河道漿砌石擋墻加建結(jié)構(gòu)方案探討及加固處理

羅 俊

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518008)

1 概述

隨著人民生活品質(zhì)的提高，在“親水管水治水興水”的方針下，城市河道治理不僅要滿足防洪排澇基本的需求，還要滿足人與自然的親近需求。碧道應(yīng)滿足全線貫通、實(shí)現(xiàn)臨河漫步功能。早期國家經(jīng)濟(jì)落后、天然石材儲(chǔ)量較大，河道擋墻就近取材，部分采用漿砌石擋墻，漿砌石材料自身強(qiáng)度和耐久性比混凝土差。龍華河擋墻總高度8～10m，采用二階擋墻形式，下階擋墻與上階擋墻之間有2～4m的馬道平臺(tái)，平臺(tái)被樹木、管道占據(jù)。碧道設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)道路貫通和親水功能。由于城市河道的管線多、河岸房屋多，導(dǎo)致項(xiàng)目實(shí)際情況復(fù)雜，常規(guī)設(shè)計(jì)方案無法實(shí)施。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要結(jié)合設(shè)計(jì)工程,按基本力學(xué)知識(shí)提出自己的設(shè)計(jì)方案，滿足傳力路徑合理、施工技術(shù)可行。

2 設(shè)計(jì)邊界

2.1 周邊建筑及地下管線條件

管線現(xiàn)狀擋墻頂部1.44m處有3層已建框架結(jié)構(gòu)，二階擋墻背部1～2m范圍內(nèi)分布直徑60mm給水管和直徑300污水管，管線沿河道方向標(biāo)高漸變。其中污水管埋深較深，無改遷條件。一條1200污水管橫穿馬到平臺(tái)，接入河道污水管。一階擋墻墻腳3m范圍內(nèi)分布有直徑1.0m的污水管。一階擋墻高5.23m，二階擋墻高3.83m，馬道平臺(tái)寬度約4m?，F(xiàn)狀擋墻典型斷面如圖1所示。

圖1 現(xiàn)狀擋墻、管線、建筑布置圖

2.2 現(xiàn)狀擋墻安全性

擋墻評(píng)估結(jié)論為一階擋墻存在局部鼓包現(xiàn)象，一階擋墻需要加固處理。

2.3 地層分布及參數(shù)

二階擋墻高度范圍內(nèi)，墻后土層以雜填土為主；一階擋墻高度范圍內(nèi)，墻后土層以素填土為主；墻后土質(zhì)較差，主動(dòng)土壓力較大。擋墻基礎(chǔ)持力層范圍從上至下依次為礫砂、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖，持力層土質(zhì)較好。

2.4 景觀設(shè)計(jì)需求

平臺(tái)內(nèi)側(cè)2m范圍需滿足種樹遮陰需求，外側(cè)3.2m(其中擋墻懸挑1.2m)。

3 方案探討

3.1 懸臂式排樁擋墻

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性好，且后期蠕變小。采用懸臂式排樁擋墻方案可以擴(kuò)寬河道，增加防洪斷面。從以下幾方面考慮此方案的可行性。

(1)施工平臺(tái)：馬道平臺(tái)寬4m，樁基施工平臺(tái)還需6m堆土平臺(tái)。擋墻高5.23m，按1∶1放坡。實(shí)際堆土平臺(tái)布置如圖2所示。施工期間占河道斷面過大，影響河道度汛。

圖2 樁基施工平臺(tái)斷面圖

(2)避開管道：馬道平臺(tái)有5條管道橫穿擋墻平臺(tái)，管道拆除困難。為減少對(duì)管道的影響，1.2m污水管兩側(cè)各避開0.5m，導(dǎo)致2.2m范圍內(nèi)沒有支護(hù)樁擋土。在河水侵蝕下，土體的軟化及流水，進(jìn)一步導(dǎo)致管道、擋墻及墻頂建筑的不安全。

(3)鑿墻成孔：下階擋墻由于排樁的施工導(dǎo)致擾動(dòng)及破損，最終失去擋土功能。上階大擋墻由于排樁施工入巖產(chǎn)生的擾動(dòng)性很大，施工期間存在二階擋墻及房屋損壞甚至倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)堆土清理：土體清理時(shí)，擋墻被動(dòng)區(qū)土壓力減小，一階擋墻塌落、支護(hù)樁變形加大。由于支護(hù)樁剛度遠(yuǎn)小于重力式擋墻剛度，懸臂式排樁變形可達(dá)到60mm以上，對(duì)現(xiàn)狀建筑物影響巨大。

(5)施工不便：擋墻兩側(cè)分別存在市政道路橋梁及人行橋梁，擋墻頂部緊鄰居民建筑，施工道路無法暢通，施工設(shè)備無法到位。

綜上所述，施工空間狹小，占用河道困難，結(jié)構(gòu)變形較大，施工擾動(dòng)劇烈，從安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面考慮，排樁擋墻的方案不具備可實(shí)施性。

3.2 注漿加固+錨桿擋墻

錨桿擋墻對(duì)施工空間要求低，施工機(jī)械小，對(duì)現(xiàn)狀擋墻擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。從以下幾方面考慮此方案的可行性。

(1)鑿墻成孔：漿砌石擋墻大小不一，錨桿成孔時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部塌孔嚴(yán)重。為了解決塌孔現(xiàn)象，先在錨桿位置成孔注漿。注漿完成后，再同樣位置二次成孔施工錨桿。此方法既解決錨桿塌孔問題，又提高了老舊擋墻的強(qiáng)度。

(2)避開管道：馬道平臺(tái)有5條管道從下階擋墻表面接入河道污水管，掛板錨桿可以完全避開表層管道，如圖3所示。由于管道避讓間距與錨桿間距基本一致，對(duì)錨桿受力無影響。一階擋墻墻后無管線，錨桿錨固段具有可以實(shí)施的空間。

圖3 掛板避開管線(竣工圖片)

綜上所述，錨桿具有施工便利，對(duì)擋墻、建筑、管線擾動(dòng)小，可以避開現(xiàn)狀管線及占用河道小等優(yōu)勢(shì)，且錨桿比排樁經(jīng)濟(jì)。

4 方案優(yōu)化

4.1 優(yōu)化方法

現(xiàn)狀擋墻分為3部分，二階擋墻、馬道平臺(tái)、一階擋墻。由于管線、建筑等的復(fù)雜性，分別對(duì)3部分分析，然后綜合考慮。

4.2 二階擋墻方案優(yōu)化

擋墻頂部1.4m范圍有3層框架及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，墻后1～2m范圍有管線，墻體無法采用注漿加固、微型樁加固及錨桿加固方案。由于上部擋墻評(píng)估結(jié)果安全，設(shè)計(jì)采用減小擋墻高度來提高擋墻的安全性。設(shè)計(jì)采用在馬道平臺(tái)上澆筑0.7m厚C15墊層+0.3m厚平臺(tái)板，將上部擋墻高度由3.8m降至2.8m，如圖4所示。

圖4 擋墻加固方案

方案優(yōu)點(diǎn)：①增加二階擋墻的安全性；②滿足景觀需求，與現(xiàn)狀人行鋼橋標(biāo)高齊平。

遺留問題：增加一階擋墻的自重和高度。

4.3 平臺(tái)方案優(yōu)化

景觀需要2m左右的綠化遮陰，外側(cè)需要3.2m的人行道路，如圖5所示。

圖5 景觀碧道圖片(竣工圖片)

現(xiàn)狀馬道平臺(tái)寬度4m，無法滿足景觀設(shè)計(jì)需求，采用懸挑1.2m板，擴(kuò)寬碧道。為了平衡懸挑板自重及豎向地震作用，采用配重方式。配重主要采用二階擋墻掛板方案。后期使用階段種植槽的配重僅作為有利條件考慮。

方案優(yōu)點(diǎn)：二級(jí)擋墻掛板①解決懸挑板配重；②作為現(xiàn)狀擋墻護(hù)面；③作為景觀裝飾面找平層。

遺留問題：掛板、平臺(tái)板、種植槽增加下部擋墻的荷載。

4.4 一階擋墻方案優(yōu)化

一階擋墻評(píng)估結(jié)果需要加固。所以設(shè)計(jì)方案既要加固現(xiàn)狀擋墻，又要解決二階擋墻和平臺(tái)的遺留問題。按第3節(jié)探討方案，一階擋墻采用注漿加固+錨桿擋墻方案。

一階擋墻地基持力層主要是礫質(zhì)黏性土，地基承載力250kPa，滿足地基承載力需求。按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》地基土多年運(yùn)營被壓密，地基承載力可提高。故地基承載力滿足要求，不進(jìn)行計(jì)算。

一階擋墻土壓力不變，墊層、平臺(tái)板與一階擋墻掛板構(gòu)成整體，種植槽和二階擋墻掛板相當(dāng)于卸荷板壓重。在土壓力不變、壓重增加的情況下，一階擋墻的抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性增大，可不進(jìn)行復(fù)核。

墊層、平臺(tái)板與一階擋墻掛板構(gòu)成整體，種植槽和二階擋墻掛板相當(dāng)于卸荷板壓重。增加荷載位于擋墻整體滑動(dòng)區(qū)上方，對(duì)擋墻整體穩(wěn)定性不利，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核。

一階擋墻墻身由于河水作用，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，采用注漿加固；荷載增加采用錨桿，增加擋墻的穩(wěn)定性。

方案優(yōu)點(diǎn)：注漿加固①增強(qiáng)砌塊間粘結(jié)強(qiáng)度；②減小墻后土體壓力；③防止錨桿成孔時(shí)塌孔。

錨桿加固：解決碧道荷載增加導(dǎo)致的擋墻穩(wěn)定問題。

5 分析

SJG 73—2020《巖土錨固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》建議在無法查清現(xiàn)狀擋墻時(shí)，按不考慮擋墻有力條件，進(jìn)行錨桿設(shè)計(jì)。由于墻后土體主要為雜填土、素填土，不考慮擋墻時(shí)，設(shè)計(jì)錨桿長度過長。實(shí)際設(shè)計(jì)前，對(duì)現(xiàn)狀擋墻變形進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果為變形穩(wěn)定，即現(xiàn)狀擋墻無傾覆、滑移、整體滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)僅需要加固一階擋墻的墻身強(qiáng)度及承受加建荷載作用下的穩(wěn)定性。

墻身由于河水作用，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，采用注漿加固。墻面掛板護(hù)面，減少河水對(duì)漿砌石擋墻的沖刷。

方案優(yōu)化導(dǎo)致二階擋墻和平臺(tái)安全性提高，設(shè)計(jì)分析主要解決一階擋墻的穩(wěn)定性。

由于現(xiàn)狀擋墻的尺寸無法獲取，二階擋墻的安全性滿足要求，故設(shè)計(jì)不考慮二階擋墻及其荷載，僅考慮一階擋墻自身的荷載及穩(wěn)定性，忽略一階擋墻進(jìn)行錨桿設(shè)計(jì)。

6 其他設(shè)計(jì)

馬道平臺(tái)有管線穿過，為了后期維修，實(shí)際采用局部開洞，回填素混凝土。避免后期開挖檢修，鑿除鋼筋、破壞結(jié)構(gòu)受力，如圖6所示。

圖6 挑板平面布置圖

7 結(jié)語

方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮現(xiàn)狀條件的約束。對(duì)條件復(fù)雜部分應(yīng)拆分設(shè)計(jì)，兼顧整體。方案設(shè)計(jì)應(yīng)按受力路徑從上至下分析。下層分析時(shí)，根據(jù)其他專業(yè)的需求，可對(duì)上層已確定方案進(jìn)行修正，滿足整體需求。

合理的方案設(shè)計(jì)，既能滿足施工、適用需求，還能做到安全經(jīng)濟(jì)。