蘭州市西新線河堤加固工程設計淺析

劉 靜，周文博

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730030）

蘭州市西新線河堤加固工程設計淺析

劉 靜，周文博

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730030）

近年來，蘭州市黃河河堤工程進入了加固、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、耗時長，還嚴重影響了城市的防洪安全和道路的正常使用，尋求更經濟、安全、適用于當地實際條件的加固方案迫在眉睫。結合工程實例，在對擋墻進行錨索加固方案對比的基礎上，摸索出通過增大墻前截面來增加擋墻穩定性的加固方案。該方案最大的特點是施工工藝簡單、快捷，為蘭州市舊河堤加固提供了理論依據。

河堤加固；漿砌塊石河堤擋墻；穩定性計算；水位差

1　河堤現狀及存在問題

蘭州市是一座黃河穿城而過的城市，兩山對峙，一河中流，有著獨特的自然景觀，在市區形成西固、安寧和城關三大盆地。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47.5 km，左右河岸線長約95 km，河道窄處僅120 m，寬處可達600 m，平均比降0.094%，河道縱向穩定。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。

黃河城區段河堤大多修建于2000年以前，均采用重力式結構，漿砌塊石材料、砂漿勾縫，基礎坐落在基巖（砂巖或泥巖）或穩定的卵石層上。根據蘭州市設防標準，黃河河堤為1級堤防工程，設防為100 a一遇，設防流量為Q1%=6 500 m3/s。河堤經過多年的使用，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、墻體裂縫等多種問題。2012年7月20日，黃河干流上游強降雨，龍羊峽、劉家峽兩個水庫加大泄洪流量，7月30日洪峰達到3 860 m3/s，部分河道的河堤出現裂縫、失穩、坍塌，對城市防洪安全造成很大威脅，舊有河堤的修復、加固被提上日程。

2　河堤加固方案設計

如何對既有河堤進行處理不僅受到防洪安全的限制，還受到資金、實施難度、可操作性等多方面影響。全部拆除重建不僅不現實，還受到財政資金的制約。在這種情況下，針對河堤現狀的實際情況，對部分坍塌、已經出現失穩跡象的河堤進行重建，而大部分河堤還是適宜進行維修加固。為了確保加固方案的實施效果，在西新線道路沿線選擇1.21 km的舊河堤作為試驗段進行加固方案設計。

該段擋墻于2011年竣工，西新線道路緊鄰鐵路，北側緊鄰河堤和黃河，道路下管網多、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。河堤擋墻墻高為10.82～14.94 m，舊河堤結構為衡重式擋墻，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設一道沉降縫。

設計中對加固方案進行了多方案必選，拆除重建方案投資大，錨索方案對道路下管線和橋涵設施影響大，現實條件都不允許實施，最終選擇了增大迎水面河堤斷面的加固方案。

2.1加固方案現狀調查

（1）舊河堤基礎穩定性調查

加固前由施工方對舊支擋基礎進行現場調查，確保舊擋墻基礎坐落在基巖上，基礎穩定，未出現基礎掏空、松散等問題。如果發現問題采用注漿法對基礎進行加固處理后方可對結構體進行加固。經排查，舊支擋基礎穩定，均坐落在基巖之上。

（2）舊河堤結構整體穩定性調查

由蘭州交通大學工程檢測有限公司對舊擋墻尺寸、埋設深度進行調查。檢查結果顯示，擋墻尺寸與原設計相符，基礎尺寸與原設計相符，并進入了基巖。

（3）舊河堤擋墻材料強度檢測

由蘭州交通大學工程檢測有限公司對舊擋墻材料進行檢測，根據檢測結果，石材強度符合設計要求，但裸露表層存在風化現象，特別是上部擋墻的頂部材料風化嚴重。

（4）地質資料情況調查

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細砂（Q4a）l：厚度2.70～8.50 m，褐黃色，以細砂粒為主，砂顆粒均勻，夾有個別礫石。稍密，稍濕～濕～含水。③砂質泥巖（K）：埋深2.30～14.50 m，頂板標高變化于1 538.58～1 543.04 m，主要以砂質泥巖與砂巖呈互層狀的形式沉積，褐紅色，泥質膠結，塊狀構造，屬軟質巖石，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加固方案技術標準

（1）設計洪水頻率：1/100；

（2）堤岸設防標準：按原有西新線堤岸設防標準100 a一遇流量6 500 m3/s設計；

（3）河道寬度:河道總寬按350 m控制；

（4）堤岸設計：依據《黃河蘭州段河道規劃》中1號、2號黃河大斷面；

（5）堤頂超高：1.0 m；

（6）河堤擋墻抗滑穩定安全系數1.35，抗傾覆穩定安全系數1.60；

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

2.3加固方案設計難點

擋墻計算采用理正巖土計算軟件，對擋墻的抗滑穩定、抗傾覆穩定進行計算。通過計算確定加固結構尺寸。理論計算與實際情況存在差異，需要在結構設計中注意并采取相應的技術措施。

（1）結構加固尺寸受到舊擋墻制約

作為衡重式擋土墻，衡重臺尺寸是影響擋墻抗滑穩定性、抗傾覆穩定性的重要因素，通過增大衡重臺尺寸可以有效改善舊支擋的安全性，但因為舊擋墻衡重臺埋設在道路下，開挖工程量巨大，阻塞交通，無法實現，只能通過在迎河面增設防護結構，增強擋墻結構的安全性。

（2）理論計算與實際結構存在差異

不管采用哪種加固方式，在理論計算中都是按照一個結構整體進行計算、驗收，但實際情況是新增設結構體與舊擋墻結構體存在材料差異，不可能像一次性施工那樣成為一個結構整體。如何將增設結構體與舊結構體很好地銜接成一個整體是減小理論計算與實際情況出現偏差的關鍵。

（3）擋墻計算水位差確定困難

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，最不利的情況發生在洪峰過后、水位巨幅下降的時期，這個時段水位差較大，對擋墻結構形成不對稱壓力和破壞，而水位差也成為影響結構穩定性計算的重要因素之一。

2.4加固方案采用的重要技術措施

（1）加固方案通過增大原有墻體斷面來提高擋墻抗震穩定性。

利用理正巖土軟件對舊擋墻進行穩定性計算和分析，通過復核計算，舊河堤抗震能力弱，需加強在不利情況下墻體的穩定性。為了利用舊擋墻斷面，通過增加擋墻斷面來提高擋墻穩定性。舊擋墻上部3 m左右范圍內斷面小、材料風化嚴重，加固前將風化層拆除，采用C45埋石混凝土現澆，舊墻前加大原設計斷面，現澆C45鋼筋混凝土，并設置高4～6 m的C45埋石混凝土護腳，加固墻體，提高擋墻整體穩定性。

（2）為了確保施工后加固部分與舊擋墻墻體牢固銜接，避免理論計算與實際施工存在偏差，結構設計中將現澆鋼筋混凝土墻面頂部、底部與護腳部分相連。在舊擋墻墻體采用28鋼筋植筋，梅花狀布置，間距50 cm，長100 cm，加固部分墻體與舊擋墻結構通過植筋緊密連接。護腳頂寬1.5 m，高度4～5 m，底部以進入泥巖2 m為宜，具體埋深可依據現場開挖后泥巖分化情況調整。擋墻結構采用衡重式擋墻結構，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，護腳面坡1∶0.3。

（3）擋墻計算最不利水位差確定為2 m

結構計算過程中，認真分析了地下水和洪水退潮形成的水位差對擋墻整體穩定性的影響。通過測算發現，水位差值對擋墻抗滑移、抗傾覆能力影響顯著，對斷面結構尺寸影響顯著，而水位差值確定的影響因素復雜。根據歷次洪水退潮速度分析，結合地下水位的變化情況，確定擋墻計算最不利水位差為2 m。在確保擋墻安全的同時也考慮了擋墻結構尺寸的經濟性。

（4）施工控制

為了保障施工過程中各個環節的安全，對施工提出幾個控制措施，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小于0.5 m，避免加固部分斷面過小形成薄弱點；

（b）植筋工藝直接影響結構銜接的整體性，植筋技術參照《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2013）的相關要求進行施工，植筋外露部分與內側鋼筋網片中鋼筋綁扎牢固。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技術規范》（GB 50086-2001）的相關要求。

（c）植筋平均長度按1.5 m計，施工過程采用長度值在1.0～2.0 m之間，可根據實際施工情況調整長度值，植筋時應避免對墻體的整體造成破壞。植筋應進行抗拔試驗，根據現場施工情況調整抗拔力、注漿壓力等指標，植筋抗拉強度不小于180 kPa。

（d）擋墻墻身材料應采用C45混凝土，提供水泥混凝土材料的抗腐能力；核實并計算確定沖刷深度，擋墻基底埋深應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缺點分析

2.5.1方案優點

（1）施工工藝簡單，容易實施，工期短，造價低。相對拆除重建方案，河堤工程加固方案可節省2/3的投資。由于施工工期短，可選擇在枯水期施工，圍堰工程費用可大幅度降低。

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

2.5.2方案缺點

（1）斷面墻前單側加固，無法增加衡重臺的尺寸，導致墻前加固體斷面較大，開挖面大，所需材料較多，不經濟。

（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　結語

蘭州市西新線黃河河堤擋墻加固試驗段已于2015年施工完成，截止目前使用了一年多的時間，目前各方面情況良好。本文結合工程實例探討了在利用舊擋墻的前提下加固擋墻結構、增強擋墻穩定性的一些思路和方法。河堤擋墻結構計算牽涉的方面很多，除了要熟悉計算軟件、擋墻結構計算原理外，還應對一些巖土工程參數、場地地質條件、水利參數、抗沖刷計算等有很好的理解，在提倡以人為本、建設環境友好型、節約型社會的大背景下，工程建設如何做到經濟、安全需要工程建設者們在設計中不斷積極拓展思路，積累經驗，更新知識。

TV87

B

1009-7716（2016）09-0088-03

2016-06-20

劉 靜（1977-），女，甘肅蘭州人，高級工程師，從事道路及相關市政工程設計工作。