河道護岸型式比選及結構計算分析

楊亞麗

摘 要：以長江三角洲地區某河道治理工程為分析對象，滿足河道防洪除澇安全同時提升河道生態、景觀效果的情況下，進行護岸型式及樁型比選，結果表明：本河道采用生態堆石擋墻護岸生態景觀效果更好。對各種計算工況下的邊坡整體穩定、擋墻自身穩定以及樁基進行計算分析，結果表明：邊坡整體穩定性計算采用瑞典條分法獲得的安全系數結果較有限元分析安全系數結果更保守;樁基承載力及位移采用m法計算結果與有限元計算結果較為接近。

關鍵詞：河道;護岸比選;結構計算

中圖分類號：U617.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0070-02

1引言

當前隨著人居環境改善的大力推進，傳統的硬質護岸結構，難以滿足相應的生態環境需求。設計優良的護岸型式，確保護岸生態、景觀等效果成為目前多數設計者熱衷追求的形式之一[1]。國內多位研究者進行了護岸設計等內容的研究，如常陸軍對新疆昌吉濱湖河河道治理工程防洪堤護岸從結構設計、坡面形式選擇等方面進行了分析，并就設計結果進行了運用，展現了設計內容的可行性[2]。護岸型式是多樣的，設計中尤其要突出地理環境等要求，因此不能千篇一律[3]。本文以長江三角洲沖積平原地區河道治理工程為研究對象，基于河道的現狀及以往經驗工程進行護岸型式的比選研究、邊坡整體穩定性及樁基承載性能計算分析，以期獲得實施性較強的護岸型式，達到生態、經濟、科學可行的目的。

2工程概況

本文研究河道位于長江三角洲沖積平原地區，河道呈南北走向，主要護岸工程屬3級水工建筑物。規劃高水位為3.90m，常水位2.50m～2.80m，低水位2.00m。

河道現狀護岸以自然土坡為主，河道淤積嚴重，兩岸存在一定程度的岸坡坍塌、水土流失等問題，沿河景觀效果較差。隨著該地區城市建設的不斷發展，為滿足區域防汛除澇、城鎮發展、提升兩岸水景觀的需要，河道整治工程已顯得非常必要和緊迫。該河道地質情況主要以淤泥質黏土為主。

本工程河道以防洪除澇、景觀、生態為主要功能，體現“安全、景觀、生態”三位一體的指導思想，即在滿足防洪除澇的前提下，充分考慮河道本身生態環境與周邊環境相協調。

3護岸型式比選

從“安全、親水、景觀、生態”的基本原則出發，本次對生態堆石擋墻、預制混凝土砌塊擋墻、漿砌石擋墻、U型板樁四種護岸型式進行比選，四種斷面均能滿足功能性要求，但各有優缺點，具體如下。

（1）生態堆石擋墻：采用黃石壘砌，生態、景觀效果好;造價相對較低。但開挖較大，施工周期較長;施工對周邊環境影響較大。

（2）預制混凝土砌塊擋墻：砌塊有一定種植土深度，可種植植物，較為生態;裝配式施工，施工周期較短。景觀性、生態性介于生態堆石擋墻和直立式擋墻之間，開挖較大，施工周期較長;施工對周邊環境影響較大。

（3）L型直立式擋墻：直立式護岸結構，擋土較高，占地少;外立面平整，便于貼面裝飾。開挖較大，施工工期較長;景觀、生態性一般。

（4）U型板樁：施工對周邊環境影響較小;帶水作業，施工周期短;直立式護岸結構，擋土較高，占地范圍小。但工程造價較大;景觀、生態性一般。

由此可知，預制混凝土砌塊擋墻和L型直立式生態效果不如生態堆石擋墻，略微顯得生硬;U型板樁護岸施工較方便，但護岸生態景觀效果較差，且造價較高。從生態景觀和工程造價方面考慮，推薦采用生態堆石擋墻。

4護岸結構計算分析

對生態堆石擋墻的邊坡整體穩定、擋墻自身穩定以及樁基承載力和位移進行計算。生態堆石擋墻高800mm，下設鋼筋砼底板及雙排250×250×6000mm的方樁。

正常運用條件下的基本組合選擇控制工況為設計低水位情況，河道內設計低水位取 2.0m，對應地下水位為地面以下0.5m。非常運用條件I即施工期工況采用較不利的完建期施工工況，低水位河道內設計低水位 2.0m，對應地下水位為地面以下1.5m。堤頂地面（無防汛通道）荷載為 5kN/m2，堤頂地面（有防汛通道）按10kN/m2計;施工期地面荷載按20kN/m2計。

4.1 河道邊坡整體穩定性計算

目前，計算邊坡穩定性的方法主要有極限平衡法和有限元法[4]，工程中運用較多的是瑞典條分法，本文對瑞典條分法和有限元法兩種計算結果進行比較分析。

（1）瑞典條分法計算。瑞典條分法是條分法中最古老而又最簡單的方法，除假定滑動面為圓柱面及滑動土體為不變形的剛體外，并忽略土條兩側面上的作用力[5]。

（2）有限元法計算。建立護岸的有限元分析模型，進行護岸穩定性分析，有限元法采用無位移假設，對護岸穩定時的地應力場進行計算。有限元模型中，采用四邊形、三角形混合網格，一共1056個節點，972個單元。以巖土界限為計算底邊界，設置固定約束及水平約束。

瑞典條分法和有限元法的邊坡穩定性安全系數計算結果見表1所示。由表1可知，不同工況下，瑞典條分法和有限元法計算的安全系數不同，瑞典條分法計算結果均小于有限元法計算結果。主要原因是有限元法考慮了土條兩側的相互作用力，從而降低了土條間的誤差，但采用瑞典條分法計算的結果較保守，且計算更加方便，從邊坡安全的角度上考慮，應采用瑞典條分法進行邊坡整體穩定計算。

4.2擋墻自身穩定計算

基礎多坐落于③層淤泥質粉質粘土，經計算兩種工況下的擋墻自身穩定性不滿足規范要求，應力比滿足規范要求，地基應力滿足地基承載力要求，從結構穩定性、耐久性及經濟性考慮，采用造價較低、應用廣泛的方樁進行基礎處理。

4.3樁基計算

采用250×250×6000mm的雙排樁進行地基處理，對其樁基分別進行承載力和位移的驗算，同時護岸的有限元模型中也考慮了樁基影響，這里將前排樁m法的計算結果及有限元分析結果列表展示如表2。

由表2可知，樁基計算結果均滿足要求，m法計算結果與有限元分析結果較為接近。

5小結

本文主要結論如下：

從生態角度看，生態堆石擋墻結構明顯優于板樁式和直立式結構。本次工程主要選擇生態景觀效果較好的生態堆石擋墻護岸。

低水位及施工內工況下的邊坡整體穩定性滿足要求，瑞典條分法計算獲得的安全系數結果較有限元分析計算安全系數結果更保守。

擋墻自身穩定抗滑不滿足規范要求，采用方樁進行基礎處理，樁基承載力及位移均滿足要求， m法計算結果與有限元分析結果較為接近。

參考文獻：

[1]葛進雄.平原湖區港道護岸形式的分析研究[J].甘肅水利水電技術，2016，52（10）：50-53.

[2]常陸軍.昌吉濱湖河河道治理防洪堤及護岸設計[J].中國水運（下半月），2018，18（04）：168-169.

[3]王金奇.淺談鉛絲籠塊石護岸在高臺縣山水河河道治理工程中的應用[J].中國水運（下半月），2014，14（12）：307-308+310.

[4]陳祖煜.土質邊坡穩定分析——原理 方法 程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[5]趙明階.土力學與地基基礎.北京：人民交通出版社，2010.1