劉 靜，周文博

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730030）

蘭州市西新線河堤加固工程設(shè)計(jì)淺析

劉 靜，周文博

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730030）

近年來，蘭州市黃河河堤工程進(jìn)入了加固、維修的高峰期，由于濱河路大都緊鄰黃河河堤，舊擋墻拆除重建不僅投資大、耗時(shí)長(zhǎng)，還嚴(yán)重影響了城市的防洪安全和道路的正常使用，尋求更經(jīng)濟(jì)、安全、適用于當(dāng)?shù)貙?shí)際條件的加固方案迫在眉睫。結(jié)合工程實(shí)例，在對(duì)擋墻進(jìn)行錨索加固方案對(duì)比的基礎(chǔ)上，摸索出通過增大墻前截面來增加擋墻穩(wěn)定性的加固方案。該方案最大的特點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、快捷，為蘭州市舊河堤加固提供了理論依據(jù)。

河堤加固；漿砌塊石河堤擋墻；穩(wěn)定性計(jì)算；水位差

1　河堤現(xiàn)狀及存在問題

蘭州市是一座黃河穿城而過的城市，兩山對(duì)峙，一河中流，有著獨(dú)特的自然景觀，在市區(qū)形成西固、安寧和城關(guān)三大盆地。大片的城市沿著黃河兩岸延伸，形成了40 km連綿不斷的黃河風(fēng)情線。黃河蘭州段位于劉家峽水庫下游70～115 km處，是黃河上游重要的防汛河段。該河段西起西柳溝口，東至桑園峽，全長(zhǎng)47.5 km，左右河岸線長(zhǎng)約95 km，河道窄處僅120 m，寬處可達(dá)600 m，平均比降0.094%，河道縱向穩(wěn)定。主河道常年流水，枯水期流量為1 580 m3/s，5 a一遇的最大流量4 840 m3/s。

黃河城區(qū)段河堤大多修建于2000年以前，均采用重力式結(jié)構(gòu)，漿砌塊石材料、砂漿勾縫，基礎(chǔ)坐落在基巖（砂巖或泥巖）或穩(wěn)定的卵石層上。根據(jù)蘭州市設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，黃河河堤為1級(jí)堤防工程，設(shè)防為100 a一遇，設(shè)防流量為Q1%=6 500 m3/s。河堤經(jīng)過多年的使用，由于自然老化、河道改移、河堤疏浚等多方面影響，局部河堤存在墻面破損、基地沖刷失穩(wěn)、墻體裂縫等多種問題。2012年7月20日，黃河干流上游強(qiáng)降雨，龍羊峽、劉家峽兩個(gè)水庫加大泄洪流量，7月30日洪峰達(dá)到3 860 m3/s，部分河道的河堤出現(xiàn)裂縫、失穩(wěn)、坍塌，對(duì)城市防洪安全造成很大威脅，舊有河堤的修復(fù)、加固被提上日程。

2　河堤加固方案設(shè)計(jì)

如何對(duì)既有河堤進(jìn)行處理不僅受到防洪安全的限制，還受到資金、實(shí)施難度、可操作性等多方面影響。全部拆除重建不僅不現(xiàn)實(shí)，還受到財(cái)政資金的制約。在這種情況下，針對(duì)河堤現(xiàn)狀的實(shí)際情況，對(duì)部分坍塌、已經(jīng)出現(xiàn)失穩(wěn)跡象的河堤進(jìn)行重建，而大部分河堤還是適宜進(jìn)行維修加固。為了確保加固方案的實(shí)施效果，在西新線道路沿線選擇1.21 km的舊河堤作為試驗(yàn)段進(jìn)行加固方案設(shè)計(jì)。

該段擋墻于2011年竣工，西新線道路緊鄰鐵路，北側(cè)緊鄰河堤和黃河，道路下管網(wǎng)多、橋涵多（橋梁4座、涵洞26座），符合蘭州黃河段緊鄰道路的特點(diǎn)。河堤擋墻墻高為10.82～14.94 m，舊河堤結(jié)構(gòu)為衡重式擋墻，墻面坡度為1∶0.1，墻背坡度分別為1∶0.3和1∶-0.25，墻頂寬度0.85 m，墻底寬度2.07 m，墻底坡度0.15∶1，堤擋墻采用漿砌塊石砌筑，擋墻基底進(jìn)入泥巖部分砌筑C15片石混凝土。平均墻高12.88 m，河堤擋墻每10 m設(shè)一道沉降縫。

設(shè)計(jì)中對(duì)加固方案進(jìn)行了多方案必選，拆除重建方案投資大，錨索方案對(duì)道路下管線和橋涵設(shè)施影響大，現(xiàn)實(shí)條件都不允許實(shí)施，最終選擇了增大迎水面河堤斷面的加固方案。

2.1加固方案現(xiàn)狀調(diào)查

（1）舊河堤基礎(chǔ)穩(wěn)定性調(diào)查

加固前由施工方對(duì)舊支擋基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確保舊擋墻基礎(chǔ)坐落在基巖上，基礎(chǔ)穩(wěn)定，未出現(xiàn)基礎(chǔ)掏空、松散等問題。如果發(fā)現(xiàn)問題采用注漿法對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理后方可對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加固。經(jīng)排查，舊支擋基礎(chǔ)穩(wěn)定，均坐落在基巖之上。

（2）舊河堤結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性調(diào)查

由蘭州交通大學(xué)工程檢測(cè)有限公司對(duì)舊擋墻尺寸、埋設(shè)深度進(jìn)行調(diào)查。檢查結(jié)果顯示，擋墻尺寸與原設(shè)計(jì)相符，基礎(chǔ)尺寸與原設(shè)計(jì)相符，并進(jìn)入了基巖。

（3）舊河堤擋墻材料強(qiáng)度檢測(cè)

由蘭州交通大學(xué)工程檢測(cè)有限公司對(duì)舊擋墻材料進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，石材強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，但裸露表層存在風(fēng)化現(xiàn)象，特別是上部擋墻的頂部材料風(fēng)化嚴(yán)重。

（4）地質(zhì)資料情況調(diào)查

地勘資料揭示地層情況如下：①素填土（Q4m）l：主要為人工回填的砂卵石、漂石、砂巖塊及粉土等，分布不均勻，成分雜亂。厚度0.90～11.50 m，稍密，稍濕～濕～含水。②細(xì)砂（Q4a）l：厚度2.70～8.50 m，褐黃色，以細(xì)砂粒為主，砂顆粒均勻，夾有個(gè)別礫石。稍密，稍濕～濕～含水。③砂質(zhì)泥巖（K）：埋深2.30～14.50 m，頂板標(biāo)高變化于1 538.58～1 543.04 m，主要以砂質(zhì)泥巖與砂巖呈互層狀的形式沉積，褐紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，屬軟質(zhì)巖石，半成巖狀，遇水、空氣易軟化。④地下水，河堤沿線地下水與黃河水直接相通，受黃河水位漲落的影響導(dǎo)致地下水位變化，年變化幅度約為2.0 m。

2.2加固方案技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100；

（2）堤岸設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：按原有西新線堤岸設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)100 a一遇流量6 500 m3/s設(shè)計(jì)；

（3）河道寬度:河道總寬按350 m控制；

（4）堤岸設(shè)計(jì)：依據(jù)《黃河蘭州段河道規(guī)劃》中1號(hào)、2號(hào)黃河大斷面；

（5）堤頂超高：1.0 m；

（6）河堤擋墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.35，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)1.60；

（7）地震烈度：8度，地震動(dòng)峰值加速度0.20 g；（8）堤防等級(jí)：Ⅰ級(jí)堤防工程。

2.3加固方案設(shè)計(jì)難點(diǎn)

擋墻計(jì)算采用理正巖土計(jì)算軟件，對(duì)擋墻的抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算確定加固結(jié)構(gòu)尺寸。理論計(jì)算與實(shí)際情況存在差異，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意并采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

（1）結(jié)構(gòu)加固尺寸受到舊擋墻制約

作為衡重式擋土墻，衡重臺(tái)尺寸是影響擋墻抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性的重要因素，通過增大衡重臺(tái)尺寸可以有效改善舊支擋的安全性，但因?yàn)榕f擋墻衡重臺(tái)埋設(shè)在道路下，開挖工程量巨大，阻塞交通，無法實(shí)現(xiàn)，只能通過在迎河面增設(shè)防護(hù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)擋墻結(jié)構(gòu)的安全性。

（2）理論計(jì)算與實(shí)際結(jié)構(gòu)存在差異

不管采用哪種加固方式，在理論計(jì)算中都是按照一個(gè)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算、驗(yàn)收，但實(shí)際情況是新增設(shè)結(jié)構(gòu)體與舊擋墻結(jié)構(gòu)體存在材料差異，不可能像一次性施工那樣成為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體。如何將增設(shè)結(jié)構(gòu)體與舊結(jié)構(gòu)體很好地銜接成一個(gè)整體是減小理論計(jì)算與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差的關(guān)鍵。

（3）擋墻計(jì)算水位差確定困難

河堤擋墻是浸水式擋土墻，跟普通浸水擋墻存在的最大差異是洪水位高差的確定十分困難。作為河堤擋墻，最不利的情況發(fā)生在洪峰過后、水位巨幅下降的時(shí)期，這個(gè)時(shí)段水位差較大，對(duì)擋墻結(jié)構(gòu)形成不對(duì)稱壓力和破壞，而水位差也成為影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算的重要因素之一。

2.4加固方案采用的重要技術(shù)措施

（1）加固方案通過增大原有墻體斷面來提高擋墻抗震穩(wěn)定性。

利用理正巖土軟件對(duì)舊擋墻進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和分析，通過復(fù)核計(jì)算，舊河堤抗震能力弱，需加強(qiáng)在不利情況下墻體的穩(wěn)定性。為了利用舊擋墻斷面，通過增加擋墻斷面來提高擋墻穩(wěn)定性。舊擋墻上部3 m左右范圍內(nèi)斷面小、材料風(fēng)化嚴(yán)重，加固前將風(fēng)化層拆除，采用C45埋石混凝土現(xiàn)澆，舊墻前加大原設(shè)計(jì)斷面，現(xiàn)澆C45鋼筋混凝土，并設(shè)置高4～6 m的C45埋石混凝土護(hù)腳，加固墻體，提高擋墻整體穩(wěn)定性。

（2）為了確保施工后加固部分與舊擋墻墻體牢固銜接，避免理論計(jì)算與實(shí)際施工存在偏差，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻面頂部、底部與護(hù)腳部分相連。在舊擋墻墻體采用28鋼筋植筋，梅花狀布置，間距50 cm，長(zhǎng)100 cm，加固部分墻體與舊擋墻結(jié)構(gòu)通過植筋緊密連接。護(hù)腳頂寬1.5 m，高度4～5 m，底部以進(jìn)入泥巖2 m為宜，具體埋深可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖后泥巖分化情況調(diào)整。擋墻結(jié)構(gòu)采用衡重式擋墻結(jié)構(gòu)，衡重式擋墻上墻墻背俯斜1∶0.3，下墻墻背仰斜1∶0.25，加固后墻面坡1∶0.2，護(hù)腳面坡1∶0.3。

（3）擋墻計(jì)算最不利水位差確定為2 m

結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，認(rèn)真分析了地下水和洪水退潮形成的水位差對(duì)擋墻整體穩(wěn)定性的影響。通過測(cè)算發(fā)現(xiàn)，水位差值對(duì)擋墻抗滑移、抗傾覆能力影響顯著，對(duì)斷面結(jié)構(gòu)尺寸影響顯著，而水位差值確定的影響因素復(fù)雜。根據(jù)歷次洪水退潮速度分析，結(jié)合地下水位的變化情況，確定擋墻計(jì)算最不利水位差為2 m。在確保擋墻安全的同時(shí)也考慮了擋墻結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)濟(jì)性。

（4）施工控制

為了保障施工過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的安全，對(duì)施工提出幾個(gè)控制措施，具體如下：

（a）控制擋墻加固厚度，與漿砌塊石間最小厚度不應(yīng)小于0.5 m，避免加固部分?jǐn)嗝孢^小形成薄弱點(diǎn)；

（b）植筋工藝直接影響結(jié)構(gòu)銜接的整體性，植筋技術(shù)參照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）的相關(guān)要求進(jìn)行施工，植筋外露部分與內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)片中鋼筋綁扎牢固。注漿采用M 30水泥砂漿，注漿材料配比和施工要求參照《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB 50086-2001）的相關(guān)要求。

（c）植筋平均長(zhǎng)度按1.5 m計(jì)，施工過程采用長(zhǎng)度值在1.0～2.0 m之間，可根據(jù)實(shí)際施工情況調(diào)整長(zhǎng)度值，植筋時(shí)應(yīng)避免對(duì)墻體的整體造成破壞。植筋應(yīng)進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況調(diào)整抗拔力、注漿壓力等指標(biāo)，植筋抗拉強(qiáng)度不小于180 kPa。

（d）擋墻墻身材料應(yīng)采用C45混凝土，提供水泥混凝土材料的抗腐能力；核實(shí)并計(jì)算確定沖刷深度，擋墻基底埋深應(yīng)按沖刷深度以下不小于1 m考慮。

2.5增大堤斷面方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.5.1方案優(yōu)點(diǎn)

（1）施工工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，工期短，造價(jià)低。相對(duì)拆除重建方案，河堤工程加固方案可節(jié)省2/3的投資。由于施工工期短，可選擇在枯水期施工，圍堰工程費(fèi)用可大幅度降低。

（2）對(duì)周圍環(huán)境影響范圍小。蘭州市城市狹長(zhǎng)，許多路段濱河路緊鄰黃河河堤，道路下市政管網(wǎng)密集，相對(duì)于錨索加固法（錨索進(jìn)入道路范圍），該方案施工時(shí)對(duì)外界影響小，不干擾交通。

2.5.2方案缺點(diǎn)

（1）斷面墻前單側(cè)加固，無法增加衡重臺(tái)的尺寸，導(dǎo)致墻前加固體斷面較大，開挖面大，所需材料較多，不經(jīng)濟(jì)。

（2）為了增大墻前加固體尺寸，加固體坡面坡率采用1∶0.2，而黃段舊河堤坡率均為1∶0.1，二者不一致，需與未加固擋墻之間設(shè)置過渡段。

圖1為河堤擋墻加固斷面圖。

圖1　河堤擋墻加固斷面圖（單位：cm）

3　結(jié)語

蘭州市西新線黃河河堤擋墻加固試驗(yàn)段已于2015年施工完成，截止目前使用了一年多的時(shí)間，目前各方面情況良好。本文結(jié)合工程實(shí)例探討了在利用舊擋墻的前提下加固擋墻結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)擋墻穩(wěn)定性的一些思路和方法。河堤擋墻結(jié)構(gòu)計(jì)算牽涉的方面很多，除了要熟悉計(jì)算軟件、擋墻結(jié)構(gòu)計(jì)算原理外，還應(yīng)對(duì)一些巖土工程參數(shù)、場(chǎng)地地質(zhì)條件、水利參數(shù)、抗沖刷計(jì)算等有很好的理解，在提倡以人為本、建設(shè)環(huán)境友好型、節(jié)約型社會(huì)的大背景下，工程建設(shè)如何做到經(jīng)濟(jì)、安全需要工程建設(shè)者們?cè)谠O(shè)計(jì)中不斷積極拓展思路，積累經(jīng)驗(yàn)，更新知識(shí)。

TV87

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1009-7716（2016）09-0088-03

2016-06-20

劉 靜（1977-），女，甘肅蘭州人，高級(jí)工程師，從事道路及相關(guān)市政工程設(shè)計(jì)工作。