鄒 恒，王弘元，顧 威，曹 坤

［上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092］

0 引 言

在山區(qū)河流上新建大橋，往往橋臺設(shè)置在地質(zhì)條件較好的巖基邊坡上，一方面具有較好的受力條件，另一方面相比橋臺設(shè)置在后方陸域可以減小橋梁跨徑，減少工程投資。橋臺施工在河道邊坡上開挖基坑，基坑外側(cè)頂標(biāo)高經(jīng)常低于河道常水位，面臨河水倒灌的問題，需要在外側(cè)填筑圍堰擋水，為橋臺施工創(chuàng)造干地施工條件。

1 工程概述

金陵大橋位于南寧市區(qū)西北部金陵鎮(zhèn)，跨越右江，全長約1.08 km，道路等級為城市主干路。橋梁工程包括新建跨右江主橋L=75 m+180 m+75 m 的鋼混凝土組合連續(xù)梁橋、兩岸標(biāo)準(zhǔn)跨徑30 m 左右的簡支變連續(xù)小箱梁橋，分幅設(shè)計、分幅施工，單幅標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?3.5 m。根據(jù)地勘資料，金陵大橋承臺布置在坡度較陡的巖基河岸上，基坑開挖標(biāo)高低于河道常水位，需要在岸坡上填筑圍堰工程創(chuàng)造干地開挖施工條件（見圖1）。

圖1 工程平面布置圖

場地地形屬于低山丘陵——巖溶盆地地貌，橋址范圍內(nèi)地形起伏大，地表植被分布不均勻。地質(zhì)構(gòu)造比較簡單，橋址范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)活動性區(qū)域性斷層。橋址范圍內(nèi)右江金陵岸見有灰?guī)r出露，且?guī)r溶（溶蝕裂隙、溶洞）發(fā)育。右江現(xiàn)狀為天然河道，河床主要由沙卵石覆蓋，局部基巖出露。

（1）防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，臨時性5 級水工建筑物土石結(jié)構(gòu)重現(xiàn)期為5～10 a。本工程10 a 一遇洪水水位81.0 m，橋梁工程安排在非汛期施工，臨時圍堰按照水庫蓄水常水位75.5 m 控制。

（2）通航標(biāo)準(zhǔn)

右江河道金陵段為Ⅲ級航道。

（3）抗震標(biāo)準(zhǔn)

本地區(qū)的地震基本烈度為7 度，地震動峰值加速度為0.1g，地震動反映譜特征周期為0.35 s。

2 圍堰設(shè)計[1-4]

2.1 設(shè)計難點

在陡坡上填筑袋裝土圍堰自身穩(wěn)定性差，體量較大，水下大體積拋填袋裝土的施工困難。同時在河道邊坡上堆疊袋裝土將對于河道行洪、通航等功能造成影響。而巖基給樁基式的圍堰造成施工上的困難。所以常規(guī)的圍堰形式在巖基陡坡河道上難以適用。

2.2 設(shè)計概況

采用重力式圍堰形式，江側(cè)鋼筋混凝土管重力式結(jié)構(gòu)承擔(dān)后方袋裝土側(cè)向壓力，袋裝土堰體承擔(dān)水頭壓力和防滲功能。

對水下坡面進(jìn)行局部開挖，開挖出基床并對其平整處理，基床的位置應(yīng)在滿足橋梁承臺基坑開挖面要求和袋裝土堰體尺寸要求的前提下盡可能靠岸側(cè)。豎向擺放鋼筋混凝土企口管（為避免特殊預(yù)制等環(huán)節(jié)，采用通用標(biāo)準(zhǔn)的排水管道），根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選擇合理的尺寸，中心線平面位置距離橋梁承臺距離滿足基坑施工要求。

緊貼內(nèi)壁均勻放置8 根φ48 mm 腳手架鋼管，長度應(yīng)滿足設(shè)計要求，以串聯(lián)多節(jié)鋼筋混凝土管，管底灌入500 mm 厚C30 水下混凝土，回填塊石、碎石混合料至頂標(biāo)高，水下混凝土的澆筑有利于增強管底和基面的粘結(jié)作用，提高鋼筋混凝土管擋墻的抗滑穩(wěn)定性，同時和回填砂石料一起固定了管道內(nèi)壁的八根鋼管，有利于鋼筋混凝土管的整體抗彎強度。形成重力式擋墻，使得一定高度的袋裝土堆體在陡坡上穩(wěn)定站立，減小了袋裝土堆砌體量，并提高了水下袋裝土體的穩(wěn)定性。

緊貼鋼筋混凝土管內(nèi)側(cè)豎向放置30 mm×30 mm竹網(wǎng)片，其后鋪設(shè)1.5 mmPE 防滲膜反鋪至基坑頂，開挖300 mm×400 mm 凹槽，將PE 防滲膜頂端埋入凹槽，凹槽內(nèi)回填C20 素混凝土，固定PE 防滲膜。鋼筋混凝土管后方從坑底自下而上堆疊袋裝土至堰頂設(shè)計標(biāo)高，堰體頂寬大于1 m，按照1∶1 邊坡放至河道邊坡。袋裝土不允許垃圾及腐蝕物等填充。圍堰斷面見圖2。

2.3 穩(wěn)定性計算分析

安全穩(wěn)定性復(fù)核應(yīng)考慮以下幾方面：

（1）非汛期常水位正向擋水工況，袋裝土堰體的整體穩(wěn)定性和防滲性能。

（2）枯水期低水位條件，鋼筋混凝土管填石擋墻抗傾抗滑穩(wěn)定性。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，整體穩(wěn)定采用瑞典圓弧滑動法計算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法進(jìn)行，考慮有滲透水壓力作用，采用簡化的有效應(yīng)力計算，計算滑動力時，浸潤線以下、靜水位以上的土體采用飽和容重；計算抗滑力時，浸潤線以下、靜水位以上的土體采用浮容重；浸潤線以上的土體采用濕容重，靜水位以下的土體采用浮容重（見圖3）。

圖3 圓弧滑動面

圍堰為5 級水工建筑物。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，本工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)采用1.10。此處安全系數(shù)1.178＞1.10，滿足要求。

滲透穩(wěn)定采用滲徑系數(shù)法進(jìn)行計算，地下輪廓線的有效滲徑長度須滿足：

式中：ΔH 為圍堰內(nèi)外內(nèi)設(shè)計水頭；C 為允許滲徑系數(shù)。

L=7.2 m，=0.5 m，C=14.4＞5，滿足要求。

抗滑穩(wěn)定：

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑W 為作用于擋土墻上所有的鉛直力之和，kN；F 為基底摩擦系數(shù)；ΣP 為作用于擋土墻上所有的水平力之和，kN；[Kc]為允許抗土穩(wěn)定安全系數(shù)。

枯水期低水位條件，計算擋墻抗傾抗滑穩(wěn)定性，按照不利條件考慮水位低于72.1 m，擋墻沒有水壓力，僅受到背后袋裝土主動土壓力和擋墻自重作用。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，擋墻后方袋裝土土壓力按照有限范圍填土計算（見圖4）。

圖4 有限范圍填土土壓力計算示意圖

式中：θ 為穩(wěn)定巖石坡面的傾角（°）；δr為穩(wěn)定且無軟弱層的巖石坡面與填土間的內(nèi)摩擦角（°），宜根據(jù)試驗確定。當(dāng)無試驗資料時，可取δr=（0.40～0.70）φ°φ 為填土的內(nèi)摩擦角。

假定地基為堅硬粘性土，f=0.35。

Kc=0.35×138.2/29.1=1.66＞[Kc]=1.20，滿足要求。

抗傾穩(wěn)定：

式中：K0為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑M1為作用于基底趾點抗傾覆彎矩，kN·m；∑M2為作用于基底趾點覆彎矩，kN·m；[K0]為允許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

對于設(shè)計斷面采用地勘資料進(jìn)行復(fù)核，均滿足結(jié)構(gòu)安全性要求。

K0=2.48＞[K0]= 1.40，滿足要求。

3 結(jié) 論

本文通過對于巖基陡坡圍堰設(shè)計條件的分析，采用鋼筋混凝土管擋墻和袋裝土結(jié)合的重力式圍堰結(jié)構(gòu)，圍堰受力條件清晰，結(jié)構(gòu)安全可靠。常水位正向擋水條件下，后方袋裝土堰體承擔(dān)水頭壓力和防滲功能；低水位條件下，前排鋼筋混凝土管擋墻承擔(dān)后方袋裝土側(cè)向壓力。

與袋裝土堆土圍堰相比，重力式圍堰具有體積較小的特點，避免了水下大體積拋填袋裝土，減小對河道行洪、通航等功能影響，節(jié)約了施工成本。不僅可以適用于巖基，也可更廣泛的適用于承載力較高的土質(zhì)地基，與鋼板樁圍堰相比，只需要對岸坡進(jìn)行局部開挖，使用過后不需要拔樁。

圍堰鋼筋混凝土管采用排水工程標(biāo)準(zhǔn)管道，套內(nèi)采用腳手架標(biāo)準(zhǔn)鋼管，采用不同尺寸大小的管道拼接和袋裝土堆砌，適應(yīng)不同的擋水水頭要求。