U形倒门架在城市狭窄河道挡墙加固中的应用

谢义华

(中铁十二局集团 第七工程有限公司，长沙 410004)

城市内河是城市景观的重要载体，同时也是城市汛期主要的排洪通道，为减少占地面积、增大河道过水断面，河岸挡墙多数为直立式浸水挡墙[1]﹒随着使用年限增加，在自然外力侵蚀和内生缺陷等因素的共同作用下，河岸挡墙逐渐产生变形、开裂、倾斜、沉陷等病害[2]﹒特别是在用地紧张的城市河道建设工程中，如不及时采取加固措施，极易引发挡墙垮塌，严重危及河岸人民群众生命财产安全[3]﹒

目前，常规的挡墙加固方案主要为单独或共同从墙前、墙背、墙体入手增设加固措施，抑制挡墙病害发展，控制挡墙变形[4]﹒在工程实践中，城市内河河岸挡墙一般毗邻建筑物、地下管线或交通要道，不能拆除旧挡墙新建挡墙；如在墙前增设加固体，加固体截面尺寸较大，容易压缩河道过水断面，增加河道汛期行洪风险[5]；如在墙背采取加固措施，加固施工受河岸建筑物或墙背地下管线制约，安全风险突出，部分河道河岸无施工作业空间，无法开展机械作业；如对挡墙本体采取加固措施，大部分挡墙因病害发展较快，补强挡墙本体意义不大﹒

为解决上述难题，在南京市江北新区友谊河狭窄河段挡墙加固施工中，创新采用H 型钢焊接的U 形倒门架间隔对撑河岸病害挡墙，并在倒门 架H 型钢立柱间浇筑钢筋混凝土板墙﹒该加固方案保留了病害挡墙，仅少量侵占河道过水断面，无需扰动墙背建筑物及地下管线，无论挡墙病害发展至何种程度，均可实现良好的加固效果﹒

1 挡墙概况

南京市江北新区友谊河是直通长江的城市人工内河，河道全长2 442 m，两岸为直立式浆砌片石挡墙，挡墙宽约0.5 m，高约2.5 m，病害挡墙(见图1)所在的河道断面宽约6～10 m﹒河岸一侧为别墅区，且别墅紧邻河岸挡墙；河岸另一侧为小区内部道路﹒地下管线探测结果显示，挡墙墙背埋设有天燃气、自来水、高压电缆等地下管线，其埋深、走向及分布无规律可寻﹒近年来挡墙开裂、倾斜、沉陷等病害(见图2)愈发严重，导致河岸别墅墙体开裂、小区道路沉陷，部分段落挡墙突发垮塌，河岸挡墙亟需加固处理﹒

图1 河岸病害挡墙全貌

图2 挡墙局部垮塌

2 挡墙病害成因分析

1)旧挡墙截面偏小，挡土能力不足﹒旧挡墙墙高2.5 m，墙身宽度＜0.5 m，安全冗余度不够﹒

2)挡墙基础缺失﹒挡墙地处长江漫滩，其基础仅为1 层厚度不足5 cm 的垫层混凝土，挡墙直接落于淤泥质粉质粘土上，挡墙建成后，受河水浸泡影响，墙身一直处于沉降未收敛状态﹒

3)墙体结构松散﹒从垮塌的挡墙来看，墙体片石空隙仅有少量砂浆填充，大部分墙体系片石干码而成，墙背土压力作用于墙体，挡土墙无法整体受力﹒

3 加固方案比选

河岸挡墙接连发生局部突发垮塌事故后，引起河岸居民恐慌﹒该河道汇水面积高达19 个居民小区，汛期洪水位距离挡墙顶不足0.5 m，如在汛期来临前不能完成挡墙加固，后果不堪设想﹒针对挡墙实际情况，提出了以下6 个加固方案﹒

1)在旧挡墙前增设1 道重力式挡墙，见图3﹒

图3 墙前增设重力式挡墙

增设的重力式挡墙高2.5 m，墙顶宽b=0.3 m，墙底宽B=1.55 m，紧邻河岸旧挡墙布置，由此造成河道过水断面压缩 Δ S﹒

考虑汛期洪水位距离墙顶为0.5 m，现状河道富余过水断面3 m2(按河道净宽6 m 考虑)，很明显，墙前增设重力式挡墙将严重压缩河道过水断面，汛期洪水将淹没两岸居民小区﹒

2)墙前挂网喷浆，墙后打设锚杆或土钉﹒采用此方案，一方面由于浆砌片石挡墙墙体本身为松散体，锚杆无法控制墙体变形，挡墙仍有向外倾斜倒塌的风险；另一方面，挡墙墙背埋有天燃气、高压电线、自来水等地下管线，锚杆施工安全风险突出﹒

3)在墙背打设若干微型桩(树根桩或钻孔灌注桩)稳定墙背土体，并对墙背土体实施压密注浆，墙前挂网喷浆﹒此方案类似方案2)，微型桩施工无法避让地下管线，同时其施工牵涉到大型机械设备进场，河岸施工场地受限﹒

4)分段拆除病害挡墙，拆除1 段、砌筑1 段﹒根据挡墙病害原因分析，现状挡墙截面较小，安全冗余度不足，如重新砌筑挡墙，需增大挡墙截面﹒为保证河道过水断面，挡墙截面只能向墙背方向扩大，墙背建筑物距离河岸太近，无足够空间供挡墙截面扩大，同时拆除旧挡墙易导致河岸路面垮塌或建筑物变形迅速增大﹒

5)顺河道增加钢筋混凝土U 型槽﹒为保证河道过水，U 形槽底板顶面标高不可高于现状河床标高，且其施工需将河床往下开挖，此举造成病害挡墙基础悬空，很可能在底板基坑开挖过程现状浆砌片石挡墙突然垮塌；同时，该方案将导致河底硬质化，打破河道现有生态平衡﹒

6)将H 型钢焊接成U 形倒门架，倒门架间隔对撑河岸病害挡墙，利用倒门架立柱H 型钢翼缘板形成的凹槽，在相邻H 型钢立柱间浇筑钢筋混凝土板墙，使墙背土压力通过板墙传递至U 形倒门架﹒为防止型钢门架生锈，H 型钢立柱及H 型钢底梁均浇筑混凝土，如图4 所示﹒

图4 U 型倒门架挡墙加固

此方案完全规避从墙背和墙身入手加固挡墙，对河岸建筑物、道路、地下管线无任何干扰，充分利用钢骨混凝土结构受力性能优良但截面尺寸较小的特点，在对撑受力模式下，加固体无需靠增大截面来提高抗倾覆能力，可最大程度减少新增加固体对河道过水断面的占用﹒

经综合比选，方案6)为比较理想的加固方案，一是施工受限少、技术上可行、适用性强；二是施工难度小；三是造价较为经济﹒

4 加固体受力验算

4.1 墙背土压力计算

墙背杂填土厚度为2.5 m，依据朗肯土压力计算公式，墙背土压力[7]：

墙背土压力分布见图5﹒

图5 墙背土压力分布

4.2 倒门架受力验算

采用型号为HW400×400×13×21 的H 型钢焊接成U 型倒门架，沿河岸间隔2.5 m 对称布置，根据4.1 计算的土压力，验算H 型钢内力﹒

2)U 型倒门架H 型钢立柱底端应力σ ：

门架H 型钢满足受力要求﹒

5 加固施工

5.1 施工工艺流程

完成U 型倒门架受力检算及做好施工准备后，按照图6 所示工艺流程对病害挡墙实施加固﹒

图6 挡墙加固施工工艺流程

5.2 施工要点

5.2.1 底梁地基处理

为确保U 形倒门架不侵占河道过水断面，将倒门架底梁埋入河床以下，河床底一般富含软泥，受地下水及淤泥流动性影响，底梁沟槽很难开挖成型﹒底梁沟槽开挖前需对沟槽采用高压旋喷桩加固，一方面确保沟槽开挖过程沟槽侧壁不垮塌；另一方面保证加固体在其自重作用下不沉陷﹒为满足施工作业方便，河底高压旋喷桩建议采用满堂加固，桩径、桩长根据实际地质情况拟定﹒

5.2.2 U 形倒门架制作、就位

每榀U 型倒门架长度与河道净宽匹配，为保证型钢焊接质量以及防锈处理效果，型钢门架工厂加工、现场吊装就位﹒如河岸吊装作业场地受限，可在河道内就地完成倒门架焊接、防锈处理等工作，再将U 型倒门架落入底梁沟槽﹒型钢门架自重较大，如河道宽度不变，在挡墙顶上安装龙门吊吊装型钢门架；如河道宽度变化较大，可在河岸设置简易拔杆吊起吊型钢门架﹒

5.2.3 U 形倒门架底梁混凝土浇筑

倒门架在底梁沟槽准确就位后，及时浇筑底梁抗渗混凝土，底梁边缘宽出H 型钢翼缘板10 cm，底梁H 型钢端头距离旧挡墙面10 cm，其底部混凝土保护层厚度为10 cm﹒为保证混凝土完全包裹底梁H 型钢，混凝土宜具备优良的和易性，入模后充分振捣密实﹒

5.2.4 U 形倒门架板墙混凝土浇筑

相邻两榀倒门架间板墙钢筋在U 形倒门架就位后安装，板墙每幅浇筑10～20 m，每段板墙间设伸缩缝隔断，避免板墙因不均匀沉降而开裂﹒

5.2.5 河道生态恢复

挡墙加固体施工完毕后，将底梁间高压旋喷桩处理的土体超挖30 cm，换填河道淤泥，种植易于在河床生长的水生植物，确保挡墙加固后恢复河道原有生态环境﹒

5.3 加固效果

河道挡墙采用U 形钢骨混凝土结构加固后，变形监测数据表明河岸挡墙墙体变形得到有效控制，河岸居民安全感显著提升；经汛期排洪检验，河道挡墙新增加固体完全不影响河道行洪；河道蓄水后，河道水生动植物恢复生长﹒河道挡墙加固效果见图7﹒

图7 挡墙加固效果

6 结语

1)城市内河河岸挡墙加固受各种条件制约，建成后很难实施加固﹒所以在对其加固的同时，设计上宜趋于保守考虑，施工上应严格把控施工质量，确保挡墙在正常使用年限内不发生病害﹒

2)U 形倒门架底梁沟槽开挖前一般需对河床底泥进行固化处理，地基处理费用较大﹒如景观上无特殊要求，U 形倒门架可以反向放置，即底梁不埋入河床而横跨在河面上方，正置的门架承载力更高，可进一步缩小加固体截面，减少对河道断面的占用的同时，省去地基处理工序﹒

3)从墙体、墙背、墙前入手加固挡墙的常规思路在该河岸挡墙加固领域基本失效，而完全不侵占河道过水断面的加固方案仍需继续探索﹒

4)钢骨混凝土结构常年位于水下工作环境，应保证H 型钢防腐处理和混凝土抗渗质量，一旦H 型钢锈蚀，倒门架对撑受力功能会急剧下降﹒