浅析城区河道防洪工程设计

　　摘要：防洪工程涉及面广, 与人民的生命财产安全息息相关, 是重要的基础设施, 应基于工程布置区的周边环境及经济条件, 采用不同的设计方案。本文介绍某河道城区段防洪工程设计内容, 可为相关河道防洪治理设计提供参考。

　　关键词：防洪墙; 加固; 灌注桩;
 

　　1 引言

　　某河道横穿县城, 河道全长23km, 本次治理总长约7.8km, 本河道防洪标准为20年一遇, 设计防洪水位为11.27~12.03m, 堤防级别为3级, 上下游均已建防洪墙, 因征地拆迁等原因, 现遗留路桥上游43m未实施。本段现场建筑垃圾堆集, 杂草丛生, 且岸坡坡度较陡, 岸坡高度约4m, 居民房屋密集, 距坡顶约4.5m有5层楼的民房, 随时都有塌坡的危险, 严重威胁防洪安全及城区环境, 为保障县城人民的生命财产安全, 改善市民的生活环境, 本段治理是地区防洪保安的迫切需要。

　　2 防洪墙工程设计

　　2.1 工程地质条件

　　拟建防洪墙工程区地震动峰值加速度为0.05g, 对应的工程区地震基本烈度为Ⅵ度。工程区地下水类型主要为孔隙潜水及孔隙承压水;孔隙潜水主要分布于上部粉质壤土中, 孔隙承压水主要赋存于下部的砂砾石夹碎石中。测得场地地下水埋深2.9~3.2m, 相应地下水位高程为8.16~8.45m;地下水位随河水位变化而变化。结合现场原位测试及室内土工试验成果, 场地地层可分为7层, 各土层特征叙述如下:

　　杂填土:以建筑垃圾为主, 主要成分以碎石、块石夹壤土为主, 局部含混凝土块, 其中上部2.9m为灰岩堆筑。土层厚3.3~3.6m, 层底高程7.76~8.14m。

　　(1) 层重粉质壤土 (Q4al) :呈褐黄夹灰色, 湿, 软可塑~可塑。属于中等偏高压缩性土。土层厚0.9~1.3m, 层底高程6.84~7.21m。

　　(2) 层重粉质壤土 (Q4al) :呈褐黄、灰黄、灰色, 很湿, 流塑~软塑, 局部可塑;局部夹轻粉质壤土, 底部夹淤泥质重粉质壤土。属高压缩性土。层厚3.4~5.1m, 层底高程2.44~3.61m。

　　(3) 层淤泥质重粉质壤土夹砾石 (Q4al) :灰色, 饱和, 软塑/稍密, 砾石直径1~15mm, 含量10%~30%。属高压缩性土。层厚0.5~2.2m, 层底高程1.41~2.86m。

　　(4) 层砂砾石夹碎石 (Q4al) :夹壤土, 杂色, 饱和, 中密~密实, 砾石、碎石含量50%以上, 砾石直径2mm左右, 碎石直径4cm以上。属低压缩性土。该层未完全揭穿, 已揭露最大层厚6.8m, 最深层底高程-4.36m。

　　(5) 1层全风化花岗岩 (K) :白、灰白色, 硬塑, 呈砂质粘性土状。层厚2.5~3.4m, 层底高程-7.25~-6.44m。

　　(5) 2层强~弱风化花岗岩 (K) :灰白色, 夹黑色斑点, 呈短柱状或柱状。该层未完全揭穿, 已揭露最大层厚3.1m, 最深层底高程-10.35m。

　　2.2 方案选择

　　根据地形及现场勘查的情况, 对拟建堤防加固提出了以下三种方案。

　　(1) 土堤方案:即迎水侧按1∶3边坡进行削坡, 按设计标断面在背水侧加培, 堤顶高程为设计洪水位, 迎水侧设1.0m高防洪墙, 见图1。该方案相对来讲, 工程直接投资较小, 施工方便, 但占地和拆迁工程量和投资较大, 总体投资较大。

　　(2) 仰斜式挡墙+防洪墙方案:即在堤防迎水侧按1∶1开挖 (宽度需满足施工和结构要求) , 浇筑C20砼仰斜式挡墙, 挡墙顶设1.0m高防洪墙, 墙顶高程满足堤防超高要求, 堤顶不低于设计洪水位即11.27m;背水侧与地面顺接。同时, 为满足稳定要求, 挡墙埋深不小于1.0m, 见图2。该方案相对来讲, 工程直接投资较大, 且堤后有5层民房, 需考虑支护, 施工难度一般, 拆迁工程量和投资, 总体较大。

　　(3) 支护桩防洪墙方案:即在在靠近房屋边缘4m外设置一排钢筋砼钻孔灌注桩;在灌注桩之间设置一排高压旋喷桩进行防渗;灌注桩迎水侧采用钢筋砼罩面, 以减轻水流冲刷、减少水土流失和增加护岸的整洁美观。在上述灌注桩及罩面前设亲水平台。亲水平台与道路采用台阶连接, 与现有防洪墙前平台平顺衔接。该方案相对来讲, 工程直接投资稍大, 施工难度较高, 但占地工程量和投资小, 且能少占用河道, 景观性较好, 总体投资稍大。

　　三个方案工程量与投资比较详见表1。

　　综合上述比较, 进一步从工程实施以及管理、拆迁以及占地、工程量及投资、景环境观及上下游衔接等方面综合考虑, 运漕镇镇区段、雍镇段镇区段本次加固拟采用方案三, 即支护桩防洪墙方案。

　　2.3 灌注支护桩防洪墙方案布置及设计

　　防洪墙设置二排钢筋砼钻孔灌注桩, 在靠近房屋侧设置一排灌注桩直径1.0m、间距1.2m, 灌注桩底高程为-4.03m, 桩顶设1.2m×0.8m (宽×高) 冠梁, 冠梁顶高程为11.7m;在灌注桩之间设置二排高压旋喷桩进行防渗, 水泥旋喷桩直径0.6m、间距1.2m, 靠近房屋侧旋喷桩底高程为5.69m, 靠近河道侧旋喷桩底高程为4.68 m;灌注桩迎水侧采用0.8m厚钢筋砼罩面, 以减轻水流冲刷、减少水土流失和增加护岸的整洁美观。另外, 为便于市民亲水、游憩, 拟在上述灌注桩及罩面前设2.5m宽亲水平台, 平台高程为8.08m, 平台为0.6m厚钢筋砼平板结构, 并采用灌注桩支撑, 桩直径1.0m, 间距2.8~3.0m, 桩底高程为-3.52m。亲水平台外侧设1.2m高防腐实木栏杆;亲水平台与道路采用台阶连接, 与现有防洪墙前平台平顺衔接。

　　考虑到该地区的人文地理条件, 提高居民的生活品质, 结合城市的远景规划, 本次防洪墙规划设计在罩面侧墙墙体上嵌入砂岩浮雕, 以地区的历史文化、现代化建设为题材, 将其篆刻在浮雕上, 游人在休憩的同时, 便可感知地区的文化底蕴及现代发展。

　　依据文献[2]及地质资料, 利用理正深基坑软件, 将桩视为刚性桩, 采用M法计算, 分为桩身的推力和库仑压力两部分, 安全系数均为1.2。计算内力结果见表2、图4。防洪墙最大位移 (抛物线法) 为20mm, 整体抗滑稳定安全系数最小为1.41, 抗倾稳定系数最小为1.54, 抗隆起稳定系数为6.0, 按照《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120-2012) 及《堤防工程设计规范》 (GB50286-2013) , 均满足要求。

　　2.4 防洪墙施工

　　本支护桩防洪墙主要施工步骤为:钻孔灌注桩 (靠河侧) 施工→钻孔灌注桩 (靠房屋侧) 施工 (二序法) →旋喷桩施工 (二序法) →浇筑桩顶冠梁→开挖至7.48m高程→浇筑0.6m厚平台板→浇筑砼罩面→开挖至河底高程。

　　2.4.1 灌注桩施工

　　本次灌注桩必须采用旋挖钻施工, 不得采用冲击钻, 且应采取间隔成桩施工, 并应在混凝土终凝后才可进行邻桩施工。在造孔施工过程中应采取有效护壁措施, 严防塌孔。清孔后应尽快吊放钢筋笼, 浇注水下砼。灌注桩桩底沉渣厚度≤50mm。成桩后, 所有桩体采用低应变法检测桩身完整性, 不少于50%桩体采用超声波复测其完整性。

　　2.4.2 高压旋喷桩施工

　　施工前结合各土层分布高程, 严格进行旋喷施工工艺试验, 并根据工艺试验结果进一步优化调整详细施工控制参数。旋喷桩钻孔孔位允许偏差不得大于3cm, 孔斜率不得大于0.5%, 钻孔采用泥浆护壁, 孔深超过设计桩底。

　　2.4.3 钢筋砼罩面施工

　　首先清理表面土体, 然后绑扎钢筋, 且钢筋应与帽梁伸出钢筋绑扎在一起, 然后浇筑混凝土, 钢筋绑扎采用Φ16@200三级钢筋, 混凝土强度为C25。

　　2.4.4 施工注意事项

　　施工时应该严格按照施工的工序进行施工, 待灌注桩以及帽梁达到设计强度时才可进行土方开挖, 并且做好对灌注桩主体结构、附近建 (构) 筑物 (包括房屋、管道) 等进行全过程的监测。

　　3 结语

　　本工程主体部分已基本完工, 工程施工对周边建筑物影响很小, 防洪墙结构设计方案做到了经济合理, 因地制宜, 有效的改善了该段河道的防洪安全及周边环境, 可供类似工程设计参考。

　　参考文献
　　[1]建筑基坑支护技术规程.[S].JGJ120-2012.
　　[2]黄峰, 付挺, 杨智本.抗滑桩的原理及其设计[J].山西建筑, 2007, 33 (1) :106-107.
　　[3]堤防工程设计规范.[S].GB50286-2013.
　　[4]李荣峰.抗滑桩设计计算方法研究[D].西安:长安大学硕士学位论文, 2006.
　　[5]繁昌县西门河左岸防洪墙工程简要设计说明, 安徽省水利水电勘测设计院, 2016.