衡重式挡土墙应用于边坡防治的实例探析

赖乙君

（广东省水利水电建设有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

沿河地区城市化发展，除了会引发洪涝灾害，同时也带来了河道污染问题，即便区域已建成部分截污管网，但仍有大量的污水直接入河，初期雨水、生活垃圾随意弃置河边进一步污染着河水，河水质令人堪忧，下游河口段的水质黑臭尤甚；再者，河道水生态环境缺失，堤岸滨水空间无限制利用；水环境问题已经严重影响了区域生产生活环境。在水利工程中，经常用挡土墙获取防洪保护作用，而衡重式挡土墙是用得较多的一种形式。

1 工程概况

乳源瑶族自治县南水河新材料产业园（中鸿至凌一）河段治理工程项目，位于中鸿新材料有限公司厂区为起点（桩号K0+200）至凌-化工有限公司为终点（KO+700）南水河左岸。治理河段桩号K0+200～K0+600及KO+650～K0+700。工程主要建设内容包括：治理河道长度450m；护岸长度354m，其中衡重式挡土墙+高压旋喷桩+草皮护坡65m，重力式护脚+高压旋喷桩+草皮护坡141m，旧堤加固、排水+高压旋喷桩+草皮护坡35m，原浆砌石挡墙+高压旋喷桩+草皮护坡113m；整治河床长度100m。

2 河道现状

下游段（桩号K0+000～K0+439）：河道宽约2.50 ～4.50m，由西向东流，渠道比降较小，水流较小，主要为市政道路雨水及菜地地表渗流水。河道内略有淤积，下游淤积较为明显，淤积物以砂土、黏性土为主，淤积厚度0.50 ～1.00m。现状河道右岸为机荷高速公路，桩号K0+000～K0+105段高速公路坡脚紧邻河道并有直立式砌石挡墙，挡墙局部轻微破损，局部被河水侧蚀掏空。桩号K0+105～K0+439段高速路边坡脚设有浆砌石排水沟，排水沟至现状河岸之间有滩地，滩地宽6.00 ～121.00m，杂草丛生，渠岸为土质坡面，多处坍塌，局部已受到河流的侧蚀；左岸为荒废菜地，桩号K0+000～K0+387段河岸为土质坡面，多处坍塌，局部已受到河流的侧蚀。桩号K0+387～K0+439段内侧为力劲工业园，河岸为直立式砌石挡土墙，挡墙被河水侧蚀掏空。另外，在右岸滩地处有一条支渠汇入，排水沟为梯形断面，坡面有浆砌石护面，完整性较好，淤积较为严重，多为碎块石夹黏性土，厚度为0.50m。

中游段（桩号K0+439～K0+835）：该段河道宽约3～4m，由南向北流，渠道比降小，水流较大，明渠中流水主要为厂区工业污水及住宅小区生活污水。现状河道左岸为机荷高速匝道、领好奕墅酒店及望城大厦等，右岸为力劲集团厂房、沿河空地。桩号K0+439～K0+685段力劲集团及高速匝道位置为放坡式浆砌石护坡，坡高约3m，坡角约60°，护坡整体完整性较好，坡面局部开裂并坍塌，河底混凝土护底，厚度约20cm；桩号K0+685～K0+835段力劲工业园前路至领好奕墅酒店段为直立式浆砌石挡墙，高约3.50m，护面局部轻微破损，河底无水泥、混凝土护面，河底淤积厚度约0.50 ～1.50m，淤积物以黏性土及碎、块石为主，碎、块石粒径多为10～40cm。

上游段（桩号K0+835～K1+458.6，实际长度623.60m）：该段河道实属为市政排水渠箱，宽约5.00 ～1.50m，为钢筋混凝土箱涵及混凝土排水管，沿线为居民区及道路。箱涵及排水管整体稳定性较好，略有淤积，渠底不均匀淤积少量碎块石及垃圾，暗渠由南向北流，水流较大，暗渠流水主要为厂区工业污水及附近住宅小区生活污水。

3 衡重式挡墙设计

衡重式挡土墙是依靠墙体重力抵抗土压力作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一般由石材料砌筑而成。由于挡土墙具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优点，在水利河堤工程中被广泛采用。

对河道进行治理，是否对护岸进行防护取决于在水文、地质条件下水流对河道的冲刷程度。根据《堤防工程设计规范》堤岸冲刷深度计算进行此次瑶族自治县河道整治范围内护脚、护岸结构。河道两岸由于用地红线等因素，导致不能过多地拓宽河道宽度，此次按照50年一遇防洪标准进行整治，以拓宽河道，保证河道应有的过流面积。所以对不同河段的材料选择如表1所示。

表1 材料选择一览表

3.1 顺坝及平顺护岸冲刷深度计算

顺坝及平顺护岸冲刷深度可按下列公式计算：

式（1）中：hs—部分地区冲刷高度（m）；H0—冲刷地区的水面高度（m），一般采用最大设计最大高度代替；Vcp—岸边水流的速度（m/s）；V—行进流速（m/s），设计50年一遇水位对应的平均流速。VC—泥沙起动流速（m/s），即河床面上允许不冲流速V允。清湖水河床面土质主要黏土，依据《水力计算手册》第二版（武汉大学水利水电学院、中国水利水电出版社）黏性土渠槽不冲流速V表及其注解以及非黏性土渠槽不冲流速V表及其注解，此工程河床允许不冲流速：黏土及素填土取0.75m/s，砾砂取0.75m/s，当水力半径≠1.00 时应乘以水力半径R（1/3～1/5），本工程R1/6。T—水流速度是不可确定的数值，一般需要查询具体情况确定。n—与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。

3.2 抗冲折算粒径计算

上述情况中，对护坡与护脚的防止冲击的折算粒径的计算公式如下：d=V2/［2C2g（rs-r）/r］（D.3.4 -1） （2）

式（2）中：d—折算直径（m），按球型折算；S—石块体积（m3）；g—重力加速度（9.81m/s2）；V—水流流速（m/s），此处采用设计流量下的河道深槽流速；C—石块运动的稳定系数；此工程为水平底坡，稳定系数取1.20 ；rs—石块重率，可取rs=26.00（kN/m3）；r—水的重率，r=10（kN/m3）。

经过计算，瑶族自治县河道直段和急弯段河道平均冲刷深度为0.01 ～0.78m，因此，设计采取原浆砌石挡墙及衡重式挡土墙防护，直段和弯段河底护脚结构深度≥1.00m，另外对河底全线设置0.50m厚卵石护底，桩号K0+503以上河段粒径要求≥35cm，以下河段粒径要求≥20cm。

4 挡土墙施工

此次施工从多个角度出现，经过多方面的考虑，将施工周围的具体情况、生态环境与地理位置，都进行了考量。确保此次工程可以将施工的收益最大化，不仅可以提高河道两侧的环境，还可以为当地的居民提供一定的安全保证，防止河道出现洪涝灾害。因此施工最终选择使用衡重式挡土墙。

4.1 挡墙施工

此次工程河道挡墙为衡重式挡土墙。挡墙施工前，应做好场地排水。施工时，土质基坑应防止受水浸泡。当基坑有渗透水时，应及时排除，墙前水沟及时砌筑。挡墙施工时，应在设计人员、材料供应方现场技术人员指导下进行。

挡墙分缝：混凝土挡土墙每10m分缝，缝宽20mm，用硬泡沫板填充，板后铺2000mm宽的反滤土工布。

混凝土浇筑前应详细检查仓内清理、模板、钢筋、预埋件、永久缝等，并做好记录。验收后方可浇筑。浇筑过程中，应随检查模板、支架等稳固情况，如有漏浆、变形或沉陷，应立即处理。

4.2 箱涵

采用人工立钢模、钢脚手架，商品混凝土，6m3搅拌车运输，汽车泵送浇筑，用插入式和附着式振捣器振捣，养护盖草袋，人工洒水。

箱涵施工时应先浇底板，待混凝土终凝达到一定强度后，继续侧墙和顶板的浇筑；钢筋搭接应避免在箱涵角隅和顶底板跨中内层；施工缝不能设置在角隅和跨中处。

回填料分层回填，蛙式夯机人工夯实。由于地方狭窄且回填困难，在桩与箱涵侧板之间则回填石粉渣。

4.3 钢板桩

工程在部分无足够放坡开挖位置的地段以及管道埋深较深管段，采用拉森Ⅳ新钢板桩双侧（单侧）支护开挖管道基坑。

4.4 排水涵管

管座混凝土应与管身紧密相贴，使圆管受力均匀；无基座圆管的基底应夯填密实并做好弧形管座。管节接头采用对头拼接，接缝应≤1cm，并用沥青麻絮或其他具有弹性的不透水材料填塞。各管节接缝和沉降缝应密不透水；各管节应顺水流坡度成平顺直线。涵身及基础应根据地质情况每3～6m设置沉降缝一道；涵身两侧回填土上升速度应对称均匀，涵顶1 500mm范围内的回填土不得用重型设备夯击。

4.5 基础换填

根据地勘成果，清湖水流域表层土为人工填土，其地基承载力仅80kPa，不能满足钢筋混凝土挡墙及箱涵的承载力要求，施工时须将表层人工填土挖除，用碎石换填至砾砂层。

如遇提防基础坐落于淤泥质粉质黏土层或者人工填土层等不良基础情况，须对基础进行处理。若软弱地层较小，可使用碎石换填。

5 护岸挡墙稳定验算

根据《堤防工程设计规范》第3.2.5 条，工程堤防级别为3级，挡墙抗滑、抗倾覆稳定及基底应力系数允许值见表2。

表2 挡土墙抗滑、抗倾覆稳定及基底应力系数允许值表

桩号K0-027～K0+439段右岸、K0+282～K0+439段左岸挡墙采用扶壁式挡墙，桩号K0-027～K0+282段左岸挡墙、K0+439～K0+835段两岸挡墙采用悬臂式挡墙，根据地勘成果，选择地质条件最不利的断面进行计算，选择桩号K0+000右岸扶壁式挡墙2、桩号K0+000左岸悬臂挡墙1、桩号K0+105右岸扶壁挡墙3、K0+282右岸扶壁挡墙5、K0+741左岸选编挡墙7及桩号0+741右岸悬臂挡墙8作为计算典型断面。

根据选定的典型断面，初步分析其最不利工况分别是完建工况和水位降落期工况。

完建工况：墙背填土完成，水位和底板底面齐平；墙前水位与底板底面齐平。

设计水位降落工况：墙后水位取设计洪水位，挡墙前后考虑水头差取0.50m。

各计算工况及荷载组合详见表3。

表3 挡墙计算工况及荷载组合表

6 结语

综上所述，在此次工程中衡重式挡土墙在此次工程当中，发挥出了很大的作用，并且证明了衡重式挡土墙的实用性与存在的优点。在具体施工时，应按照“生态工程学”的理念，根据护岸设计的基本资料、基本设计原则和生态要求，结合河道水流形态、景观水位及安全水深要求，并结合工程总体布置和工程区域内地质条件、用地红线及现场施工条件，在满足行洪畅通、堤岸安全稳定和截污管埋设不进行大范围开挖的同时，充分考虑生态修复、方便河道管理，结合绿化提升等要求来综合确定。