河道護(hù)岸型式比選及結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

楊亞麗

摘 要：以長(zhǎng)江三角洲地區(qū)某河道治理工程為分析對(duì)象，滿足河道防洪除澇安全同時(shí)提升河道生態(tài)、景觀效果的情況下，進(jìn)行護(hù)岸型式及樁型比選，結(jié)果表明：本河道采用生態(tài)堆石擋墻護(hù)岸生態(tài)景觀效果更好。對(duì)各種計(jì)算工況下的邊坡整體穩(wěn)定、擋墻自身穩(wěn)定以及樁基進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明：邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算采用瑞典條分法獲得的安全系數(shù)結(jié)果較有限元分析安全系數(shù)結(jié)果更保守;樁基承載力及位移采用m法計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果較為接近。

關(guān)鍵詞：河道;護(hù)岸比選;結(jié)構(gòu)計(jì)算

中圖分類號(hào)：U617.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）08-0070-02

1引言

當(dāng)前隨著人居環(huán)境改善的大力推進(jìn)，傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)，難以滿足相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境需求。設(shè)計(jì)優(yōu)良的護(hù)岸型式，確保護(hù)岸生態(tài)、景觀等效果成為目前多數(shù)設(shè)計(jì)者熱衷追求的形式之一[1]。國(guó)內(nèi)多位研究者進(jìn)行了護(hù)岸設(shè)計(jì)等內(nèi)容的研究，如常陸軍對(duì)新疆昌吉濱湖河河道治理工程防洪堤護(hù)岸從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、坡面形式選擇等方面進(jìn)行了分析，并就設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了運(yùn)用，展現(xiàn)了設(shè)計(jì)內(nèi)容的可行性[2]。護(hù)岸型式是多樣的，設(shè)計(jì)中尤其要突出地理環(huán)境等要求，因此不能千篇一律[3]。本文以長(zhǎng)江三角洲沖積平原地區(qū)河道治理工程為研究對(duì)象，基于河道的現(xiàn)狀及以往經(jīng)驗(yàn)工程進(jìn)行護(hù)岸型式的比選研究、邊坡整體穩(wěn)定性及樁基承載性能計(jì)算分析，以期獲得實(shí)施性較強(qiáng)的護(hù)岸型式，達(dá)到生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)可行的目的。

2工程概況

本文研究河道位于長(zhǎng)江三角洲沖積平原地區(qū)，河道呈南北走向，主要護(hù)岸工程屬3級(jí)水工建筑物。規(guī)劃高水位為3.90m，常水位2.50m～2.80m，低水位2.00m。

河道現(xiàn)狀護(hù)岸以自然土坡為主，河道淤積嚴(yán)重，兩岸存在一定程度的岸坡坍塌、水土流失等問題，沿河景觀效果較差。隨著該地區(qū)城市建設(shè)的不斷發(fā)展，為滿足區(qū)域防汛除澇、城鎮(zhèn)發(fā)展、提升兩岸水景觀的需要，河道整治工程已顯得非常必要和緊迫。該河道地質(zhì)情況主要以淤泥質(zhì)黏土為主。

本工程河道以防洪除澇、景觀、生態(tài)為主要功能，體現(xiàn)“安全、景觀、生態(tài)”三位一體的指導(dǎo)思想，即在滿足防洪除澇的前提下，充分考慮河道本身生態(tài)環(huán)境與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

3護(hù)岸型式比選

從“安全、親水、景觀、生態(tài)”的基本原則出發(fā)，本次對(duì)生態(tài)堆石擋墻、預(yù)制混凝土砌塊擋墻、漿砌石擋墻、U型板樁四種護(hù)岸型式進(jìn)行比選，四種斷面均能滿足功能性要求，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如下。

（1）生態(tài)堆石擋墻：采用黃石壘砌，生態(tài)、景觀效果好;造價(jià)相對(duì)較低。但開挖較大，施工周期較長(zhǎng);施工對(duì)周邊環(huán)境影響較大。

（2）預(yù)制混凝土砌塊擋墻：砌塊有一定種植土深度，可種植植物，較為生態(tài);裝配式施工，施工周期較短。景觀性、生態(tài)性介于生態(tài)堆石擋墻和直立式擋墻之間，開挖較大，施工周期較長(zhǎng);施工對(duì)周邊環(huán)境影響較大。

（3）L型直立式擋墻：直立式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，擋土較高，占地少;外立面平整，便于貼面裝飾。開挖較大，施工工期較長(zhǎng);景觀、生態(tài)性一般。

（4）U型板樁：施工對(duì)周邊環(huán)境影響較小;帶水作業(yè)，施工周期短;直立式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，擋土較高，占地范圍小。但工程造價(jià)較大;景觀、生態(tài)性一般。

由此可知，預(yù)制混凝土砌塊擋墻和L型直立式生態(tài)效果不如生態(tài)堆石擋墻，略微顯得生硬;U型板樁護(hù)岸施工較方便，但護(hù)岸生態(tài)景觀效果較差，且造價(jià)較高。從生態(tài)景觀和工程造價(jià)方面考慮，推薦采用生態(tài)堆石擋墻。

4護(hù)岸結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

對(duì)生態(tài)堆石擋墻的邊坡整體穩(wěn)定、擋墻自身穩(wěn)定以及樁基承載力和位移進(jìn)行計(jì)算。生態(tài)堆石擋墻高800mm，下設(shè)鋼筋砼底板及雙排250×250×6000mm的方樁。

正常運(yùn)用條件下的基本組合選擇控制工況為設(shè)計(jì)低水位情況，河道內(nèi)設(shè)計(jì)低水位取 2.0m，對(duì)應(yīng)地下水位為地面以下0.5m。非常運(yùn)用條件I即施工期工況采用較不利的完建期施工工況，低水位河道內(nèi)設(shè)計(jì)低水位 2.0m，對(duì)應(yīng)地下水位為地面以下1.5m。堤頂?shù)孛妫o防汛通道）荷載為 5kN/m2，堤頂?shù)孛妫ㄓ蟹姥赐ǖ溃┌?0kN/m2計(jì);施工期地面荷載按20kN/m2計(jì)。

4.1 河道邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算

目前，計(jì)算邊坡穩(wěn)定性的方法主要有極限平衡法和有限元法[4]，工程中運(yùn)用較多的是瑞典條分法，本文對(duì)瑞典條分法和有限元法兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。

（1）瑞典條分法計(jì)算。瑞典條分法是條分法中最古老而又最簡(jiǎn)單的方法，除假定滑動(dòng)面為圓柱面及滑動(dòng)土體為不變形的剛體外，并忽略土條兩側(cè)面上的作用力[5]。

（2）有限元法計(jì)算。建立護(hù)岸的有限元分析模型，進(jìn)行護(hù)岸穩(wěn)定性分析，有限元法采用無位移假設(shè)，對(duì)護(hù)岸穩(wěn)定時(shí)的地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。有限元模型中，采用四邊形、三角形混合網(wǎng)格，一共1056個(gè)節(jié)點(diǎn)，972個(gè)單元。以巖土界限為計(jì)算底邊界，設(shè)置固定約束及水平約束。

瑞典條分法和有限元法的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1所示。由表1可知，不同工況下，瑞典條分法和有限元法計(jì)算的安全系數(shù)不同，瑞典條分法計(jì)算結(jié)果均小于有限元法計(jì)算結(jié)果。主要原因是有限元法考慮了土條兩側(cè)的相互作用力，從而降低了土條間的誤差，但采用瑞典條分法計(jì)算的結(jié)果較保守，且計(jì)算更加方便，從邊坡安全的角度上考慮，應(yīng)采用瑞典條分法進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算。

4.2擋墻自身穩(wěn)定計(jì)算

基礎(chǔ)多坐落于③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，經(jīng)計(jì)算兩種工況下的擋墻自身穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，應(yīng)力比滿足規(guī)范要求，地基應(yīng)力滿足地基承載力要求，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性考慮，采用造價(jià)較低、應(yīng)用廣泛的方樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

4.3樁基計(jì)算

采用250×250×6000mm的雙排樁進(jìn)行地基處理，對(duì)其樁基分別進(jìn)行承載力和位移的驗(yàn)算，同時(shí)護(hù)岸的有限元模型中也考慮了樁基影響，這里將前排樁m法的計(jì)算結(jié)果及有限元分析結(jié)果列表展示如表2。

由表2可知，樁基計(jì)算結(jié)果均滿足要求，m法計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果較為接近。

5小結(jié)

本文主要結(jié)論如下：

從生態(tài)角度看，生態(tài)堆石擋墻結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于板樁式和直立式結(jié)構(gòu)。本次工程主要選擇生態(tài)景觀效果較好的生態(tài)堆石擋墻護(hù)岸。

低水位及施工內(nèi)工況下的邊坡整體穩(wěn)定性滿足要求，瑞典條分法計(jì)算獲得的安全系數(shù)結(jié)果較有限元分析計(jì)算安全系數(shù)結(jié)果更保守。

擋墻自身穩(wěn)定抗滑不滿足規(guī)范要求，采用方樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理，樁基承載力及位移均滿足要求， m法計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果較為接近。

參考文獻(xiàn)：

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