U形倒門架在城市狹窄河道擋墻加固中的應用

謝義華

(中鐵十二局集團 第七工程有限公司，長沙 410004)

城市內河是城市景觀的重要載體，同時也是城市汛期主要的排洪通道，為減少占地面積、增大河道過水斷面，河岸擋墻多數為直立式浸水擋墻[1]﹒隨著使用年限增加，在自然外力侵蝕和內生缺陷等因素的共同作用下，河岸擋墻逐漸產生變形、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工程中，如不及時采取加固措施，極易引發擋墻垮塌，嚴重危及河岸人民群眾生命財產安全[3]﹒

目前，常規的擋墻加固方案主要為單獨或共同從墻前、墻背、墻體入手增設加固措施，抑制擋墻病害發展，控制擋墻變形[4]﹒在工程實踐中，城市內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；如在墻前增設加固體，加固體截面尺寸較大，容易壓縮河道過水斷面，增加河道汛期行洪風險[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，安全風險突出，部分河道河岸無施工作業空間，無法開展機械作業；如對擋墻本體采取加固措施，大部分擋墻因病害發展較快，補強擋墻本體意義不大﹒

為解決上述難題，在南京市江北新區友誼河狹窄河段擋墻加固施工中，創新采用H 型鋼焊接的U 形倒門架間隔對撐河岸病害擋墻，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斷面，無需擾動墻背建筑物及地下管線，無論擋墻病害發展至何種程度，均可實現良好的加固效果﹒

1 擋墻概況

南京市江北新區友誼河是直通長江的城市人工內河，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﹒河岸一側為別墅區，且別墅緊鄰河岸擋墻；河岸另一側為小區內部道路﹒地下管線探測結果顯示，擋墻墻背埋設有天燃氣、自來水、高壓電纜等地下管線，其埋深、走向及分布無規律可尋﹒近年來擋墻開裂、傾斜、沉陷等病害(見圖2)愈發嚴重，導致河岸別墅墻體開裂、小區道路沉陷，部分段落擋墻突發垮塌，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)擋墻基礎缺失﹒擋墻地處長江漫灘，其基礎僅為1 層厚度不足5 cm 的墊層混凝土，擋墻直接落于淤泥質粉質粘土上，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﹒

3)墻體結構松散﹒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

河岸擋墻接連發生局部突發垮塌事故后，引起河岸居民恐慌﹒該河道匯水面積高達19 個居民小區，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，后果不堪設想﹒針對擋墻實際情況，提出了以下6 個加固方案﹒

1)在舊擋墻前增設1 道重力式擋墻，見圖3﹒

圖3 墻前增設重力式擋墻

增設的重力式擋墻高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，由此造成河道過水斷面壓縮 Δ S﹒

考慮汛期洪水位距離墻頂為0.5 m，現狀河道富余過水斷面3 m2(按河道凈寬6 m 考慮)，很明顯，墻前增設重力式擋墻將嚴重壓縮河道過水斷面，汛期洪水將淹沒兩岸居民小區﹒

2)墻前掛網噴漿，墻后打設錨桿或土釘﹒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險；另一方面，擋墻墻背埋有天燃氣、高壓電線、自來水等地下管線，錨桿施工安全風險突出﹒

3)在墻背打設若干微型樁(樹根樁或鉆孔灌注樁)穩定墻背土體，并對墻背土體實施壓密注漿，墻前掛網噴漿﹒此方案類似方案2)，微型樁施工無法避讓地下管線，同時其施工牽涉到大型機械設備進場，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﹒根據擋墻病害原因分析，現狀擋墻截面較小，安全冗余度不足，如重新砌筑擋墻，需增大擋墻截面﹒為保證河道過水斷面，擋墻截面只能向墻背方向擴大，墻背建筑物距離河岸太近，無足夠空間供擋墻截面擴大，同時拆除舊擋墻易導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 形槽底板頂面標高不可高于現狀河床標高，且其施工需將河床往下開挖，此舉造成病害擋墻基礎懸空，很可能在底板基坑開挖過程現狀漿砌片石擋墻突然垮塌；同時，該方案將導致河底硬質化，打破河道現有生態平衡﹒

6)將H 型鋼焊接成U 形倒門架，倒門架間隔對撐河岸病害擋墻，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

此方案完全規避從墻背和墻身入手加固擋墻，對河岸建筑物、道路、地下管線無任何干擾，充分利用鋼骨混凝土結構受力性能優良但截面尺寸較小的特點，在對撐受力模式下，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河道過水斷面的占用﹒

經綜合比選，方案6)為比較理想的加固方案，一是施工受限少、技術上可行、適用性強；二是施工難度小；三是造價較為經濟﹒

4 加固體受力驗算

4.1 墻背土壓力計算

墻背雜填土厚度為2.5 m，依據朗肯土壓力計算公式，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 倒門架受力驗算

采用型號為HW400×400×13×21 的H 型鋼焊接成U 型倒門架，沿河岸間隔2.5 m 對稱布置，根據4.1 計算的土壓力，驗算H 型鋼內力﹒

2)U 型倒門架H 型鋼立柱底端應力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備后，按照圖6 所示工藝流程對病害擋墻實施加固﹒

圖6 擋墻加固施工工藝流程

5.2 施工要點

5.2.1 底梁地基處理

為確保U 形倒門架不侵占河道過水斷面，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性影響，底梁溝槽很難開挖成型﹒底梁溝槽開挖前需對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﹒為滿足施工作業方便，河底高壓旋噴樁建議采用滿堂加固，樁徑、樁長根據實際地質情況擬定﹒

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，為保證型鋼焊接質量以及防銹處理效果，型鋼門架工廠加工、現場吊裝就位﹒如河岸吊裝作業場地受限，可在河道內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確就位后，及時澆筑底梁抗滲混凝土，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，混凝土宜具備優良的和易性，入模后充分振搗密實﹒

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 河道生態恢復

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河道原有生態環境﹒

5.3 加固效果

河道擋墻采用U 形鋼骨混凝土結構加固后，變形監測數據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；經汛期排洪檢驗，河道擋墻新增加固體完全不影響河道行洪；河道蓄水后，河道水生動植物恢復生長﹒河道擋墻加固效果見圖7﹒

圖7 擋墻加固效果

6 結語

1)城市內河河岸擋墻加固受各種條件制約，建成后很難實施加固﹒所以在對其加固的同時，設計上宜趨于保守考慮，施工上應嚴格把控施工質量，確保擋墻在正常使用年限內不發生病害﹒

2)U 形倒門架底梁溝槽開挖前一般需對河床底泥進行固化處理，地基處理費用較大﹒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，可進一步縮小加固體截面，減少對河道斷面的占用的同時，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思路在該河岸擋墻加固領域基本失效，而完全不侵占河道過水斷面的加固方案仍需繼續探索﹒

4)鋼骨混凝土結構常年位于水下工作環境，應保證H 型鋼防腐處理和混凝土抗滲質量，一旦H 型鋼銹蝕，倒門架對撐受力功能會急劇下降﹒