十六鋪地區(qū)綜合改造一期工程的“三墻合一”防汛墻設(shè)計(jì)

蔣力儉，馬如彬

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 前言

上海市地處長江三角洲東緣、太湖流域尾閭，東臨東海，北枕長江，南倚杭州灣，境內(nèi)地勢低平，地面高程大部在2.5～5 m(吳淞基面,下同)、市區(qū)一般為3～3.5 m，均低于汛期高潮位。黃浦江兩岸防汛墻作為上海市一道捍衛(wèi)城市安全的防洪屏障，在抵御自然災(zāi)害侵襲和保護(hù)人民生命財產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。隨著近年來濱江土地開發(fā)的力度逐漸加大，上海市區(qū)防汛墻建設(shè)的發(fā)展定位要從單純?yōu)槌鞘蟹姥窗踩?wù)，向統(tǒng)籌人和自然和諧發(fā)展轉(zhuǎn)變，即要立足于安全為先，資源為本，環(huán)境為重的發(fā)展定位與策略。

外灘十六鋪地區(qū)是上海黃浦江兩岸綜合開發(fā)的四個重點(diǎn)地區(qū)之一，背靠人氣旺盛的豫園老城廂，北接中山東二路外灘，與浦東陸家嘴隔江相望。根據(jù)《十六鋪地區(qū)（中山東二路以東）詳細(xì)規(guī)劃》，十六鋪地區(qū)綜合改造一期工程功能規(guī)劃定位為“十六鋪水上旅游中心（包括水上巴士）及游艇碼頭”。開發(fā)地塊呈狹長形，地塊長約630 m，幅寬較窄，寬約30～50 m。主要建筑形態(tài)是一個臨江、狹長的大平臺，平臺下地下空間體包括地下一層至地下二層商場、地下三層車庫等，整個平臺(包括地下設(shè)施)是集防汛、旅游、商業(yè)、泊車等多種功能于一體的綜合性多功能建筑。

十六鋪地區(qū)綜合改造一期工程地塊規(guī)劃紅線東側(cè)即為現(xiàn)狀防汛墻線，南側(cè)緊鄰東門路輪渡站，北側(cè)連接外灘二期空箱，西側(cè)為中山東二路。由于工程地塊幅寬較窄，現(xiàn)有防汛墻內(nèi)側(cè)又將開發(fā)成地下三層空間體。針對該工程的具體特點(diǎn)，永久防汛墻設(shè)計(jì)在吸取外灘空箱防汛墻成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，因地制宜，創(chuàng)新思維，提出了“三墻合一”防汛墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，見圖1。

圖1 工程位置圖（建成后）

“三墻合一”防汛墻系指將防汛墻結(jié)構(gòu)與基坑工程圍護(hù)墻、地下空間結(jié)構(gòu)外墻結(jié)合起來，形成具有三種功能的墻體結(jié)構(gòu)。目前在水利行業(yè)及工民建、市政等行業(yè)均存在“二墻合一”的墻體結(jié)構(gòu)型式。工民建、市政等行業(yè)內(nèi)地下空間體設(shè)計(jì)中已比較多地采用了地下連續(xù)墻兼地下空間結(jié)構(gòu)側(cè)墻的“二墻合一”墻體結(jié)構(gòu)，技術(shù)也較成熟。而將上述行業(yè)中的“二墻合一”墻體結(jié)構(gòu)再次與防汛墻相結(jié)合形成“三墻合一”的墻體結(jié)構(gòu)的工程目前尚屬首次，即“三墻合一”要求在施工期、使用期既滿足防汛墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，又要滿足基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工安全和地下空間結(jié)構(gòu)側(cè)墻的使用安全，見圖2。

1 改造前十六鋪地區(qū)防汛墻情況

圖2 “三墻合一”防汛墻墻體斷面圖

十六鋪地區(qū)綜合改造一期工程場地原為十六鋪客運(yùn)站、上海外灘商城有限公司、申客飯店和上海中汽實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司等。工程范圍段內(nèi)的原有防汛墻是在上世紀(jì)初駁岸的基礎(chǔ)上逐漸加高、加固形成的，1990年前后進(jìn)行過改造加固，其結(jié)構(gòu)型式基本為L 型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂標(biāo)高為6.20～6.40 m 不等，防汛設(shè)防水位為5.86 m。防汛墻下基礎(chǔ)為50年代建造的拋石棱體，棱體底部鋪設(shè)有柴排，堤內(nèi)坡度為 1∶ 1，堤外坡度為 1 .5∶1，棱體底深約7～9 m，寬度約18 m 左右，棱體后方、上方采用回填土防滲，見圖3、圖4。

圖3 原十六鋪碼頭橫剖面圖

圖4 原有防汛墻斷面

2 防汛墻設(shè)計(jì)面臨的技術(shù)難點(diǎn)

十六鋪地區(qū)綜合改造一期工程沿黃浦江布置，沿江岸線長度約630 m，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案中，為了控制基坑開挖階段對周邊環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，同時考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素，臨江側(cè)采用了800 mm 厚地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在施工階段地下連續(xù)墻既作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)又作為止水帷幕，起到擋土和止水的雙重效用，在使用階段該墻體作為主體地下室結(jié)構(gòu)外墻，通過設(shè)置與主體地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平梁板構(gòu)件的有效連接，不再另外設(shè)置地下結(jié)構(gòu)外墻，即“二墻合一”。

由于該項(xiàng)目場地狹長，腹地較窄，空間極緊張。因此防汛墻設(shè)計(jì)與上述地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)相結(jié)合，即“三墻合一”，即將“二墻合一”的地下連續(xù)墻兼作防汛墻結(jié)構(gòu)。地下空間體的6.90 m 以下側(cè)墻等迎水面結(jié)構(gòu)均按防汛墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在地坪以下以“地連墻+內(nèi)襯墻”的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成地下空間體臨江側(cè)墻，其上設(shè)置鋼筋混凝土頂圈梁以與地坪以上的現(xiàn)澆側(cè)墻構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu)，同時也最終形成防汛墻結(jié)構(gòu)型式。地墻與內(nèi)襯墻間采用剪力筋以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系，并涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料以減少整堵墻體的滲漏水現(xiàn)象，確保防汛安全。

采用了“三墻合一”這一創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)理念后，防汛墻設(shè)計(jì)方案中必須充分考慮施工、使用過程中的一系列特殊情況和不利因素，選擇合理的施工方案，采用科學(xué)的技術(shù)措施，解決存在的主要工程技術(shù)難點(diǎn)。

（1）現(xiàn)狀防汛墻的保護(hù)問題

雖然主體工程實(shí)施前，已新建臨時防汛墻將整個工程區(qū)域外包，并與南北兩端永久防汛墻相接，形成封閉防汛體系，保證了工程實(shí)施期間地塊后方的防汛安全，但現(xiàn)狀老防汛墻結(jié)構(gòu)在基坑施工期間將兼有擋水圍堰的作用，防止黃浦江水進(jìn)入基坑內(nèi)，以保證基坑施工期間的安全。而地下室東側(cè)外墻邊線距離黃浦江現(xiàn)有防汛墻最近處僅約2.5m，地下連續(xù)墻施工須清除部分現(xiàn)有防汛墻的拋石棱體基礎(chǔ)，可能對現(xiàn)有防汛墻安全產(chǎn)生較大影響，因此，設(shè)計(jì)方案必須考慮對現(xiàn)有防汛墻的保護(hù)。

（2）施工期間的滲透問題

黃浦江潮位特征受天文潮和風(fēng)暴潮因素控制，面臨頻繁變動的江水，尤其是淺層的地下水與江水的水力聯(lián)系較強(qiáng)，必須設(shè)置合理可靠的止水帷幕，處理好塊石棱體及江灘土的透水難題。同時，對塊石棱體的處理必須控制在有限范圍內(nèi)，盡量減小對圍護(hù)墻體區(qū)域外的擾動，避免加劇其的透水量，以保證現(xiàn)狀防汛墻的安全穩(wěn)定以及地下連續(xù)墻的施工安全。

（3）墻體防滲問題

由于采用了“三墻合一”的防汛墻結(jié)構(gòu)型式，防汛墻的變形縫間距將相應(yīng)加大，墻體的抗裂、防滲漏問題，變形縫的構(gòu)造處理變得尤為重要。為了保證地下空間長期的防汛安全，防汛墻結(jié)構(gòu)自身防滲設(shè)計(jì)必須較一般防汛墻結(jié)構(gòu)有更高的要求。

（4）地下障礙物的清障問題

地下墻成槽需穿越駁岸塊石層。防汛墻基礎(chǔ)下拋石層最厚約6 m，拋石下為柴排，堤內(nèi)坡度略大于1：1，影響施工范圍為防汛墻內(nèi)側(cè)9 m，影響該工程圍護(hù)墻施工的拋石層范圍長約250 m。因此，設(shè)計(jì)方案必須充分比選各類成槽工藝，選取合適的施工方法。

3 “三墻合一”防汛墻設(shè)計(jì)的解決方案

針對以上技術(shù)難點(diǎn)，“三墻合一”防汛墻設(shè)計(jì)及施工組織設(shè)計(jì)過程中提出了以下解決方案。

3.1 合理選擇成槽工藝，解決防汛墻保護(hù)和清障問題

該工程基坑臨江側(cè)地下連續(xù)墻距離黃浦江防汛墻最近處僅2.5 m，且地下障礙物也較多，傳統(tǒng)的地下清障物清障方法難以保證現(xiàn)狀防汛墻的安全。成槽工藝選用了全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機(jī)+地墻成槽機(jī)組合，將成槽施工影響范圍內(nèi)的土體包含塊石等障礙物全部切削，再采用6%水泥土回填。清障過程中對土體進(jìn)行置換，為后續(xù)的止水帷幕的實(shí)施創(chuàng)造條件，同時亦能為槽壁加固創(chuàng)造條件。全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機(jī)的應(yīng)用，將清障范圍有效控制在2.0 m 左右，而且將對現(xiàn)有塊石棱體的擾動降至最低，既可達(dá)到對現(xiàn)有防汛墻的保留和保護(hù)，又盡可能保持防汛墻下基礎(chǔ)（塊石與土體形成的自然棱體結(jié)構(gòu)）不受到嚴(yán)重破壞，從而避免產(chǎn)生較大的滲流通道，以及避免影響臨江側(cè)塊石棱體的穩(wěn)定，見圖5、圖6。

圖5 旋挖清障并水泥土回填（單位：mm）

3.2 合理設(shè)置止水帷幕，切斷滲透通道

由于臨江側(cè)地下連續(xù)墻距離黃浦江較近，且地下潛水與黃浦江水力聯(lián)系緊密，因此，成槽施工前須在槽壁兩側(cè)進(jìn)行加固，傳統(tǒng)的槽壁加固方法主要有注漿加固法、高壓旋噴樁加固法和水泥土攪拌樁加固法。

注漿加固法受地下水與黃浦江水力聯(lián)系緊密因素影響較大，高壓旋噴樁加固法施工對現(xiàn)狀防汛墻影響較大，因此這兩種方法不適用于該工程。該工程選用Φ650 三軸水泥土攪拌樁對地下墻槽壁進(jìn)行預(yù)加固，帷幕穿過置換土體及其下江灘土進(jìn)入第④層淤泥質(zhì)粘土層土體內(nèi)，既能有效切斷與黃浦江的水力聯(lián)系，也能起到槽壁穩(wěn)定的作用，且對其外側(cè)的塊石棱體擾動有限，可盡量避免增大其滲透量，對現(xiàn)狀防汛墻的保護(hù)更加有利，工程實(shí)施效果很好。

圖6 三軸攪拌樁槽壁加固(單位：mm)

3.3 柔性接頭+內(nèi)襯墻，解決地下墻體防滲問題

若該工程地墻接頭為剛性接頭，其接頭箱的清理便相當(dāng)重要，考慮到地墻結(jié)構(gòu)需穿越塊石棱體，在無法確保完全清除地下障礙物的情況下，接頭箱的清理可能相當(dāng)困難。而采用柔性的圓形鎖口管接頭，反而較能保證接頭的止水質(zhì)量。

在地下連續(xù)墻內(nèi)部設(shè)置內(nèi)襯墻，內(nèi)襯墻通過預(yù)先在地墻內(nèi)埋設(shè)的鋼筋與地連墻形成整體連接，并涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料以減少整堵墻體的滲漏水現(xiàn)象，從而增強(qiáng)了地下墻體本身以及地墻接縫處的防滲性能。同時，其外側(cè)的三軸攪拌樁止水帷幕也能起到較好的防滲作用。

4 結(jié)論

為在寬約30～50 m 呈狹長形開發(fā)地塊內(nèi)同時建設(shè)地下空間與黃浦江防汛墻，十六鋪地區(qū)綜合改造一期工程創(chuàng)新性地引入了“三墻合一”的設(shè)計(jì)理念，并通過選擇合理成槽工藝、止水帷幕以及地下連續(xù)墻接頭等工程措施，合理有效地解決了該項(xiàng)目地下綜合體開發(fā)和防汛墻建設(shè)過程的現(xiàn)狀防汛墻保護(hù)、地下障礙物清除、黃浦江水滲透、地下連續(xù)墻防滲等一系列困難問題，取得了很好的綜合效益。目前該項(xiàng)目已投入使用近4年，防汛體系運(yùn)行狀況良好。這個項(xiàng)目的成功也為濱江地塊的開發(fā)與岸線整治提供了新的建設(shè)思路。

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