河道护岸结构实例分析

【摘 要】结合工程中的实际设计和施工的经验，文章针对护岸结构的设计进行了相应了分析总结，与广大的设计人员共勉。

【关键词】新型加筋土挡墙；结构设计

中图分类号： TV85 文献标识码： A 文章编号：

1 工程概况

工程项目位于城市的中心区靠南。水流是自东向西，属于常年性的河流，河流总长为15.8km，河道宽度在42.0～53.6m左右，综合治理是该项目的主体，另一方面，该河道中的河水绝大部分来源于地表径流汇集的雨水和市区工业及市民生活污水，河水中含有大量的污水成分，污水中的有害杂质对水工混凝土结构及金属构件的使用耐久性均具有不良影响。该河道综合治理工程中的大部分护岸档墙结构大部分可采用天然浅基础，以粉性粘土层作为基础持力层。但部分河段也存在较厚的软质淤泥土，其土层承载力相对较低，不适于直接作为结构基础，需进行人工换填处理。整个工程施工场地区域内地震烈度均为7 度， 河道设计洪峰流量为Q(p=2%)=436.6m3/s。该河道综合治理工程项目于2008年5月份正式建设施工，项目整体已在2011年11月竣工验收。该河道治理河段范围内的护岸挡墙工程均采用土工格栅加筋土进行加固处理，现对其结构设计过程进行相应的分析和总结。

2 河道护岸结构设计

2.1 结构断面形式

该河道护岸结构采用直立式挡土墙，整个结构断面型式设计为矩形，两侧护岸挡土墙的设计高度在4.6～8.6m范围，挡墙结构面的倾角设计为88°；整个护岸挡墙结构设计为叠式土工格栅加筋土，其下级挡墙的墙身高度约为3.50～4.25m，上级挡墙的墙身高度约为1.35～2.05m之间，上、下级挡墙的结构面倾角也均设计为88°。

2.2 结构方案比选设计

河道护岸挡墙结构设计及施工本着就地取材、经济适用的原则，主要重点考虑了两种典型挡墙结构型式与一种新型加筋土挡墙结构方案的比较，即浆砌石重力挡土墙、悬臂式钢筋混凝土挡墙、土工格栅加筋土挡墙。从投资成本及工程施工进度方面考虑，浆砌石重力挡土墙的单位工程造价药比新型土工格栅加筋土挡墙的造价稍高，而悬臂式钢筋混凝土挡土墙的施工进度会略高于新型加筋土挡墙护岸结构的施工进度。

另一方面，考虑到我国北部地区冬季较长、气候寒冷的工程环境，浆砌石重力挡土墙和悬臂式钢筋混凝土挡土墙的冬季施工难度、结构抗冻融性能以及建筑美观方面与新型加筋土档墙结构相比还存在一定的差距。通过对项目成本、施工进度、冬季施工难度、结构使用耐久性能等各方面综合分析、比选，该河道综合治理工程中的护岸结构设计最终选择采用新型土工格栅加筋土挡墙方案进行护岸结构的施工。实际工程中采用的新型加筋土挡墙护岸结构型式，其主要具有如下特点。

(1) 该河道护岸挡墙的高度处于4.6～8.6m范围，高度相对较大。若采用浆砌石重力挡土墙、悬臂式钢筋混凝土挡墙等常规护岸挡墙结构型式，均在采用天然浅基础的条件下进行施工，其施工成本会随护岸挡墙高度的增加会快速增加；而采用新型加筋土结构方案进行护岸挡墙的施工时，其施工成本随护岸挡墙高度增加而增加的速度相对较小。因此，在河道护岸挡墙高度相对较高时，采用该结构能有效节省工程成本。

(2) 采用加筋土挡墙结构型式时，其墙体填料可充分利用废弃细料或碎细的建筑垃圾，有利用环境保护和资源重复利用，同时还能有效节省投资成本。墙体回填施工可在施工现场同时采用机械与人工填筑施工，采用分段流水作业还可进一步缩短工期。

(3) 加筋土挡墙所采用的加筋材料具有良好的使用耐久性，能有效抵抗河道污水中各种杂质中不同有害物质的侵蚀破坏，可大幅提升护岸挡墙结构的使用寿命。

(4) 采用加筋土护岸结构型式，由于加筋填料的透水性能相对较好，对运营期间维持区域内地下水与河水进行互换更新、循环流动的生态功能具有重要意义；此外，新型加筋土挡墙结构在外部荷载作用下体现为柔性结构，与混凝土结构和浆砌石结构等刚性结构相比具有更好的变形协调能力，对场地地基土的稳定性及基础承载力要求都更低，其抗震性能也较刚性挡墙结构要好很多。

3 护岸挡墙设计

3.1 计算模型与参数选定

该河道护岸加筋土挡墙结构在受力模拟分析时按独立的竖向直墙单元进行建模；进行结构整体稳定性验算分析时，考虑护岸墙体急速浸水和河道水位骤降等最不利运行工况的荷载组合。考虑到河道中水位骤降时作用在护岸墙体上的反向渗透压力均质土坝在水库水位骤降时土坝坝身的反向渗透压力类似，实际分析中按均质土坝在水库水位骤降时浸润线解析法进行计算，护岸挡墙后侧回填土料的排水系数在设计过程中取值0.6。该新型土工格栅加筋土护岸挡墙结构的加筋材料采用高密度聚乙烯(HDPE)。工程设计及施工过程中，选用的加筋材料对抗拉强度、蠕变性、抗光老化性能等技术指标应严格控制，所用材料中的碳黑颗粒级配要良好，其中纳米级碳黑含量的比例不应低于3.0%。

为满足河道护岸挡墙结构可能长期浸泡在污水中，以及冬季的冻融循环作用，进行结构设计时必须充分重视结构使用耐久性的要求。加筋材料在设计计算时其强度应选用极限抗拉强度，并分别对加筋材料的抽样检测试验、3%应变抗拉强度试验等材料性能检测试验作出具体的规定。

针对部分河道区域的天然地基土其承载力相对不足的软基问题，可采用聚乙烯双向土工格栅加筋垫层(承载力可达30kN/m以上)对其基础进行加固处理，土工格栅布与地基底部土层的摩擦系数可按0.4取用。进行河道护岸挡墙施工时，加筋土挡墙回填土料的干密度应不低于19.2kg/m3，水下内摩擦角不低于27°，回填土料的压实度确保不低于0.96，其他技术指标还应严格按照相关规范的规定和设计要求严格执行，确保挡墙结构的施工质量。

3.2 挡墙结构构造设计

加筋土材料规格及土工布层间距的布置与选择应按相关规范规定的构造要求及计算结果等综合考虑确定。该河道护岸工程中，加筋土挡墙墙面采用土工布回包形式进行施工，其实际回包长度以1.2～1.5m为宜，挡墙墙面回包端的回填土料反滤层应采用480g/m2的高密度长丝无纺布。

挡墙墙身护面可采用天然块石精料，料石砌筑层与加筋土体回包面之间应设置相应的砾、碎石过渡、排水层，其厚度以300～400mm为宜；料石块体之间以及料石砌筑层与加筋土体层之间，可分别采用ø16HDPE锁棒及高密度聚乙烯(其厚度以4～6mm为宜)的连接棒进行充分连接。

护面料石砌筑层与加筋土体之间的连结施工，通过反复试验摸索，最后确定按如下连接形式进行施工：即分别采用ø16HPPE锁棒及厚度为4～6mm的高密度聚乙烯连接棒沿护岸墙面长度方向进行半连接。料石层钻孔直径设计为ø20，孔深不低于60mm，护面料石的砌筑层通过HDPE锁棒和回包面中预留的主筋可获得充分连结。

3.3 挡墙结构稳定验算

该新型挡墙结构稳定验算主要采用DIBT计算方法，加筋材料的设计计算强度分别采用相应规格格栅的长期残余强度取值计算，加筋材聊设计使用寿命取定为100年。

结 语

该河道护岸挡墙结构工程的实践证明，新型土工格栅加筋土挡墙结构适宜在严寒区域的河道治理工程中采用，其结构抗冻害性能良好。这种新型土工格栅加筋土挡墙结构的应用，有效解决了河道护岸结构中刚性墙身护面结构与柔性加筋土体变形相协调的技术难题，充分发挥了加筋土挡墙结构的整体稳定性，有效提高了水工结构的抗震性能及使用耐久性，可在类似河道整治工程中进一步推广应用。

参考文献

[1] 刘宗耀,杨灿文,王正宏,等主编.土工合成材料工程应用手册[M].第二版,中国建筑工业出版社,2000,10

[2] 王钊,主编.国外土工合成材料的应用研究[M].现代知识出版社,2002,05

[3] 土工合成材料应用技术规范(GB50290-98)[S].人民交通出版社,1998