长螺旋钻孔混凝土灌注桩护岸加固设计

2016-09-28郑红

东北水利水电 2016年1期

关键词：营口市辽河护岸

郑红

（沈阳市水利规划院，辽宁沈阳110015）

长螺旋钻孔混凝土灌注桩护岸加固设计

郑红

（沈阳市水利规划院，辽宁沈阳110015）

随着经济的快速发展，城市内生态景观河道的治理逐渐提上日程。大辽河营口市城区渡口至成福里小区段防洪治理工程除具有城市防洪功能外，还应满足生态与景观要求，另外为减小工程实施过程中对周边环境和城市功能的影响，本工程采用了长螺旋钻孔混凝土灌注桩对原有护岸进行加固的设计方案，以达到消除原护岸安全隐患、提升城市景观的目的，对同类工程具有一定的借鉴意义。

护岸加固；混凝土灌注桩；长螺旋孔；防洪治理工程；营口市

1　工程概况

营口市位于我国东北松辽平原南部，辽东半岛西北部，大辽河入海口的左岸。营口市域总面积5 402 km2，东部为丘陵，西部为渤海海岸，中部为平原，海岸线长122 km。营口市北枕辽河而建，城市中心主要位于大辽河南岸。根据《营口市城市总体规划（2011-2030）》，营口市将以河海林泉自然资源为依托，逐渐发展为生态宜居城市。形成沿大辽河、大清河、沙河、熊岳河、浮渡河、碧流河等六大重点流域的滨水生态绿化廊道。目前根据现场调查发现营口境内城市段辽河护岸工程存在以下问题：1）防洪标准低、不适应城市发展需要；2）防洪工程设施不完备、部分损毁严重；3）支流、潮沟河道淤积、污染严重；4）由于历史原因，沿岸建设无统一规划。以上因素极大地阻碍了营口市的快速发展，特别是影响了城市的北转战略和城市综合体建设的实现。因此，对辽河沿岸特别是护岸的统一规划和建设工作已经迫在眉睫。

工程治理范围为营口市大辽河左岸渡口至成福里小区段辽河护岸，治理岸线长3 473.42 m。该段堤线保护范围主要为辽河公园，护岸多建于五六十年代，其中1994年至1998年曾对局部段进行了维修和加固，但由于年久失修，目前原护岸结构已出现大范围倾斜、坍塌、开裂、混凝土保护层破损、露筋等现象，存在一定的安全隐患。

2　水文

大辽河位于辽宁省中南部，在三岔河接纳浑河、太子河后，流经海城、盘山、大石桥、大洼于营口市四道沟入海。大辽河河流全长97 km，总集水面积1 962 km2。该工程所在地位于营口市北部，所在地下游海区属于不规则的半日潮，平均涨潮历时5.73 h，平均落潮历时6.7 h，潮流有明显的往复性质。营口市城区多年平均气温9.4℃，极端最低气温-28.4℃，极端最高气温34.7℃；多年平均降水量655.7 mm，年内降水分配不均匀，流域多年平均蒸发量1 658.8 mm。最大积雪深度21 cm，最大冻土深度1.01 m。工程所在地没有实测风况资料，营口市多年平均风速4.1 m/s，最大风速21.7 m/s，风向为SS W。

3　工程地质

工程区位于辽河平原的下辽河地区，所处大地构造位置属阴山东西复杂构造带东端与新华夏系第二个一级隆起带交接部位。辽河平原总体上呈北东向展布于辽宁中部，东为辽东长期缓慢上升隆起区，西为辽西间隙性长期上升隆起区，中为辽河平原的凹陷区，地貌上形成两隆夹中凹的地势特征。滨海带地势低洼，沼泽化、盐渍化严重。工程区勘探揭露的地层主要为第四系全新统地层，地层岩性主要为人工堆积的结构层、填筑土沼泽堆积的软粘性土及冲积、海积成因的低液限粘土、低液限粉土、含砂低液限粉土、粉土质砂和级配不良砂等。工程区地震基本烈度为Ⅶ度。地震动峰值加速度为0.15 g。

4　护岸加固设计及稳定性分析

4.1加固设计

工程依据GB50286-2013《堤防工程设计范》、GB/T50805-2012《城市防洪工程设计规范》、《辽河流域防洪规划报告》（2003.11）和《营口市城市防洪规划报告》（2004.08）等相关资料进行设计，治理工程设计防洪标准为重现期100年防洪标准，工程级别为2级。该工程原护岸型式多为板桩式挡墙和浆砌石重力式挡墙，此次设计对护岸采用双排混凝土灌注桩加固方案。考虑原护岸高度较高，又紧邻辽河公园和辽河主航道，为减少工程施工对辽河公园以及辽河主航道正常运营的影响，护岸加固方案为在护岸顶部原堤顶路上设双排直径为0.8 m的混凝土灌注桩加固方案，两排混凝土灌注桩中心间距为5.20 m。其中前排（迎水侧）桩长11.4 m，桩中心间距1.8 m；后排桩长8.8 m，桩中心间距0.9 m；桩上部为高2.6 m、厚0.8 m的混凝土墙。最顶部设厚0.6 m、宽7.5 m的混凝土板，将前排混凝土灌注桩与后排混凝土墙相连；中部设截面0.6 m×0.8 m的混凝土框格梁，将前排混凝土灌注桩与后排混凝土墙相连。护岸顶设6.0 m宽防汛路，路面结构为彩色沥青混凝土，路面基础利用灌注桩顶部混凝土板，迎水侧设0.6 m高防浪墙和0.6 m高的防护栏杆。原板桩式挡墙和浆砌石重力式挡墙外侧设厚度为0.35 m混凝土护面，护面采用直径25 mm的预应力锚杆和双排0.2 m×0.2 m预制混凝土方梁将混凝土护面和混凝土灌注桩相连。对挡墙重新设置排水管，以保证排水通畅。护岸河道侧堤脚，采用厚度0.3 m的格宾石笼沉排防护。防护范围至坡度不小于1∶3，并设5 m长水平段。

考虑营口地区地质情况复杂，地层主要以软粘性土、粉土和细砂为主，且有丰富的地下水，若采用传统的人工挖孔桩和常规的回旋冲击钻进行施工，施工工期将严重滞后。本着缩短施工工期、减少工程对辽河公园以及辽河主航道正常运营的影响，此次设计推荐采用长螺旋钻孔混凝土灌注桩施工方案进行混凝土灌注桩施工。长螺旋钻孔灌注桩施工，有施工周期短、造价相对较低、不受地下水位影响以及对土质基础适应性强等优点。长螺旋钻孔灌注桩施工技术即长螺旋钻孔泵送超流态混凝土后再放置钢筋笼的技术，它由日本CIP工法演变而来，与一般的钻桩不同，采用专用的长螺旋钻孔机钻至预定深度，再通过打开钻头门向内孔连续泵注超流态混凝土，同时提升钻杆，一直到桩顶为止，最后再插入钢筋笼而形成桩体。它是一种新型的桩基础施工技术，具有适应性强、成桩速度快、桩身质量好、单桩承载力高、与旋挖钻相比具有成孔费用低、现场施工干扰小等技术优点。

4.2稳定性分析

双排桩式挡墙稳定，按照JGJ120-2012《建筑基坑支护技术规程》有关规定计算。

4.2.1嵌固稳定

双排桩结构的嵌固深度符合嵌固稳定的要求：式中：Ke——嵌固稳定安全系数，安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构，分别不应小于1.25，1.20，1.15；Eak，Epk——基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的标准值，kN；aa，ap——分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的合力作用点至挡土构件底端的距离，m；G——排桩、桩顶连梁和桩间土的自重之和，kN；aG——双排桩、桩顶连梁和桩间土的重心至前排桩边缘的水平距离，m。

4.2.2整体稳定性验算1）整体稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算；2）采用圆弧滑动条分法时，其整体稳定性应符合下列规定：式中：Ks——圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为一级、二级、三级的锚拉式支挡结构，Ks分别不应小于1.35，1.30，1.25；Ks，i——第i个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值，抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定；cj，φj——第j土条滑弧面处土的粘聚力（kPa）、内摩擦角；bj——第j土条的宽度，m；θj——第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角；lj——第j土条的滑弧段长度，m，取lj＝bj/cosθj；qj——作用在第j土条上的附加分布荷载标准值，kPa；△Gj——第j土条的自重，kN，按天然重度计算；uj——第j土条在滑弧面上的孔隙水压力，kPa；R′k，k——第k层锚杆对圆弧滑动体的极限拉力值，kN；αk——第k层锚杆的倾角；Sx，k——第k层锚杆的水平间距，m；ψv——计算系数，可按ψv=0.5sin（θk＋αk）tanφ取值，此处，φ为第k层锚杆与滑弧交点处土的内摩擦角。

双排桩嵌固深度、嵌固稳定及整体稳定计算成果见表1。

根据计算结果，设计满足规范允许值要求。