上塘中塘片118地块配套设施应急工程河道护岸稳定计算

尤斌武，黄孙坚

（永嘉县水利水电勘测设计院，浙江 温州 325100）

1 工程概况

永嘉县城位于楠溪江下游，由右岸的主城区与左岸渭石、李浦区组成。主城区三面环山，一面临江，地势平缓，平均地面高程4.80～7.50 m（1985 国家高程基准，下同），受暴雨山洪来水威胁，常发生洪涝灾害。为此，进行规划改道河道的上寺浦及连塘浦段河道新开处理，涉及总长320.05 m（规划上瓯线东侧至振兴路左侧），现状河宽7～4 m，上寺浦、连塘浦是南城街道城西片山区性河道。

2 实施难点及治理方案

2.1 实施难点

此次河道治理工程在实施过程中主要面临以下问题：一是原连塘浦段恰好位于118地块开发建设扰动范围内，在地块工程建设前必须进行连塘浦改道方案设计及可行性论证。二是老上寺浦西侧溪流流经上瓯线同步规划建设段，必须填塞处理流经该段规划红线范围内的溪流。三是根据浙江省水利水电勘测设计院编制的《楠溪江下游防洪规划排涝专题鹅浦、中塘水系规模论证》以及《永嘉县上塘新城区控制性详细规划》，新连塘浦规划河底高程为2.64～2.06 m，考虑到老连塘浦下游尚处于未规划开发状态，故可将新连塘浦河道内积水排至老连塘浦，并应根据现状进行河底高程对老连塘浦疏浚处理。

2.2 治理方案

结合河道治理目的及实施难点，上塘中塘片118地块配套设施应急工程（河道部分）主要治理任务包括新开河道和河道疏浚两部分。新开河道工程设计中心线桩号为K0+000.00～K0+320.05段，主要包括建设北起上寺浦与上瓯线交界处新开河道工程，建设河道为东西走向，流经上瓯线和118地块附近，截止至振兴路左侧。新开河道全长320.05 m，河宽16 m，涉及河道疏浚部分共有三处：第一处为新开连塘浦接入老连塘段，疏浚长度103.67 m；第二处为规划连塘浦接入老电大浦段；长度223.94 m；第三处为老连塘浦疏浚段，长度295.67 m。

此次河道护岸挡墙采用顶宽0.60 m 的浆砌块石重力式挡墙，墙顶通过C25混凝土压顶，墙高平均为2.70 m，墙底通过厚0.30 m 的C25 混凝土底板护底，迎水面垂直，背水面设计坡比1∶0.4，堤后回填夯实。

3 河道稳定计算

3.1 护岸挡墙稳定计算

地块配套设施应急工程河道护岸材料中浆砌石容重r=23 kN/m3，混凝土容重r=23 kN/m3，钢筋混凝土容重r=24 kN/m3。天然地基淤泥承载力标准值fk=50 kPa，堤顶附加车辆荷载。此外，该地块配套设施应急工程河道护岸所用石渣重度20 kN/m3，颗粒间粘结力为0 kPa，摩擦角32°；回填土方重度18.50 kN/m3，颗粒间粘结力18 kPa，摩擦角10°。

护岸挡墙稳定计算的正常运行工况为护岸挡墙建成后投运，即挡土墙填土到顶，墙前为常水位4.00 m；非常运行工况1：护岸挡墙建成后未投运，墙后填土到顶，墙前无水的情况；非常运行工况2：护岸挡墙建成后已投运，墙后填土到顶，墙前水位为高水位5.60 m。根据河道地质状况、护岸岸线设置实际，进行最不利断面护岸挡墙稳定分析，地基承载力标准值fk 取50.00 kPa，则天然地基挡墙抗滑、抗倾稳定分析成果见表1。

表1 天然地基挡墙安全稳定计算成果表

根据表中天然地基挡墙安全稳定成果，桩号K0+320 左右岸最不利断面抗滑及抗倾稳定安全系数均符合规范要求，但是基底压应力远大于地基承载力标准值，考虑到该工程河道挡墙基础主要位于淤泥层，故必须对护岸挡墙基础设施加固。此工程规模小，依据规范并借鉴类似工程设计经验，主要通过规格250 mm×250 mm、设计桩长4 m的预制C30混凝土方桩进行地基加固处理。根据《建筑地基基础设计规范》，单桩承载力按摩擦桩计算，公式如下：

Rk=Up∑qsili+qpAp（1）

式中：Rk—抗滑桩单桩竖向承载力；Up—抗滑桩桩身周长；qsi—抗滑桩桩侧阻力；li—抗滑桩桩身穿过第i层土层的土体厚度（m）；qp—桩端端阻力；Ap—桩身的横截面面积（m2）。

将河道治理工程相关参数取值代入式（1）所计算的单桩承载力为178.00 kN。当抗滑桩水平承载力主要受水平位移影响，且单桩水平静载试验资料较为匮乏时，应当通过式（2）进行预制桩、钢桩以及桩身配筋率≥0.65%灌注桩单桩水平承载力特征值的计算：

式中：Rha—钢筋混凝土预制抗滑桩水平承载力（kPa）；EI—钢筋混凝土预制抗滑桩桩身抗弯刚度（kPa）；x0a—钢筋混凝土预制抗滑桩桩顶允许水平位移（mm），取6 mm；Vx—钢筋混凝土预制抗滑桩桩顶水平位移系数；α—钢筋混凝土预制抗滑桩水平变形系数。计算得，此工程C30混凝土预制方桩单桩水平承载力为8.72 kN。

断面护岸挡土墙预制C30 混凝土方桩按照1.20 m 的横向间距和0.90 m的纵向间距分三排布设。加固后的护岸挡墙抗滑稳定及整体结构稳定均满足规范及设计要求。

3.2 护岸抗滑稳定计算

3.2.1 计算方法

该地块配套设施应急工程河道护岸稳定分析采用河海大学编制的Auto Bank7.3 稳定分析程序。稳定分析采用毕肖普法，公式如下：

式（3）～（5）中：K—抗滑稳定系数；W—土条重力（kg）；u—作用在土条底面的孔隙压力（kPa）；α—条块重力线与通过此条底面中点的半径之间的夹角（°）；b—土条宽度（m）；c′、φ′—土条底面的有效用力抗剪强度标准值（kPa）；r0—结构重要性系数；ψ—设计状况系数；rc、rf—土体抗剪强度指标的材料性能分项系数，rc=1.2，rf=1.05；rR—土条的相当安全系数；ρc—土条的凝聚力与摩擦力的比值；rd—结构系数。

3.2.2 计算工况

为进行该河道护岸稳定计算，共设置两种工况：一是非常工况，即护岸挡墙建成且已投入运行的状态下，此时墙后填土顶，墙前无水；适当考虑顶部活荷载，并将其转化为土体高度输入计算分析。土体指标选用直剪快剪或三轴不排水剪指标，计算方法采用总应力法。二是正常工况，即护岸挡墙建成且已投入运行的状态下，即挡土墙填土到8.40 m，适当考虑顶部活荷载，并将其转化为土体高度输入计算分析。土体指标选用固结快剪或三轴固结不排水剪指标，计算方法采用总应力法。

3.2.3 抗滑稳定计算结果

结合该地块配套设施应急工程河道地质条件、护岸岸线布置情况，取不利地段断面指标参数，代入式（3）～（5）进行稳定分析计算，计算成果见表2。

表2 河道护岸抗滑稳定计算成果表

由上表抗滑稳定系数计算结果可以看出，该地块配套设施应急工程河道岸坡稳定安全系数满足规范要求，表明工程所采取的治理措施效果显著。

4 结论

此次新开河道护岸采用浆砌块石重力式挡墙加固结构设计，通过计算及论证，证实了该加固型式具有较高的适用性，且加固后护岸挡墙稳定及抗滑稳定均符合规范及设计要求。项目实施后必将满足上塘城区控制性规划，为上塘城区118地块的建设提供道路、电力、综合通信、桥梁等公共配套设施；新开河道在上塘中塘片118 地块建设开发使用过程中处于中心地位，对于118 地块人文景观建设也起到基础性作用；新开河道工程还能显著提高区域排涝、防洪能力。最后，上塘中塘片118 地块配套设施应急工程河道新开治理后现状河道水环境容量将明显增大，过去水质恶化的局面将彻底改观。