河道护岸型式比选及结构计算分析

    杨亚丽

    

    

    摘 要：以长江三角洲地区某河道治理工程为分析对象，满足河道防洪除涝安全同时提升河道生态、景观效果的情况下，进行护岸型式及桩型比选，结果表明：本河道采用生态堆石挡墙护岸生态景观效果更好。对各种计算工况下的边坡整体稳定、挡墙自身稳定以及桩基进行计算分析，结果表明：边坡整体稳定性计算采用瑞典条分法获得的安全系数结果较有限元分析安全系数结果更保守;桩基承载力及位移采用m法计算结果与有限元计算结果较为接近。

    关键词：河道;护岸比选;结构计算

    中圖分类号：U617.8? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）08-0070-02

    1引言

    当前随着人居环境改善的大力推进，传统的硬质护岸结构，难以满足相应的生态环境需求。设计优良的护岸型式，确保护岸生态、景观等效果成为目前多数设计者热衷追求的形式之一[1]。国内多位研究者进行了护岸设计等内容的研究，如常陆军对新疆昌吉滨湖河河道治理工程防洪堤护岸从结构设计、坡面形式选择等方面进行了分析，并就设计结果进行了运用，展现了设计内容的可行性[2]。护岸型式是多样的，设计中尤其要突出地理环境等要求，因此不能千篇一律[3]。本文以长江三角洲冲积平原地区河道治理工程为研究对象，基于河道的现状及以往经验工程进行护岸型式的比选研究、边坡整体稳定性及桩基承载性能计算分析，以期获得实施性较强的护岸型式，达到生态、经济、科学可行的目的。

    2工程概况

    本文研究河道位于长江三角洲冲积平原地区，河道呈南北走向，主要护岸工程属3级水工建筑物。规划高水位为3.90m，常水位2.50m～2.80m，低水位2.00m。

    河道现状护岸以自然土坡为主，河道淤积严重，两岸存在一定程度的岸坡坍塌、水土流失等问题，沿河景观效果较差。随着该地区城市建设的不断发展，为满足区域防汛除涝、城镇发展、提升两岸水景观的需要，河道整治工程已显得非常必要和紧迫。该河道地质情况主要以淤泥质黏土为主。

    本工程河道以防洪除涝、景观、生态为主要功能，体现“安全、景观、生态”三位一体的指导思想，即在满足防洪除涝的前提下，充分考虑河道本身生态环境与周边环境相协调。

    3护岸型式比选

    从“安全、亲水、景观、生态”的基本原则出发，本次对生态堆石挡墙、预制混凝土砌块挡墙、浆砌石挡墙、U型板桩四种护岸型式进行比选，四种断面均能满足功能性要求，但各有优缺点，具体如下。

    （1）生态堆石挡墙：采用黄石垒砌，生态、景观效果好;造价相对较低。但开挖较大，施工周期较长;施工对周边环境影响较大。

    （2）预制混凝土砌块挡墙：砌块有一定种植土深度，可种植植物，较为生态;装配式施工，施工周期较短。景观性、生态性介于生态堆石挡墙和直立式挡墙之间，开挖较大，施工周期较长;施工对周边环境影响较大。

    （3）L型直立式挡墙：直立式护岸结构，挡土较高，占地少;外立面平整，便于贴面装饰。开挖较大，施工工期较长;景观、生态性一般。

    （4）U型板桩：施工对周边环境影响较小;带水作业，施工周期短;直立式护岸结构，挡土较高，占地范围小。但工程造价较大;景观、生态性一般。

    由此可知，预制混凝土砌块挡墙和L型直立式生态效果不如生态堆石挡墙，略微显得生硬;U型板桩护岸施工较方便，但护岸生态景观效果较差，且造价较高。从生态景观和工程造价方面考虑，推荐采用生态堆石挡墙。

    4护岸结构计算分析

    对生态堆石挡墙的边坡整体稳定、挡墙自身稳定以及桩基承载力和位移进行计算。生态堆石挡墙高800mm，下设钢筋砼底板及双排250×250×6000mm的方桩。

    正常运用条件下的基本组合选择控制工况为设计低水位情况，河道内设计低水位取 2.0m，对应地下水位为地面以下0.5m。非常运用条件I即施工期工况采用较不利的完建期施工工况，低水位河道内设计低水位 2.0m，对应地下水位为地面以下1.5m。堤顶地面（无防汛通道）荷载为 5kN/m2，堤顶地面（有防汛通道）按10kN/m2计;施工期地面荷载按20kN/m2计。

    4.1 河道边坡整体稳定性计算

    目前，计算边坡稳定性的方法主要有极限平衡法和有限元法[4]，工程中运用较多的是瑞典条分法，本文对瑞典条分法和有限元法两种计算结果进行比较分析。

    （1）瑞典条分法计算。瑞典条分法是条分法中最古老而又最简单的方法，除假定滑动面为圆柱面及滑动土体为不变形的刚体外，并忽略土条两侧面上的作用力[5]。

    （2）有限元法计算。建立护岸的有限元分析模型，进行护岸稳定性分析，有限元法采用无位移假设，对护岸稳定时的地应力场进行计算。有限元模型中，采用四边形、三角形混合网格，一共1056个节点，972个单元。以岩土界限为计算底边界，设置固定约束及水平约束。

    瑞典条分法和有限元法的边坡稳定性安全系数计算结果见表1所示。由表1可知，不同工况下，瑞典条分法和有限元法计算的安全系数不同，瑞典条分法计算结果均小于有限元法计算结果。主要原因是有限元法考虑了土条两侧的相互作用力，从而降低了土条间的误差，但采用瑞典条分法计算的结果较保守，且计算更加方便，从边坡安全的角度上考虑，应采用瑞典条分法进行边坡整体稳定计算。

    4.2挡墙自身稳定计算

    基础多坐落于③层淤泥质粉质粘土，经计算两种工况下的挡墙自身稳定性不满足规范要求，应力比满足规范要求，地基应力满足地基承载力要求，从结构稳定性、耐久性及经济性考虑，采用造价较低、应用广泛的方桩进行基础处理。

    4.3桩基计算

    采用250×250×6000mm的双排桩进行地基处理，对其桩基分别进行承载力和位移的验算，同时护岸的有限元模型中也考虑了桩基影响，这里将前排桩m法的计算结果及有限元分析结果列表展示如表2。

    由表2可知，桩基计算结果均满足要求，m法计算结果与有限元分析结果较为接近。

    5小结

    本文主要结论如下：

    从生态角度看，生态堆石挡墙结构明显优于板桩式和直立式结构。本次工程主要选择生态景观效果较好的生态堆石挡墙护岸。

    低水位及施工内工况下的边坡整体稳定性满足要求，瑞典条分法计算获得的安全系数结果较有限元分析计算安全系数结果更保守。

    挡墙自身稳定抗滑不满足规范要求，采用方桩进行基础处理，桩基承载力及位移均满足要求， m法计算结果与有限元分析结果较为接近。

    参考文献：

    [1]葛进雄.平原湖区港道护岸形式的分析研究[J].甘肃水利水电技术，2016，52（10）：50-53.

    [2]常陆军.昌吉滨湖河河道治理防洪堤及护岸设计[J].中国水运（下半月），2018，18（04）：168-169.

    [3]王金奇.浅谈铅丝笼块石护岸在高台县山水河河道治理工程中的应用[J].中国水运（下半月），2014，14（12）：307-308+310.

    [4]陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理 方法 程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

    [5]赵明阶.土力学与地基基础.北京：人民交通出版社，2010.1