上塘中塘片118地塊配套設施應急工程河道護岸穩定計算

尤斌武，黃孫堅

（永嘉縣水利水電勘測設計院，浙江 溫州 325100）

1 工程概況

永嘉縣城位于楠溪江下游，由右岸的主城區與左岸渭石、李浦區組成。主城區三面環山，一面臨江，地勢平緩，平均地面高程4.80～7.50 m（1985 國家高程基準，下同），受暴雨山洪來水威脅，常發生洪澇災害。為此，進行規劃改道河道的上寺浦及連塘浦段河道新開處理，涉及總長320.05 m（規劃上甌線東側至振興路左側），現狀河寬7～4 m，上寺浦、連塘浦是南城街道城西片山區性河道。

2 實施難點及治理方案

2.1 實施難點

此次河道治理工程在實施過程中主要面臨以下問題：一是原連塘浦段恰好位于118地塊開發建設擾動范圍內，在地塊工程建設前必須進行連塘浦改道方案設計及可行性論證。二是老上寺浦西側溪流流經上甌線同步規劃建設段，必須填塞處理流經該段規劃紅線范圍內的溪流。三是根據浙江省水利水電勘測設計院編制的《楠溪江下游防洪規劃排澇專題鵝浦、中塘水系規模論證》以及《永嘉縣上塘新城區控制性詳細規劃》，新連塘浦規劃河底高程為2.64～2.06 m，考慮到老連塘浦下游尚處于未規劃開發狀態，故可將新連塘浦河道內積水排至老連塘浦，并應根據現狀進行河底高程對老連塘浦疏浚處理。

2.2 治理方案

結合河道治理目的及實施難點，上塘中塘片118地塊配套設施應急工程（河道部分）主要治理任務包括新開河道和河道疏浚兩部分。新開河道工程設計中心線樁號為K0+000.00～K0+320.05段，主要包括建設北起上寺浦與上甌線交界處新開河道工程，建設河道為東西走向，流經上甌線和118地塊附近，截止至振興路左側。新開河道全長320.05 m，河寬16 m，涉及河道疏浚部分共有三處：第一處為新開連塘浦接入老連塘段，疏浚長度103.67 m；第二處為規劃連塘浦接入老電大浦段；長度223.94 m；第三處為老連塘浦疏浚段，長度295.67 m。

此次河道護岸擋墻采用頂寬0.60 m 的漿砌塊石重力式擋墻，墻頂通過C25混凝土壓頂，墻高平均為2.70 m，墻底通過厚0.30 m 的C25 混凝土底板護底，迎水面垂直，背水面設計坡比1∶0.4，堤后回填夯實。

3 河道穩定計算

3.1 護岸擋墻穩定計算

地塊配套設施應急工程河道護岸材料中漿砌石容重r=23 kN/m3，混凝土容重r=23 kN/m3，鋼筋混凝土容重r=24 kN/m3。天然地基淤泥承載力標準值fk=50 kPa，堤頂附加車輛荷載。此外，該地塊配套設施應急工程河道護岸所用石渣重度20 kN/m3，顆粒間粘結力為0 kPa，摩擦角32°；回填土方重度18.50 kN/m3，顆粒間粘結力18 kPa，摩擦角10°。

護岸擋墻穩定計算的正常運行工況為護岸擋墻建成后投運，即擋土墻填土到頂，墻前為常水位4.00 m；非常運行工況1：護岸擋墻建成后未投運，墻后填土到頂，墻前無水的情況；非常運行工況2：護岸擋墻建成后已投運，墻后填土到頂，墻前水位為高水位5.60 m。根據河道地質狀況、護岸岸線設置實際，進行最不利斷面護岸擋墻穩定分析，地基承載力標準值fk 取50.00 kPa，則天然地基擋墻抗滑、抗傾穩定分析成果見表1。

表1 天然地基擋墻安全穩定計算成果表

根據表中天然地基擋墻安全穩定成果，樁號K0+320 左右岸最不利斷面抗滑及抗傾穩定安全系數均符合規范要求，但是基底壓應力遠大于地基承載力標準值，考慮到該工程河道擋墻基礎主要位于淤泥層，故必須對護岸擋墻基礎設施加固。此工程規模小，依據規范并借鑒類似工程設計經驗，主要通過規格250 mm×250 mm、設計樁長4 m的預制C30混凝土方樁進行地基加固處理。根據《建筑地基基礎設計規范》，單樁承載力按摩擦樁計算，公式如下：

Rk=Up∑qsili+qpAp（1）

式中：Rk—抗滑樁單樁豎向承載力；Up—抗滑樁樁身周長；qsi—抗滑樁樁側阻力；li—抗滑樁樁身穿過第i層土層的土體厚度（m）；qp—樁端端阻力；Ap—樁身的橫截面面積（m2）。

將河道治理工程相關參數取值代入式（1）所計算的單樁承載力為178.00 kN。當抗滑樁水平承載力主要受水平位移影響，且單樁水平靜載試驗資料較為匱乏時，應當通過式（2）進行預制樁、鋼樁以及樁身配筋率≥0.65%灌注樁單樁水平承載力特征值的計算：

式中：Rha—鋼筋混凝土預制抗滑樁水平承載力（kPa）；EI—鋼筋混凝土預制抗滑樁樁身抗彎剛度（kPa）；x0a—鋼筋混凝土預制抗滑樁樁頂允許水平位移（mm），取6 mm；Vx—鋼筋混凝土預制抗滑樁樁頂水平位移系數；α—鋼筋混凝土預制抗滑樁水平變形系數。計算得，此工程C30混凝土預制方樁單樁水平承載力為8.72 kN。

斷面護岸擋土墻預制C30 混凝土方樁按照1.20 m 的橫向間距和0.90 m的縱向間距分三排布設。加固后的護岸擋墻抗滑穩定及整體結構穩定均滿足規范及設計要求。

3.2 護岸抗滑穩定計算

3.2.1 計算方法

該地塊配套設施應急工程河道護岸穩定分析采用河海大學編制的Auto Bank7.3 穩定分析程序。穩定分析采用畢肖普法，公式如下：

式（3）～（5）中：K—抗滑穩定系數；W—土條重力（kg）；u—作用在土條底面的孔隙壓力（kPa）；α—條塊重力線與通過此條底面中點的半徑之間的夾角（°）；b—土條寬度（m）；c′、φ′—土條底面的有效用力抗剪強度標準值（kPa）；r0—結構重要性系數；ψ—設計狀況系數；rc、rf—土體抗剪強度指標的材料性能分項系數，rc=1.2，rf=1.05；rR—土條的相當安全系數；ρc—土條的凝聚力與摩擦力的比值；rd—結構系數。

3.2.2 計算工況

為進行該河道護岸穩定計算，共設置兩種工況：一是非常工況，即護岸擋墻建成且已投入運行的狀態下，此時墻后填土頂，墻前無水；適當考慮頂部活荷載，并將其轉化為土體高度輸入計算分析。土體指標選用直剪快剪或三軸不排水剪指標，計算方法采用總應力法。二是正常工況，即護岸擋墻建成且已投入運行的狀態下，即擋土墻填土到8.40 m，適當考慮頂部活荷載，并將其轉化為土體高度輸入計算分析。土體指標選用固結快剪或三軸固結不排水剪指標，計算方法采用總應力法。

3.2.3 抗滑穩定計算結果

結合該地塊配套設施應急工程河道地質條件、護岸岸線布置情況，取不利地段斷面指標參數，代入式（3）～（5）進行穩定分析計算，計算成果見表2。

表2 河道護岸抗滑穩定計算成果表

由上表抗滑穩定系數計算結果可以看出，該地塊配套設施應急工程河道岸坡穩定安全系數滿足規范要求，表明工程所采取的治理措施效果顯著。

4 結論

此次新開河道護岸采用漿砌塊石重力式擋墻加固結構設計，通過計算及論證，證實了該加固型式具有較高的適用性，且加固后護岸擋墻穩定及抗滑穩定均符合規范及設計要求。項目實施后必將滿足上塘城區控制性規劃，為上塘城區118地塊的建設提供道路、電力、綜合通信、橋梁等公共配套設施；新開河道在上塘中塘片118 地塊建設開發使用過程中處于中心地位，對于118 地塊人文景觀建設也起到基礎性作用；新開河道工程還能顯著提高區域排澇、防洪能力。最后，上塘中塘片118 地塊配套設施應急工程河道新開治理后現狀河道水環境容量將明顯增大，過去水質惡化的局面將徹底改觀。