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階梯式生態框擋墻在河道生態治理工程的應用

  階梯式生態框擋墻也叫花盆式擋墻,階梯式生態框擋墻是一種新型護岸型式,擋墻由生態框體互相組合而成,生態框為C30鋼筋砼預制產品,內部可填充碎石、種植土。相比于傳統漿砌石、混凝土擋墻具有生態自然、景觀效果好、成本低以及施工方便快捷等特點,因此,生態框擋墻在河道護岸工程中得到了廣泛的應用。

1、工程概況

  杜家山河位于句容市經濟開發區,河道全長4.7公里,北至寧杭北路,南接黃金河,是穿越新城居住組團的城市內部河道,河道防洪標準20年一遇,堤防等級為4級。杜家山河河口寬度12~24m,河道周圍用地以居住區為主,河道兩側綠地較窄,現狀河道兩岸多為土坡,邊坡坡比較陡,坡腳受水流沖刷嚴重,已威脅到堤身及堤后建筑物的安全。

  根據工程地質勘察報告,杜家山河勘探深度內共有七層地基土,自上而下分別為①層素填土(厚度:0.30~9.20m)、②層粉質黏土(厚度:0.60~7.00m)、③-1層粉質黏土(厚度:0.60~14.10m)、③-2層粉質黏土(厚度:0.50~7.50m)、③-3層含礫粉質黏土(厚度:0.40~2.70m)、④-1層強風化砂質泥巖(厚度:0.10~3.30m)、④-2層中風化砂質泥巖(最大揭露深度5.3m),根據杜家山河的斷面深度,選用③-1層粉質黏土作為擋墻基礎持力層,地基承載力fak=210kPa。

2、護岸方式對比

  由于現有河道斷面面積較小,無法滿足20年一遇防洪標準,需對河道進行拓寬,而兩側可利用空間較小,無法采用自然放坡型式,故采用擋墻+放坡的復式斷面型式。常用傳統擋土墻型式主要有自嵌塊擋墻、格賓石籠擋墻、鋼筋混凝土擋墻、漿砌石擋墻及板樁式擋墻等,各擋墻優缺點主要如下表:

表2-1 各類擋墻優缺點

表2-1 各類擋墻優缺點

  綜上所述,從生態性、景觀性、施工條件及工程投資等綜合考慮,選用生態框擋墻護岸型式。

3、生態框擋墻護岸設計

  生態框擋墻墻高1.5m,墻頂寬1m,由三層生態框組合而成,框內填 充碎石土,采用土工布反包。相鄰生態框之間水平方向采用M20螺栓連 接,墻底設鋼筋砼混凝土基礎,寬1.5m,厚0.3m。墻頂與坡頂之間按1:3.5 坡比順接,坡上景觀綠化處理,為改善河道水質,墻底與河底之間設種 植水生植物平臺,平臺寬2m,河道典型斷面設計。

3.1 抗滑穩定安全計算

  工程等別為Ⅳ等,生態框擋墻等主要建筑物級別為四級。生態 框擋墻主要依靠鋼筋砼生態框、框內填土及底板自重維持穩定性, 屬于重力式擋土墻中的一種,故按重力式擋墻計算結構穩定性。單 個生態框尺寸為2.0×1.0×0.5m(長×寬×高),鋼筋砼生態框及 底板重度取25kN/m3 ,填土重度取18 kN/m3 ,故生態框擋墻綜合重度 取22.5kN/m3。

  《水工擋土墻設計規范》中規定,4級擋土墻在各類荷載組合下沿基底面的抗滑穩定安全系數如下表:

表3-1 土質地基上擋土墻抗滑穩定安全系數允許值

表3-1 土質地基上擋土墻抗滑穩定安全系數允許值

  具體計算公式如下:

  公式1

  式中:Kc—抗滑穩定安全系數;f—擋墻基底與地基土之間的摩擦系數,根據地勘報告可取0.25;∑H—作用在擋墻上全部平行于基底面的荷載(kN)。

3.2抗傾覆穩定安全計算

  《水工擋土墻設計規范》(SL379-2007)中規定,4級擋土墻在各類荷載組合下的抗傾覆穩定安全系數(如下表):

表3-2 土質地基上擋土墻抗傾覆穩定安全系數允許值

表3-2 土質地基上擋土墻抗傾覆穩定安全系數允許值

  具體計算公式如下:

  公式2

  式中:K0—抗傾覆穩定安全系數;∑MV—對擋墻基底前趾的抗傾覆力矩(kN·m);∑MH—對擋墻基底前趾的傾覆力矩(kN·m)。

  選用河道最不利斷面進行計算,各工況條件下抗滑、抗傾覆計算結果均能滿足要求,但正常運行工況及地震工況條件下,抗滑安全系數僅稍稍大于允許值,為增加抗滑安全系數富裕度,在上下相鄰兩層生態框之間鋪設雙向土工格柵,土工格柵前面與M20螺栓連接,后面伸入填土至開挖面,形成加筋土,可有效提升擋墻抗滑安全安全系數。

4、施工過程中存在的問題

  杜家山河整治工程中河道兩側駁岸采用了大量的生態框擋墻,在工程施工階段,主要遇到了以下幾項較為突出的問題:(1)生態框為預制框格產品,雖然相鄰生態框之間有M20螺栓連接,但相鄰兩生態框之間仍有約6cm的空隙,尤其當生態框位于河道轉彎段時,若轉彎半徑較小,相鄰兩生態框之間轉角越大,空隙也就越大,墻后填土碾壓過程中部分容易從縫隙中流出,且洪水期容易受水流沖刷影響,影響邊坡穩定。(2)生態框尺寸為固定尺寸,單塊生態框長2m,而杜家山河沿線跨河橋梁較多,遇橋梁處生態框擋墻需與橋臺順接,而連接處長度往往不規則,不是2m的整數倍,故無法放置一塊完整的生態框,若鑿除部分生態框,則會影響結構的完整性,且框內填土更容易流失。

5、解決措施

  針對以上問題,結合工程實踐經驗及工程設計原理,經過多番討論與研究,提出以下解決方案:(1)對于平順段河道,相鄰兩生態框之間空隙可用粒徑為4~6cm碎石將空隙填實,而針對彎曲段河道,由于空隙較大,則根據空隙具體尺寸采用相應較大粒徑的碎石進行填充。(2)生態框與現狀橋臺或擋墻銜接處,先盡可能鋪設生態框至生態框與現狀橋臺或擋墻距離小于2m,生態框與現狀橋臺或擋墻之間采用混凝土重力式擋墻進行銜接。

6、總結

  杜家山河整治工程實施中,采用了大量的階梯式生態框擋墻作為生態護岸,采用預制產品作為河道護岸,縮短了工程工期,另外結合景觀措施及在河底種植水生植物,在滿足河道行洪安全及護岸穩定的基本條件下,也大大提高了河道的生態性及景觀性。本工程對生態框擋墻這種新型護岸的使用,為類似水環境綜合整治工程提供了一定的工程經驗,對生態框擋墻的廣泛推廣起了一定的積極作用。

 
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