力等偶然荷載，因而駁岸擋土墻一般采用重力式，以保證有較高穩(wěn)定性［3］。

1 工程概況

1.1 某船閘駁岸運行中出現(xiàn)的問題

某三線船閘下游靠船段長400m，有20個靠船墩，相鄰靠船墩之間護岸長302.5 m。下游靠船墩和靠船墩之間的駁岸擋土墻均為C25混凝土壓頂，C20混凝土底板，墻身為M15漿砌塊石重力式結(jié)構(gòu)（圖1所示）。運行期間發(fā)現(xiàn)該船閘下游靠船段1?！?＃護岸、16?！?0?？看眨ê溟g護岸）位移變形過大，整體破壞表現(xiàn)為墻體向前滑動，墻趾土體出現(xiàn)松動，部分護岸、靠船墩底板土層出現(xiàn)擾動，但駁岸墻體本身并未出現(xiàn)較大裂縫。

圖1 駁岸擋土墻橫截面（單位：m）Fig.1 Cross section of revetment retaining wall（unit：m）

由于駁岸擋土墻出現(xiàn)較大面積的滑動破壞，駁岸的安全性已經(jīng)不能得到滿足，如果不進行有效的修護加固，開閘行船之后，引航道駁岸受高頻率高低水位交互影響，駁岸擋土墻的安全系數(shù)勢必會進一步降低。為保證船閘以及過閘船只的安全，對已出現(xiàn)問題和未出現(xiàn)問題的駁岸擋土墻必須進行拆除重建或有效的加固修護。

1.2 駁岸擋土墻滑動失穩(wěn)原因綜合分析

經(jīng)過對事故現(xiàn)場破壞情況的分析和駁岸擋土墻抗滑移數(shù)值計算，對擋土墻失穩(wěn)原因大致可以做出如下推斷：①駁岸擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性能滿足要求，其水平向位移主要是由滑移失穩(wěn)引起［4］。②墻設(shè)計過程中，擋土墻底與地基土的摩擦系數(shù)選擇偏大，設(shè)計中選用的摩擦系數(shù)為0.35。在阻滑板和加筋土方案中的抗滑移穩(wěn)定性計算中，假定擋土墻發(fā)生滑移時的滑移穩(wěn)定性系數(shù)為1.0，通過摩擦系數(shù)反演得到擋土墻與地基土間實際摩擦系數(shù)為0.25。③作用在擋土墻上的水平向土壓力比較大，如填土過快，土體來不及固結(jié)，那么作用在墻體上的實際土壓力有可能超過駁岸擋土墻設(shè)計時采用的設(shè)計值，驗算結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，使得設(shè)計過于樂觀。

2 駁岸擋土墻修護方案初選

根據(jù)駁岸擋土墻的實際破壞情況，從船閘與過往船只的安全角度考慮，初步采用阻滑板方案和加筋土方案。

2.1 阻滑板方案

阻滑板是設(shè)在擋土墻后的一段鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，一般與擋土墻底板澆注在一起。阻滑板工作原理是依靠自身重力和阻滑板上土壓力，進而提高擋土墻的整體穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性［5］。

2.1.1 阻滑板計算模型的建立 船閘駁岸擋土墻修護工程中，根據(jù)擋土墻工程設(shè)計相關(guān)要求以及墻后設(shè)置阻滑板的施工要求，擋土墻后設(shè)置一道長1.5 m，厚0.5 m的現(xiàn)澆鋼筋混凝土阻滑板，阻滑板采用C20混凝土（圖2）。

圖2 墻后阻滑板方案（單位：m）Fig.2 Slide?resistant slab behind wall（unit：m）

根據(jù)現(xiàn)場具體情況，為比較優(yōu)選各個駁岸擋土墻修護方案，在阻滑板方案中采用墻后設(shè)計1.5 m阻滑板。由于駁岸擋土墻底板已經(jīng)澆注，修護過程中不進行有效的基坑降水，直接澆注阻滑板。同時墻后填土采用現(xiàn)場素填土，不進行加筋或土體加固處理。

根據(jù)以上情況可建立圖3中阻滑板方案的計算模型［6］，墻體自重和土體自重計算結(jié)果列于表1和表2。根據(jù)圖2中阻滑板方案計算簡圖，墻體自重和土體自重關(guān)于傾覆點的力矩平衡關(guān)系，可以得到擋土墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)。

圖3 阻滑板方案計算簡圖Fig.3 Calculation diagram for slide?resistant slab

表1 擋土墻體自重計算Tab.1 Self?weight calculation of the retaining wall

表2 墻后土體自重計算Tab.2 Self?weight calculation of soilmass behind the retaining wall

2.1.2 阻滑板方案計算結(jié)果分析 根據(jù)已經(jīng)建立的阻滑板方案計算模型和阻滑板方案穩(wěn)定性計算最終結(jié)果，可以作如下幾方面的分析：

①駁岸擋土墻后未設(shè)阻滑板，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0＝2.01，布置阻滑板后K0＝2.17，整體抗傾覆穩(wěn)定性提高。

②駁岸擋土墻后未設(shè)阻滑板，其抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.08，布置阻滑板后抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.19，抗滑移穩(wěn)定性提高。

③注意到無論是否設(shè)置阻滑板，駁岸擋土墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)始終小于1.3，因而設(shè)置阻滑板雖然能提高擋土墻的抗滑移能力，但并不完全保證擋土墻的安全。

④擋墻基底與地基土的摩擦系數(shù)取為0.25時，兩種計算結(jié)果均表明抗滑力小于擋墻滑動力，在發(fā)生事故現(xiàn)場，如果擋墻基礎(chǔ)地基土存在局部薄弱段，擋墻有可能發(fā)生局部滑移破壞。

⑤阻滑板方案對解決駁岸擋土墻的抗滑移問題存在一定局限性，不能保證擋墻的抗滑移穩(wěn)定性，選擇該方案時要慎重考慮，但可與其他方案相結(jié)合采用。

2.2 加筋土方案

加筋土技術(shù)是在擋土墻后填土中鋪設(shè)抗拉受力性能較好的加筋材料，改善墻后填土強度、穩(wěn)定性等力學(xué)性能，這也是最近新發(fā)展起來并在工程中迅速得到推廣應(yīng)用的實用軟土地基土體加固技術(shù)［7］。加筋土擋墻能夠適應(yīng)地基少量變形，施工要求較低［8］；擋土墻的主體是填土，抗震性能好；在墻后回填土不可避免時，加筋土擋土墻最為經(jīng)濟。

2.2.1 加筋土擋土墻計算模型的建立 根據(jù)現(xiàn)場具體情況，為比較優(yōu)選各個駁岸擋土墻修護方案，在加筋土擋土墻方案中，墻后填土每60 cm設(shè)一層土工格柵，根據(jù)墻后回填土范圍，土工格柵鋪設(shè)長度為8.14～13.74 m，并采用單向拉伸高密度聚乙烯土工格柵（TGDG80）。墻后填土鋪設(shè)土工格柵后，土體得到了有效加固，黏聚力與內(nèi)摩擦角得到有效提高。分層夯實后，擋土墻后不設(shè)阻滑板，擋土墻地基不進行地基處理。砌石擋土墻直接在原先混凝土底板上砌筑，由于沒有大量的土方開挖施工，擋土墻底板已預(yù)先澆注，施工過程中不采用有效的基坑降水。

在加筋土擋墻設(shè)計驗算中，為簡化計算，取土工格柵加固后的土體效果為提高墻后填土的黏聚力c。基于已有工程經(jīng)驗和大量室內(nèi)試驗成果，取加固后土體黏聚力c＝30 kPa［9］，加筋土擋墻修護方案見圖4。

圖4 加筋土方案（單位：高程m，其他mm）Fig.4 Diagram of reinforced soilmethod（unit：elevation inm，other inmm）

2.2.2 加筋土修護方案計算結(jié)果分析 根據(jù)加筋土方案整體抗傾覆穩(wěn)定性和墻體抗滑移穩(wěn)定性驗算最終結(jié)果，本文進行以下幾方面分析：

①墻后回填土未作處理時，擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0＝2.01，墻后回填土采用土工格柵加筋處理后，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0＝2.49，駁岸擋土墻的整體抗傾覆穩(wěn)定性顯著提高，加筋效果十分明顯。

②墻后回填土未作處理時，擋土墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.08，墻后回填土采用土工格柵加筋處理后，其抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.4，駁岸擋土墻抗滑移穩(wěn)定性大幅提高，加筋處理填土效果顯著。

③墻后填土分層鋪設(shè)土工格柵后，填土強度加強，作用在墻體的土壓力大為減小，使得駁岸擋土墻的抗滑穩(wěn)定系數(shù)大大提高，摩擦系數(shù)取為0.3時，可滿足工程施工要求。

④擋墻基底與地基土的摩擦系數(shù)取為0.25時，其抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為1.17，大于1.0，但小于安全系數(shù)1.3，因而選用該方案時仍應(yīng)考慮與其他加固修護措施聯(lián)合采用。

⑤加筋土擋墻修護加固方案工程效果顯著，且施工較為簡便，經(jīng)濟性很好，在駁岸擋土墻修護加固方案選擇中應(yīng)優(yōu)先考慮。

3 駁岸擋土墻修護方案的優(yōu)化分析

3.1 安全性能比較

該船閘駁岸擋土墻在正常運行過程中發(fā)生了部分駁岸墻段過大的滑移變形，影響了船閘和過往船只的安全通航［10］。針對已經(jīng)出現(xiàn)的工程事故，在擋土墻修護工程中，將結(jié)構(gòu)安全性作為選擇修護方案優(yōu)先考慮的因素。

3.1.1 阻滑板方案安全性能分析評價 在上述阻滑板方案計算分析中，根據(jù)最終計算結(jié)果可以得到擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為K0＝2.17，能夠滿足阻滑板抗傾覆穩(wěn)定性要求；基底與地基土之間的摩擦系數(shù)取為0.3時，擋土墻抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.19＜1.3，不能滿足抗滑穩(wěn)定性安全性要求。擋墻基底與地基土的摩擦系數(shù)取為0.25時，擋土墻抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.0＜1.3。兩種計算結(jié)果均表明抗滑力小于擋墻滑動力，如果擋墻基礎(chǔ)地基土存在薄弱段，擋墻可能發(fā)生局部滑移破壞。

上述分析可以得出這樣的結(jié)論：駁岸擋土墻后單純設(shè)置1.5 m長，0.6 m厚鋼筋混凝土阻滑板不能滿足擋土墻的抗滑穩(wěn)定性要求。從安全角度來說，單一阻滑板方案并不能滿足駁岸擋土墻修護工程的安全性要求，在方案選擇中將不予考慮，但可與其他方案聯(lián)合采用。

3.1.2 加筋土方案安全性能分析評價 在上述加筋土方案計算分析中，根據(jù)最終計算結(jié)果可以得到擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為K0＝2.49，能夠滿足阻滑板抗傾覆穩(wěn)定性要求；基底與地基土之間的摩擦系數(shù)取為0.3時，擋土墻抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.4＞1.3，滿足抗滑穩(wěn)定性安全性要求。擋墻基底與地基土的摩擦系數(shù)取為0.25時，擋土墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為Kc＝1.17，大于1.0，但小于安全系數(shù)1.3，其抗滑移穩(wěn)定性能否完全滿足安全性要求是個問題，因為如果擋墻基礎(chǔ)地基土存在局部薄弱段，擋墻有可能發(fā)生局部滑移破壞。

上述分析表明：駁岸擋土墻后填土采用土工格柵加固土體，每隔60 cm布置一層土工格柵的方案可使擋土墻體獲得較高的安全性能，一般情況下能夠滿足駁岸擋土墻修護工程的安全性要求。但是，在摩擦系數(shù)降低時，擋土墻的抗滑系數(shù)小于安全系數(shù)，仍存在修護加固失效的危險。從安全角度來說，單一的加筋土方案存在一定的安全隱患。

3.2 最終修護方案的確定

為了充分保證擋土墻的安全性，有必要對加筋土方案進行局部修正。從前述3.1節(jié)修護方案的安全性能比較分析中發(fā)現(xiàn)，阻滑板方案和加筋土方案分別在增大底板抗滑能力和增加墻后土體抗剪強度方面提高擋土墻結(jié)構(gòu)的抗滑移穩(wěn)定性，均有一定的加固效果，但單一方案都無法完全滿足安全性要求，存在一定安全隱患，因此，為確保安全考慮，將兩種單獨的修護加固方案結(jié)合起來，形成圖5中的阻滑板－加筋土方案。

下面就此方案的可行性進行具體分析。

（1）施工方案的安全性。加筋土方案本身可以基本滿足要求，再設(shè)阻滑板進行補充輔助，駁岸擋土墻的穩(wěn)定性會更好，安全性更高［11］，完全滿足駁岸擋土墻修護加固的安全性要求。

（2）施工過程的相容性?？稍谠葥跬翂Φ装逡粋?cè)澆注鋼筋混凝土阻滑板，但要保證新舊混凝土之間的可靠連接，即混凝土底板與阻滑板之間的可靠搭接。這一點在工程中比較容易做到。同時在墻后填土的回填過程中分層鋪設(shè)加筋土，從施工過程上來說，兩個方案不矛盾，有很好的兼容性。

（3）施工方案的經(jīng)濟性。與單一加筋土方案相比，阻滑板－加筋土方案不會大幅增加工程量，反而提高明顯抗滑安全性。根據(jù)最終計算結(jié)果可以得到擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為K0＝2.56，能夠滿足阻滑板抗傾覆穩(wěn)定性要求；基底與地基土之間摩擦系數(shù)取為0.25時，擋土墻抗滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc＝1.32＞1.3，滿足抗滑穩(wěn)定性安全性要求。而且由于仍然利用原先擋土墻底板，還可以節(jié)約部分工程費用，降低工程成本，具備一定的經(jīng)濟性。

圖5 阻滑板－加筋土方案（單位：高程m，其他mm）Fig.5 The resistance skateboard and reinforced soilmethod（unit：elevation in m，others in mm）

經(jīng)過以上綜合分析，阻滑板－加筋土方案比較適用于本次修護加固工程，因而可以確定為最終優(yōu)選方案。

4 結(jié) 語

駁岸擋土墻結(jié)構(gòu)滑移失效工程事故主要是由于擋土墻地基與下臥天然地基土之間摩阻力不足以及擋土墻地基局部豎向承載力不足，造成擋土墻水平向滑移所致。根據(jù)該船閘工程特點，對原有加筋土方案作優(yōu)化修改，提出阻滑板－加筋土聯(lián)合方案。通過對該方案的理論和施工方式的分析研究表明，本方案比較適合該船閘駁岸擋土墻修護加固工程，可以作為工程修護的最終優(yōu)選方案。對該方案的研究分析可為處理類似工程事故提供技術(shù)參考。

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Optim ization analysis of repair?reinforcement scheme for shiplock revetment retaining wall

XU Zhi?feng1，ZHAO Xiao?ming2
（1．Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，China；2．China InternationalWater＆Electric Corp．，Beijing 100120，China）

The shiplock works located on the Beijing?Hangzhou Grand Canal at the junction of Jiangsu and Shandong Provinces is one of themost important shiplock works.In the design of shiplock works，due to lack of geological investigation data and the lower safety factor applied to the design of the revetment retaining wall，there occurs a local sliding deformation during the shiplock operation，whichmay have a danger to the entire safety of the shiplock.It is necessary tomake repair and reinforcement of the existing revetment retaining wall for the safety of the shiplock.Considering this sliding failure，the feasibility of the repair?reinforcement scheme for the revetment retaining wall is studied based on theoretical analysis and simplified numerical simulation.Through the simulation calculation and optimization analysis，two kinds of schemes of the slide?resistant slab combined with the reinforced earth have been put forward in this study.From the angle of the safety of the wallworks，comparative analyses are carried out for the schemes，and finally the scheme of the slide?resistant slab combined with the reinforced earth is determined as a repair?reinforcement scheme for the revetment retaining wall.The research and analysis of theworks can be taken as a technical reference for dealing with the slide?resistant stability of the similar works.

revetment retaining wall；slide?resistant stability；slide?resistant slab；reinforced earth；safety

TU476＋.6

A

1009－640X（2015）05－0103－06

10.16198／j.cnki.1009－640X.2015.05.014

2014－12－07

徐志峰（1975—），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，高級工程師，主要從事港航、巖土工程方面研究。E?mail：zfxu＠uhri.cn