河堤護岸及搶險道路工程板樁擋土墻設計

趙 愷

（廣西建川投資管理有限責任公司，南寧 530031）

0 引言

柳城縣鳳山鎮(zhèn)柳江河段現(xiàn)階段無成規(guī)模的河堤護岸，河道兩側均為自然邊坡，常年受雨水沖刷，溝壑較多，且部分河段植被綠化不足，多年來居民建筑向河道侵占較多，影響到河道的正常行洪，洪水給鳳山鎮(zhèn)2萬多居民帶來較大的洪澇災害安全威脅。隨著鳳山鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展，為減輕甚至消除柳江給鳳山鎮(zhèn)帶來的洪澇災害，保證人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，改善居民居住環(huán)境及投資、旅游環(huán)境，尤其是位于項目區(qū)柳江右側2 km的開山寺景區(qū)環(huán)境，柳城鳳山河堤護岸及搶險道路工程于2017年10月開工，目前板樁擋土墻已完工。

1 工程概況

柳城鳳山河堤護岸及搶險道路工程包括左岸及右岸河道護岸和搶險道路工程。護岸（包括親水平臺）總長4.880 km，其中左岸護岸長2.710 km，右岸護岸長2.170 km；搶險道路4.624 km，其中右岸搶險道路2.404 km，左岸搶險道路2.220 km。

工程建設內容有：護岸工程、搶險道路工程、排水工程（包括雨水、污水）、交通工程、照明工程和綠化工程等。

2 設計原則

2.1 護岸軸線布置原則

（1）護岸軸線的布置應使河道的流勢更為順暢、合理，應和對岸的岸坡或護岸之間的距離沿程不發(fā)生突變，不應因布置護岸設施而縮窄河道斷面，影響河道的行洪能力。

（2）護岸軸線的布置應沿地質條件較好的地方布置。

（3）護岸軸線布置時應盡可能少占用耕地、少拆遷房屋。

（4）在不影響防洪安全的前提下，布置盡可能與城市規(guī)劃要求相結合。

2.2 搶險道路軸線布置原則

搶險道路布置充分考慮鳳山鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)道路系統(tǒng)規(guī)劃，符合鎮(zhèn)區(qū)道路總體規(guī)劃。以《柳城縣鳳山鎮(zhèn)總體規(guī)劃（2012—2025 年）》規(guī)劃為前提，綜合各方因素布置搶險道路，選取規(guī)劃中與護岸軸線并行規(guī)劃路段作為本工程搶險道路，讓市政道路與搶險道路相結合發(fā)揮更大的作用。

3 道路設計受限情況

3.1 道路主體最初的設計

根據(jù)《柳城縣鳳山鎮(zhèn)總體規(guī)劃（2012—2025年）》，搶險道路等級定為城市支路。通過收集鳳山鎮(zhèn)交通相關資料，搶險道路布置單向1車道，雙向2車道即可滿足交通需求，從而確定搶險道路寬為20 m，其中機動車道寬度為12 m，靠鎮(zhèn)區(qū)側人行道寬度為3 m，臨河側為5 m。道路兩側采用自然邊坡，同時利用護岸與搶險道路間的空地種植綠化景觀植物，這樣既做到的美化景觀的同時，也保證了道路邊坡的穩(wěn)定性，以及減少水土流失。

3.2 道路空間布置受限情況

左岸樁號1+480～2+140 段因道路左側為已建成鎮(zhèn)區(qū)，采用自然邊坡需要占用大量現(xiàn)有建筑用地，需要對鳳山鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)部分居民房進行拆遷，拆遷戶數(shù)為154戶。房屋拆遷受補償款及村民個人需求等因素進展緩慢，嚴重影響工程施工進度，若強行拆遷將會引發(fā)社會事件，威脅鳳山鎮(zhèn)的社會穩(wěn)定。

在與當?shù)卣约跋嚓P部門多次開會討論協(xié)商后，對道路方案進行優(yōu)化，通過將涉及拆遷路段道路軸線往河岸側偏移，機動車道寬度保持12 m不變，將靠鎮(zhèn)區(qū)側人行道寬度縮減為2 m，臨河側人行道寬度縮減為4 m。道路軸線和人行道寬度的調整減少了所需拆遷房屋的數(shù)量，由原來的154 戶減少為12戶，僅少量拆除建設在道路范圍內已廢棄的房屋即可保證道路施工的空間，既為建設單位節(jié)省大筆拆遷款項，又能保障社會穩(wěn)定、加快工程施工進度。經(jīng)軸線調整后，避讓拆遷段搶險道路可使用空間不多，為避免道路臨河側因自然邊坡侵占親水護岸用地和保證河道行洪通暢，需采取垂直的防護攔擋措施。

4 道路邊坡支護設計

4.1 方案比選

根據(jù)地質勘察資料，本路段地層條件較差，不良地層較厚，不能直接作為擋土墻的持力層，如采用重力式或衡重式擋土墻，必須對地基進行加固或換填處理；經(jīng)過計算得知設置擋墻段墻體高度最高達11.6 m，遠超重力式擋土墻和衡重式擋土墻墻高安全范圍。同時擋土墻工程量大，僅有的施工作業(yè)面不利于施工機械的進入，按照傳統(tǒng)施工工藝，在施工工程中存在嚴重的安全隱患，因此不適宜采用重力式或衡重式擋土墻。如采用板樁擋土墻，其優(yōu)點在于擋土墻的受力樁為摩擦抗滑樁，打入地層較深，受不良地層厚度影響較小，且能夠起到防止地層因受振動、滲水作用等因素引起的深層滑移；施工面占地也較小，基本上為機械施工，施工安全性較高，施工進度亦較快。綜合考慮，道路邊坡支護采用板樁擋土墻。

4.2 板樁擋土墻尺寸

板樁擋土墻墻身擋土最高達11.6 m，擬定板樁擋土墻采用C35鋼筋砼，樁身為鉆孔灌注樁，其中地面以上部分為1.5 m×1.5 m矩形結構，擋土側左右各設0.5 m×0.25 m 槽位用于固定擋土板；地面以下部分采用受力較好的圓柱形，樁徑為1.5 m。樁埋深按約1.4 倍擋土高度取16.2 m，則樁總長27.8 m；樁間距按墻高的1/4～1/2 計，考慮到該段路基地質情況較差，故將間距選定為4 m；擋土板采用C35 鋼筋砼，采用規(guī)格3.5 m×0.8 m×0.25 m。

4.3 板樁埋深驗算

4.3.1 計算斷面選取

計算斷面選墻身最高擋土墻斷面，計算墻高11.6 m，計算樁埋深14.6 m，計算斷面簡圖見圖1。

圖1 計算簡圖

4.3.2 荷載標準

根據(jù)《公路擋土墻設計與施工技術細則》（2008年），本次設計板樁擋土墻結構重要系數(shù)γ0取為1.0，所受荷載包括永久荷載和基本可變荷載，荷載組合類別為Ⅱ類。永久荷載包括自重、土側壓力、靜水壓力，可變荷載包括車輛荷載引起的土側壓力、人群荷載引起的土側壓力、人群荷載。

4.3.3 側土壓力計算

（1）車輛附加荷載引起的主動土壓力強度。根據(jù)《公路擋土墻設計與施工技術細則》（2008 年）車輛作用在擋土墻墻后填土上所引的附加土體側壓力可換算成巖土層厚度，計算墻高11.6 m，附加荷載標準值取10kN/m2，經(jīng)計算，車輛附加荷載引起的附加主動土壓力強度3.82 kPa。

（2）人群荷載引起的主動土壓力強度。作用于墻頂人群荷載取5.0 kN/m2，經(jīng)計算，人群荷載引起的主動土壓力強度為1.95 kPa。

（3）各土層主動土壓力強度。經(jīng)計算，墻背路基填土層主動土壓力強度為88.66 kPa，粉質粘土層②層主動土壓力強度為170.22 kPa，砂質泥巖⑤層主動土壓力強度為18.55 kPa。

（4）各土層被動壓力強度。經(jīng)計算，粉質粘土層②層被動土壓力強度為237.92 kPa，砂質泥巖⑤層被動土壓力強度為754.86 kPa

根據(jù)以上計算結果按比例繪制板樁擋土墻土壓力圖（見圖2）

圖2 板樁擋土墻土壓力圖

根據(jù)上述計算結果及結合地質鉆探資料，灌注樁需深入巖層，樁長取值范圍為14.5～29.1 m。

圖3 土壓力分塊形圖、集中力圖、索多邊形力矩圖

4.3.4 板樁入土深度驗算

采用圖解法驗算板樁入土深度。將前述土側壓力強度計算所得的土壓力疊加圖除力變化點外盡量按2 m 高度分成16 個小塊面積，在各分塊頂、底線上標注土壓力強度，并繪出各分塊的形心位置，計算各分塊的集中力，并在形心點上繪集中力圖（見圖3）。選定極點O和極矩η，為了作圖清楚，選兩個極點O和極矩η，根據(jù)所得集中力圖繪制力多邊形圖（見圖4）。

根據(jù)力多邊形按推平行線的方法畫索線，索線折點通過力的作用點，作出索多邊形力矩圖，當最后一段索線與閉合線的交點落在最后小塊面積底邊上時，則說明板樁埋深是合適的，經(jīng)多次調整試算繪出索多邊形力矩圖（見圖3）。從圖3可以看出當板樁埋深14.6 m時，最后一段索線閉合點基本落在最后一塊小面積底邊的B點上，說明樁的埋深是合適的。

根據(jù)板樁埋深計算結果，設計板樁埋深按計算埋深的1.2 倍選取，即H埋=14.6×1.2＝17.5 m。計算得單根樁長17.5+11.6=29.1 m，按墻高11.6 m 可計算得墻高埋深比為1∶1.5。

圖4 力多邊形圖（kN）

4.4 板樁擋土墻內力、配筋計算

4.4.1 內力計算結果

（1）第一種情況：滑坡推力。背側最大彎矩9 475.544 kN·m，距離樁頂13.600 m；面?zhèn)茸畲髲澗?00.243 kN·m，距離樁頂24.600 m；最大剪力1 874.263 kN，距離樁頂11.600 m；樁頂位移161 mm。

（2）第二種情況：庫侖土壓力。背側最大彎矩6 768.246 kN·m，距離樁頂13.600 m；面?zhèn)茸畲髲澗?85.888 kN·m，距離樁頂24.600 m；最大剪力1 338.760 kN；距離樁頂11.600 m；樁頂位移115 mm。

4.4.2 配筋計算結果

（1）第1 種情況：滑坡推力。灌注樁距離樁頂13.6、14.1 m 處為最大配筋位置，全部縱筋面積為56 236 mm2，箍筋317 mm2；擋土板單塊板全部縱筋面積為2011 mm2。

（2）第2 種情況：庫侖土壓力。灌注樁距離樁頂13.6、14.1 m處為最大配筋位置，全部縱筋面積為38 149 mm2，箍筋317 mm2；擋土板單塊板全部縱筋面積為1365 mm2。

因此，配筋選取：灌注樁縱筋直徑為32 mm，距離樁頂9.5～18.5 m 段為雙排，共70 根，其余位置為36根；箍筋直徑為10 mm，箍筋間距150 mm；擋土板縱筋直徑為18 mm，臨空側為8根，擋土側為5根；箍筋直徑為10 mm，箍筋間距150 mm。

5 板樁擋土墻施工效果

鋼筋砼擋土板預留排水口，并在擋土板后鋪設級配碎石反濾層，便于土壤中水分及時排出。同時排水口下方正好是親水平臺護岸的景觀綠化帶，排出土壤中的水分可澆灌植物。板樁擋土墻樁與樁之間采用冠梁與連梁相連接，保證了整體的穩(wěn)定性。

工程于2017 年10 月開工，目前板樁擋土墻已完工，運行效果良好。

6 結語

本工程設計充分考慮親水護岸、搶險道路以及道路設施與鎮(zhèn)區(qū)景觀的結合，有效利用現(xiàn)有空間，合理布局，打造形象鮮明的鳳山鎮(zhèn)濱水景觀工程，其設計和建成運行，可以為類似項目提供參考。