悬挑钢筋混凝土框架结构在连江县城关防洪堤改建工程中的应用.pdf

- r 印0棚 悬挑钢筋混凝土框架结构在连江县城关 防洪堤改建工程 中的应用 么学易 ( 福建润闽工程顾问有限公司，福建 福 州3 5 0 0 0 1 ) 摘要：该文以连江县敖江北岸防洪堤 ( 江南桥 至下水 门段 )改建为例 ，探讨 悬挑钢筋混凝土 框架结构防洪堤在城市堤防改建中的应用。该段 防洪堤现状为传统浆砌石 结构 。防洪标准低 。 堤身承栽力及堤顶宽度有限，功能单一。改建设计结合水利、城市建设、业主要求，采用悬挑 钢筋混凝土框 架结构 ，可满足 防洪、市政、 园林景观要 求，堤 顶可为市民提供休 闲、娱 乐场 所。改建方案可供类似工程参考 。 关键词 ：框架结构防洪堤；悬挑号观平台；可拆卸防浪墙 中图分类号 ： T V 8 7 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 23 0 1 1 ( 2 0 1 6 ) 0 20 0 2 6 0 5 1 防洪堤改建要求 防洪堤改建工程位 于连江县城关江南桥下游 ， 江南桥至下水 门段 ，改造堤长 2 7 0 m。原堤为重力 式防洪堤，堤高约6 m，堤顶宽0 8 m，堤顶高程约 1 0 5 4 m ( 1 9 8 5国家高程基准，下同) ，临水侧为浆 砌块石砌筑 ，坡比 1 ： 0 5，背水坡为浆砌块石挡墙 ， 堤身为夯填土。为满足城市防洪要求，2 0 0 1 年该段 防洪堤进行加 固，采用 3 0年一遇洪水标准 ，堤顶采 用 C 1 5混凝土加高约 0 8 m，增设 防浪墙 ，防浪墙 顶高程 1 2 1 4 m。原防洪堤断面见 图 1 。 图 1 原 防洪堤断面 随着连江县经济 的快速发展 ，防洪堤左侧新建 多个住宅小区、商业区及其他市政配套设施，防洪 堤保护建筑物和人 口急剧增加 ，现有防洪标准 已不 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 5 0 6 2 6 能满足城市防洪要求。原防洪堤为传统浆砌石结构， 堤身承载力及堤顶宽度有 限，功能单一 ，不能满 足 市政 、园林景观建设需要。业 主要求防洪堤改建应 在堤外临水侧布置悬挑结构 ，堤顶留有较宽平台， 作为景观、休闲平台，且为视觉美感 ，应尽量减小 防洪堤堤顶与堤后地坪的高差 。针对上述 问题 ，拟 对此段 防洪堤拆 除重建。新建防洪堤采用 5 0年一遇 洪水标准 。 2 建设条件 2 1 水文 敖江是闽东沿海独流入海 的三大水系之一，发 源于宁德市蕉城区虎贝乡西南部、鹫峰山脉东南麓 ， 于东岱镇大涂村人东海 。敖 江流域 面积 2 6 5 5 k m ， 河长 1 3 7 k m，河道 平 均坡 降 2 6 e ，流 域形 状 系 数 0 1 4 。 工程区位 于连 江县城 关 ，多年 平 均最 大风 速 1 4 4 m s ，平均风速 1 9 m s ；多年平均降水量 1 6 9 1 m m；多年平均 陆地蒸发量 约 7 0 08 0 0 mm。 经水 文 计算 ，江 南 桥桥 下 处 5 0年一 遇 洪水 位 为 1 1 5 m，下水门处 5 0年一 遇洪水位为 1 1 3 5 m，设 计流量 7 5 4 0 r n s 。 2 2 工程地质 本区域位于敖江下游连江县城区，是敖江下游 出海 口冲海积平原 地带 。该河段 为感潮河段 ，左岸 堤内高程 7 51 0 8 1 1 1 ，堤外 护脚顶 高程 4 66 0 n l ，河床高程一般为 一 1 5 0 5 m 。 工程区地震动峰值加速度为 0 0 5 g ，动反应谱 特征周期 ( 中硬场地)为0 4 5 s ，地震基本烈度为 度。 工程区处于海积地貌上，根据钻探揭示，场地 各岩性分层自上而下分述如下：素填土，灰色为主， 夹黄色等 ，局部以碎块石为主 ，分布不均匀 ，为防 洪堤堤内回填土 ，层厚 7 7 8 9 m；淤泥质粉质粘 土 ，深灰色 ，饱 和 ，含水量一般 4 0 5 5 ，流塑 状，部分夹薄层粉砂，层厚 1 5 2 4 in ，为堤基主 要软弱土层；含砾粗砂，浅灰色，饱和，稍密 中 密状 ，粗粒含量一般 3 5 - 5 0 ，砾石含量 1 5 2 0 。级配不连续，层厚 5 38 3 in ；泥质细砂， 浅灰色 ，饱和，稍密 中密状 ，细粒含量一般 4 5 5 5 ，粉粘粒含量一般 2 5 一3 0 ，级配不连 续，层厚4 5 8 4 m；粉质粘土，浅黄色，湿润， 可塑状 ，含砂量 1 0 1 5 ，层厚 1 3 4 6 m；砂 卵石，灰黄色，饱和，中密状，卵石粒径一般3 5 c m，含量 5 0 5 5 ，以粗砂充填为主，呈似圆 状 ，最大揭露厚度 3 7 m。 3 堤型选择 3 1 选择原则 堤型选择遵 循以下原则 ：根据堤段所 在的地理 位置 、重要程度 、堤址地质条件 、施工条件 、环境 景观、工程造价等因素，经技术经济比较，综合确 定堤型 ；根据筑堤材料 ，可选择 土堤 、石堤 、 昆 凝 土堤等 ；注重城市景观要求。 3 2 堤防型式选择 3 。 2 1 堤型选择 根据堤防所在位置 、河道地形 、地质条件 、堤 后场地情况 、景观建设等因素选择堤型。 为不缩小现有河道过洪断面 ，在堤线布置受限 情况下 ，防洪堤堤型不宜采用斜坡式等 占地较大的 堤型 ，宜采用直立式防洪堤。 土堤可就地取材 ，投资较省 ，但 占地面积较大。 本工程左侧为拟建江滨路及房地产项 目，场地宽度 受限，不能满足土堤建设条件，故不选土堤。为配 合城市景观建设 ，同时提供市民休闲平台，满足防 洪堤多功能高品位的建设 目标和可持续发展的总体 要求，业主要求防洪堤堤前设计成圆弧型，向河中 2 0 1 6年第 2 最大悬挑4 m，不宜采,N4 5 堤。钢筋混凝土堤 占地 小，满足景观设计需要，堤顶可作为市民休闲平台， 故选择钢筋混凝土堤。 根据业主尽量降低堤顶与堤后地坪的高差的要 求， 在堤后地坪高程无法抬高的情况下，宜尽量降 低防洪堤堤顶高程，设计采用堤顶设置防浪墙的形 式。混凝土防浪墙通透性、景观性较差 ，故在堤顶 临水侧采用条石栏杆，内侧设置可拆卸式防浪墙。 考虑拆装方便并兼顾耐久性，可拆卸式防浪墙采用 铝合金结构，堤顶预留防浪墙插槽，平时妥存于物 资仓库内，洪水来时运至堤顶快速拼装。由于临时 拼装存在安装不及时风险，需加强洪水预警、预报， 并由专人负责安装防浪墙，保证防洪安全。 3 2 2 结构选择 防洪堤结构选择框架结构、扶壁式结构、高桩 梁板式结构等 3种方案进行比较。 ( 1 )方 案一 ：框架结构 ( 见 图 2) 。顶板采 用 C 3 0钢筋混凝土板梁结构，悬臂梁尺寸为 4 0 0 m m ( 6 0 0 1 0 0 0 )m il l ，悬臂部分长 4 m，总长 1 0 m； 沿纵 向每隔 3 m布置一根横梁 ，梁上为 3 0 0 m m厚 的 C 3 0 钢筋混凝土面板。悬臂端部布置一根 C 3 0钢 筋混凝土纵梁 ，尺寸为 2 5 0 mm6 0 0 h i m。内侧设 C 3 0钢筋混凝土立柱，尺寸为 8 0 0 mm8 0 0 mm，与 面板净间距 4 6 i n ，纵向间距 6 n l 。临水侧为 C 3 0钢 筋混凝土面板 ，厚 6 0 0 m m。底板为 C 3 0钢筋混凝土 ， 宽 7 m，厚 7 0 0 m m，桩顶位置底板加厚至 9 0 0 m I t l ， 图2 防洪堤框架式结构 2 0 1 6年第 2期 加厚宽 1 4 0 0 mm。整个框架结构整体浇筑 ，设置竖 向变形缝。临水侧面板设排水管。框架结构下部为 冲孔灌注桩，临水侧和背水侧各布置一根，桩径 1 2 0 0 mm，桩距纵向6 m，横向 5 2 m，临水侧桩长 约 2 9 m，背水侧桩长 2 1 m。该方案防洪堤堤顶高程 l 1 7 0 m，防浪墙采用可拆卸式 ，墙高 0 8 m，顶高 程 l 2 5 m，墙身高 7 8 0 m，基础埋深 1 2 m，墙后 回填砂。 ( 2 )方案 二 ：扶壁 式 ( 见 图 3 ) 。板梁 结 构 ， 悬臂梁悬臂部分长 4 m，尺寸为 4 0 0 m m X ( 6 0 0 1 0 0 0 )mm，沿纵 向每隔 6 m布 置一根 ；悬臂端部 布置一根 C 3 0钢筋 混凝 土纵梁 ，尺寸为 4 0 0 m m X 6 0 0 m m，梁上为 3 0 0 m m厚钢筋混凝土面板 。扶壁 板为 C 3 0钢筋混凝土 ，高 8 1 m，厚 8 0 0 m m。底板 为 C 3 0钢筋混凝土， 宽 8 m，厚 1 0 0 0 m m。肋板为 C 3 0钢筋混凝土 ，厚 5 0 0 mm，每隔 6 m布置一道。 底板下部为冲孔灌注桩，临水侧和背水侧各布置一 根 ，桩径 1 2 0 0 mm，纵 向间距 6 m，横 向间距 5 2 m，临水侧桩长约 3 0 m，背水侧桩长 2 2 m。悬臂 板 、扶壁板 、底板 、肋板整体浇筑 ，设置竖 向变形 缝 。该方案防洪堤堤顶 高程 1 1 7 0 m，墙身高 9 1 m，防浪墙采用可拆卸式，墙高 0 8 m，顶高程 1 2 5 m，基础埋深 2 5 m，墙后 回填砂。 2 8 图 3 防洪堤扶壁式结构 ( 3 )方案三 ：高桩 梁板式 ( 见 图 4) 。在原 防 洪堤临河侧平 台打灌注桩 ，桩顶设钢筋混凝土承台， 承台上设钢筋混凝土柱 ，直径 1 0 0 0 m m，防洪堤背 水侧打灌注桩，桩径 1 2 0 0 m m，横向间距 8 0 m， 纵 向间距 6 m，临水侧桩长约 1 8 5 m，背水侧桩长 2 5 m。上部为钢筋混凝 土顶板 ，板 梁结构板厚 3 0 0 mm，顶板挑出原防洪堤堤轴线约 4 m。设置竖 向变 形缝。原堤外侧设 C 2 0混凝 土贴坡加 固，厚 5 0 0 1 0 0 0 m m。该方案防洪堤堤顶高程 1 1 7 0 m，防浪 墙采用可拆卸式，墙高0 8 m，顶高程 1 2 5 m。 L L 二 拆卸 防 浪墙高 8 0 ( 1l1 1 m 肿 l ， -t J r l P - I - J ， 1 一 口 l 1 7 0 一 彝 位 H _ 一一 贴坡一 抛石 堡 素填土 淤 泥 质 粉 岳 磊 、 、 ： j I 含跞粗砂 j c ) 一 - 灌注桩长约2 5 m 8 () 0 0 灌注桩 长约1 8 5 m 纵 向间距 6 O m 纵 向 间距6 0 m 泥质细砂 一1 4 6 I ) 砂质粘土一 ： O 4 图4 防洪堤高桩梁板式结构 从表 1看 ，工程 每延米长度可 比投 资，扶壁式 最大，框架式次之，高桩梁板式最少。但高桩梁板 式临水侧混凝 土柱 占用河道 ，违反河道管理 条例 ； 5 0年一遇设计洪 水位将雍 高 4 e m，对行洪 影响较 大；钢筋混凝土柱位于河道上 ，影 响景观。框架式 投资居中，结构整体性 刚度较好 ，变形小 ，不妨碍 行洪，有利于与景观建设相结合。经过综合考虑， 本工程采用框架式结构方案，在悬挑处设置变截面 挑梁 ，以增加悬挑结构 刚度 ，减小悬挑部分的挠度 ( 变形 ) 。 3 3 框架结构防洪堤稳定计算 根据 堤防工程设计规范 ( G B 5 0 2 8 6 2 0 1 3 ) 计算 防洪堤基底抗滑稳定 、堤身抗倾覆稳定 、基底 应力及防洪堤整体抗 滑稳定 ，主要 计算条件 如下 ： 基底抗滑稳定计算时，考虑框架结构及框架 内填料 ( g c m3 ) 一 E, M 缩 P 模 a 一 kPa 图5 典型滑弧稳定计算简图 作为整体，受框架结构后侧主动土压力作用。堤身 抗倾覆稳定计算 时，按最不利工况 ，即悬臂端设计 均布荷载 3 0 k P a ，堤顶设计均布荷载 0 。基底应力 计算 时，分别计算竖向力和弯矩最大时的基地应力 ， 取两者中大值作为设计工况 。防洪堤整体抗滑稳定 计算采用瑞典圆弧滑动法。鉴于冲孔灌注桩间距较 大 ，从安全角度考虑 ，稳定计算不计桩的抗滑作用 。 防洪堤基底抗滑稳定、堤身抗倾覆稳定、基底 应力采用理正岩土软件计算，防洪堤整体抗滑稳定 采用河海大学编制的 A u t o b a n k 7程序计算。各土层 物理力学指标计算采用值详见表 2 ，稳定计算成果 见表 3 ，典型滑弧稳定计算简图见 图5 。 由表 3看 ，框架结构防洪堤抗滑 、抗倾覆 、整 体抗滑稳定均满足规范要求。素填土允许承载力标 准值为 1 0 0 k P a ，计算得基底最大应力 2 1 2 7 8 k P a ， 基础坐落在素填土上不满足要求，采用冲孔灌注桩 加固。 3 4 桩基承载力计算 3 4 1 竖向承载力计算 桩基承载力按照 建筑桩基技术规范 ( J G J 9 4 2 0 0 8 )有关规定计算 。本工程灌注桩桩径 1 2 m， 大于0 8 m，属大直径桩，计算采用大直径桩单桩 极限承载力标准值计算公式。计算时考虑悬臂端设 计均布荷载 3 0 k P a ，堤顶设计均布荷载 2 0 k P a 。从 计算成果 ( 见表 4 )可知，背水侧选用直径 1 2 0 0 m m、长 2 1 m的冲孔灌注桩 ，临水侧选用直径 1 2 0 0 m m、长 2 9 m的冲孔灌注桩，单桩竖向承载力均小 于设计的承载力特征值 ，满足规范要求。 2 9 表4 各工况下单桩竖向承载力计算结果 ( 悬臂长 4 m) 竣工期 2 6 3 2 5 1 3 1 1 8 2 1 3 9 3 3 4 1 4 0 4 7 5 9 设计洪水位1 2 5 7 5 5 3 1 1 8 2 1 2 2 7 8 9 7 4 047 5 9 骤降期 1 3 6 2 4 3 3 1 1 8 2 1 2 3 8 2 0 1 4 0 4 7 5 9 3 4 2 水平承载力计算 桩基水平荷载计算根据 建筑桩基技术规范 ( J G J 9 4 2 0 0 8 )相关规范进行 ，考虑水平力平均分 配至每根桩。从计算结果 ( 见表 5 )看，各工况下， 单桩水平承载力均小于设计 的承载力特征值 ，满足 规范要求。 表 5 单桩水平承载力计算结果 3 5 关键节点设计 ( 1 )因灌注桩桩顶未设置承 台，设计将桩顶位 置底板加厚至 9 0 0 mm，宽 1 4 0 0 mm，以加强 桩基 处底板的抗冲剪能力 。 ( 2 )为加强框架结构整体稳定性，结构分缝处 设置厚 2 0 0 m m的钢筋混凝土剪力墙。 4 结语 工程于 2 0 1 4年 1月 1日开工 ，2 0 1 5年 1月 3 1 日完工 。改建后 ，该堤段防洪标准 由3 O年一遇提高 到 5 0年一遇 ，抵御洪水能力明显加强 ；结合堤顶上 部景观平台及江滨路建设 ，堤顶悬挑平 台成为周边 居民休 闲、娱乐 的好去处 ；堤脚结合沿 江亲水步道 建设 ，在保护堤脚防 冲前提下 ，为市民提供 了亲水 平台。工程已成为连江县堤防建设 的一个亮点 ，得 到周边居民一致好评 ，可供其它河道具有类似设计 背景的防洪堤建设参考。 参考文献 1 高青峰，曲媛媛，徐淑琴 城市堤防工程设计 的堤型选 择 J 水 利科 技 与经 济 ，2 0 0 9，1 5 ( 1 0 ) ：8 9 08 9 1 2 刘慧 城市堤防工程设计 的体会与思考 J 广 东水利水电，2 0 0 4 ( 2 ) ：5 25 4 作者简介 ：么学 易 ( 1 9 8 2一) ，男，河 北唐 山 人 ，工程师，从事水利水 电设计工作。 - I I I l “ I l J l _ J l I n -I i l - I _ - - ll - 。 I I I “ I I I 一 l l I “ _ l 。 l - J l l - 。 I I _ l - _ l 。 。 l -。 j l l t i l l 我省实现首例小型农 田水利设施产权抵押贷款 在省水利厅的指 导推动下，全省首例农 田水if , 1 设施产权抵押贷款在全 国农 田水利设施产权制度改 革和创新运行管护机制试点县永春诞生，这标志着 我省小型农田水利设施产权制度 改革 又取得新 的进 展。3月3 1日，永春县坑仔 口镇莉芳荼场用两座 小 山塘。顺利办理 了永春县坑仔 口信 用社的新业务一 融水贷，获得信贷资金 6 0万元，解决了茶场水利设 施建设和维护流动资金 紧张的燃眉之急。 永春县农田水利设施点 多面广、小而分散 ，管 护难度 大。2 0 1 4年底 ，我省将永春县列入全 国农田 水利设施产权制度改革和创新运行管护机制试点县 ， 成为全省 3个全 国试点县之一；积极 引导永春县通 过示范带动、多措并举逐步取得突破。一是全面摸 清家底颁发产权证。截至 2 0 1 5年底 ，永春县完成 了 全部 2 2个 乡镇 的农 田水 利设 施 测绘 工作 ，全 县 3 8 6 0 处农村水利工程建立 了数据库 ；在 完成产权证 的申请、调查摸底、公示及登记工作后 ，截至 目前， 3 0 全县共发放产权证 书 3 l 2本。二是探 索小型水利设 施产权抵押贷款。县水利局精心运作 ，同中国人 民 银行永春支行、泉州银监分局永春办事处联合制订 印发 永春县农村小型水利工程产权登记及抵押贷 款暂行规 定，同永春 县农村信 用联社、漳州农 商 银行永春村镇银行合作 ，以 “ 融水贷” 开辟 了永春 县农村水利工程产权抵押专项贷款。三是资本 “ 活 水”激发 “ 小水利” 自主管护热情。 “ 融水贷”这 一 新型的金 融工具尽 可能满足 了从事水利设施建设、 管理的农村专业合作社 、家庭农场、农 民用水合作 组织或 自然人的资金 需求，既为永春县发展 规模化 农业、推广现代节水设施 注入 了资本活力，又提 高 了群众的 自主管护意识 ，有效破 解农 田水利设施管 理权责模糊、主体缺位 、老化失修、效益衰减难题 ， 确保小型农田水利设施建得成、管得 了、养得起、 用得好 。 摘自 福建水利信息网