河道U型槽變形破壞及其加固設計

徐　俊

(貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽 551000)

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河道U型槽變形破壞及其加固設計

徐俊

(貴州省水利水電勘測設計研究院,貴州 貴陽 551000)

隨著全球氣候逐漸變暖，自然災害越來越嚴重，很多河道U型槽受到嚴重的變形破壞，對于河道周邊的居民構成了嚴重威脅，河道U型槽加固設計迫在眉睫。該文根據具體工程實例探究河道鋼筋混凝土U型槽加固設計實例，首先詳細介紹了U型槽設計的影響因素以及加固方式，然后對河堤的加固設計方案進行了詳細探究。在河道U型槽加固設計中，首先需要根據現場勘察，明確河堤的破壞形式，結合河流實際情況確定具體的加固設計方案，并加強施工質量控制，起到很好的加固作用。

河道U型槽；變形破壞；加固設計

現階段，人們對于自然環境保護的認識程度不斷提高，越來越重視河道U型槽人工改造工作。加強河道U型槽變形破壞及其加固設計研究，對于保護河道生態環境，保障周邊附近居民的生命財產安全至關重要[1]。

1　工程概況

貴陽觀山湖區金融中心二期地塊東臨210國道，南至金朱東路，西沿長嶺北路，北靠東林寺路，小灣河從地塊西南角流過。根據地塊開發規劃，地塊西側、西南角、南側為商業地塊，東側、北側及中心區域為住宅。

2015年至今正在實施的小灣河金融中心二期河道治理工程位于貴陽市觀山湖區，治理起始端位于觀山湖區長嶺北路，終點位于金朱東路，治理河段長約780m。該段河道的天然長度約為560m，起點高程為1260.20m，終點高程為1255.66m，高差為4.54m，天然河道的比降為7.83‰。改線后河道長度約為780m，整治河道的平均比降為1‰。

河道工程施工過程中由于地面標高調整，地面標高超出原設計較多，并且局部約50m河長范圍的U型槽河道背面出現淤泥填料的影響，以至于擋土墻墻背荷載較大，后期出現變形破壞，必須做好加固工作[2]。

2　河道現場查勘調查情況

設計人員會同甲方、監理及施工單位對河道變形(破壞)進行現場查勘和調查。根據現場查勘，河道局部段鋼筋混凝土U型槽左側壁受墻外土壓力作用向內發生變形直至破壞。據現場了解該段基礎為老泥塘，施工時基礎已做碎石換填處理，該段也未見整體位移滑動現象，基礎處理滿足要求。但該段U型槽左側淤泥未及時清理，隨著左側場地開挖堆碴逐漸靠近側墻，致使大量淤泥被擠壓隆起堆積于側墻背，側墻排水管也被淤泥封堵。堤背側墻回填材料及質量發生改變，排水溝封堵也使堤背側墻工況發生改變[3]。另外現場測量側墻頂寬也小于設計值2～4cm。 其余河段除局部仍在進行混凝土U型槽施工外，大部分已施工完畢，部分河段堤背已用石碴土回填，局部回填高度大于堤頂，未發現側墻變形現象。部分河段正在回填，但回填料以黃黏土為主，缺少石碴，未見側墻背排水濾料堆。

根據現場查勘調查情況，設計人員對原設計計算成果進行復核。復核計算結果為：原設計堤背按土夾石回填且堤背排水完善時，穩定計算和結構計算等滿足要求；當堤背填土為淤泥時，由于淤泥的土工物理力學參數極低，致使堤背回填料內摩擦角及內聚力大為減少，其堤背回填土壓力超出正常使用設計條件數倍，結構計算復核不能滿足要求，導致堤身超載破壞。

3　河道U型槽加固設計

3.1河道U型槽加固設計影響因素

對于河道U型槽加固，作用水頭是十分關鍵的，通常情況下，作用水頭可以認為是水位和U型槽水位最低點的差值。在實際工作中，防汛技術人員往往會忽視作用水頭的作用，如果將圍井抽水反壓作為防汛搶險措施，則可以降低作用水頭，使河道U型槽處于安全狀態[4]。

3.1.1設計水位條件下U型槽所承受的水荷載由作用水頭控制

在不同的作用水頭下，在U型槽的水位下降過程中，對于U型槽的影響是不同的。有些堤段地勢較低，或者內部有坑塘，在這種情況下，對于作用水頭的設計要求往往比較高，加固工程量也顯得更大。

3.1.2U型槽浸潤線和出逸點高程由作用水頭決定

將表層為弱透水覆蓋層的二元結構地基作為參考案例。作用水頭與出逸比降成正比關系，但是抗浮不太穩定。對此，必須采取有效措施對河道U型槽進行加固處理。作用水頭十分關鍵，因此，相關技術人員應該加強對于覆蓋層厚度的影響，加強技術分析設計。

3.2U型槽加固要求

目前，河道U型槽建設工程越來越復雜，出現越來越多的問題。如果河道運行處于汛期，則應該開展河道U型槽加固措施，尤其是對于堵口復堤相關工程。河道是一項永久性工程，加強質量保證是維持其正常運行的重要保證。在河道U型槽加固處理中，應該根據河堤實際情況選用先進的處理技術。對此，對于填土固結變形以及迎水面護坡設計，也應該綜合考慮河流汛期實際情況，然后再進行設計，確保符合河道汛期運行需要。當堤防決口時，往往會由于受到強烈的沖擊而形成深度較大的沖坑，增加河道工程的難度，從而為復堤工程的選線問題和基礎處理增加了難度。

4　處理方案

根據現場查勘、調查及計算復核，基本分析出河道U型槽變形破壞的原因，初步擬定以下方案供業主考慮。

4.1方案一

4.1.1已破壞段河堤

(1)該段河堤需重新修復，方案考慮保留原U型槽底板，河段側墻部位按漿砌石河堤設計，漿砌石河堤與相鄰U型槽河堤按分縫處理。

(2)堤背回填材料嚴格采用土夾石料(石碴占30%～50%)，確保堤背排水及濾料包完善。

(3)經計算，墻背填土采用加筋格柵，可大大降低土對墻背的土壓力。其加筋長度為3m，加筋高度從墻背河底高程向上填筑3m高，每夯填50cm設置一層加筋格柵。

4.1.2其余段河堤

(1)堤背回填材料嚴格采用土夾石料(石碴占30%～50%)，確保堤背排水及濾料包完善。

(2)河道兩岸堤背填土高度低于或等于原設計高程1268.5m段，采用墻背加筋填土，加筋長度3m，加筋填土高度5m(與堤身等高)，每夯填50cm設置一層加筋格柵。

(3)河道兩岸堤背填土高度高于原設計高程1268.5m段，其超高部分仍采用墻背加筋填土，加筋長度3m。

4.2方案二

4.2.1已破壞段河堤

(1)該段河堤需重新修復，方案考慮保留原U型槽底板，采用植筋方案澆筑U型槽側壁，并按堤頂覆土高度增加方案進行設計。

(2)堤背回填材料嚴格采用土夾石料(石碴占30%～50%)，確保堤背排水及濾料包完善。

4.2.2其余段河堤

(1)采用兩層加固梁的形式進行加固，在U型槽頂加設一層壓梁間距2m，第二層加固梁位于堤頂下2m，其間距也為2m。

(2)河道兩岸堤背填土高度低于或等于原設計高程1268.5m段，采用墻背加筋填土，加筋長度3m，加筋填土高度5m(與堤身等高)，每夯填50cm設置一層加筋格柵。

(3)河道兩岸堤背填土高度高于原設計高程1268.5m段，其超高部分仍采用墻背加筋填土，加筋長度3m。

4.3方案三

垮塌河段及增高河道按照堤頂覆土高度增加采用鋼筋混凝土箱涵(暗涵)的結構，并在其上采用人工河道的形式。或者調整兩岸河道保護帶的構筑物方案，進行減少河堤堤背超載。

4.4方案二的加固計算理論及依據簡化模型

因方案二由于技術難度較高，因此，現在闡述方案二的加固計算理論及依據簡化模型。

計算模型一：采用多層地下室外墻模型作為計算模型，如圖1所示。

圖1　多層地下室外墻模型

永久荷載：土壓力荷載，上部恒載—平時;可變荷載：地下水壓力，地面活載，上部活載—平時;平時組合：平時荷載基本組合;戰時組合：戰時荷載基本組合;準永久組合：平時荷載(nUll)組合(用于裂縫計算)。

經過計算采用加設兩層壓梁分別支撐原設計鋼筋混凝土U壁板，可以利用原設計配筋結合壓梁將原懸臂結構改變為頂部二次鉸接結構，使得原小區地面高程調高后增加土壓力，可以在實施以后的U型槽壁板、底板鋼筋及受力滿足強度要求。

5　結　論

綜上所述，本文主要結合河道設計的主要因素對河道U型槽變形破壞問題進行了詳細分析，根據相關資料以及案例分析對河道加固設計進行詳細的分析介紹。河道的質量要求和質量檢查技術要求比較高，因此，在實際施工中，應該盡量選用優質的施工材料，并且根據水位、具體地帶等因素確定U型槽加固設計和施工方案，配合建設生態型金融中心、提升觀山湖區城市的整體景觀效果，努力將小灣河水系的價值體現到金融中心的整體設計中，使之與周邊地塊的景觀相適宜，為區域增添生態之美的效果，提升本區域的生活環境，同時滿足良好的防洪抗洪的效果。

[1]尉希成，周美玲.支擋結構設計手冊[M].第二版.北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2]丁兆鋒，吳沛沛.U型槽結構設計與分析[J].鐵道工程學報，2009(4)：13-16.

[3]王松根，高永濤，馬飛，等.公路路基支擋結構物加固技術研究[J].巖土力學，2004(S1):110-114.

[4]高明波，劉建新.淺析河道護岸破壞因素[J].水利科技與經濟，2011(8)：70-71.

徐俊(1971-),男,高級工程師，主要從事水利工程建筑方面工作。

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