受新建建筑物影响的既有堤岸结构改造设计总结

朱琳，刘松雪，吴艳

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津市河西区 300222；2. 天津开发区现代产业区总公司，天津市滨海新区 300480）

受新建建筑物影响的既有堤岸结构改造设计总结

朱琳1，刘松雪1，吴艳2

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津市河西区 300222；2. 天津开发区现代产业区总公司，天津市滨海新区 300480）

既有河道堤岸结构不仅要保证堤岸整体承载能力和防洪排涝的安全稳定，同时经过改造也要适应新建建筑物的功能要求。本文以受新建赛艇皮划艇比赛附属用房影响的既有堤岸结构改造设计为例，简述了堤岸结构改造方案中的原则与方法，提出了合理设计方案，总结和回顾了改造方案的设计过程，为今后的类似工程设计提供一些有益的借鉴。

新建建筑物；既有堤岸结构

0 引言

在河道岸边建设新建建筑物，设计者必须考虑新建建筑物同原有堤岸结构在空间上的关系和老结构及利用[1]，以及对原堤岸结构的合理改造方案；在保证改造后堤岸结构体系安全的前提下，能够使得新建建筑物得以顺利实施。针对第十三届全运会赛艇皮划艇项目附属用房的建设，本文以受其影响的堤岸结构改造设计为例，系统探讨了改造设计方案，并对设计过程进行了总结与回顾，以期为今后的类似工程设计提供良好的借鉴。

1 项目概况

堤岸结构作为城市河道改造项目中的基础工程，不仅要求保证堤岸整体的安全稳定，而且还要尽可能地适应景观、市政、体育赛事等综合方面的设计要求[2]。为迎接2017年全运会赛艇皮划艇比赛的顺利实施，天津市委市政府组织相关单位落实深化海河沿岸水利堤岸工程和绿化景观工程。力争在2017年全运会开幕之时，赛艇皮划艇项目附属用房必须达到功能完备、试用合格的比赛要求，而且堤岸景观不仅可以满足比赛、观赛的配套功能需求，同时需要成为独具特色的经济带、文化带、景观带[3]。

通常城市河道堤岸结构形式一般采用板桩结构[4]或密排桩结构[5]，本次改造涉及的堤岸结构形式就是混凝土密排桩结构形式-前直立式胸墙桩排墙加钢拉杆锚碇结构[6]。赛艇皮划艇项目附属用房建设在天津市吉兆桥和外环桥之间的海河左岸，最近处距堤岸线约11m（见图1）。护岸为直径600mm的密排灌注桩，中心间距为0.7m，其上设置胸墙，顶高程为1.75m，胸墙上设置锚头和钢拉杆，锚碇设施为锚碇板结构，锚碇板距离前胸墙19.85m，因此堤岸岸线以内约20m范围均为该堤岸结构所占区域；距堤岸岸线约25～38m是防洪土堤，堤顶高程为4.5m。所以，该建筑物的主体、基础在平面上与海河该段的堤岸结构和防洪堤均会发生冲突，需要对堤岸结构进行改造，以适应新建附属用房的实施。

2 方案比选和设计

原有堤岸为现浇混凝土桩排墙加钢拉杆锚碇板结构体系，本次改造方案设计考虑两种方案。方案一是采用前直立桩排墙加后间隔锚碇桩结构体系，方案二是采用前直立桩排墙加土层锚杆结构体系。方案一，需要先将现状堤岸表层土等荷载卸荷，再将埋深1.5～3.0m的原有钢拉杆、锚碇板和碎石土挖出后，进行后间隔桩体系施工，待其达到一定强度即可进行钢拉杆张拉。新建建筑物的桩基础可以与间隔桩同步施工。方案二，在表层卸荷和拆除钢拉杆、锚碇板和碎石土的基础上，仍需要将堤岸前胸墙拆除，并同步进行建筑物桩基施工，待建筑物桩基达到一定强度后，在建筑物桩与桩的空隙之间进行土层锚杆的钻孔、注浆、张拉等工序施工，期间需要再重新浇筑前堤岸胸墙。

图1 附属用房与原堤岸结构空间关系图Fig.1 Spatial relationship diagram of the ancillary building and original embankment structure

经比较，两种方案均能实现堤岸体系与新建建筑物的安全和协调共建，但是，方案一在设计上考虑保留原有前胸墙，仅将影响建筑物的部分堤岸结构拆除，拆除工程量小，改造难度较小，造价较少，同时建筑物和堤岸改造可以同步施工，能够加快施工进度；而方案二增加拆除和重新浇筑前堤岸胸墙，并需要跟建筑物进行交叉施工，相互制约，影响施工进度，造价较高；并且土层锚杆需要在建筑物桩基础空隙之间施工，难度较大，施工质量相对难于控制。综合考虑，本次改造最终采用方案一（前直立桩排墙加后间隔锚碇桩结构体系）。

对于该段堤岸结构，先将堤岸线以后35m范围内、高程0.5m以上的土挖开，为前堤岸结构卸荷，同时将钢拉杆和锚碇板出露后，将锚碇板结构拆除，并挖除锚碇板前面的碎石土；松张钢拉杆，拆除远离岸线的三段钢拉杆。然后，在距离胸墙前缘线9.65m处设置直径为800mm的混凝土灌注桩（锚碇桩），间隔布置，中心间距为2.0m，其上设置通长的帽梁，将新设置的钢拉杆锚入其中后，与之前预埋入原胸墙内的原有第一段钢拉杆连接，重新张拉。间隔锚碇桩位置与钢拉杆位置采用对应布置。实施后的堤岸间隔锚碇桩与附属用房的基础灌注桩的中心间距为均不小于2.49m（见图2）。

3 结构设计总结

本次设计仅对原堤岸结构的锚碇系统进行调整，原胸墙和灌注桩排墙护岸维持不变，因此，根据《板桩码头设计与施工规范》，对于本段的间隔桩加桩排墙堤岸结构计算内容[7]如下：

图2 附属用房与改造后堤岸结构空间关系图Fig.2 Spatial relationship diagram of the ancillary building and reconstructed embankment structure

（1）考虑两种设计状况即持久状况、偶然状况，相应的作用效应组合有：

1） 设计最高水位、设计低水位、极端低水位状态下的永久作用与可变作用效应组合。

2）设计最高水位、设计低水位状态下的永久作用与可变作用效应组合，组合中包括地震作用。

3）水位骤降状态下的永久作用与可变作用效应组合。

（2）板桩墙的“踢脚” 稳定性计算、堤岸的整体稳定性计算。

（3）板桩墙、钢拉杆等结构构件的强度计算[8]。

本次锚碇桩的稳定性依据《板桩码头设计与施工规范》（JTS 167-3—2009）第5章要求，采用手工计算。本工程没有对密排板桩墙进行改动，其后的地面荷载情况与改造前基本相同，因此本次密排板桩墙“踢脚”稳定性、堤岸的整体稳定性就不再另行计算和设计，具体可参考原有《海河堤岸结构工程初步设计报告（春意桥至吉兆桥右岸、吉兆桥至外环桥段左岸）》[6]相关内容。

锚碇桩的计算：

锚碇桩的长度和内力可按受拉杆拉力作用的桩计算。根据堤岸结构计算结果，拉杆拉力标准值为211.4kN（见表 1）。

（1）锚碇桩强度计算。

（2）锚碇桩稳定性计算。

锚碇桩的计算宽度可按式（1）确定。

表1 锚碇桩计算结果Tab.1 Calculated result of anchor piles

式中: BK——锚碇桩的计算宽度，m；

n——组成1个锚碇的桩数，根；

bz——单根桩的宽度，m。

锚碇桩的稳定性要求见式（2）

γE——主动土压力分项系数，取1.35；

Eax—— 锚碇桩后土体本身产生的主动土压力水平分力的标准值，kN；

γRA——拉杆拉力的分项系数，取1.35；

RAX——拉杆拉力水平分力的标准值，kN；

ψ——作用组合系数，取0.7；

Eqx—— 锚碇桩后地面可变作用产生的主动土压力水平分力的标准值， kN；

Epx—— 锚碇桩前被动土压力水平分力的标准值，kN；

第二，如何防范水权交易损害水源地居民的权益？从我国现有的水权交易实践来看，水权交易不但无法对既有的用水者予以补偿，反而可能会损害水源地用水户的权益。譬如，在东阳义乌案例中，东阳市政府和义乌市政府的水权交易遭到水源地用水者—东阳市横锦水库灌区的农民—的强烈反对。理论上，用水者是水权交易市场的支持者而非反对者，因为交易有利可图。那么横锦水库灌区的农民作为用水者为何极力抵制且反对呢？因为，横锦水库灌区的农民认为，东阳义乌水权交易侵犯了他们的实际利益。

γR——抗力分项系数，取1.25。

图3 改造后堤岸结构计算模型简图Fig.3 Simplified diagram of the calculated model of reconstructed embankment structure

经过计算，锚碇桩抗滑稳定系数为1.31，满足要求。

4 结束语

城市河道堤岸结构不仅要保证堤岸整体承载能力和防洪排涝的安全稳定，同时也要适应景观绿化、新建建筑物与市政工程等方面的功能要求。本文以受新建赛艇皮划艇比赛附属用房影响的既有堤岸结构改造设计为例，简述了堤岸结构改造选型中的原则与方法，在限定的约束条件下提出了合理设计方案，并总结了改造方案的设计过程，为今后的类似工程设计提供一些有益的借鉴。

[1] 张樑，徐丽，陶连银. 天津市海河堤岸改造中老结构利用的探讨[J]. 海河水利，2011，NO4：33-34.ZHANG Liang， XU Li， TAO Lianyin. Discussion on Utilization of Old Structure in Reconstruction of Haihe River Embankment in Tianjin [J]. Haihe Water Resources，2012，NO3：15-17.

[2] 张樑，徐丽，庄小军. 海河堤岸改造结构选型综述[J]. 海河水利，2012，NO3：15-17.ZHANG Liang， XU Li， ZHUANG Xiaojun. Summary of the Selection of Reconstruction Structure of Haihe River Embankment [J]. Haihe Water Resources，2012，NO3：15-17.

[3] 贾德昌. 海河神韵耀津门——记近十年天津海河两岸综合开发[J]. 中国工程咨询，2012，12（147）：6-10.JIA Dechang. The Charm of Haihe River Illuminates Tianjin—Comprehensive Development of Both Sides of Haihe River in Recent Ten Years [J]. Chinese Consulting engineers， 2012， 12（147）:6-10.

[4] 李荣庆，贡金鑫，杨丽民. 板桩结构可靠分析[J]. 水利学报，2007.10，38（10）：1265-1271.LI Rongqing， GONG Jinxing， YANG Limin. Reliability Analysis of Sheet-pile Structures. Journal of Hydraulic Engineering，2007.10， 38（10）:1265-1271.

[5] 蔡侠，杨丽美，田华. 海河堤岸改造工程中各种护岸结构的应用[J]. 内蒙古水利，2010，3（127）：133-134.CAI Xia， YANG Limei， TIAN Hua. The Application of Various Revetment Structures in Reconstruction of Haihe River Embankment [J]. Inner Mongolia Water Resources， 2010， 3（127）:133-134.

[6] 吕中维，张建坤，刘松雪，等. 天津海河堤岸结构工程初步设计报告（春意桥至吉兆桥右岸、吉兆桥至外环桥段左岸）[R].天津：中水北方勘测设计研究有限责任公司，2013.1：5～7.

[7] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司. 板桩码头设计与施工规范[S] . 北京：人民交通出版社，2009.4.

[8] 李荣庆，贡金鑫，杨丽民. 板桩码头结构设计的目标可靠指标和抗力系数[J]. 水利水运工程学报，2008.6，NO2：71-77.LI Rongqing， GONG Jinxing， YANG Limin. Target Reliability Index and Resistance Factor for Design of Sheet Pile quays[J].Hydro-science and Engineering， 2008.6， NO2: 71-77.

[9] 李作光，范永思.丰满大坝重建工程基础开挖对老坝坝基扬压和漏水观测值影响分析[J].水电与抽水蓄能，2015，1（2）：45-51.LI Zuoguang，FAN Yongsi.Reconstruction of Fengman Dam Excavation the Uplift Pressure on Dam Foundation and Leaking Data Analysis[J].Hydropower and Pumped Storage，2015，1（2）:45-51.

Design Summary of Existing Embankment Structure Reconstruction Affected by New Buildings

ZHU Lin1, LIU Songxue1, WU Yan2
(1.China Water Resources Beifang Investigation, Design & Research CO.LTD, Tianjin, 300222, China；2. TEDA Industrial Park, Tianjin,300480，China)

Existing river embankment structure should not only guarantee the overall carrying capacity of the embankment and the security and stability of flood control and drainage，but also adapt to the functional requirement of new buildings after reconstruction.In this paper， take the design of existing embankment structure reconstruction affected by the newly built ancillary building for the rowing and canoeing race for example，the principles and methods of the embankment structure reconstruction are briefly described，and reasonable design scheme is proposed. At the same time，the design process of the reconstructed scheme is summarized and reviewed， which will provide some useful references for the similar engineering design in the future.

new buildings；existing embankment structure

TV22

A

570.25

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.017

2016-01-13

2016-02-25

朱琳（1979—），男，河北人，一级注册结构工程师、一级注册建造师、高级工程师，主要研究方向：民用建筑和水利工程结构设计工作。Email: tidizl@163.com

刘松雪，（1984—），女，山东人，一级注册结构工程师、工程师，主要研究方向：民用建筑和水利工程结构设计工作。Email:756631831@qq.com

吴艳（1981—），女，安徽人，国家一级注册造价师、工程师，主要研究方向：建筑行业造价和工程管理工作。Email:wuy@teda.gov.cn