长螺旋钻孔混凝土灌注桩护岸加固设计.pdf

规划设计 东北水利水电 2 0 1 6年第 1 期 文章编号 1 0 0 2 -0 6 2 4 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 o O 8 一o 3 长螺旋钻孔混凝土灌注桩护岸加固设计 郑红 ( 沈阳市水利规划院， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 1 5 ) 【 摘 要】 随着经济的快速发展， 城市内生态景观河道的治理逐渐提上 日 程。 大辽河营口市城区 渡口至成福里小区段防洪治理工程除具有城市防洪功能外。还应满足生态与景观要求，另外 为减小工程实施过程中对周边环境和城市功能的影响，本工程采用了长螺旋钻孔混凝土灌注 桩对原有护岸进行加固的设计方案， 以达到消除原护岸安全隐患、 提升城市景观的目的， 对同 类 工程 具有一定 的借鉴 意义。 关键词 护岸加固； 混凝土灌注桩； 长螺旋孔； 防洪治理工程 ； 营口市 中图分类号】 T V 5 4 3 ； T V 8 6 1 文献标识码 B 1 工程概 况 营口市位于我国东北松辽平原南部，辽东半 岛西北部， 大辽河入海口的左岸。 营口市域总面积 5 4 0 2 k m2 ， 东部为丘陵 ， 西部为渤海海岸， 中部为 平原， 海岸线长 1 2 2 k m。营口市北枕辽河而建， 城 市中心主要位于大辽河南岸。根据 ， 营口市将以河海林泉自然 资源为依托 ， 逐渐发展为生态宜居城市。 形成沿大 辽河、 大清 河、 沙河 、 熊岳河 、 浮渡河、 碧流河等 六 大重点流域的滨水生态绿化廊道。 目前根据现 场 调查发现营口境内城市段辽河护岸工程存在以下 问题： 1 ) 防洪标准低、 不适应城市发展需要 ； 2 ) 防 洪工程设施不完备、 部分损毁严重； 3 ) 支流、 潮沟 河道淤积、 污染严重 ； 4 ) 由于历史原因， 沿岸建设 无统一规划。以上因素极大地阻碍了营口市的快 速发展 ，特别是影响了城市的北转战略和城市综 合体建设的实现。因此 ， 对辽河沿岸特别是护岸的 统一规划和建设工作已经迫在眉睫。 工程治理范围为营口市大辽河左岸渡口至成 福里小区段辽河护岸 ， 治理岸线长 3 4 7 3 4 2 m。该 段堤线保护范围主要为辽河公园，护岸多建于五 六十年代 ， 其中 1 9 9 4 年至 1 9 9 8 年曾对局部段进行 了维修和加固， 但由于年久失修， 目前原护岸结构 已出现大范围倾斜、 坍塌、 开裂、 混凝土保护层破 损、 露筋等现象， 存在一定的安全隐患。 2 水文 大辽河位于辽宁省 中南部 ，在三岔河接纳浑 河、 太子河后 ， 流经海城 、 盘 山、 大石桥 、 大洼于营 8 口市 四道沟入海。大辽河河流全长 9 7 k m， 总集水 面积 1 9 6 2 k m 2 。该工程所在地位于营口市北部 ， 所在地下游海区属于不规则的半 日潮，平均涨潮 历时 5 7 3 h ， 平均落潮历时 6 7 h ， 潮流有明显的往 复性质。营口市城区多年平均气温 9 4， 极端最 低气温一 2 8 4 ， 极端最高气温 3 4 7 o C； 多年平均 降水量 6 5 5 7玎 u n ， 年内降水分配不均匀， 流域多 年平均蒸发量 1 6 5 8 8 mm。最大积雪深度 2 1 c m， 最大冻土深度 1 0 1 m。工程所在地没有实测风况 资料， 营口市多年平均风速 4 1 m s ， 最大风速2 1 7 m s ， 风 向为s S w。 3 工 程地质 工程区位 于辽河平原的下辽河地 区 ，所 处大 地构造位置属阴山东西复杂构造带东端与新华夏 系第二个一级隆起带交接部位。辽河平原总体上 呈北东向展布于辽宁中部 ，东为辽东长期缓慢上 升隆起区， 西为辽西间隙性长期上升隆起区， 中为 辽河平原的凹陷区，地貌上形成两隆夹中凹的地 势特征。 滨海带地势低洼， 沼泽化、 盐渍化严重。 工 程区勘探揭露的地层主要为第四系全新统地层 ， 地层岩性主要为人工堆积的结构层、填筑土沼泽 堆积的软粘性土及冲积、 海积成因的低液限粘土、 低液限粉土、 含砂低液限粉土、 粉土质砂和级配不 良砂等。 工程区地震基本烈度为度。 地震动峰值 加速度为0 1 5 g 。 4 护岸加 固设计及稳定性分析 4 1 加 固设计 工程依据 G B 5 0 2 8 6 2 0 1 3 ( 堤防工程设计范 、 2 0 1 6 年第 1 期 东北水利水电 规划设计 G B T 5 0 8 0 5 2 0 1 2 、 ( 2 0 0 3 1 1 ) 和 ( 2 0 0 4 0 8 ) 等相关资料进行设计 ， 治理 工程设计防洪标准为重现期 1 0 0年防洪标准 ， 工 程级别为 2 级。该工程原护岸型式多为板桩式挡 墙和浆砌石重力式挡墙，此次设计对护岸采用双 排混凝土灌注桩加固方案。 考虑原护岸高度较高 ， 又紧邻辽河公园和辽河主航道，为减少工程施工 对辽河公园以及辽河主航道正常运营的影响， 护 岸加固方案为在护岸顶部原堤顶路上设双排直径 为 0 8 m的混凝土灌注桩加固方案，两排混凝土 灌注桩中心间距为 5 2 0 m。其中前排( 迎水侧 ) 桩 长 1 1 4 m， 桩中心间距 1 8 m； 后排桩长 8 8 m， 桩 中心间距 0 9 m； 桩上部为高 2 6 m、 厚 0 8 m的混 凝土墙。 最顶部设厚 0 6 m、 宽 7 5 m的混凝土板， 将前排混凝土灌注桩与后排混凝土墙相连 ；中部 设截面 0 6 rex 0 8 m的混凝土框格梁 ，将前排混 凝土灌注桩与后排混凝土墙相连。 护岸顶设 6 0 I 1 宽防汛路 ， 路面结构为彩色沥青混凝土， 路面基础 利用灌注桩顶部混凝土板，迎水侧设 0 6 m高防 浪墙和 0 6 m高的防护栏杆。原板桩式挡墙和浆 砌石重力式挡墙外侧设厚度为 0 3 5 m混凝土护 面 ，护面采用直径 2 5 m m的预应 力锚杆和双排 0 2 mX 0 2 m 预制混凝土方梁 将混凝土护 面和 混 凝土灌注桩相连。对挡墙重新设置排水管， 以保证 排水通畅。护岸河道侧堤脚， 采用厚度 0 3 m 的格 宾石笼沉排防护。防护范围至坡度不小于 1 ：3 ， 并 设 5 m 长水平段 。 考虑营口地区地质情况复杂，地层主要以软 粘性土、 粉土和细砂为主， 且有丰富的地下水 ， 若 采用传统的人工挖孔桩和常规的回旋冲击钻进行 施工， 施工工期将严重滞后。本着缩短施工工期、 减少工程对辽河公园以及辽河主航道正常运营的 影响，此次设计推荐采用长螺旋钻孔混凝土灌注 桩施工方案进行混凝土灌注桩施工。长螺旋钻孔 灌注桩施工， 有施工周期短、 造价相对较低 、 不受 地下水位影响以及对土质基础适应性强等优点。 长螺旋钻孔灌注桩施工技术即长螺旋钻孔泵送超 流态混凝土后再放置钢筋笼的技术 ，它由日本 C I P工法演变而来， 与一般的钻桩不同， 采用专用 的长螺旋钻孔机钻至预定深度 ，再通过打开钻头 门向内孔连续泵注超流态混凝土， 同时提升钻杆 ， 一 直 到桩顶为止 ， 最后再插入钢筋笼 而形成桩体 。 它是一种新型的桩基础施工技术 ， 具有适应性强、 成桩速度快、 桩身质量好、 单桩承载力高、 与旋挖 钻相比具有成孔费用低、现场施工干扰小等技术 优点。 4 2 稳定性分析 双排桩式挡墙稳定 ， 按照J G J 1 2 0 2 0 1 2 ( 建筑 基坑支护技术规程 有关规定计算。 4 2 1 嵌 固稳 定 双排桩结构的嵌固深度符合嵌固稳定的要求： 。 式中： K e 嵌固稳定安全系数 ，安全等级为一 级、二级、三级的支挡式结构 ，分别不应小于 1 2 5 ， 1 2 0 ， 1 1 5 ； ， 基坑外侧主动土压力、 基坑内侧被动土压力的标准值 ， k N； a ， 分别 为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的 合 力作用点至挡土构件底端的距离 ， m； G 排 桩、桩顶连梁和桩间土的自重之和， k N； 双 排桩、桩顶连梁和桩间土的重心至前排桩边缘的 水平距离， m。 4 2 2 整体稳定性验算 1 ) 整体稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算； 2 ) 采用圆弧滑动条分法时， 其整体稳定性应 符合下列规定 ： m i n ， ： ， ， ， l ： ! i ! ! 至 垫!垒 ( g j + ) 式中： 圆弧滑动整体稳定安全系数 ； 安全等 级为一级、 二级、 三级的锚拉式支挡结构， 五分别 不应小于 1 3 5 ， 1 3 O ， 1 2 5 ； K。厂一 第 i 个滑动圆弧 的抗滑力矩与滑动力矩的比值，抗滑力矩与滑动 力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的 所有潜在滑动圆弧确定； ， 第_ 土条滑弧面 处土的粘聚力( k P a ) 、 内摩擦角； 6 厂- 第_ 土条的 宽度 ， m； 第 ， 土条滑弧面中点处的法线与垂 直面的夹角； 第 ， 土条的滑弧段长度 ， m， 取 lj = b c o ； g 广一 作用在第_ 土条上的附加分布荷 载标准值 ， k P a ； AG 第 ， 土条的自重 ， k N， 按 天然重度计算 n 广一 第 ， 土条在滑弧面上的孔隙 水压力， k P a ； R t k ,厂第 k层锚杆对 圆弧滑动体 ( 下转第2 4页) 9 工程施工 东北水利水电 2 0 1 6年第 1 期 2 3 2 管沟回填 2 ) 夏季施工的特点： 首先会增加青苗补偿费 管沟回填要求较严。回填前根据现场土质进 用， 按沿线损毁3 3 3 3 h m 2 青苗， 每公顷补偿 1 5 0 0 0 行压实试验 ， 确定最佳含水量、 虚铺厚度及压实遍 元计算 ， 需要增加 5 O万元征地补偿费用； 其次是 数等参数。回填前清除沟槽内的杂物 ， 排除积水， 因夏季多雨 ， 管沟内容易积水， 且地下水位高 ， 所 不得在有积水的情况下进行回填。严格控制回填 以会增加排水费用， 还会对工期造成不利影响。 土料的质量， 回填土中不得含有淤泥、 腐殖物、 碎 3 ) 冬季施工的特点： 由前面的论述可知 P C C P 砖、 石块及大于 1 O c m的硬土块。如果冬季回填， 管冬季施工对回填土 中冻土的比例有严格 的限 管顶以上 5 0 c m以内不得使用冻土，管顶以上 5 0 制。而清开城市供水管线工程地处辽宇北部地区， c m以外可均匀掺入冻土， 但数量不得超过填土总 冬季最大冻深 1 4 n l ， 月平均气温低于零度的时间 体积的 1 5 ， 且冻块尺寸不超过 1 0 c m。管道两侧 长达四五个月之久， 属于严寒地区。 冬季施工要保 至管顶的回填土必须对称分层夯实，严禁单侧回 证管顶以上 5 0 C m 以内不得使用冻土，按 5 0 0 m 填或用推土机从一侧向沟内推填，以免引起管顶 划分一个施工段计算，采用双管同槽方式埋设至 轴线位移和接口变形。沟槽两侧回填同步进行， 高 少要 3 9 m宽，需要搭设一个 1 9 5 0 0 m 2 的暖棚周 差不超过 3 O c m。 管道与下方的土弧基础之间的三 转施工。按修建简易暖棚计算， 加上取暖费用， 参 角区必须重点填筑密实，填筑时管道两侧必须对 考该地区类似工程经验，折算后管线冬季施工保 称进行， 不得使管道位移或损伤， 将管道的椭圆度 温费用为 8 8 元 m， 管线全长 1 2 0 0 0 3 5 m， 仅这一 变形控制在允许范围内。 表层复耕土用人工摊铺。 项就增加工程费用 1 0 6 万元，且冬季施工效率比 3 P CC P管施工时段分析 春、 秋季节至少降低2 0 ， 施工质量难以保证。 。 通过上述分 析 ，可知不论是从 工程 投资角度 城市供水涉及民生问题 ，清开城市供水工程 考虑 ，还是从保证工程质量考虑 ， 清开供水工程的 又是开原市和清河区的唯一水源，确保城市供水 管线施工都易选择春季或秋季施工 ，而不应在夏 安全尤为重要。而施工时段的选择对工程投资和 歪 冬委饰T 工程质量都有重大影响 ，所 以必须对施 工时段进 行分析选择。 参 考 文 献】 1 ) 春、 秋季节施工的特点： 辽宁北部地下水位 1 清河水库供水取水头部及输水改造工程初步设计报告 比较低， 可降低排水费用； 气温适宜 ， 降水较少 ， 施 R 辽宁 省水利勘测设计院， 2 0 1 0 工效率高； 回填料质量容易保证 ， 有力提高工程的 施工质量。 【 收稿日 期1 o 一 0 5 一 9 ( 上接第9页) 的极限拉力值 ， k N； 第 1i 层锚杆 的倾角 ； 表1双 排 桩 嵌固 计 算 成 果 袭 锚 水 一 一 一 囊 数 ，可按 = O 5 s in ( + ) t a n 咖取值， 此处， 咖为第 1 竺 ! ! ! ! 层锚杆与滑弧交点处土的内摩擦角。 K 。 + 。 + 2 9 9 5 12 3 。 1 4 3 3 0 双排桩嵌固深度、嵌固稳定及整体稳定计算 翌 竺竺 5l 1_ 0l L 成果见表 1 。 为严重， 将严重危及人民生命财产安全。 根据计算结果， 设计满足规范允许值要求。 护岸工程区位于营口市主城区，为减少工程 ， J 施工对市民 日常生活 的影响 ，护岸 的设计方案除 硐恫 了安全可靠 ， 投资经济外， 还同时满足了项目工期 大辽河营口市城区渡口至成福里小区段防洪 要求短、 与辽河公园景观协调、 尽量减少占用公园 治理工程原护岸修建年代较早， 不同段位置、 不同 绿地和公园设施、减少对市民正常生活的影响以 护岸型式均存在着不同程度的破坏，虽然局部段 及对大辽河航运影响的要求，工程的设计理念和 经过维修加固， 但加固后的护岸损毁也较为严重， 施工方案对同类工程具有极大的借鉴意义。 存在一定的安全隐患。工程失稳后产生的后果较