海河堤岸改造結(jié)構(gòu)選型綜述

張 樑，徐 麗，莊小軍

（1.中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222；2.天津市濱海水業(yè)集團(tuán)股份有限公司，天津 300381）

1 前言

海河綜合開發(fā)項(xiàng)目是一項(xiàng)涉及水利、城市規(guī)劃、建筑、交通、市政、園林等多行業(yè)、規(guī)模宏大、技術(shù)復(fù)雜的大型系統(tǒng)工程。為滿足天津市海河行洪排澇與通航的功能要求，依據(jù)《港口航道與護(hù)岸工程設(shè)計(jì)施工規(guī)范》（JTJ 300-2000），改造后的海河堤岸均采用直立式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，既改善了海河的行洪、排澇、通航條件，又節(jié)省了土地，解決了工程用地緊張的問題。

2 堤岸結(jié)構(gòu)選型的原則

2.1 錨碇板樁結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)贪陡叨容^高（即堤岸前河床面與堤岸后地面高差較大）時(shí)，錨碇板樁結(jié)構(gòu)是受力最為合理、結(jié)構(gòu)傳力最為明確的一種結(jié)構(gòu)型式，如圖1 所示。該結(jié)構(gòu)型式將板樁墻后的土壓力直接通過鋼拉桿傳至其后的錨碇結(jié)構(gòu)，因此板樁的入土嵌固深度較小，工程投資相應(yīng)減小。而且該結(jié)構(gòu)型式便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)的各種問題，拉桿的張拉力容易控制，施工質(zhì)量有保障，堤岸結(jié)構(gòu)的安全度也最高。在不受鄰近建筑物基礎(chǔ)和市政管線等工程條件的約束下，應(yīng)盡可能采用該結(jié)構(gòu)型式。

錨碇結(jié)構(gòu)可采用錨碇墻、錨碇板樁或錨碇樁等不同的型式，并應(yīng)根據(jù)場地條件和拉桿力大小等因素綜合確定。錨碇結(jié)構(gòu)前的被動(dòng)土壓力區(qū)域內(nèi)應(yīng)采用內(nèi)摩擦角較大的回填料 （如碎石含量≥30%的回填土）進(jìn)行回填處理。

圖1 錨碇板樁結(jié)構(gòu)

2.2 板樁土層錨桿結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)贪兜陌毒€與后側(cè)施工完畢的道路距離較近或是距鄰近建筑物基礎(chǔ)和市政管線較近時(shí)，錨碇結(jié)構(gòu)的開挖空間受限，板樁墻后的錨碇結(jié)構(gòu)無法實(shí)施。而板樁墻土層錨桿結(jié)構(gòu)在實(shí)施過程中對(duì)墻后的已有建筑物和地下管線埋設(shè)位置要求大大降低。土層錨桿橫向、豎向可適度調(diào)整，靈活布置，且能夠提供足夠的錨固拉力，可以保證堤岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，如圖2 所示。

圖2 土層錨桿結(jié)構(gòu)

一般而言，根據(jù)土體類型、工程特性與使用要求，土層錨桿錨固體結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為圓柱型、端部擴(kuò)大頭型或連續(xù)球體型三類。土層錨桿的所有拉力均由錨固段錨桿與周邊土體的粘結(jié)錨固提供。值得注意的是，《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22-2005）中規(guī)定，對(duì)于傾斜錨桿來說，其自由段長度應(yīng)超過土體破裂面1m，以保證能夠充分計(jì)算錨桿拉力。

2.3 懸臂結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)贪逗髠?cè)的建筑物基礎(chǔ)埋置較深且距離較近或堤岸距后側(cè)下沉路較近時(shí)，既沒有錨碇結(jié)構(gòu)的實(shí)施空間，又不能滿足土層錨桿的錨固段長度要求，此時(shí)，受工程條件的制約，不得不采用懸臂結(jié)構(gòu)以保證堤岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，如圖3 所示。由于懸臂結(jié)構(gòu)是依靠墻前入土段的被動(dòng)土壓力來平衡墻后的主動(dòng)土壓力，因此與板樁錨碇結(jié)構(gòu)相比，堤岸懸臂樁的入土嵌固深度更大，斷面也更大。工程常采用斷面較板樁墻更大的地下連續(xù)墻或鉆孔灌注樁排墻作為懸臂堤岸結(jié)構(gòu)。

圖3 懸臂結(jié)構(gòu)

2.4 互錨碇結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)贪栋毒€為伸入水中的凸出部分 （即兩側(cè)均為臨水面）時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，確定堤岸結(jié)構(gòu)的具體型式。若伸入水中的部分尺寸較小，可采用懸挑結(jié)構(gòu)或樁梁板結(jié)構(gòu)； 若伸入水中的部分尺寸較大且景觀有種植要求等，就要求堤岸結(jié)構(gòu)沿著伸入水中的岸線進(jìn)行施工，當(dāng)沒有錨碇結(jié)構(gòu)或土層錨桿的實(shí)施空間時(shí)，可以將兩側(cè)的板樁墻作為對(duì)方的錨碇結(jié)構(gòu)來考慮，即通過鋼拉桿將兩側(cè)的板樁聯(lián)系起來以平衡墻后土壓力，如圖4 所示。

該互錨碇結(jié)構(gòu)型式雖未出現(xiàn)在相關(guān)的規(guī)程規(guī)范中，也沒有在類似的設(shè)計(jì)手冊(cè)中介紹過，但其工程設(shè)計(jì)原則和受力機(jī)理與普通的錨碇結(jié)構(gòu)并無差別。該結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上講仍然屬于板樁錨碇結(jié)構(gòu)，與同等受力條件下的懸臂結(jié)構(gòu)相比，板樁的入土嵌固深度更小，板樁墻斷面尺寸也更小，不僅可以降低工程造價(jià)，同時(shí)還能加快施工進(jìn)度，提高堤岸結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全度。

圖4 互錨碇結(jié)構(gòu)

3 工程實(shí)例

天津?yàn)乘线\(yùn)動(dòng)世界是海河堤岸改造工程整體規(guī)劃中的重要節(jié)點(diǎn)之一，位于海河天津市區(qū)段國泰橋下游右岸。從功能定位與景觀協(xié)調(diào)的整體考慮出發(fā)，堤岸上建設(shè)有大面積的園林綠地、水景和運(yùn)動(dòng)健身中心、游艇俱樂部等單體建筑，該景觀區(qū)域內(nèi)設(shè)置碼頭2 座，內(nèi)嵌港池1 個(gè)。改造后的堤岸與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使得該區(qū)域構(gòu)成一幅“水清、岸綠、景美”的自然景觀，如圖5 所示。

圖5 天津?yàn)车贪墩w效果

天津?yàn)扯我?guī)劃岸線總長度821.43 m （包括內(nèi)嵌港池的岸線長度），與原岸線相比，堤岸結(jié)構(gòu)有前置也有后置。雖總體長度不長，但由于景觀設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與多樣性，該區(qū)域內(nèi)的堤岸結(jié)構(gòu)采用了5 種不同的結(jié)構(gòu)型式，如圖6 所示，以滿足堤岸結(jié)構(gòu)的整體安全和工程投資的經(jīng)濟(jì)合理。

圖6 天津?yàn)扯蔚贪督Y(jié)構(gòu)總布置

3.1 預(yù)制混凝土板樁加土層錨桿結(jié)構(gòu)型式

在 樁 號(hào)R0+000.00-R0+015.69、R0+562.42-R0+728.36 范圍內(nèi)，由于受臨近建筑物基礎(chǔ)的影響或者距離道路紅線較近，錨碇空間欠缺，所以設(shè)計(jì)采用了預(yù)制混凝土板樁加土層錨桿結(jié)構(gòu)型式。

預(yù)制混凝土板樁厚300 mm，寬度600 mm，長度根據(jù)河底高程的差別有8.5、10.5 m 2 種。板樁在河床面以下1.0 m 至樁尖的寬度方向一側(cè)制成凸榫，另一側(cè)制成凹槽，以便相鄰板樁藉此導(dǎo)向平整結(jié)合；樁的其他部分寬度方向兩側(cè)均制成凹槽，待板樁墻就位調(diào)平直以后，在接縫處以模袋混凝土充填密實(shí)，上設(shè)現(xiàn)澆導(dǎo)梁及胸墻。土層錨桿錨頭設(shè)置在0.8 m 高程處，水平間距2.0 m，下傾角25°，采用2 次注漿工藝，其中第一次注漿壓力為0.6 MPa、第二次注漿壓力4.0 MPa。

3.2 預(yù)制混凝土板樁加錨碇板結(jié)構(gòu)型式

在樁號(hào)R0+093.90-R0+396.30 范圍內(nèi)，不受錨碇空間及高程限制，采用此結(jié)構(gòu)型式受力合理，傳力明確，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中所出現(xiàn)的問題，施工質(zhì)量有保證。

錨碇板高度3.0 m，頂高程1.70 m，底標(biāo)高-1.30 m。拉桿設(shè)在0.00 m 高程處，直徑50 mm，水平間距2.0 m，在錨碇板前被動(dòng)土壓力區(qū)內(nèi)用碎石土（碎石含量30%）進(jìn)行換填處理。

3.3 預(yù)制混凝土板樁加對(duì)接螺桿結(jié)構(gòu)型式

在樁號(hào)R0+396.30-R0+468.90、R0+488.26-R0+562.42 范圍內(nèi)，由于開挖港池的影響，上述范圍內(nèi)的土體形成一個(gè)伸入水內(nèi)、兩側(cè)臨空的獨(dú)立部分，錨碇拉桿和土錨桿的長度均不足且兩側(cè)的岸線呈大致平行的布置，所以本設(shè)計(jì)創(chuàng)造性地采用了預(yù)制混凝土板樁加對(duì)接螺桿的結(jié)構(gòu)型式，使得兩側(cè)板樁互為錨碇結(jié)構(gòu)，以此維持堤岸的整體穩(wěn)定性。對(duì)接螺桿設(shè)在0.80 m 高程處，直徑50 mm，水平間距2.0 m，每根對(duì)接螺桿下設(shè)置200 mm 厚、300 mm 寬的碎石墊層。

3.4 預(yù)制混凝土板樁加現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)型式

在樁號(hào)R0+468.90-R0+488.26 范圍內(nèi)的港池出口的尖角處，由于空間狹小且兩側(cè)岸線之間的夾角關(guān)系不再適合對(duì)接螺桿受力，因此設(shè)計(jì)采用了混凝土梁板結(jié)構(gòu)受力，使得尖角部位的堤岸結(jié)構(gòu)形成整體。

混凝土拉梁斷面尺寸為400 mm×600 mm，混凝土板厚度200 mm，梁板下均設(shè)置100 mm 厚素混凝土墊層和300mm 厚碎石墊層。

3.5 懸臂灌注樁結(jié)構(gòu)型式

在樁號(hào)R0+015.69-R0+093.90、R0+728.36-R0+821.43 范圍內(nèi)，由于餐廳和游艇俱樂部等建筑基礎(chǔ)的影響，不論是錨碇板還是土拉錨錨碇系統(tǒng)都無法實(shí)現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)采用了懸臂灌注樁結(jié)構(gòu)型式。

灌注樁直徑800 mm，鋼筋保護(hù)層厚度70 mm，底標(biāo)高分別為-8.00、-10.00 m。灌注樁外套長度為2.0 m、內(nèi)徑800 mm、壁厚80 mm 的鋼筋混凝土管，套管混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C25。

4 結(jié)語

水工結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)對(duì)照景觀設(shè)計(jì)的約束條件，合理選擇堤岸的結(jié)構(gòu)型式。在條件允許的情況下，盡可能選擇受力最合理、投資最節(jié)省的結(jié)構(gòu)型式。當(dāng)工程限制條件較多時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析，敢于創(chuàng)新，只要能把握住基本的設(shè)計(jì)原則，了解其受力的實(shí)質(zhì)，一定可以綜合比選出最為合理的結(jié)構(gòu)型式。值得注意的是，本段堤岸中采用的互錨碇結(jié)構(gòu)在天津市海河堤岸工程中的使用尚屬首次，該結(jié)構(gòu)型式受力合理明確，與同等受力條件下的懸臂結(jié)構(gòu)相比，可以降低工程造價(jià)，加快施工進(jìn)度。這種充分利用結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路可為今后類似工程提供借鑒。從竣工多年的運(yùn)行狀況來看，此段堤岸結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，并未出現(xiàn)不良的結(jié)構(gòu)變形與裂縫，滿足規(guī)范要求。