芳村圍浪損堤加固達(dá)標(biāo)工程設(shè)計(jì)

芳村圍浪損堤加固達(dá)標(biāo)工程設(shè)計(jì)

廣州市位于珠江三角洲的北緣，位于珠江下游。北、西、東交匯處。地勢(shì)較低，易受北、西河兩岸洪水和臺(tái)灣風(fēng)暴破壞的影響。而市區(qū)現(xiàn)有的防洪(潮)工程標(biāo)準(zhǔn)普遍較低。近年來(lái),廣州市區(qū)的防洪排澇工程建設(shè)發(fā)展迅速,市區(qū)內(nèi)現(xiàn)已建成了一批質(zhì)量較高、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的防洪排澇工程。從現(xiàn)有的工程情況看,建設(shè)的水利堤防工程,不僅要達(dá)到安全和穩(wěn)固,還要結(jié)合城市規(guī)劃建設(shè)要求和環(huán)境美化、綠化的需要,使廣州市的建設(shè)融為一體。作為廣州市城市防洪工程建設(shè)的一部分,芳村圍浪損堤加固達(dá)標(biāo)工程較好地達(dá)到了這個(gè)目的。1堤身半部分創(chuàng)造芳村圍浪損堤由南氵教花地河口至沙洛下村,全長(zhǎng)2550m。由于這段石堤是80年代初砌筑的,經(jīng)濟(jì)條件決定了水利工程的標(biāo)準(zhǔn)較低,而且斷面單薄,基礎(chǔ)埋深淺,在洪潮江浪的作用下,部分石堤崩塌,堤內(nèi)回填土、砂石下陷。特別是南氵教一帶,原堤身為土堤,僅在迎水面護(hù)砌塊石,堤頂高程偏低,基本上沒(méi)有道路,不能滿足防洪搶險(xiǎn)的需要,平時(shí)也不便于管理。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行,堤身下半部分淘刷嚴(yán)重。往返平洲與香港、廣西等地的高速飛翔船的波浪較大,在低水位時(shí)激起的大浪可以直接撲上堤頂,如果在高水位時(shí)飛翔船經(jīng)過(guò)就更加危險(xiǎn)。因此,廣州市水利局決定在除險(xiǎn)加固的基礎(chǔ)上,結(jié)合該區(qū)城市規(guī)劃的需要,爭(zhēng)取把2550m長(zhǎng)的芳村圍浪損堤建設(shè)成為芳村區(qū)的“沿江路”,既有交通功能,又是市民的休閑帶,作為城市近郊一種典型的堤圍形式。2工程所在區(qū)域、行業(yè)芳村圍位于珠江主干流側(cè),屬潮汐地區(qū),受潮水影響較大,多年平均高潮水位1.8～1.9m(珠基高程,下同),歷史最高洪潮水位為2.79m。工程所在區(qū)域?yàn)橹榻?受潮流、潮汐影響較大,場(chǎng)區(qū)砂層為主要的含水層,賦存豐富的孔隙水。場(chǎng)區(qū)河道為典型的河流淤積、沖積地貌,河水從西向東流,同時(shí)受珠江潮水影響。場(chǎng)區(qū)地層主要由淤積層、沖積層、殘積層組成。3項(xiàng)目設(shè)計(jì)3.1芳村圍防洪工程量根據(jù)廣州市城市防洪工程的總體規(guī)劃,選用的洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇,相應(yīng)的水位為2.83m,按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)的標(biāo)準(zhǔn),芳村圍堤防應(yīng)確定為2級(jí)建筑物。根據(jù)廣州市處于潮汐地區(qū),高潮水位持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn),而且100年一遇洪水水位(2.79m)與200年一遇洪水水位(2.83m)僅相差0.04m,兩種洪水重現(xiàn)期的水位相差很小,最后將芳村圍堤防定為2級(jí)建筑物。根據(jù)《關(guān)于廣州市防洪(潮)規(guī)劃的批復(fù)》(粵府函51號(hào)文)中批準(zhǔn)的《廣州市城市防洪(潮)規(guī)劃》,芳村圍的設(shè)計(jì)洪(潮)水位采用2.83m,超高(已含波浪爬高和安全超高)為0.8m,堤頂高程為3.63m。3.2加固和加固工程堤圍岸線基本維持原有走向,在拆除占用河堤的違章建筑后進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟脧澣≈?盡可能地保持平順連接,在基本保持工程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上進(jìn)行加高、加固處理。3.3外包鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)資堤圍工程宜采用統(tǒng)一的外表型式?？紤]到原石堤上部結(jié)構(gòu)基本完好,因此在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量利用原石堤。針對(duì)漿砌石造價(jià)低、容易施工的特點(diǎn)和砂漿容易淘空的缺點(diǎn),結(jié)合鋼筋混凝土堅(jiān)固耐用、強(qiáng)度高的特點(diǎn)和造價(jià)高的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)中把漿砌石和鋼筋混凝上結(jié)合起來(lái),工程主體用漿砌石,外層防護(hù)部分采用鋼筋混凝土,既安全穩(wěn)定,又能降低工程造價(jià)。同時(shí),將鋼筋混凝土護(hù)面設(shè)計(jì)成弧線外瓢的型式,利用力學(xué)原理,將波浪的方向改變,能夠有效地保護(hù)堤防的安全,達(dá)到浪損堤加固的主要目的。從穩(wěn)定的角度考慮,梯形斷面有利于河堤的安全和穩(wěn)定,也結(jié)合了美觀和實(shí)用。因此這段河堤考慮成為多級(jí)堤型式。二級(jí)堤主要是在低水位時(shí)防止波浪直接沖擊上面的河堤,高程為1.20m,平臺(tái)寬度為1.25m。澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)后,根據(jù)設(shè)計(jì)斷面砌筑漿砌石擋土墻,在外面包裹鋼筋混凝土護(hù)面防御波浪。一級(jí)堤主要是防御高水位時(shí)波浪的沖擊,高程為2.80m,總寬度為2.10m(包括欄桿和人行道),比200年一遇設(shè)計(jì)洪(潮)水位2.83m低0.03m,但已高于歷史最高洪水位2.79m,可以作為人行道使用。在這個(gè)高程下均采用鋼筋混凝土護(hù)面,人行道鋪筑預(yù)制混凝土階磚。土堤主要為100年一遇設(shè)計(jì)洪水的堤頂超高部分,結(jié)合防洪搶險(xiǎn)和當(dāng)?shù)厝罕姷慕煌ㄒ?設(shè)計(jì)為7m寬的簡(jiǎn)易公路,兩側(cè)澆筑混凝土防護(hù)墻,防護(hù)墻墻頂高程為3.63m,公路路面高程為3.50m。堤路結(jié)合有利于防洪,作為交通公路使用,便于日常管理,汛期可以作為防汛公路,加高加寬的斷面大大加強(qiáng)了堤防的防洪能力。內(nèi)坡腳砌筑擋土墻,界定堤圍的范圍,有效地保護(hù)河堤背水坡免遭破壞,有利于檢查、管理堤圍。外坡種植草皮,結(jié)合景觀增加綠化。設(shè)置人行道和欄桿,保證行人的安全。為達(dá)到工程設(shè)計(jì)的主要目的,保護(hù)堤防、抵御波浪的侵襲,一級(jí)堤、二級(jí)堤的外包鋼筋混凝土護(hù)面均設(shè)計(jì)成弧線外飄的型式。當(dāng)波浪沖擊堤岸時(shí),根據(jù)力學(xué)理論,波浪將沿著弧線改變方向,撲回河中。外飄弧線鋼筋混凝土很好地抵御了風(fēng)浪的襲擊,波浪基本上不能撲到一級(jí)堤上。3.4澆筑鋼筋混凝土底板根據(jù)堤岸線位置,結(jié)合原石堤的破壞情況和地質(zhì)勘探結(jié)果,采用兩種不同的處理方案。方案一,如果原石堤沒(méi)有出現(xiàn)大的破壞,原岸線又比較順直,與治導(dǎo)線也比較接近,淤泥層厚度不大(用木樁能穿透進(jìn)入砂層),則考慮加深加大基礎(chǔ),在加大基礎(chǔ)的部位打4m松木樁(根據(jù)需要可以適當(dāng)調(diào)整木樁長(zhǎng)度與尾徑),澆筑鋼筋混凝土底板,在原石堤外澆筑鋼筋混凝土護(hù)面保護(hù)舊石堤。方案二,如果原石堤破壞比較嚴(yán)重,或者淤泥層比較厚,又或者原石堤偏離治導(dǎo)線較多,則采用拆除原來(lái)破損石堤,重新砌筑重力式擋土墻后外包鋼筋混凝土的方法進(jìn)行處理,其基礎(chǔ)采用置換法進(jìn)行處理,換砂厚度根據(jù)計(jì)算選定2.0m。經(jīng)過(guò)計(jì)算比較兩種方案,方案二比較安全,并且不受原石堤的影響,但也存在以下問(wèn)題:開挖量大,舊堤大部分要挖除,原石堤不能充分利用,堤后大量填砂不利于防滲,因此基本選用方案一,個(gè)別地段采用方案二處理。盡管根據(jù)不同的條件,采用兩種不同的方案進(jìn)行加固處理,但在外觀上保持一致。3.5施工第二縫:分縫縱縫、橫縫由于地質(zhì)條件并不完全一樣,完工后各個(gè)部位的不均勻沉降不可避免。因此施工中必須考慮分縫(縱縫、橫縫)。由于潮漲潮落,堤圍的水位是反復(fù)升降的,為了減小滲透壓力,提高堤圍的穩(wěn)定性,在堤圍采用塑料管包扎土工布作為排水反濾措施。3.6重力式護(hù)岸在中、枯水位下穩(wěn)定性差擋土墻的穩(wěn)定性計(jì)算,宜根據(jù)不同堤段的地形地質(zhì)條件,結(jié)合堤身的結(jié)構(gòu)型式、高度和填筑材料等因素選擇有代表性斷面進(jìn)行。穩(wěn)定計(jì)算分為正常情況和非常情況。根據(jù)各種荷載同時(shí)出現(xiàn)的可能性,選擇不利的情況進(jìn)行計(jì)算。重力式護(hù)岸在中水位、枯水位下穩(wěn)定性差,計(jì)算選擇了設(shè)計(jì)洪水位驟降1m、設(shè)計(jì)枯水位及不利中水位三種情況。根據(jù)設(shè)計(jì)堤圍的具體型式,比較臨水側(cè)、背水側(cè)堤坡及水位的升降情況,認(rèn)為臨水側(cè)堤坡在設(shè)計(jì)洪水驟降時(shí)是最危險(xiǎn)的,因而最具有代表性,因此將這種情況下的臨水側(cè)堤坡作為計(jì)算代表斷面。3.7加固松木樁,提高基礎(chǔ)的承載力擋土墻的抗傾、抗滑均滿足規(guī)范要求。經(jīng)過(guò)計(jì)算,在方案一中,出現(xiàn)最大應(yīng)力小于地基承載力的最小建議值,而最大應(yīng)力的1.2倍大于地基承載力的最小建議值,因此需要采取一定的措施提高基礎(chǔ)的承載力?？紤]加設(shè)4m長(zhǎng)松木樁加固,要求松木樁打至砂層。方案二中,計(jì)算得出,當(dāng)選用2.0m厚砂墊層時(shí),墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和小于同一標(biāo)高處土的容許承載力,因此該方案可行。3.8角交墻與擋土墻的交互作用汽車荷載對(duì)擋土墻的作用相當(dāng)于局部荷載,根據(jù)土力學(xué)理論,局部荷載引起的土壓力作用范圍確定:從荷載起點(diǎn)引直線與水平線成(45+?/2)角交墻背于一點(diǎn),此點(diǎn)以上均不受局部荷載作用,其土壓力只是由于填土自重所引起。根據(jù)這一理論,如果汽車的作用位置與擋土墻保持適當(dāng)?shù)木嚯x,汽車荷載的作用就不能傳遞至擋土墻上,即在計(jì)算中可以不考慮這些荷載的影響。在本工程中,經(jīng)過(guò)計(jì)算確定公路邊緣至擋土墻邊緣的距離為3.15m,擋土墻的穩(wěn)定可以近似作為不受公路上的任何荷載(包括填土)的影響。3.9粗砂層和粗砂層沉降經(jīng)過(guò)地質(zhì)鉆探后得知,此段堤圍的淤泥層厚度不大,在方案一中,木樁已經(jīng)穿透淤泥層進(jìn)入細(xì)砂層或粗砂層,在方案二中,已經(jīng)將軟弱淤泥層全部挖除,根據(jù)施工工序和工期的要求,允許一定的沉降。同時(shí)堤身進(jìn)行分縫處理,每10m設(shè)一沉降縫。4采用抽水機(jī)排水和排水技術(shù)工程于1998年冬季動(dòng)工,枯水期降雨量明顯減少,影響工程施工的主要是潮水(包括潮漲潮落)和過(guò)往船只引起的波浪,特別是高速雙體船。根據(jù)工程的實(shí)際情況和本著節(jié)約投資的原則,受潮水影響的水下部分的施工在低潮時(shí)進(jìn)行。低潮水位的持續(xù)時(shí)間決定了水下部分的施工時(shí)間。考慮到施工工期的影響,為了增加施工時(shí)間,因此在施工中考慮采用抽水機(jī)排水。當(dāng)退潮時(shí)潮水位降至比較低時(shí),開挖土方,將開挖出來(lái)的土方暫時(shí)堆放在基坑邊,與砂包一起砌筑成小圍堰,用抽水機(jī)迅速抽水,進(jìn)行施工。為避免開挖時(shí)出現(xiàn)塌方,施工按照沉降縫的長(zhǎng)度分段進(jìn)行,每10m為一施工段。5在適用上,可以實(shí)現(xiàn)雙重船道的價(jià)值,擴(kuò)大護(hù)面的施工難度,并促進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步作為在廣州市城市防洪工程中首先使用漿砌