河道U型槽變形破壞及其加固設(shè)計

徐　俊

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院,貴州 貴陽 551000)

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河道U型槽變形破壞及其加固設(shè)計

徐俊

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院,貴州 貴陽 551000)

隨著全球氣候逐漸變暖，自然災(zāi)害越來越嚴(yán)重，很多河道U型槽受到嚴(yán)重的變形破壞，對于河道周邊的居民構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，河道U型槽加固設(shè)計迫在眉睫。該文根據(jù)具體工程實例探究河道鋼筋混凝土U型槽加固設(shè)計實例，首先詳細(xì)介紹了U型槽設(shè)計的影響因素以及加固方式，然后對河堤的加固設(shè)計方案進(jìn)行了詳細(xì)探究。在河道U型槽加固設(shè)計中，首先需要根據(jù)現(xiàn)場勘察，明確河堤的破壞形式，結(jié)合河流實際情況確定具體的加固設(shè)計方案，并加強施工質(zhì)量控制，起到很好的加固作用。

河道U型槽；變形破壞；加固設(shè)計

現(xiàn)階段，人們對于自然環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識程度不斷提高，越來越重視河道U型槽人工改造工作。加強河道U型槽變形破壞及其加固設(shè)計研究，對于保護(hù)河道生態(tài)環(huán)境，保障周邊附近居民的生命財產(chǎn)安全至關(guān)重要[1]。

1　工程概況

貴陽觀山湖區(qū)金融中心二期地塊東臨210國道，南至金朱東路，西沿長嶺北路，北靠東林寺路，小灣河從地塊西南角流過。根據(jù)地塊開發(fā)規(guī)劃，地塊西側(cè)、西南角、南側(cè)為商業(yè)地塊，東側(cè)、北側(cè)及中心區(qū)域為住宅。

2015年至今正在實施的小灣河金融中心二期河道治理工程位于貴陽市觀山湖區(qū)，治理起始端位于觀山湖區(qū)長嶺北路，終點位于金朱東路，治理河段長約780m。該段河道的天然長度約為560m，起點高程為1260.20m，終點高程為1255.66m，高差為4.54m，天然河道的比降為7.83‰。改線后河道長度約為780m，整治河道的平均比降為1‰。

河道工程施工過程中由于地面標(biāo)高調(diào)整，地面標(biāo)高超出原設(shè)計較多，并且局部約50m河長范圍的U型槽河道背面出現(xiàn)淤泥填料的影響，以至于擋土墻墻背荷載較大，后期出現(xiàn)變形破壞，必須做好加固工作[2]。

2　河道現(xiàn)場查勘調(diào)查情況

設(shè)計人員會同甲方、監(jiān)理及施工單位對河道變形(破壞)進(jìn)行現(xiàn)場查勘和調(diào)查。根據(jù)現(xiàn)場查勘，河道局部段鋼筋混凝土U型槽左側(cè)壁受墻外土壓力作用向內(nèi)發(fā)生變形直至破壞。據(jù)現(xiàn)場了解該段基礎(chǔ)為老泥塘，施工時基礎(chǔ)已做碎石換填處理，該段也未見整體位移滑動現(xiàn)象，基礎(chǔ)處理滿足要求。但該段U型槽左側(cè)淤泥未及時清理，隨著左側(cè)場地開挖堆碴逐漸靠近側(cè)墻，致使大量淤泥被擠壓隆起堆積于側(cè)墻背，側(cè)墻排水管也被淤泥封堵。堤背側(cè)墻回填材料及質(zhì)量發(fā)生改變，排水溝封堵也使堤背側(cè)墻工況發(fā)生改變[3]。另外現(xiàn)場測量側(cè)墻頂寬也小于設(shè)計值2～4cm。 其余河段除局部仍在進(jìn)行混凝土U型槽施工外，大部分已施工完畢，部分河段堤背已用石碴土回填，局部回填高度大于堤頂，未發(fā)現(xiàn)側(cè)墻變形現(xiàn)象。部分河段正在回填，但回填料以黃黏土為主，缺少石碴，未見側(cè)墻背排水濾料堆。

根據(jù)現(xiàn)場查勘調(diào)查情況，設(shè)計人員對原設(shè)計計算成果進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核計算結(jié)果為：原設(shè)計堤背按土夾石回填且堤背排水完善時，穩(wěn)定計算和結(jié)構(gòu)計算等滿足要求；當(dāng)?shù)瘫程钔翞橛倌鄷r，由于淤泥的土工物理力學(xué)參數(shù)極低，致使堤背回填料內(nèi)摩擦角及內(nèi)聚力大為減少，其堤背回填土壓力超出正常使用設(shè)計條件數(shù)倍，結(jié)構(gòu)計算復(fù)核不能滿足要求，導(dǎo)致堤身超載破壞。

3　河道U型槽加固設(shè)計

3.1河道U型槽加固設(shè)計影響因素

對于河道U型槽加固，作用水頭是十分關(guān)鍵的，通常情況下，作用水頭可以認(rèn)為是水位和U型槽水位最低點的差值。在實際工作中，防汛技術(shù)人員往往會忽視作用水頭的作用，如果將圍井抽水反壓作為防汛搶險措施，則可以降低作用水頭，使河道U型槽處于安全狀態(tài)[4]。

3.1.1設(shè)計水位條件下U型槽所承受的水荷載由作用水頭控制

在不同的作用水頭下，在U型槽的水位下降過程中，對于U型槽的影響是不同的。有些堤段地勢較低，或者內(nèi)部有坑塘，在這種情況下，對于作用水頭的設(shè)計要求往往比較高，加固工程量也顯得更大。

3.1.2U型槽浸潤線和出逸點高程由作用水頭決定

將表層為弱透水覆蓋層的二元結(jié)構(gòu)地基作為參考案例。作用水頭與出逸比降成正比關(guān)系，但是抗浮不太穩(wěn)定。對此，必須采取有效措施對河道U型槽進(jìn)行加固處理。作用水頭十分關(guān)鍵，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該加強對于覆蓋層厚度的影響，加強技術(shù)分析設(shè)計。

3.2U型槽加固要求

目前，河道U型槽建設(shè)工程越來越復(fù)雜，出現(xiàn)越來越多的問題。如果河道運行處于汛期，則應(yīng)該開展河道U型槽加固措施，尤其是對于堵口復(fù)堤相關(guān)工程。河道是一項永久性工程，加強質(zhì)量保證是維持其正常運行的重要保證。在河道U型槽加固處理中，應(yīng)該根據(jù)河堤實際情況選用先進(jìn)的處理技術(shù)。對此，對于填土固結(jié)變形以及迎水面護(hù)坡設(shè)計，也應(yīng)該綜合考慮河流汛期實際情況，然后再進(jìn)行設(shè)計，確保符合河道汛期運行需要。當(dāng)?shù)谭罌Q口時，往往會由于受到強烈的沖擊而形成深度較大的沖坑，增加河道工程的難度，從而為復(fù)堤工程的選線問題和基礎(chǔ)處理增加了難度。

4　處理方案

根據(jù)現(xiàn)場查勘、調(diào)查及計算復(fù)核，基本分析出河道U型槽變形破壞的原因，初步擬定以下方案供業(yè)主考慮。

4.1方案一

4.1.1已破壞段河堤

(1)該段河堤需重新修復(fù)，方案考慮保留原U型槽底板，河段側(cè)墻部位按漿砌石河堤設(shè)計，漿砌石河堤與相鄰U型槽河堤按分縫處理。

(2)堤背回填材料嚴(yán)格采用土夾石料(石碴占30%～50%)，確保堤背排水及濾料包完善。

(3)經(jīng)計算，墻背填土采用加筋格柵，可大大降低土對墻背的土壓力。其加筋長度為3m，加筋高度從墻背河底高程向上填筑3m高，每夯填50cm設(shè)置一層加筋格柵。

4.1.2其余段河堤

(1)堤背回填材料嚴(yán)格采用土夾石料(石碴占30%～50%)，確保堤背排水及濾料包完善。

(2)河道兩岸堤背填土高度低于或等于原設(shè)計高程1268.5m段，采用墻背加筋填土，加筋長度3m，加筋填土高度5m(與堤身等高)，每夯填50cm設(shè)置一層加筋格柵。

(3)河道兩岸堤背填土高度高于原設(shè)計高程1268.5m段，其超高部分仍采用墻背加筋填土，加筋長度3m。

4.2方案二

4.2.1已破壞段河堤

(1)該段河堤需重新修復(fù)，方案考慮保留原U型槽底板，采用植筋方案澆筑U型槽側(cè)壁，并按堤頂覆土高度增加方案進(jìn)行設(shè)計。

(2)堤背回填材料嚴(yán)格采用土夾石料(石碴占30%～50%)，確保堤背排水及濾料包完善。

4.2.2其余段河堤

(1)采用兩層加固梁的形式進(jìn)行加固，在U型槽頂加設(shè)一層壓梁間距2m，第二層加固梁位于堤頂下2m，其間距也為2m。

(2)河道兩岸堤背填土高度低于或等于原設(shè)計高程1268.5m段，采用墻背加筋填土，加筋長度3m，加筋填土高度5m(與堤身等高)，每夯填50cm設(shè)置一層加筋格柵。

(3)河道兩岸堤背填土高度高于原設(shè)計高程1268.5m段，其超高部分仍采用墻背加筋填土，加筋長度3m。

4.3方案三

垮塌河段及增高河道按照堤頂覆土高度增加采用鋼筋混凝土箱涵(暗涵)的結(jié)構(gòu)，并在其上采用人工河道的形式。或者調(diào)整兩岸河道保護(hù)帶的構(gòu)筑物方案，進(jìn)行減少河堤堤背超載。

4.4方案二的加固計算理論及依據(jù)簡化模型

因方案二由于技術(shù)難度較高，因此，現(xiàn)在闡述方案二的加固計算理論及依據(jù)簡化模型。

計算模型一：采用多層地下室外墻模型作為計算模型，如圖1所示。

圖1　多層地下室外墻模型

永久荷載：土壓力荷載，上部恒載—平時;可變荷載：地下水壓力，地面活載，上部活載—平時;平時組合：平時荷載基本組合;戰(zhàn)時組合：戰(zhàn)時荷載基本組合;準(zhǔn)永久組合：平時荷載(nUll)組合(用于裂縫計算)。

經(jīng)過計算采用加設(shè)兩層壓梁分別支撐原設(shè)計鋼筋混凝土U壁板，可以利用原設(shè)計配筋結(jié)合壓梁將原懸臂結(jié)構(gòu)改變?yōu)轫敳慷毋q接結(jié)構(gòu)，使得原小區(qū)地面高程調(diào)高后增加土壓力，可以在實施以后的U型槽壁板、底板鋼筋及受力滿足強度要求。

5　結(jié)　論

綜上所述，本文主要結(jié)合河道設(shè)計的主要因素對河道U型槽變形破壞問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，根據(jù)相關(guān)資料以及案例分析對河道加固設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的分析介紹。河道的質(zhì)量要求和質(zhì)量檢查技術(shù)要求比較高，因此，在實際施工中，應(yīng)該盡量選用優(yōu)質(zhì)的施工材料，并且根據(jù)水位、具體地帶等因素確定U型槽加固設(shè)計和施工方案，配合建設(shè)生態(tài)型金融中心、提升觀山湖區(qū)城市的整體景觀效果，努力將小灣河水系的價值體現(xiàn)到金融中心的整體設(shè)計中，使之與周邊地塊的景觀相適宜，為區(qū)域增添生態(tài)之美的效果，提升本區(qū)域的生活環(huán)境，同時滿足良好的防洪抗洪的效果。

[1]尉希成，周美玲.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]丁兆鋒，吳沛沛.U型槽結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[J].鐵道工程學(xué)報，2009(4)：13-16.

[3]王松根，高永濤，馬飛，等.公路路基支擋結(jié)構(gòu)物加固技術(shù)研究[J].巖土力學(xué)，2004(S1):110-114.

[4]高明波，劉建新.淺析河道護(hù)岸破壞因素[J].水利科技與經(jīng)濟，2011(8)：70-71.

徐俊(1971-),男,高級工程師，主要從事水利工程建筑方面工作。

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