兰州市西新线河堤加固工程设计浅析

刘 静，周文博

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730030）

兰州市西新线河堤加固工程设计浅析

刘 静，周文博

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730030）

近年来，兰州市黄河河堤工程进入了加固、维修的高峰期，由于滨河路大都紧邻黄河河堤，旧挡墙拆除重建不仅投资大、耗时长，还严重影响了城市的防洪安全和道路的正常使用，寻求更经济、安全、适用于当地实际条件的加固方案迫在眉睫。结合工程实例，在对挡墙进行锚索加固方案对比的基础上，摸索出通过增大墙前截面来增加挡墙稳定性的加固方案。该方案最大的特点是施工工艺简单、快捷，为兰州市旧河堤加固提供了理论依据。

河堤加固；浆砌块石河堤挡墙；稳定性计算；水位差

1　河堤现状及存在问题

兰州市是一座黄河穿城而过的城市，两山对峙，一河中流，有着独特的自然景观，在市区形成西固、安宁和城关三大盆地。大片的城市沿着黄河两岸延伸，形成了40 km连绵不断的黄河风情线。黄河兰州段位于刘家峡水库下游70～115 km处，是黄河上游重要的防汛河段。该河段西起西柳沟口，东至桑园峡，全长47.5 km，左右河岸线长约95 km，河道窄处仅120 m，宽处可达600 m，平均比降0.094%，河道纵向稳定。主河道常年流水，枯水期流量为1 580 m3/s，5 a一遇的最大流量4 840 m3/s。

黄河城区段河堤大多修建于2000年以前，均采用重力式结构，浆砌块石材料、砂浆勾缝，基础坐落在基岩（砂岩或泥岩）或稳定的卵石层上。根据兰州市设防标准，黄河河堤为1级堤防工程，设防为100 a一遇，设防流量为Q1%=6 500 m3/s。河堤经过多年的使用，由于自然老化、河道改移、河堤疏浚等多方面影响，局部河堤存在墙面破损、基地冲刷失稳、墙体裂缝等多种问题。2012年7月20日，黄河干流上游强降雨，龙羊峡、刘家峡两个水库加大泄洪流量，7月30日洪峰达到3 860 m3/s，部分河道的河堤出现裂缝、失稳、坍塌，对城市防洪安全造成很大威胁，旧有河堤的修复、加固被提上日程。

2　河堤加固方案设计

如何对既有河堤进行处理不仅受到防洪安全的限制，还受到资金、实施难度、可操作性等多方面影响。全部拆除重建不仅不现实，还受到财政资金的制约。在这种情况下，针对河堤现状的实际情况，对部分坍塌、已经出现失稳迹象的河堤进行重建，而大部分河堤还是适宜进行维修加固。为了确保加固方案的实施效果，在西新线道路沿线选择1.21 km的旧河堤作为试验段进行加固方案设计。

该段挡墙于2011年竣工，西新线道路紧邻铁路，北侧紧邻河堤和黄河，道路下管网多、桥涵多（桥梁4座、涵洞26座），符合兰州黄河段紧邻道路的特点。河堤挡墙墙高为10.82～14.94 m，旧河堤结构为衡重式挡墙，墙面坡度为1∶0.1，墙背坡度分别为1∶0.3和1∶-0.25，墙顶宽度0.85 m，墙底宽度2.07 m，墙底坡度0.15∶1，堤挡墙采用浆砌块石砌筑，挡墙基底进入泥岩部分砌筑C15片石混凝土。平均墙高12.88 m，河堤挡墙每10 m设一道沉降缝。

设计中对加固方案进行了多方案必选，拆除重建方案投资大，锚索方案对道路下管线和桥涵设施影响大，现实条件都不允许实施，最终选择了增大迎水面河堤断面的加固方案。

2.1加固方案现状调查

（1）旧河堤基础稳定性调查

加固前由施工方对旧支挡基础进行现场调查，确保旧挡墙基础坐落在基岩上，基础稳定，未出现基础掏空、松散等问题。如果发现问题采用注浆法对基础进行加固处理后方可对结构体进行加固。经排查，旧支挡基础稳定，均坐落在基岩之上。

（2）旧河堤结构整体稳定性调查

由兰州交通大学工程检测有限公司对旧挡墙尺寸、埋设深度进行调查。检查结果显示，挡墙尺寸与原设计相符，基础尺寸与原设计相符，并进入了基岩。

（3）旧河堤挡墙材料强度检测

由兰州交通大学工程检测有限公司对旧挡墙材料进行检测，根据检测结果，石材强度符合设计要求，但裸露表层存在风化现象，特别是上部挡墙的顶部材料风化严重。

（4）地质资料情况调查

地勘资料揭示地层情况如下：①素填土（Q4m）l：主要为人工回填的砂卵石、漂石、砂岩块及粉土等，分布不均匀，成分杂乱。厚度0.90～11.50 m，稍密，稍湿～湿～含水。②细砂（Q4a）l：厚度2.70～8.50 m，褐黄色，以细砂粒为主，砂颗粒均匀，夹有个别砾石。稍密，稍湿～湿～含水。③砂质泥岩（K）：埋深2.30～14.50 m，顶板标高变化于1 538.58～1 543.04 m，主要以砂质泥岩与砂岩呈互层状的形式沉积，褐红色，泥质胶结，块状构造，属软质岩石，半成岩状，遇水、空气易软化。④地下水，河堤沿线地下水与黄河水直接相通，受黄河水位涨落的影响导致地下水位变化，年变化幅度约为2.0 m。

2.2加固方案技术标准

（1）设计洪水频率：1/100；

（2）堤岸设防标准：按原有西新线堤岸设防标准100 a一遇流量6 500 m3/s设计；

（3）河道宽度:河道总宽按350 m控制；

（4）堤岸设计：依据《黄河兰州段河道规划》中1号、2号黄河大断面；

（5）堤顶超高：1.0 m；

（6）河堤挡墙抗滑稳定安全系数1.35，抗倾覆稳定安全系数1.60；

（7）地震烈度：8度，地震动峰值加速度0.20 g；（8）堤防等级：Ⅰ级堤防工程。

2.3加固方案设计难点

挡墙计算采用理正岩土计算软件，对挡墙的抗滑稳定、抗倾覆稳定进行计算。通过计算确定加固结构尺寸。理论计算与实际情况存在差异，需要在结构设计中注意并采取相应的技术措施。

（1）结构加固尺寸受到旧挡墙制约

作为衡重式挡土墙，衡重台尺寸是影响挡墙抗滑稳定性、抗倾覆稳定性的重要因素，通过增大衡重台尺寸可以有效改善旧支挡的安全性，但因为旧挡墙衡重台埋设在道路下，开挖工程量巨大，阻塞交通，无法实现，只能通过在迎河面增设防护结构，增强挡墙结构的安全性。

（2）理论计算与实际结构存在差异

不管采用哪种加固方式，在理论计算中都是按照一个结构整体进行计算、验收，但实际情况是新增设结构体与旧挡墙结构体存在材料差异，不可能像一次性施工那样成为一个结构整体。如何将增设结构体与旧结构体很好地衔接成一个整体是减小理论计算与实际情况出现偏差的关键。

（3）挡墙计算水位差确定困难

河堤挡墙是浸水式挡土墙，跟普通浸水挡墙存在的最大差异是洪水位高差的确定十分困难。作为河堤挡墙，最不利的情况发生在洪峰过后、水位巨幅下降的时期，这个时段水位差较大，对挡墙结构形成不对称压力和破坏，而水位差也成为影响结构稳定性计算的重要因素之一。

2.4加固方案采用的重要技术措施

（1）加固方案通过增大原有墙体断面来提高挡墙抗震稳定性。

利用理正岩土软件对旧挡墙进行稳定性计算和分析，通过复核计算，旧河堤抗震能力弱，需加强在不利情况下墙体的稳定性。为了利用旧挡墙断面，通过增加挡墙断面来提高挡墙稳定性。旧挡墙上部3 m左右范围内断面小、材料风化严重，加固前将风化层拆除，采用C45埋石混凝土现浇，旧墙前加大原设计断面，现浇C45钢筋混凝土，并设置高4～6 m的C45埋石混凝土护脚，加固墙体，提高挡墙整体稳定性。

（2）为了确保施工后加固部分与旧挡墙墙体牢固衔接，避免理论计算与实际施工存在偏差，结构设计中将现浇钢筋混凝土墙面顶部、底部与护脚部分相连。在旧挡墙墙体采用28钢筋植筋，梅花状布置，间距50 cm，长100 cm，加固部分墙体与旧挡墙结构通过植筋紧密连接。护脚顶宽1.5 m，高度4～5 m，底部以进入泥岩2 m为宜，具体埋深可依据现场开挖后泥岩分化情况调整。挡墙结构采用衡重式挡墙结构，衡重式挡墙上墙墙背俯斜1∶0.3，下墙墙背仰斜1∶0.25，加固后墙面坡1∶0.2，护脚面坡1∶0.3。

（3）挡墙计算最不利水位差确定为2 m

结构计算过程中，认真分析了地下水和洪水退潮形成的水位差对挡墙整体稳定性的影响。通过测算发现，水位差值对挡墙抗滑移、抗倾覆能力影响显著，对断面结构尺寸影响显著，而水位差值确定的影响因素复杂。根据历次洪水退潮速度分析，结合地下水位的变化情况，确定挡墙计算最不利水位差为2 m。在确保挡墙安全的同时也考虑了挡墙结构尺寸的经济性。

（4）施工控制

为了保障施工过程中各个环节的安全，对施工提出几个控制措施，具体如下：

（a）控制挡墙加固厚度，与浆砌块石间最小厚度不应小于0.5 m，避免加固部分断面过小形成薄弱点；

（b）植筋工艺直接影响结构衔接的整体性，植筋技术参照《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）的相关要求进行施工，植筋外露部分与内侧钢筋网片中钢筋绑扎牢固。注浆采用M 30水泥砂浆，注浆材料配比和施工要求参照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）的相关要求。

（c）植筋平均长度按1.5 m计，施工过程采用长度值在1.0～2.0 m之间，可根据实际施工情况调整长度值，植筋时应避免对墙体的整体造成破坏。植筋应进行抗拔试验，根据现场施工情况调整抗拔力、注浆压力等指标，植筋抗拉强度不小于180 kPa。

（d）挡墙墙身材料应采用C45混凝土，提供水泥混凝土材料的抗腐能力；核实并计算确定冲刷深度，挡墙基底埋深应按冲刷深度以下不小于1 m考虑。

2.5增大堤断面方案的优缺点分析

2.5.1方案优点

（1）施工工艺简单，容易实施，工期短，造价低。相对拆除重建方案，河堤工程加固方案可节省2/3的投资。由于施工工期短，可选择在枯水期施工，围堰工程费用可大幅度降低。

（2）对周围环境影响范围小。兰州市城市狭长，许多路段滨河路紧邻黄河河堤，道路下市政管网密集，相对于锚索加固法（锚索进入道路范围），该方案施工时对外界影响小，不干扰交通。

2.5.2方案缺点

（1）断面墙前单侧加固，无法增加衡重台的尺寸，导致墙前加固体断面较大，开挖面大，所需材料较多，不经济。

（2）为了增大墙前加固体尺寸，加固体坡面坡率采用1∶0.2，而黄段旧河堤坡率均为1∶0.1，二者不一致，需与未加固挡墙之间设置过渡段。

图1为河堤挡墙加固断面图。

图1　河堤挡墙加固断面图（单位：cm）

3　结语

兰州市西新线黄河河堤挡墙加固试验段已于2015年施工完成，截止目前使用了一年多的时间，目前各方面情况良好。本文结合工程实例探讨了在利用旧挡墙的前提下加固挡墙结构、增强挡墙稳定性的一些思路和方法。河堤挡墙结构计算牵涉的方面很多，除了要熟悉计算软件、挡墙结构计算原理外，还应对一些岩土工程参数、场地地质条件、水利参数、抗冲刷计算等有很好的理解，在提倡以人为本、建设环境友好型、节约型社会的大背景下，工程建设如何做到经济、安全需要工程建设者们在设计中不断积极拓展思路，积累经验，更新知识。

TV87

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1009-7716（2016）09-0088-03

2016-06-20

刘 静（1977-），女，甘肃兰州人，高级工程师，从事道路及相关市政工程设计工作。