海河堤岸改造结构选型综述

张 樑，徐 丽，庄小军

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222；2.天津市滨海水业集团股份有限公司，天津 300381）

1 前言

海河综合开发项目是一项涉及水利、城市规划、建筑、交通、市政、园林等多行业、规模宏大、技术复杂的大型系统工程。为满足天津市海河行洪排涝与通航的功能要求，依据《港口航道与护岸工程设计施工规范》（JTJ 300-2000），改造后的海河堤岸均采用直立式护岸结构，既改善了海河的行洪、排涝、通航条件，又节省了土地，解决了工程用地紧张的问题。

2 堤岸结构选型的原则

2.1 锚碇板桩结构

当堤岸高度较高（即堤岸前河床面与堤岸后地面高差较大）时，锚碇板桩结构是受力最为合理、结构传力最为明确的一种结构型式，如图1 所示。该结构型式将板桩墙后的土压力直接通过钢拉杆传至其后的锚碇结构，因此板桩的入土嵌固深度较小，工程投资相应减小。而且该结构型式便于及时发现施工中出现的各种问题，拉杆的张拉力容易控制，施工质量有保障，堤岸结构的安全度也最高。在不受邻近建筑物基础和市政管线等工程条件的约束下，应尽可能采用该结构型式。

锚碇结构可采用锚碇墙、锚碇板桩或锚碇桩等不同的型式，并应根据场地条件和拉杆力大小等因素综合确定。锚碇结构前的被动土压力区域内应采用内摩擦角较大的回填料 （如碎石含量≥30%的回填土）进行回填处理。

图1 锚碇板桩结构

2.2 板桩土层锚杆结构

当堤岸的岸线与后侧施工完毕的道路距离较近或是距邻近建筑物基础和市政管线较近时，锚碇结构的开挖空间受限，板桩墙后的锚碇结构无法实施。而板桩墙土层锚杆结构在实施过程中对墙后的已有建筑物和地下管线埋设位置要求大大降低。土层锚杆横向、竖向可适度调整，灵活布置，且能够提供足够的锚固拉力，可以保证堤岸结构的整体稳定，如图2 所示。

图2 土层锚杆结构

一般而言，根据土体类型、工程特性与使用要求，土层锚杆锚固体结构可以设计为圆柱型、端部扩大头型或连续球体型三类。土层锚杆的所有拉力均由锚固段锚杆与周边土体的粘结锚固提供。值得注意的是，《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22-2005）中规定，对于倾斜锚杆来说，其自由段长度应超过土体破裂面1m，以保证能够充分计算锚杆拉力。

2.3 悬臂结构

当堤岸后侧的建筑物基础埋置较深且距离较近或堤岸距后侧下沉路较近时，既没有锚碇结构的实施空间，又不能满足土层锚杆的锚固段长度要求，此时，受工程条件的制约，不得不采用悬臂结构以保证堤岸结构的整体稳定，如图3 所示。由于悬臂结构是依靠墙前入土段的被动土压力来平衡墙后的主动土压力，因此与板桩锚碇结构相比，堤岸悬臂桩的入土嵌固深度更大，断面也更大。工程常采用断面较板桩墙更大的地下连续墙或钻孔灌注桩排墙作为悬臂堤岸结构。

图3 悬臂结构

2.4 互锚碇结构

当堤岸岸线为伸入水中的凸出部分 （即两侧均为临水面）时，应根据工程的实际情况，确定堤岸结构的具体型式。若伸入水中的部分尺寸较小，可采用悬挑结构或桩梁板结构； 若伸入水中的部分尺寸较大且景观有种植要求等，就要求堤岸结构沿着伸入水中的岸线进行施工，当没有锚碇结构或土层锚杆的实施空间时，可以将两侧的板桩墙作为对方的锚碇结构来考虑，即通过钢拉杆将两侧的板桩联系起来以平衡墙后土压力，如图4 所示。

该互锚碇结构型式虽未出现在相关的规程规范中，也没有在类似的设计手册中介绍过，但其工程设计原则和受力机理与普通的锚碇结构并无差别。该结构从本质上讲仍然属于板桩锚碇结构，与同等受力条件下的悬臂结构相比，板桩的入土嵌固深度更小，板桩墙断面尺寸也更小，不仅可以降低工程造价，同时还能加快施工进度，提高堤岸结构的整体稳定安全度。

图4 互锚碇结构

3 工程实例

天津湾水上运动世界是海河堤岸改造工程整体规划中的重要节点之一，位于海河天津市区段国泰桥下游右岸。从功能定位与景观协调的整体考虑出发，堤岸上建设有大面积的园林绿地、水景和运动健身中心、游艇俱乐部等单体建筑，该景观区域内设置码头2 座，内嵌港池1 个。改造后的堤岸与周边环境协调统一，使得该区域构成一幅“水清、岸绿、景美”的自然景观，如图5 所示。

图5 天津湾堤岸整体效果

天津湾段规划岸线总长度821.43 m （包括内嵌港池的岸线长度），与原岸线相比，堤岸结构有前置也有后置。虽总体长度不长，但由于景观设计的复杂性与多样性，该区域内的堤岸结构采用了5 种不同的结构型式，如图6 所示，以满足堤岸结构的整体安全和工程投资的经济合理。

图6 天津湾段堤岸结构总布置

3.1 预制混凝土板桩加土层锚杆结构型式

在 桩 号R0+000.00-R0+015.69、R0+562.42-R0+728.36 范围内，由于受临近建筑物基础的影响或者距离道路红线较近，锚碇空间欠缺，所以设计采用了预制混凝土板桩加土层锚杆结构型式。

预制混凝土板桩厚300 mm，宽度600 mm，长度根据河底高程的差别有8.5、10.5 m 2 种。板桩在河床面以下1.0 m 至桩尖的宽度方向一侧制成凸榫，另一侧制成凹槽，以便相邻板桩藉此导向平整结合；桩的其他部分宽度方向两侧均制成凹槽，待板桩墙就位调平直以后，在接缝处以模袋混凝土充填密实，上设现浇导梁及胸墙。土层锚杆锚头设置在0.8 m 高程处，水平间距2.0 m，下倾角25°，采用2 次注浆工艺，其中第一次注浆压力为0.6 MPa、第二次注浆压力4.0 MPa。

3.2 预制混凝土板桩加锚碇板结构型式

在桩号R0+093.90-R0+396.30 范围内，不受锚碇空间及高程限制，采用此结构型式受力合理，传力明确，便于及时发现施工过程中所出现的问题，施工质量有保证。

锚碇板高度3.0 m，顶高程1.70 m，底标高-1.30 m。拉杆设在0.00 m 高程处，直径50 mm，水平间距2.0 m，在锚碇板前被动土压力区内用碎石土（碎石含量30%）进行换填处理。

3.3 预制混凝土板桩加对接螺杆结构型式

在桩号R0+396.30-R0+468.90、R0+488.26-R0+562.42 范围内，由于开挖港池的影响，上述范围内的土体形成一个伸入水内、两侧临空的独立部分，锚碇拉杆和土锚杆的长度均不足且两侧的岸线呈大致平行的布置，所以本设计创造性地采用了预制混凝土板桩加对接螺杆的结构型式，使得两侧板桩互为锚碇结构，以此维持堤岸的整体稳定性。对接螺杆设在0.80 m 高程处，直径50 mm，水平间距2.0 m，每根对接螺杆下设置200 mm 厚、300 mm 宽的碎石垫层。

3.4 预制混凝土板桩加现浇混凝土梁板结构型式

在桩号R0+468.90-R0+488.26 范围内的港池出口的尖角处，由于空间狭小且两侧岸线之间的夹角关系不再适合对接螺杆受力，因此设计采用了混凝土梁板结构受力，使得尖角部位的堤岸结构形成整体。

混凝土拉梁断面尺寸为400 mm×600 mm，混凝土板厚度200 mm，梁板下均设置100 mm 厚素混凝土垫层和300mm 厚碎石垫层。

3.5 悬臂灌注桩结构型式

在桩号R0+015.69-R0+093.90、R0+728.36-R0+821.43 范围内，由于餐厅和游艇俱乐部等建筑基础的影响，不论是锚碇板还是土拉锚锚碇系统都无法实现，所以设计采用了悬臂灌注桩结构型式。

灌注桩直径800 mm，钢筋保护层厚度70 mm，底标高分别为-8.00、-10.00 m。灌注桩外套长度为2.0 m、内径800 mm、壁厚80 mm 的钢筋混凝土管，套管混凝土强度等级不低于C25。

4 结语

水工结构工程师应对照景观设计的约束条件，合理选择堤岸的结构型式。在条件允许的情况下，尽可能选择受力最合理、投资最节省的结构型式。当工程限制条件较多时，应认真分析，敢于创新，只要能把握住基本的设计原则，了解其受力的实质，一定可以综合比选出最为合理的结构型式。值得注意的是，本段堤岸中采用的互锚碇结构在天津市海河堤岸工程中的使用尚属首次，该结构型式受力合理明确，与同等受力条件下的悬臂结构相比，可以降低工程造价，加快施工进度。这种充分利用结构本身特点的设计思路可为今后类似工程提供借鉴。从竣工多年的运行状况来看，此段堤岸结构非常稳定，并未出现不良的结构变形与裂缝，满足规范要求。