滨江公园堤段挡墙除险分析分段支护加固研究.pdf

130云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-07-06 作者简介：叶文德（1990-），男，广东惠州人，助理工程师，主要从事工程管理方面工作。滨江公园堤段挡墙除险分析分段支护加固研究叶文德（惠州大堤南堤管理中心，广东惠州516000）摘要：以滨江公园护堤挡墙除险加固治理工程为例，针对其挡墙飘板现有结构不满足受力要求，地基沉降影响，挡墙多处出现钢筋保护层脱落、钢筋锈蚀、挡墙倾斜变形、墙顶路面沉陷等安全隐患和险情进行除险分段支护加固治理，并对挡墙稳定性进行设计计算，从而消除安全隐患，确保防洪安全、结构安全、人文活动安全，提高功能实用性，促进了保护区内人民安居乐业、保护区内经济稳步发展。关键词：城市公园；护堤挡墙；除险分析；分段支护中国分类号：TV871；TU476+.4 文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)03-0130-05DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.033Analysis and Reinforcement of Segmented Support for Retaining Walls in the Embankment Section of Binjiang ParkYE Wende(Huizhou Embankment South Embankment Management Center,Huizhou 516000,China)Abstract：This paper takes the example of the reinforcement and treatment project for the embankment and retaining wall of Binjiang Park.The existing structure of the retaining wall floating plate does not meet the stress requirements.Due to the influence of foundation settlement,there are safety hazards and dangers such as steel reinforcement protection layer detachment,steel reinforcement corrosion,inclined deformation of the retaining wall,and settlement of the wall top and road surface in many parts of the retaining wall.Therefore,this paper conducts risk removal and segmented support reinforcement treatment,and designs and calculates the stability of the retaining wall,in order to eliminate safety hazards,ensure flood control safety,structural safety,and cultural activity safety,improve functional practicality,promote peoples living and work in the protected area,and steadily develop the economy in the protected area.Keywords：city park;embankment retaining wall;danger-elimination analysis;segmented support0引言我国是全球洪涝灾害发生次数最多的国家，在 7 大江河水系中，几乎每年都会发生洪灾，防洪减灾成为流域沿线上各大城市的重点工作之一。堤防为世界上最早广为采用的1种重要防洪工程，如果堤防出现问题，防洪效果会大打折扣，一旦期间遭遇洪水，极有可能危及城市安全。因此，必须保证堤防的安全稳定运行。以滨江公园护堤挡墙除险加固治理工程为例，就城市护堤挡墙除险加固技术方案进行研究。1工程概况下埔滨江公园位于惠州市中心西枝江旁，于1997 年底动工，1998 年 6 月建成，是两江四岸整治的首期工程建设。护堤挡墙介于滨江公园和惠沙堤一路之间，位于惠州大堤（南堤）西枝江桥至水门大桥段，是惠州大堤（南堤）的一部分，护堤挡墙总长度约为 1.33 km，挡墙结构形式主要采用悬臂式，墙高分 3 种：6 m、7.3 m 及 8.5 m 以及 3 种高度之间的渐变段，挡墙为 16 m 1 段。该段挡墙设置有浅墩塘水闸和横江沥水闸。131叶文德滨江公园堤段挡墙除险分析分段支护加固研究护堤挡墙于 1991 年施工，由于当时设计标准低，规范和荷载标准均采用上世纪 70 年代标准，没有建筑物使用年限及耐久性规范和钢筋混凝土等级要求；另外护堤挡墙的使用环境也发生了变化，原设计护堤挡墙所在堤段人烟稀少，周边主要为未建成区，设计重点考虑堤围的防洪功能，随着城市建设的快速发展，护堤挡墙所在位置成为当今中心广场，人群荷载也倍增，已超过原设计荷载，造成挡墙飘板现有结构不满足受力要求，出现险情。加之年代久远，地基沉降影响，挡墙多处出现钢筋保护层脱落、钢筋锈蚀、挡墙倾斜变形、墙顶路面沉陷等状况。护堤挡墙根据现场调查检测、计算复核结果，结合滨江公园段护堤挡墙现场检查和检测情况，部分护堤挡墙已出现沉降错缝，且护堤挡墙混凝土强度虽基本达到原设计要求 C20，但未达到现有规范要求的 C25，且碳化较严重，不满足现行标准要求；滨江公园段护堤挡墙人行道飘板、护堤挡墙及梁柱结构均不满足标准要求、且运行中危及安全。因此对护堤挡墙进行全面加固。2水文与地质条件2.1水文此区域地处亚热带，高温多雨，具有雨量充沛、湿度大、夏季长、光热丰富的特点。大气环流随季节变化，夏半年盛吹东南风和偏南风，冬半年常为北风和偏北风。四季的主要特点为：春季阴雨，雨日较多；夏季高温湿热，水汽含量大，暴雨集中；秋季常有台风雨；冬季低温，雨量稀少。降雨以南北冷暖气团交汇锋面雨为主，多发生在 46 月份。其次是台风雨，多发生在 79 月份。降雨年内分配不均，冬季干旱，夏季洪涝，49 月份降雨量占全年降雨量 80%以上，沿江、山区分别占各自多年平均降雨量 82.9%、84.6%。西枝江流域的洪水主要由暴雨形成，年最大洪水大部分由台风雨造成（710 月），其次是锋面雨（6 月）。台风雨造成的洪水峰型较尖瘦，历史短，峰面雨造成的洪水峰型较肥胖，历时较长。双下站 1 次洪水过程为 5 7 d，平山站一次洪水过程历时约 7 10 d。流域内洪水具有峰高量大、陡涨陡落、洪水历时短、水位变幅大等特点。2.2工程地质条件工程区无活动断裂发育，所在区域地震活动频率小、强度低，不具备发生中强地震的地质条件，地震活动性主要受外围强震带波及影响，历史地震对工程场址最大影响烈度为 VI 度。根据 NB/T 35098-2017水电工程区域构造稳定性勘察规程之区域构造稳定性分级评价标准综合判定，工程区区域构造稳定性较好。根据 GB 18306-2015中国地震动参数区划图，场地地震动峰值加速度为 0.05g，相应地震基本烈度为 VI 度，设计地震分组为第一组，特征周期值 Tg 为 0.35 s。场地地表水及地下水对混凝土均具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。此次加固仅为横江沥水闸拆除重建启闭机室上部结构，不涉及基坑开挖及基础建设。同时横江沥水闸闸址区未见异常渗漏及沉降现象，闸基地基稳定性及防渗性能较好，承载力基本满足要求。综合分析，此次加固对启闭机室原有地基基础影响较小，适宜工程建设。3工程总布置3.1工程任务与规模工程任务是消除滨江公园段护堤挡墙及横江沥水闸安全隐患，为区内人民的生产生活安全提供保障，对改善区内生态环境和投资环境、发展地方经济都起到了极其重要的作用，促进城市化建设，为地区经济可持续发展发挥重要作用。主要建设内容为加固滨江公园段护堤挡墙1.26 km，拆除重建横江沥水闸启闭机房及排架、更换启闭设备，拆除重建相关附属设施。护堤挡墙为挡墙式堤防，是惠州大堤南堤的重要组成部分，惠州大堤南堤工程等别为等，堤防级别为 3 级，防洪标准为 100 年一遇。3.2加固设计此次除险加固工程主要建设内容为加固滨江公园段护堤挡墙 1.26 km，拆除重建横江沥水闸启闭机房及排架、更换启闭设备，拆除重建相关附属设施。其中护堤挡墙加固主要为墙体加固、人行道飘板及防浪墙拆除重建。此次除险加固基本在原有挡墙断面上进行，尽量避免新增占地和影响公园运行。132云南水力发电2024 年第 3 期3.2.1布置方案采用人行道悬臂梁板结构，对原挡墙立板外表增加 0.5 m 厚的 C30 混凝土面板（含悬臂梁锚固暗柱），解决结构混凝土受压问题及耐久性问题；并相应加固原挡墙前趾；拆除重建原人行道飘板，新建悬臂梁板结构，并于挡墙面板侧增加固端锚固暗柱面墙保持平面。对原挡墙立板外表增加 0.5 m 的 C30 混凝土面板（含悬臂梁锚固暗柱），解决结构混凝土受压及耐久性问题；并相应加固原挡墙前趾；拆除重建原人行道飘板，新建悬臂梁板结构，并于挡墙面板侧增加固端锚固暗柱，墙面保持平面。因加固原挡墙前趾，需大面积开挖基坑至原挡墙底高程基面，基坑开挖大，基坑稳定风险较大；约480 m长基坑需开挖至地下水位以下0.41.5 m，且大部分基础为砂基，基坑排水困难；基坑直接开挖至原挡墙底高程基面，原挡墙前趾完全露出土面，基坑稳定性风险相对较大。解决措施为基坑开挖跳仓施工，在同幅挡墙施工时先开挖中间 10 m 段，两端各留 3 m 后期施工，保证挡墙施工期稳定；基坑开挖时增加工字钢临时支撑（3 道工字钢支撑，挡墙顶与现状地面的斜撑、现状地面以下的竖向支撑、竖向支撑顶部与挡墙中部的横向支撑）；做好基坑排水措施，及时排水。3.2.2典型段加固设计以 BJGY0+793.290+836.81 段、BJGY0+225.960+386.41 段为典型段进行分段加固设计。1）BJGY0+793.290+836.81 为广场步级及管理处，此段除险加固措施为挡墙整体加固。拆除重建人行道飘板为简支梁板结构，一端铰接于原挡墙顶面，另一端铰接于新建支撑柱冠梁上，并于人行道外侧新建支撑柱及灌注桩；挡墙立板增加面板。挡墙加固后新建廊道下管理用房，并对施工期破坏连接段房屋内外部进行重新装修，对广场进口地砖进行翻修。2）BJGY0+225.960+386.41，原设计为 6.0、7.3、8.5 m 高悬臂式挡土墙，顶部为 3 m 宽人行道飘板，现场钻孔揭露为 6.0、7.3、7.5 m 高挡土墙。措施为拆除重建防浪墙兼栏杆、拆除重建人行道铺装层、挡墙整体加固（拆除重建人行道飘板梁板结构、挡墙立板增加面板、挡墙底板加固）。4设计计算4.1挡墙稳定及应力计算设计墙顶高程为 19.85 m。设计洪水位高程为18.99 m。此次稳定计算采用理正岩土计算 7.0 版进行计算及分析。计算工况分为工况一：完建期，使用锚杆挡土墙挡土，假定现状悬臂式挡土墙立板为锚固板，外加层为肋柱；工况二：骤降工况，墙后为设计洪水位，墙前为设计洪水位减 0.5 m，使用锚杆挡土墙挡土，假定现状悬臂式挡土墙立板为锚固板，外加层为肋柱。4.1.1墙顶人行道荷载及人群荷载人 行 道 板 总 重：G人 行 道 板=（0.9716+1.11 0.353）25=417 kN；人群荷载：G人群=3 516=240 kN。作用在锚杆挡土墙顶部的人行道荷载及人群荷载：q=（417+240）216=20.5 kN/m。4.1.2锚杆挡土墙稳定复核经各工况稳定及应力计算，安全等级为一级时计算成果见表 1。表 1锚杆挡土墙稳定安全系数计算成果表（一级安全等级）挡墙类别 工况项目名称规范允许值/规定值计算值墙高 4 m2 排锚杆工况一锚杆杆体抗拉2.22.785岩土锚杆锚固体抗拔2.65.848工况二锚杆杆体抗拉2.23.555岩土锚杆锚固体抗拔2.67.467墙高 6 m3 排锚杆工况一锚杆杆体抗拉2.22.205岩土锚杆锚固体抗拔2.62.722工况二锚杆杆体抗拉2.22.407岩土锚杆锚固体抗拔2.62.972由表 1 可知，锚杆挡土墙加固后，4 m 高挡土墙锚杆杆体选用25 mm 钢筋，6 m 高挡土墙上 2排选用25 mm钢筋，下面1排选用32 mm钢筋，上下排距 2 m，左右排距 2 m，满足规范要求。4.2锚杆挡土墙地基承载力复核4.2.1 计算方法肋柱（新增锚杆挡土墙面板）的地基承载力验算，基础底面的最大压应力按下式计算1-4。（1）（2）133叶文德滨江公园堤段挡墙除险分析分段支护加固研究式中：A肋柱基础地面面积，m2；Rn肋柱与锚杆连接处支承载反力的代数和，kN；肋柱的竖向后仰角，；锚杆与水平线的夹角，；G1肋柱与基础重力的轴向分力，kN；01、G分项系数，取 1。4.2.2计算结果1）4 m 高锚固板挡土墙（取 16 m 分段计算：A=0.77516=12.4 m2；=（53.715+0.797）7=381.584 kN；G1=1.451625cos2.86=579 kN；Nd=1381.584tan（20-2.86）+1579=696.68 kN；Pmax=696.6812.4=56 kPa。2）6 m 高锚固板挡土墙（取 16 m 分段计算）：A=0.77516=12.4 m2；=（-1.986+65.324+115.394）7=1 251.124 kN；G1=2.051625 cos2.86=819 kN；Nd=11 251.124tan（20-2.86）+1819=1 204.85 kN；Pmax=1 204.8512.4=97 kPa。工程地质勘查结果显示，4 m 高锚杆式挡土墙基础大部分坐落在填筑土上，少部分坐落在填砂上，填筑土地基承载力特征值为 80 kPa 56 kPa；6 m 高锚杆式挡土墙基础坐落在填砂上，填砂地基承载力特征值为 100 kPa 97 kPa，因此锚杆挡土墙基础地基承载力满足要求。4.3加固后挡土墙整体稳定计算同现状悬臂式挡土墙计算，在现状挡土墙计算中加入锚杆拉力5-8。整体稳定计算结果见表 2。由表 2 可知，加固后锚杆挡土墙与现状挡土墙整体在各种工况下抗滑抗倾覆稳定均满足规范要求，现状挡土墙的结构配筋也基本满足规范要求。5支护加固设计的实施效果5.1施工总进度该工程施工总工期为 12 个月，自施工期第 1年 9 月初开工，第 2 年 8 月底竣工，其中主体施工工期为 6 个月。1）工程筹建期。9 月前，为工程筹建期，由业主完成“三通一平”及施工招标等工程建设筹备工作。2）工程施工准备期。9 月初至 10 月中旬为工程施工准备期，由施工承包单位进场完成施工用房，施工交通，水、电及混凝土系统的布置。3）主体工程施工期。主体工程施工期自 10月中旬开始，第 2 年 4 月中旬结束，历时 6 个月。工程施工顺序为人行道飘板及防浪墙拆除墙体加固（包括挡墙面板和基础、附属设施重建）人行道飘板重建及新建栏杆外部装修，施工期。具体安排如下：10 月份完成人行道飘板及防浪墙拆除；11 月1 月完成挡墙面板加固和基础加固、横江沥水闸启闭机室及排架重建、附属设施主体建筑施工，该部分施工内容需分段完成；2 月3 月中旬完成人行道飘板重建及新建栏杆；3 月中旬4 月中旬完成全部外部装修、开挖面影响面复绿。4）工程完建期。施工期第 2 年 4 中旬月初至表 2加固后挡土墙整体稳定计算成果表计算工况抗滑安全系数规范允许值抗倾覆安全系数规范允许值地基应力/kPa规范允许值最大值最小值平均值比值工况一（正常工况）6.0 m 高挡土墙负值1.2511.1391.5133.11690.91112.0111.4642.07.3 m 高挡土墙34.0657.539139.866129.19134.5251.0837.5 m 高挡土墙21.0928.867147.223129.68138.4531.1358.5 m 高挡土墙25.6807.352167.534146.77157.1501.1428.5 m 挡土墙（桩基）4.4379.562176.76397.63137.1001.810工况二（骤降工况）6.0 m 高挡土墙负值1.12.1351.498.15039.8869.015 22.4612.57.3 m 高挡土墙负值2.006111.63652.5882.1052.1237.5 m 高挡土墙16.6081.82894.96371.2183.0871.3348.5 m 高挡土墙14.2381.744109.56478.3893.9701.3988.5 m 挡土墙（桩基）负值1.978135.31379.54107.4251.701134云南水力发电2024 年第 3 期8月底为工程完建期，完成工程全部竣工扫尾工作。5.2工程监测数据为提高挡墙安全监测要求，此次加固设计补充挡墙的沉降位移观测点（因挡墙在室外，为防止设施被盗，故未设置自动化设备），并于横江沥水闸增设自动化监测系统，沿挡墙每隔 50 m 设置 1 处观测点。工程采用全回旋灌注桩方案，经沉降监测，当基础不均匀沉降时，不产生附加应力的结构在地基土类别为高压缩性土时建筑物的地基变形允许值不大于 0.005L（挡墙与柱间距为 3 m），全回旋灌注桩桩基沉降为 8.3 mm，满足规范要求。6结束语滨江公园段护堤挡墙是惠州大堤（南堤）的重要组成部分。受建设年代设计标准较低和使用环境的变化，挡墙飘板现有结构不满足受力要求，地基沉降影响，挡墙多处出现钢筋保护层脱落、钢筋锈蚀、挡墙倾斜变形、墙顶路面沉陷等状况，已逐步暴露出安全隐患。因此，为保护区内人民安居乐业、保护区内经济稳步发展，对滨江公园段护堤挡墙进行除险加固是非常必要和迫切的。该工程实施后，经沉降监测，桩基沉降量为8.3 mm，满足规范要求。建设对区域环境提升明显，同时能促进当地旅游业发展，提高当地居民收入，社会效益十分显著。参考文献：1 苏彧，于长海，倪赞.浅谈支挡结构的类型与应用 J.工程与建设，2007，（3）：330-331+339.2 吴翔，秦鹏一，王兴洲，等.衡重式挡土墙地基承力不足的设计与施工方法J.重庆建筑，2021，20（9）：46-47.3 张志宇.山区高速公路桩基挡土墙结构设计优化及应用研究 D.重庆：重庆交通大学，2020.4 邓剑峰.小型水库安全评价及其除险加固设计研究J.水利技术监督，2023，（4）：221-224.5 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