河堤护岸及抢险道路工程板桩挡土墙设计

赵 恺

（广西建川投资管理有限责任公司，南宁 530031）

0 引言

柳城县凤山镇柳江河段现阶段无成规模的河堤护岸，河道两侧均为自然边坡，常年受雨水冲刷，沟壑较多，且部分河段植被绿化不足，多年来居民建筑向河道侵占较多，影响到河道的正常行洪，洪水给凤山镇2万多居民带来较大的洪涝灾害安全威胁。随着凤山镇经济发展，为减轻甚至消除柳江给凤山镇带来的洪涝灾害，保证人民群众的生命和财产安全，改善居民居住环境及投资、旅游环境，尤其是位于项目区柳江右侧2 km的开山寺景区环境，柳城凤山河堤护岸及抢险道路工程于2017年10月开工，目前板桩挡土墙已完工。

1 工程概况

柳城凤山河堤护岸及抢险道路工程包括左岸及右岸河道护岸和抢险道路工程。护岸（包括亲水平台）总长4.880 km，其中左岸护岸长2.710 km，右岸护岸长2.170 km；抢险道路4.624 km，其中右岸抢险道路2.404 km，左岸抢险道路2.220 km。

工程建设内容有：护岸工程、抢险道路工程、排水工程（包括雨水、污水）、交通工程、照明工程和绿化工程等。

2 设计原则

2.1 护岸轴线布置原则

（1）护岸轴线的布置应使河道的流势更为顺畅、合理，应和对岸的岸坡或护岸之间的距离沿程不发生突变，不应因布置护岸设施而缩窄河道断面，影响河道的行洪能力。

（2）护岸轴线的布置应沿地质条件较好的地方布置。

（3）护岸轴线布置时应尽可能少占用耕地、少拆迁房屋。

（4）在不影响防洪安全的前提下，布置尽可能与城市规划要求相结合。

2.2 抢险道路轴线布置原则

抢险道路布置充分考虑凤山镇镇区道路系统规划，符合镇区道路总体规划。以《柳城县凤山镇总体规划（2012—2025 年）》规划为前提，综合各方因素布置抢险道路，选取规划中与护岸轴线并行规划路段作为本工程抢险道路，让市政道路与抢险道路相结合发挥更大的作用。

3 道路设计受限情况

3.1 道路主体最初的设计

根据《柳城县凤山镇总体规划（2012—2025年）》，抢险道路等级定为城市支路。通过收集凤山镇交通相关资料，抢险道路布置单向1车道，双向2车道即可满足交通需求，从而确定抢险道路宽为20 m，其中机动车道宽度为12 m，靠镇区侧人行道宽度为3 m，临河侧为5 m。道路两侧采用自然边坡，同时利用护岸与抢险道路间的空地种植绿化景观植物，这样既做到的美化景观的同时，也保证了道路边坡的稳定性，以及减少水土流失。

3.2 道路空间布置受限情况

左岸桩号1+480～2+140 段因道路左侧为已建成镇区，采用自然边坡需要占用大量现有建筑用地，需要对凤山镇镇区部分居民房进行拆迁，拆迁户数为154户。房屋拆迁受补偿款及村民个人需求等因素进展缓慢，严重影响工程施工进度，若强行拆迁将会引发社会事件，威胁凤山镇的社会稳定。

在与当地政府以及相关部门多次开会讨论协商后，对道路方案进行优化，通过将涉及拆迁路段道路轴线往河岸侧偏移，机动车道宽度保持12 m不变，将靠镇区侧人行道宽度缩减为2 m，临河侧人行道宽度缩减为4 m。道路轴线和人行道宽度的调整减少了所需拆迁房屋的数量，由原来的154 户减少为12户，仅少量拆除建设在道路范围内已废弃的房屋即可保证道路施工的空间，既为建设单位节省大笔拆迁款项，又能保障社会稳定、加快工程施工进度。经轴线调整后，避让拆迁段抢险道路可使用空间不多，为避免道路临河侧因自然边坡侵占亲水护岸用地和保证河道行洪通畅，需采取垂直的防护拦挡措施。

4 道路边坡支护设计

4.1 方案比选

根据地质勘察资料，本路段地层条件较差，不良地层较厚，不能直接作为挡土墙的持力层，如采用重力式或衡重式挡土墙，必须对地基进行加固或换填处理；经过计算得知设置挡墙段墙体高度最高达11.6 m，远超重力式挡土墙和衡重式挡土墙墙高安全范围。同时挡土墙工程量大，仅有的施工作业面不利于施工机械的进入，按照传统施工工艺，在施工工程中存在严重的安全隐患，因此不适宜采用重力式或衡重式挡土墙。如采用板桩挡土墙，其优点在于挡土墙的受力桩为摩擦抗滑桩，打入地层较深，受不良地层厚度影响较小，且能够起到防止地层因受振动、渗水作用等因素引起的深层滑移；施工面占地也较小，基本上为机械施工，施工安全性较高，施工进度亦较快。综合考虑，道路边坡支护采用板桩挡土墙。

4.2 板桩挡土墙尺寸

板桩挡土墙墙身挡土最高达11.6 m，拟定板桩挡土墙采用C35钢筋砼，桩身为钻孔灌注桩，其中地面以上部分为1.5 m×1.5 m矩形结构，挡土侧左右各设0.5 m×0.25 m 槽位用于固定挡土板；地面以下部分采用受力较好的圆柱形，桩径为1.5 m。桩埋深按约1.4 倍挡土高度取16.2 m，则桩总长27.8 m；桩间距按墙高的1/4～1/2 计，考虑到该段路基地质情况较差，故将间距选定为4 m；挡土板采用C35 钢筋砼，采用规格3.5 m×0.8 m×0.25 m。

4.3 板桩埋深验算

4.3.1 计算断面选取

计算断面选墙身最高挡土墙断面，计算墙高11.6 m，计算桩埋深14.6 m，计算断面简图见图1。

图1 计算简图

4.3.2 荷载标准

根据《公路挡土墙设计与施工技术细则》（2008年），本次设计板桩挡土墙结构重要系数γ0取为1.0，所受荷载包括永久荷载和基本可变荷载，荷载组合类别为Ⅱ类。永久荷载包括自重、土侧压力、静水压力，可变荷载包括车辆荷载引起的土侧压力、人群荷载引起的土侧压力、人群荷载。

4.3.3 侧土压力计算

（1）车辆附加荷载引起的主动土压力强度。根据《公路挡土墙设计与施工技术细则》（2008 年）车辆作用在挡土墙墙后填土上所引的附加土体侧压力可换算成岩土层厚度，计算墙高11.6 m，附加荷载标准值取10kN/m2，经计算，车辆附加荷载引起的附加主动土压力强度3.82 kPa。

（2）人群荷载引起的主动土压力强度。作用于墙顶人群荷载取5.0 kN/m2，经计算，人群荷载引起的主动土压力强度为1.95 kPa。

（3）各土层主动土压力强度。经计算，墙背路基填土层主动土压力强度为88.66 kPa，粉质粘土层②层主动土压力强度为170.22 kPa，砂质泥岩⑤层主动土压力强度为18.55 kPa。

（4）各土层被动压力强度。经计算，粉质粘土层②层被动土压力强度为237.92 kPa，砂质泥岩⑤层被动土压力强度为754.86 kPa

根据以上计算结果按比例绘制板桩挡土墙土压力图（见图2）

图2 板桩挡土墙土压力图

根据上述计算结果及结合地质钻探资料，灌注桩需深入岩层，桩长取值范围为14.5～29.1 m。

图3 土压力分块形图、集中力图、索多边形力矩图

4.3.4 板桩入土深度验算

采用图解法验算板桩入土深度。将前述土侧压力强度计算所得的土压力叠加图除力变化点外尽量按2 m 高度分成16 个小块面积，在各分块顶、底线上标注土压力强度，并绘出各分块的形心位置，计算各分块的集中力，并在形心点上绘集中力图（见图3）。选定极点O和极矩η，为了作图清楚，选两个极点O和极矩η，根据所得集中力图绘制力多边形图（见图4）。

根据力多边形按推平行线的方法画索线，索线折点通过力的作用点，作出索多边形力矩图，当最后一段索线与闭合线的交点落在最后小块面积底边上时，则说明板桩埋深是合适的，经多次调整试算绘出索多边形力矩图（见图3）。从图3可以看出当板桩埋深14.6 m时，最后一段索线闭合点基本落在最后一块小面积底边的B点上，说明桩的埋深是合适的。

根据板桩埋深计算结果，设计板桩埋深按计算埋深的1.2 倍选取，即H埋=14.6×1.2＝17.5 m。计算得单根桩长17.5+11.6=29.1 m，按墙高11.6 m 可计算得墙高埋深比为1∶1.5。

图4 力多边形图（kN）

4.4 板桩挡土墙内力、配筋计算

4.4.1 内力计算结果

（1）第一种情况：滑坡推力。背侧最大弯矩9 475.544 kN·m，距离桩顶13.600 m；面侧最大弯矩400.243 kN·m，距离桩顶24.600 m；最大剪力1 874.263 kN，距离桩顶11.600 m；桩顶位移161 mm。

（2）第二种情况：库仑土压力。背侧最大弯矩6 768.246 kN·m，距离桩顶13.600 m；面侧最大弯矩285.888 kN·m，距离桩顶24.600 m；最大剪力1 338.760 kN；距离桩顶11.600 m；桩顶位移115 mm。

4.4.2 配筋计算结果

（1）第1 种情况：滑坡推力。灌注桩距离桩顶13.6、14.1 m 处为最大配筋位置，全部纵筋面积为56 236 mm2，箍筋317 mm2；挡土板单块板全部纵筋面积为2011 mm2。

（2）第2 种情况：库仑土压力。灌注桩距离桩顶13.6、14.1 m处为最大配筋位置，全部纵筋面积为38 149 mm2，箍筋317 mm2；挡土板单块板全部纵筋面积为1365 mm2。

因此，配筋选取：灌注桩纵筋直径为32 mm，距离桩顶9.5～18.5 m 段为双排，共70 根，其余位置为36根；箍筋直径为10 mm，箍筋间距150 mm；挡土板纵筋直径为18 mm，临空侧为8根，挡土侧为5根；箍筋直径为10 mm，箍筋间距150 mm。

5 板桩挡土墙施工效果

钢筋砼挡土板预留排水口，并在挡土板后铺设级配碎石反滤层，便于土壤中水分及时排出。同时排水口下方正好是亲水平台护岸的景观绿化带，排出土壤中的水分可浇灌植物。板桩挡土墙桩与桩之间采用冠梁与连梁相连接，保证了整体的稳定性。

工程于2017 年10 月开工，目前板桩挡土墙已完工，运行效果良好。

6 结语

本工程设计充分考虑亲水护岸、抢险道路以及道路设施与镇区景观的结合，有效利用现有空间，合理布局，打造形象鲜明的凤山镇滨水景观工程，其设计和建成运行，可以为类似项目提供参考。