河道浆砌石挡墙加建结构方案探讨及加固处理

2022-11-11罗俊

水利技术监督 2022年11期

罗俊

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东深圳 518008)

1 概述

随着人民生活品质的提高，在“亲水管水治水兴水”的方针下，城市河道治理不仅要满足防洪排涝基本的需求，还要满足人与自然的亲近需求。碧道应满足全线贯通、实现临河漫步功能。早期国家经济落后、天然石材储量较大，河道挡墙就近取材，部分采用浆砌石挡墙，浆砌石材料自身强度和耐久性比混凝土差。龙华河挡墙总高度8～10m，采用二阶挡墙形式，下阶挡墙与上阶挡墙之间有2～4m的马道平台，平台被树木、管道占据。碧道设计利用现有平台，实现道路贯通和亲水功能。由于城市河道的管线多、河岸房屋多，导致项目实际情况复杂，常规设计方案无法实施。结构设计需要结合设计工程,按基本力学知识提出自己的设计方案，满足传力路径合理、施工技术可行。

2 设计边界

2.1 周边建筑及地下管线条件

管线现状挡墙顶部1.44m处有3层已建框架结构，二阶挡墙背部1～2m范围内分布直径60mm给水管和直径300污水管，管线沿河道方向标高渐变。其中污水管埋深较深，无改迁条件。一条1200污水管横穿马到平台，接入河道污水管。一阶挡墙墙脚3m范围内分布有直径1.0m的污水管。一阶挡墙高5.23m，二阶挡墙高3.83m，马道平台宽度约4m。现状挡墙典型断面如图1所示。

图1 现状挡墙、管线、建筑布置图

2.2 现状挡墙安全性

挡墙评估结论为一阶挡墙存在局部鼓包现象，一阶挡墙需要加固处理。

2.3 地层分布及参数

二阶挡墙高度范围内，墙后土层以杂填土为主；一阶挡墙高度范围内，墙后土层以素填土为主；墙后土质较差，主动土压力较大。挡墙基础持力层范围从上至下依次为砾砂、砾质黏性土、全风化花岗岩，持力层土质较好。

2.4 景观设计需求

平台内侧2m范围需满足种树遮阴需求，外侧3.2m(其中挡墙悬挑1.2m)。

3 方案探讨

3.1 悬臂式排桩挡墙

钢筋混凝土结构的耐久性好，且后期蠕变小。采用悬臂式排桩挡墙方案可以扩宽河道，增加防洪断面。从以下几方面考虑此方案的可行性。

(1)施工平台：马道平台宽4m，桩基施工平台还需6m堆土平台。挡墙高5.23m，按1∶1放坡。实际堆土平台布置如图2所示。施工期间占河道断面过大，影响河道度汛。

图2 桩基施工平台断面图

(2)避开管道：马道平台有5条管道横穿挡墙平台，管道拆除困难。为减少对管道的影响，1.2m污水管两侧各避开0.5m，导致2.2m范围内没有支护桩挡土。在河水侵蚀下，土体的软化及流水，进一步导致管道、挡墙及墙顶建筑的不安全。

(3)凿墙成孔：下阶挡墙由于排桩的施工导致扰动及破损，最终失去挡土功能。上阶大挡墙由于排桩施工入岩产生的扰动性很大，施工期间存在二阶挡墙及房屋损坏甚至倒塌的风险。

(4)堆土清理：土体清理时，挡墙被动区土压力减小，一阶挡墙塌落、支护桩变形加大。由于支护桩刚度远小于重力式挡墙刚度，悬臂式排桩变形可达到60mm以上，对现状建筑物影响巨大。

(5)施工不便：挡墙两侧分别存在市政道路桥梁及人行桥梁，挡墙顶部紧邻居民建筑，施工道路无法畅通，施工设备无法到位。

综上所述，施工空间狭小，占用河道困难，结构变形较大，施工扰动剧烈，从安全、技术、经济方面考虑，排桩挡墙的方案不具备可实施性。

3.2 注浆加固+锚杆挡墙

锚杆挡墙对施工空间要求低，施工机械小，对现状挡墙扰动小等优点。从以下几方面考虑此方案的可行性。

(1)凿墙成孔：浆砌石挡墙大小不一，锚杆成孔时，会导致局部塌孔严重。为了解决塌孔现象，先在锚杆位置成孔注浆。注浆完成后，再同样位置二次成孔施工锚杆。此方法既解决锚杆塌孔问题，又提高了老旧挡墙的强度。

(2)避开管道：马道平台有5条管道从下阶挡墙表面接入河道污水管，挂板锚杆可以完全避开表层管道，如图3所示。由于管道避让间距与锚杆间距基本一致，对锚杆受力无影响。一阶挡墙墙后无管线，锚杆锚固段具有可以实施的空间。

图3 挂板避开管线(竣工图片)

综上所述，锚杆具有施工便利，对挡墙、建筑、管线扰动小，可以避开现状管线及占用河道小等优势，且锚杆比排桩经济。

4 方案优化

4.1 优化方法

现状挡墙分为3部分，二阶挡墙、马道平台、一阶挡墙。由于管线、建筑等的复杂性，分别对3部分分析，然后综合考虑。

4.2 二阶挡墙方案优化

挡墙顶部1.4m范围有3层框架及结构基础，墙后1～2m范围有管线，墙体无法采用注浆加固、微型桩加固及锚杆加固方案。由于上部挡墙评估结果安全，设计采用减小挡墙高度来提高挡墙的安全性。设计采用在马道平台上浇筑0.7m厚C15垫层+0.3m厚平台板，将上部挡墙高度由3.8m降至2.8m，如图4所示。

图4 挡墙加固方案

方案优点：①增加二阶挡墙的安全性；②满足景观需求，与现状人行钢桥标高齐平。

遗留问题：增加一阶挡墙的自重和高度。

4.3 平台方案优化

景观需要2m左右的绿化遮阴，外侧需要3.2m的人行道路，如图5所示。

图5 景观碧道图片(竣工图片)

现状马道平台宽度4m，无法满足景观设计需求，采用悬挑1.2m板，扩宽碧道。为了平衡悬挑板自重及竖向地震作用，采用配重方式。配重主要采用二阶挡墙挂板方案。后期使用阶段种植槽的配重仅作为有利条件考虑。

方案优点：二级挡墙挂板①解决悬挑板配重；②作为现状挡墙护面；③作为景观装饰面找平层。

遗留问题：挂板、平台板、种植槽增加下部挡墙的荷载。

4.4 一阶挡墙方案优化

一阶挡墙评估结果需要加固。所以设计方案既要加固现状挡墙，又要解决二阶挡墙和平台的遗留问题。按第3节探讨方案，一阶挡墙采用注浆加固+锚杆挡墙方案。

一阶挡墙地基持力层主要是砾质黏性土，地基承载力250kPa，满足地基承载力需求。按《铁路桥涵地基和基础设计规范》地基土多年运营被压密，地基承载力可提高。故地基承载力满足要求，不进行计算。

一阶挡墙土压力不变，垫层、平台板与一阶挡墙挂板构成整体，种植槽和二阶挡墙挂板相当于卸荷板压重。在土压力不变、压重增加的情况下，一阶挡墙的抗滑移、抗倾覆稳定性增大，可不进行复核。

垫层、平台板与一阶挡墙挂板构成整体，种植槽和二阶挡墙挂板相当于卸荷板压重。增加荷载位于挡墙整体滑动区上方，对挡墙整体稳定性不利，应进行复核。

一阶挡墙墙身由于河水作用，导致强度降低，采用注浆加固；荷载增加采用锚杆，增加挡墙的稳定性。

方案优点：注浆加固①增强砌块间粘结强度；②减小墙后土体压力；③防止锚杆成孔时塌孔。

锚杆加固：解决碧道荷载增加导致的挡墙稳定问题。

5 分析

SJG 73—2020《岩土锚固技术标准》建议在无法查清现状挡墙时，按不考虑挡墙有力条件，进行锚杆设计。由于墙后土体主要为杂填土、素填土，不考虑挡墙时，设计锚杆长度过长。实际设计前，对现状挡墙变形进行观测。观测结果为变形稳定，即现状挡墙无倾覆、滑移、整体滑动的风险，设计仅需要加固一阶挡墙的墙身强度及承受加建荷载作用下的稳定性。

墙身由于河水作用，导致强度降低，采用注浆加固。墙面挂板护面，减少河水对浆砌石挡墙的冲刷。

方案优化导致二阶挡墙和平台安全性提高，设计分析主要解决一阶挡墙的稳定性。

由于现状挡墙的尺寸无法获取，二阶挡墙的安全性满足要求，故设计不考虑二阶挡墙及其荷载，仅考虑一阶挡墙自身的荷载及稳定性，忽略一阶挡墙进行锚杆设计。