上塘中塘片118地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道護岸穩(wěn)定計算

尤斌武，黃孫堅

（永嘉縣水利水電勘測設(shè)計院，浙江 溫州 325100）

1 工程概況

永嘉縣城位于楠溪江下游，由右岸的主城區(qū)與左岸渭石、李浦區(qū)組成。主城區(qū)三面環(huán)山，一面臨江，地勢平緩，平均地面高程4.80～7.50 m（1985 國家高程基準(zhǔn)，下同），受暴雨山洪來水威脅，常發(fā)生洪澇災(zāi)害。為此，進行規(guī)劃改道河道的上寺浦及連塘浦段河道新開處理，涉及總長320.05 m（規(guī)劃上甌線東側(cè)至振興路左側(cè)），現(xiàn)狀河寬7～4 m，上寺浦、連塘浦是南城街道城西片山區(qū)性河道。

2 實施難點及治理方案

2.1 實施難點

此次河道治理工程在實施過程中主要面臨以下問題：一是原連塘浦段恰好位于118地塊開發(fā)建設(shè)擾動范圍內(nèi)，在地塊工程建設(shè)前必須進行連塘浦改道方案設(shè)計及可行性論證。二是老上寺浦西側(cè)溪流流經(jīng)上甌線同步規(guī)劃建設(shè)段，必須填塞處理流經(jīng)該段規(guī)劃紅線范圍內(nèi)的溪流。三是根據(jù)浙江省水利水電勘測設(shè)計院編制的《楠溪江下游防洪規(guī)劃排澇專題鵝浦、中塘水系規(guī)模論證》以及《永嘉縣上塘新城區(qū)控制性詳細規(guī)劃》，新連塘浦規(guī)劃河底高程為2.64～2.06 m，考慮到老連塘浦下游尚處于未規(guī)劃開發(fā)狀態(tài)，故可將新連塘浦河道內(nèi)積水排至老連塘浦，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀進行河底高程對老連塘浦疏浚處理。

2.2 治理方案

結(jié)合河道治理目的及實施難點，上塘中塘片118地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程（河道部分）主要治理任務(wù)包括新開河道和河道疏浚兩部分。新開河道工程設(shè)計中心線樁號為K0+000.00～K0+320.05段，主要包括建設(shè)北起上寺浦與上甌線交界處新開河道工程，建設(shè)河道為東西走向，流經(jīng)上甌線和118地塊附近，截止至振興路左側(cè)。新開河道全長320.05 m，河寬16 m，涉及河道疏浚部分共有三處：第一處為新開連塘浦接入老連塘段，疏浚長度103.67 m；第二處為規(guī)劃連塘浦接入老電大浦段；長度223.94 m；第三處為老連塘浦疏浚段，長度295.67 m。

此次河道護岸擋墻采用頂寬0.60 m 的漿砌塊石重力式擋墻，墻頂通過C25混凝土壓頂，墻高平均為2.70 m，墻底通過厚0.30 m 的C25 混凝土底板護底，迎水面垂直，背水面設(shè)計坡比1∶0.4，堤后回填夯實。

3 河道穩(wěn)定計算

3.1 護岸擋墻穩(wěn)定計算

地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道護岸材料中漿砌石容重r=23 kN/m3，混凝土容重r=23 kN/m3，鋼筋混凝土容重r=24 kN/m3。天然地基淤泥承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=50 kPa，堤頂附加車輛荷載。此外，該地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道護岸所用石渣重度20 kN/m3，顆粒間粘結(jié)力為0 kPa，摩擦角32°；回填土方重度18.50 kN/m3，顆粒間粘結(jié)力18 kPa，摩擦角10°。

護岸擋墻穩(wěn)定計算的正常運行工況為護岸擋墻建成后投運，即擋土墻填土到頂，墻前為常水位4.00 m；非常運行工況1：護岸擋墻建成后未投運，墻后填土到頂，墻前無水的情況；非常運行工況2：護岸擋墻建成后已投運，墻后填土到頂，墻前水位為高水位5.60 m。根據(jù)河道地質(zhì)狀況、護岸岸線設(shè)置實際，進行最不利斷面護岸擋墻穩(wěn)定分析，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk 取50.00 kPa，則天然地基擋墻抗滑、抗傾穩(wěn)定分析成果見表1。

表1 天然地基擋墻安全穩(wěn)定計算成果表

根據(jù)表中天然地基擋墻安全穩(wěn)定成果，樁號K0+320 左右岸最不利斷面抗滑及抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均符合規(guī)范要求，但是基底壓應(yīng)力遠大于地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，考慮到該工程河道擋墻基礎(chǔ)主要位于淤泥層，故必須對護岸擋墻基礎(chǔ)設(shè)施加固。此工程規(guī)模小，依據(jù)規(guī)范并借鑒類似工程設(shè)計經(jīng)驗，主要通過規(guī)格250 mm×250 mm、設(shè)計樁長4 m的預(yù)制C30混凝土方樁進行地基加固處理。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，單樁承載力按摩擦樁計算，公式如下：

Rk=Up∑qsili+qpAp（1）

式中：Rk—抗滑樁單樁豎向承載力；Up—抗滑樁樁身周長；qsi—抗滑樁樁側(cè)阻力；li—抗滑樁樁身穿過第i層土層的土體厚度（m）；qp—樁端端阻力；Ap—樁身的橫截面面積（m2）。

將河道治理工程相關(guān)參數(shù)取值代入式（1）所計算的單樁承載力為178.00 kN。當(dāng)抗滑樁水平承載力主要受水平位移影響，且單樁水平靜載試驗資料較為匱乏時，應(yīng)當(dāng)通過式（2）進行預(yù)制樁、鋼樁以及樁身配筋率≥0.65%灌注樁單樁水平承載力特征值的計算：

式中：Rha—鋼筋混凝土預(yù)制抗滑樁水平承載力（kPa）；EI—鋼筋混凝土預(yù)制抗滑樁樁身抗彎剛度（kPa）；x0a—鋼筋混凝土預(yù)制抗滑樁樁頂允許水平位移（mm），取6 mm；Vx—鋼筋混凝土預(yù)制抗滑樁樁頂水平位移系數(shù)；α—鋼筋混凝土預(yù)制抗滑樁水平變形系數(shù)。計算得，此工程C30混凝土預(yù)制方樁單樁水平承載力為8.72 kN。

斷面護岸擋土墻預(yù)制C30 混凝土方樁按照1.20 m 的橫向間距和0.90 m的縱向間距分三排布設(shè)。加固后的護岸擋墻抗滑穩(wěn)定及整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

3.2 護岸抗滑穩(wěn)定計算

3.2.1 計算方法

該地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道護岸穩(wěn)定分析采用河海大學(xué)編制的Auto Bank7.3 穩(wěn)定分析程序。穩(wěn)定分析采用畢肖普法，公式如下：

式（3）～（5）中：K—抗滑穩(wěn)定系數(shù)；W—土條重力（kg）；u—作用在土條底面的孔隙壓力（kPa）；α—條塊重力線與通過此條底面中點的半徑之間的夾角（°）；b—土條寬度（m）；c′、φ′—土條底面的有效用力抗剪強度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；r0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；ψ—設(shè)計狀況系數(shù)；rc、rf—土體抗剪強度指標(biāo)的材料性能分項系數(shù)，rc=1.2，rf=1.05；rR—土條的相當(dāng)安全系數(shù)；ρc—土條的凝聚力與摩擦力的比值；rd—結(jié)構(gòu)系數(shù)。

3.2.2 計算工況

為進行該河道護岸穩(wěn)定計算，共設(shè)置兩種工況：一是非常工況，即護岸擋墻建成且已投入運行的狀態(tài)下，此時墻后填土頂，墻前無水；適當(dāng)考慮頂部活荷載，并將其轉(zhuǎn)化為土體高度輸入計算分析。土體指標(biāo)選用直剪快剪或三軸不排水剪指標(biāo)，計算方法采用總應(yīng)力法。二是正常工況，即護岸擋墻建成且已投入運行的狀態(tài)下，即擋土墻填土到8.40 m，適當(dāng)考慮頂部活荷載，并將其轉(zhuǎn)化為土體高度輸入計算分析。土體指標(biāo)選用固結(jié)快剪或三軸固結(jié)不排水剪指標(biāo)，計算方法采用總應(yīng)力法。

3.2.3 抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果

結(jié)合該地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道地質(zhì)條件、護岸岸線布置情況，取不利地段斷面指標(biāo)參數(shù)，代入式（3）～（5）進行穩(wěn)定分析計算，計算成果見表2。

表2 河道護岸抗滑穩(wěn)定計算成果表

由上表抗滑穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果可以看出，該地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道岸坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，表明工程所采取的治理措施效果顯著。

4 結(jié)論

此次新開河道護岸采用漿砌塊石重力式擋墻加固結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過計算及論證，證實了該加固型式具有較高的適用性，且加固后護岸擋墻穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定均符合規(guī)范及設(shè)計要求。項目實施后必將滿足上塘城區(qū)控制性規(guī)劃，為上塘城區(qū)118地塊的建設(shè)提供道路、電力、綜合通信、橋梁等公共配套設(shè)施；新開河道在上塘中塘片118 地塊建設(shè)開發(fā)使用過程中處于中心地位，對于118 地塊人文景觀建設(shè)也起到基礎(chǔ)性作用；新開河道工程還能顯著提高區(qū)域排澇、防洪能力。最后，上塘中塘片118 地塊配套設(shè)施應(yīng)急工程河道新開治理后現(xiàn)狀河道水環(huán)境容量將明顯增大，過去水質(zhì)惡化的局面將徹底改觀。