U形倒門架在城市狹窄河道擋墻加固中的應(yīng)用

謝義華

(中鐵十二局集團(tuán) 第七工程有限公司，長沙 410004)

城市內(nèi)河是城市景觀的重要載體，同時(shí)也是城市汛期主要的排洪通道，為減少占地面積、增大河道過水?dāng)嗝?，河岸擋墻多?shù)為直立式浸水擋墻[1]﹒隨著使用年限增加，在自然外力侵蝕和內(nèi)生缺陷等因素的共同作用下，河岸擋墻逐漸產(chǎn)生變形、開裂、傾斜、沉陷等病害[2]﹒特別是在用地緊張的城市河道建設(shè)工程中，如不及時(shí)采取加固措施，極易引發(fā)擋墻垮塌，嚴(yán)重危及河岸人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全[3]﹒

目前，常規(guī)的擋墻加固方案主要為單獨(dú)或共同從墻前、墻背、墻體入手增設(shè)加固措施，抑制擋墻病害發(fā)展，控制擋墻變形[4]﹒在工程實(shí)踐中，城市內(nèi)河河岸擋墻一般毗鄰建筑物、地下管線或交通要道，不能拆除舊擋墻新建擋墻；如在墻前增設(shè)加固體，加固體截面尺寸較大，容易壓縮河道過水?dāng)嗝?，增加河道汛期行洪風(fēng)險(xiǎn)[5]；如在墻背采取加固措施，加固施工受河岸建筑物或墻背地下管線制約，安全風(fēng)險(xiǎn)突出，部分河道河岸無施工作業(yè)空間，無法開展機(jī)械作業(yè)；如對(duì)擋墻本體采取加固措施，大部分擋墻因病害發(fā)展較快，補(bǔ)強(qiáng)擋墻本體意義不大﹒

為解決上述難題，在南京市江北新區(qū)友誼河狹窄河段擋墻加固施工中，創(chuàng)新采用H 型鋼焊接的U 形倒門架間隔對(duì)撐河岸病害擋墻，并在倒門 架H 型鋼立柱間澆筑鋼筋混凝土板墻﹒該加固方案保留了病害擋墻，僅少量侵占河道過水?dāng)嗝妫瑹o需擾動(dòng)墻背建筑物及地下管線，無論擋墻病害發(fā)展至何種程度，均可實(shí)現(xiàn)良好的加固效果﹒

1 擋墻概況

南京市江北新區(qū)友誼河是直通長江的城市人工內(nèi)河，河道全長2 442 m，兩岸為直立式漿砌片石擋墻，擋墻寬約0.5 m，高約2.5 m，病害擋墻(見圖1)所在的河道斷面寬約6～10 m﹒河岸一側(cè)為別墅區(qū)，且別墅緊鄰河岸擋墻；河岸另一側(cè)為小區(qū)內(nèi)部道路﹒地下管線探測(cè)結(jié)果顯示，擋墻墻背埋設(shè)有天燃?xì)?、自來水、高壓電纜等地下管線，其埋深、走向及分布無規(guī)律可尋﹒近年來擋墻開裂、傾斜、沉陷等病害(見圖2)愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致河岸別墅墻體開裂、小區(qū)道路沉陷，部分段落擋墻突發(fā)垮塌，河岸擋墻亟需加固處理﹒

圖1 河岸病害擋墻全貌

圖2 擋墻局部垮塌

2 擋墻病害成因分析

1)舊擋墻截面偏小，擋土能力不足﹒舊擋墻墻高2.5 m，墻身寬度＜0.5 m，安全冗余度不夠﹒

2)擋墻基礎(chǔ)缺失﹒擋墻地處長江漫灘，其基礎(chǔ)僅為1 層厚度不足5 cm 的墊層混凝土，擋墻直接落于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上，擋墻建成后，受河水浸泡影響，墻身一直處于沉降未收斂狀態(tài)﹒

3)墻體結(jié)構(gòu)松散﹒從垮塌的擋墻來看，墻體片石空隙僅有少量砂漿填充，大部分墻體系片石干碼而成，墻背土壓力作用于墻體，擋土墻無法整體受力﹒

3 加固方案比選

河岸擋墻接連發(fā)生局部突發(fā)垮塌事故后，引起河岸居民恐慌﹒該河道匯水面積高達(dá)19 個(gè)居民小區(qū)，汛期洪水位距離擋墻頂不足0.5 m，如在汛期來臨前不能完成擋墻加固，后果不堪設(shè)想﹒針對(duì)擋墻實(shí)際情況，提出了以下6 個(gè)加固方案﹒

1)在舊擋墻前增設(shè)1 道重力式擋墻，見圖3﹒

圖3 墻前增設(shè)重力式擋墻

增設(shè)的重力式擋墻高2.5 m，墻頂寬b=0.3 m，墻底寬B=1.55 m，緊鄰河岸舊擋墻布置，由此造成河道過水?dāng)嗝鎵嚎s Δ S﹒

考慮汛期洪水位距離墻頂為0.5 m，現(xiàn)狀河道富余過水?dāng)嗝? m2(按河道凈寬6 m 考慮)，很明顯，墻前增設(shè)重力式擋墻將嚴(yán)重壓縮河道過水?dāng)嗝妫雌诤樗畬⒀蜎]兩岸居民小區(qū)﹒

2)墻前掛網(wǎng)噴漿，墻后打設(shè)錨桿或土釘﹒采用此方案，一方面由于漿砌片石擋墻墻體本身為松散體，錨桿無法控制墻體變形，擋墻仍有向外傾斜倒塌的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，擋墻墻背埋有天燃?xì)?、高壓電線、自來水等地下管線，錨桿施工安全風(fēng)險(xiǎn)突出﹒

3)在墻背打設(shè)若干微型樁(樹根樁或鉆孔灌注樁)穩(wěn)定墻背土體，并對(duì)墻背土體實(shí)施壓密注漿，墻前掛網(wǎng)噴漿﹒此方案類似方案2)，微型樁施工無法避讓地下管線，同時(shí)其施工牽涉到大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場，河岸施工場地受限﹒

4)分段拆除病害擋墻，拆除1 段、砌筑1 段﹒根據(jù)擋墻病害原因分析，現(xiàn)狀擋墻截面較小，安全冗余度不足，如重新砌筑擋墻，需增大擋墻截面﹒為保證河道過水?dāng)嗝?，擋墻截面只能向墻背方向擴(kuò)大，墻背建筑物距離河岸太近，無足夠空間供擋墻截面擴(kuò)大，同時(shí)拆除舊擋墻易導(dǎo)致河岸路面垮塌或建筑物變形迅速增大﹒

5)順河道增加鋼筋混凝土U 型槽﹒為保證河道過水，U 形槽底板頂面標(biāo)高不可高于現(xiàn)狀河床標(biāo)高，且其施工需將河床往下開挖，此舉造成病害擋墻基礎(chǔ)懸空，很可能在底板基坑開挖過程現(xiàn)狀漿砌片石擋墻突然垮塌；同時(shí)，該方案將導(dǎo)致河底硬質(zhì)化，打破河道現(xiàn)有生態(tài)平衡﹒

6)將H 型鋼焊接成U 形倒門架，倒門架間隔對(duì)撐河岸病害擋墻，利用倒門架立柱H 型鋼翼緣板形成的凹槽，在相鄰H 型鋼立柱間澆筑鋼筋混凝土板墻，使墻背土壓力通過板墻傳遞至U 形倒門架﹒為防止型鋼門架生銹，H 型鋼立柱及H 型鋼底梁均澆筑混凝土，如圖4 所示﹒

圖4 U 型倒門架擋墻加固

此方案完全規(guī)避從墻背和墻身入手加固擋墻，對(duì)河岸建筑物、道路、地下管線無任何干擾，充分利用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)受力性能優(yōu)良但截面尺寸較小的特點(diǎn)，在對(duì)撐受力模式下，加固體無需靠增大截面來提高抗傾覆能力，可最大程度減少新增加固體對(duì)河道過水?dāng)嗝娴恼加茅q

經(jīng)綜合比選，方案6)為比較理想的加固方案，一是施工受限少、技術(shù)上可行、適用性強(qiáng)；二是施工難度??；三是造價(jià)較為經(jīng)濟(jì)﹒

4 加固體受力驗(yàn)算

4.1 墻背土壓力計(jì)算

墻背雜填土厚度為2.5 m，依據(jù)朗肯土壓力計(jì)算公式，墻背土壓力[7]：

墻背土壓力分布見圖5﹒

圖5 墻背土壓力分布

4.2 倒門架受力驗(yàn)算

采用型號(hào)為HW400×400×13×21 的H 型鋼焊接成U 型倒門架，沿河岸間隔2.5 m 對(duì)稱布置，根據(jù)4.1 計(jì)算的土壓力，驗(yàn)算H 型鋼內(nèi)力﹒

2)U 型倒門架H 型鋼立柱底端應(yīng)力σ ：

門架H 型鋼滿足受力要求﹒

5 加固施工

5.1 施工工藝流程

完成U 型倒門架受力檢算及做好施工準(zhǔn)備后，按照?qǐng)D6 所示工藝流程對(duì)病害擋墻實(shí)施加固﹒

圖6 擋墻加固施工工藝流程

5.2 施工要點(diǎn)

5.2.1 底梁地基處理

為確保U 形倒門架不侵占河道過水?dāng)嗝?，將倒門架底梁埋入河床以下，河床底一般富含軟泥，受地下水及淤泥流動(dòng)性影響，底梁溝槽很難開挖成型﹒底梁溝槽開挖前需對(duì)溝槽采用高壓旋噴樁加固，一方面確保溝槽開挖過程溝槽側(cè)壁不垮塌；另一方面保證加固體在其自重作用下不沉陷﹒為滿足施工作業(yè)方便，河底高壓旋噴樁建議采用滿堂加固，樁徑、樁長根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況擬定﹒

5.2.2 U 形倒門架制作、就位

每榀U 型倒門架長度與河道凈寬匹配，為保證型鋼焊接質(zhì)量以及防銹處理效果，型鋼門架工廠加工、現(xiàn)場吊裝就位﹒如河岸吊裝作業(yè)場地受限，可在河道內(nèi)就地完成倒門架焊接、防銹處理等工作，再將U 型倒門架落入底梁溝槽﹒型鋼門架自重較大，如河道寬度不變，在擋墻頂上安裝龍門吊吊裝型鋼門架；如河道寬度變化較大，可在河岸設(shè)置簡易拔桿吊起吊型鋼門架﹒

5.2.3 U 形倒門架底梁混凝土澆筑

倒門架在底梁溝槽準(zhǔn)確就位后，及時(shí)澆筑底梁抗?jié)B混凝土，底梁邊緣寬出H 型鋼翼緣板10 cm，底梁H 型鋼端頭距離舊擋墻面10 cm，其底部混凝土保護(hù)層厚度為10 cm﹒為保證混凝土完全包裹底梁H 型鋼，混凝土宜具備優(yōu)良的和易性，入模后充分振搗密實(shí)﹒

5.2.4 U 形倒門架板墻混凝土澆筑

相鄰兩榀倒門架間板墻鋼筋在U 形倒門架就位后安裝，板墻每幅澆筑10～20 m，每段板墻間設(shè)伸縮縫隔斷，避免板墻因不均勻沉降而開裂﹒

5.2.5 河道生態(tài)恢復(fù)

擋墻加固體施工完畢后，將底梁間高壓旋噴樁處理的土體超挖30 cm，換填河道淤泥，種植易于在河床生長的水生植物，確保擋墻加固后恢復(fù)河道原有生態(tài)環(huán)境﹒

5.3 加固效果

河道擋墻采用U 形鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)加固后，變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明河岸擋墻墻體變形得到有效控制，河岸居民安全感顯著提升；經(jīng)汛期排洪檢驗(yàn)，河道擋墻新增加固體完全不影響河道行洪；河道蓄水后，河道水生動(dòng)植物恢復(fù)生長﹒河道擋墻加固效果見圖7﹒

圖7 擋墻加固效果

6 結(jié)語

1)城市內(nèi)河河岸擋墻加固受各種條件制約，建成后很難實(shí)施加固﹒所以在對(duì)其加固的同時(shí)，設(shè)計(jì)上宜趨于保守考慮，施工上應(yīng)嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，確保擋墻在正常使用年限內(nèi)不發(fā)生病害﹒

2)U 形倒門架底梁溝槽開挖前一般需對(duì)河床底泥進(jìn)行固化處理，地基處理費(fèi)用較大﹒如景觀上無特殊要求，U 形倒門架可以反向放置，即底梁不埋入河床而橫跨在河面上方，正置的門架承載力更高，可進(jìn)一步縮小加固體截面，減少對(duì)河道斷面的占用的同時(shí)，省去地基處理工序﹒

3)從墻體、墻背、墻前入手加固擋墻的常規(guī)思路在該河岸擋墻加固領(lǐng)域基本失效，而完全不侵占河道過水?dāng)嗝娴募庸谭桨溉孕枥^續(xù)探索﹒

4)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)常年位于水下工作環(huán)境，應(yīng)保證H 型鋼防腐處理和混凝土抗?jié)B質(zhì)量，一旦H 型鋼銹蝕，倒門架對(duì)撐受力功能會(huì)急劇下降﹒