城市滨江公园护堤挡墙除险加固治理技术分析.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER144第 40卷第 4期0 引言建设城市公园水系是提升城市生态文明建设的重要举措。下埔滨江公园河道两岸堤防挡墙兼具景观、防洪、防止水土流失等功能。但随着年代失修，下埔滨江公园护堤挡墙易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。因此，对滨江公园护堤挡墙除险加固是确保堤防防洪安全的重要举措，也是重要民生安全项目。1 工程概况下埔滨江公园位于惠州市中心西枝江旁，上世纪末建成，是两江四岸整治的首期工程。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城市滨江公园护堤挡墙除险加固治理技术分析金科（惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516000）摘要：城市公园护堤挡墙肩负着片区的防洪安全和生态景观重任，保障其安全尤为重要。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加固治理，并对滨江公园段护堤挡墙进行加固治理。对加固方案的挡墙稳定性复核验算，满足了加固需求。关键词：锚杆加固；挡土墙；堤防加固；稳定复核中图分类号：TV871.1文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)04-0144-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.035Analysis of Risk Removal and Reinforcement Technology for the Embankment and Retaining Wall of Urban Riverside ParkJIN Ke(Huizhou Huayu Water Resources and Hydropower Engineering Survey and Design Co.,Ltd.,Huizhou 516000,China)Abstract:The retaining walls of urban park embankments shoulder the responsibility of flood control safety and ecological landscape in the area,and ensuring their safety is particularly important.This paper takes the example of the reinforcement and treatment project for the retaining wall of the Binjiang Park embankment,aiming to address the fact that the existing structure of the retaining wall does not meet the stress requirements.Due to the influence of foundation settlement,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 have appeared in multiple locations of the retaining wall.This paper focuses on the reinforcement and treatment of the embankment and retaining wall in Binjiang Park section.At the same time,the stability of the retaining wall in the reinforcement plan was rechecked and verified,meeting the reinforcement requirements.Keywords:anchor reinforcement;retaining wall;dike reinforcement;stability recheck收稿日期：2023-08-10作者简介：金科（1991-），男，湖北孝感人，工程师，主要从事水利工程设计等工作。*金科 城市滨江公园护堤挡墙除险加固治理技术分析145横江沥水闸。2 堤防现状和地质条件2.1问题现状护堤挡墙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，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。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 C25，且碳化较严重，不满足现行标准要求1；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，因此需对护堤挡墙进行全面加固。2.2 工程地质评价通过勘察查明了惠州大堤南堤滨江公园段护堤挡墙除险加固工程中主要建筑物的工程地质与水文地质条件，得出如下结论和建议。基础评价：新增面板可采用浅基础，以加固后的素填土作为基础持力层，加固后素填土承载力需满足设计要求2。BJGY0+053.10 0+763.50 段柱支撑可采用桩基础，桩型可采用旋挖钻孔灌注桩，根据构筑物荷载特点，此段桩基设计单桩竖向承载力特征值为 380 kN，建议桩径取 600 mm、桩长取 10 m。BJGY0+773.06 1+259.81 段柱支撑可采用桩基础，桩型可采用人工挖孔桩，桩端置于现状挡墙底板，根据构筑物荷载特点，此段桩基设计单桩竖向承载力特征值为 380 kN，建议桩径取1 000 mm。3 工程总布置3.1 堤防治理思路规模工程除险加固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3。主要建设内容为加固滨江公园段护堤挡墙1.26 km。滨江公园段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。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。经对现状挡墙分析，目前挡墙存在最大问题是混凝土强度耐久性问题和飘板梁柱结构问题，现从这两个方面入手加固4。主要建设内容为加固滨江公园段护堤挡墙 1.26 km。3.2 加固方案3.2.1 挡墙布置方案采用人行道简支梁板结构，锚杆加固+桩基方案。对原挡墙立板进行锚杆加固，解决挡墙耐久性问题，将现状挡土墙作为挡土面板，于原挡墙外层新建锚固肋柱（厚 0.3 m），为保持外观立面美观，将新建肋柱抹平。结构形式分为两种：2 层锚杆挡土墙，墙高 4 m，锚杆均采用直径25 mm 钢筋；3 层锚杆挡土墙，墙高 6 m，上 2排锚杆采用直径 25 mm 钢筋，下面 1 层采用直径32 mm 钢筋。拆除重建原人行道飘板，新建简支梁板结构，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（400 mm400 mm），一幅挡墙增加 3 根柱，间距约 6.90 m，为避免基坑开挖，柱基采用桩基，其中常规悬臂挡墙段采用直径 0.6 m 的旋挖灌注桩（桩长约 10 m），倒悬挡墙段采用人工挖孔桩（考虑人工挖孔桩施工难度，桩径选取 1 m）至原挡墙底板，桩基底部与原挡墙底板衔接。此次锚杆加固原理是采用锚杆式挡土墙技术，锚杆式挡土墙是一种轻型挡土墙，由钢筋混凝土板和锚杆组成，依靠锚固在岩土层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力的挡土墙。挡土墙由肋146云南水力发电2024 年第 4 期柱、挡土板及灌浆锚杆组成，具有较大的抗拔力，锚杆是锚杆挡土墙的主要受力构件，可为普通钢筋、预应力锚杆或预应力锚索等5，锚孔直径100 150 mm，一般向下倾斜 10 15。锚孔内放置钢筋或钢束后，灌注水泥砂浆使其锚固于稳定地层，具有足够的抗拔力。此工程采用锚杆加固后，可形成新的锚杆式挡土墙，原挡墙墙后侧土压力均由锚杆式挡土墙锚杆承担，从而极大减轻或取消原挡墙土压力（原挡墙基本可不承担弯矩），工程耐久性可从现在开始算起，从而彻底解决原挡墙的耐久性问题5。3.2.2 典型分段加固方案1）BJGY0+000.000+053.10，原设计为16m高渐变浆砌石挡土墙，现状无飘板，除险加固措施为拆除重建防浪墙及栏杆、拆除重建人行道铺装层。2）BJGY0+053.100+200.38，原设计为7.3 m、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 7.3 m、7.5 m 高挡土墙。除险加固措施为拆除重建防浪墙及栏杆、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、新建支撑柱+桩基、挡墙锚杆加固）。4 挡墙稳定复核验算4.1 挡墙稳定计算设计墙顶高程为 19.85 m。设计洪水位高程为18.99 m。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6。计算结果如下：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+1.110.353）25=417 kN人群荷载：G人群=3516=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，计算成果见表 1。表 1 锚杆挡土墙稳定计算成果表挡墙类别工况项目名称规范允许值/规定值计算值安全等级一级墙高 4m2 排锚杆工况一锚杆杆体抗拉安全系数2.22.785岩土锚杆锚固体抗拔安全系数2.65.848工况二锚杆杆体抗拉安全系数2.23.555岩土锚杆锚固体抗拔安全系数2.67.467墙高 6m3 排锚杆工况一锚杆杆体抗拉安全系数2.22.205岩土锚杆锚固体抗拔安全系数2.62.722工况二锚杆杆体抗拉安全系数2.22.407岩土锚杆锚固体抗拔安全系数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 的钢筋，6 m 高挡土墙上2 排选用25 mm 钢筋，下面一排选用32 mm的钢筋，上下排距为 2 m，左右排距为 2 m，满足规范要求。4.2 锚杆挡土墙地基承载力复核计算方法，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。Nd=Q1 Rntan（）+GG1 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；O1、G分项系数，取 1。经过计算：1）4 m 高锚固板挡土墙（取 16 m 分段计算）A=0.77516=12.4 m2Rn=（53.715+0.797）7=381.584 kNG1=1.451625cos2.86=579 kNNd=1381.584tan（20-2.86）+1579=696.68 kNPmax=696.6812.4=56 kPa2）6 m 高锚固板挡土墙（取 16 m 分段计算）A=0.77516=12.4 m2Rn=（-1.986+65.324+115.394）7=金科 城市滨江公园护堤挡墙除险加固治理技术分析1471 251.124 kNG1=2.051625cos2.86=819 kNNd=11 251.124tan（20-2.86）+1819=1 204.85 kNPmax=1 204.8512.4=97 kPa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 加固后锚杆挡土墙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7。整体稳定计算结果详见表 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在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。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1.978135.31379.54107.4251.7015 结束语滨江公园段护堤挡墙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，已逐步暴露出安全隐患，对其除险加固极其紧迫。通过设计复核，得出以下结论。1）在原有挡墙断面上进行加固最大问题是混凝土强度耐久性问题和飘板梁柱结构问题，利用锚杆加固解决8。2）经各工况稳定及应力计算，锚杆挡土墙加固后，其安全等级、地基承载力与抗滑抗倾覆稳定均满足规范设计要求。因此，建议对滨江公园段护堤挡墙进行除险加固，建议施工阶段需优化施工组织方案，做好安全文明施工措施，将施工期对周边环境的不良影响降至最低。参考文献：1马继良.软岩边坡肋柱式锚杆加固设计及稳定性分析D.长沙：湖南科技大学，2015.2凌玲.低承载力地基条件下轻型挡土墙结构体系的应用研究D.重庆：重庆交通大学，2010.3 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+339.4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刘懿，姚彤悦.浅析小型水库除险加固设计要点J.珠江水运，2023,（3）:63-65.6梁利生，郭俊源，王慧芳.含柔性垫层的刚性挡土墙土压力计算方法J.土木与环境工程学报：中英文，2023,（6）:1-7.7徐昌杰，杨贵任，范昌雄，等.防城河护岸水毁修复工程挡土墙的设计J.四川水泥，2023,（4）:96-98+102.8袁尚志，刘文连，许汉华，等.挡土墙支护溶蚀裂隙岩质边坡稳定性研究J.工业安全与环保，2023,49（4）:17-21.