芳村围浪损堤加固达标工程设计

芳村围浪损堤加固达标工程设计

广州市位于珠江三角洲的北缘，位于珠江下游。北、西、东交汇处。地势较低，易受北、西河两岸洪水和台湾风暴破坏的影响。而市区现有的防洪(潮)工程标准普遍较低。近年来,广州市区的防洪排涝工程建设发展迅速,市区内现已建成了一批质量较高、标准统一的防洪排涝工程。从现有的工程情况看,建设的水利堤防工程,不仅要达到安全和稳固,还要结合城市规划建设要求和环境美化、绿化的需要,使广州市的建设融为一体。作为广州市城市防洪工程建设的一部分,芳村围浪损堤加固达标工程较好地达到了这个目的。1堤身半部分创造芳村围浪损堤由南氵教花地河口至沙洛下村,全长2550m。由于这段石堤是80年代初砌筑的,经济条件决定了水利工程的标准较低,而且断面单薄,基础埋深浅,在洪潮江浪的作用下,部分石堤崩塌,堤内回填土、砂石下陷。特别是南氵教一带,原堤身为土堤,仅在迎水面护砌块石,堤顶高程偏低,基本上没有道路,不能满足防洪抢险的需要,平时也不便于管理。经过多年的运行,堤身下半部分淘刷严重。往返平洲与香港、广西等地的高速飞翔船的波浪较大,在低水位时激起的大浪可以直接扑上堤顶,如果在高水位时飞翔船经过就更加危险。因此,广州市水利局决定在除险加固的基础上,结合该区城市规划的需要,争取把2550m长的芳村围浪损堤建设成为芳村区的“沿江路”,既有交通功能,又是市民的休闲带,作为城市近郊一种典型的堤围形式。2工程所在区域、行业芳村围位于珠江主干流侧,属潮汐地区,受潮水影响较大,多年平均高潮水位1.8～1.9m(珠基高程,下同),历史最高洪潮水位为2.79m。工程所在区域为珠江水域,受潮流、潮汐影响较大,场区砂层为主要的含水层,赋存丰富的孔隙水。场区河道为典型的河流淤积、冲积地貌,河水从西向东流,同时受珠江潮水影响。场区地层主要由淤积层、冲积层、残积层组成。3项目设计3.1芳村围防洪工程量根据广州市城市防洪工程的总体规划,选用的洪水标准为200年一遇,相应的水位为2.83m,按照《堤防工程设计规范》(GB50286-98)的标准,芳村围堤防应确定为2级建筑物。根据广州市处于潮汐地区,高潮水位持续时间短的特点,而且100年一遇洪水水位(2.79m)与200年一遇洪水水位(2.83m)仅相差0.04m,两种洪水重现期的水位相差很小,最后将芳村围堤防定为2级建筑物。根据《关于广州市防洪(潮)规划的批复》(粤府函51号文)中批准的《广州市城市防洪(潮)规划》,芳村围的设计洪(潮)水位采用2.83m,超高(已含波浪爬高和安全超高)为0.8m,堤顶高程为3.63m。3.2加固和加固工程堤围岸线基本维持原有走向,在拆除占用河堤的违章建筑后进行适当的裁弯取直,尽可能地保持平顺连接,在基本保持工程现状的基础上进行加高、加固处理。3.3外包钢筋混凝土的设计资堤围工程宜采用统一的外表型式。考虑到原石堤上部结构基本完好,因此在设计时要尽量利用原石堤。针对浆砌石造价低、容易施工的特点和砂浆容易淘空的缺点,结合钢筋混凝土坚固耐用、强度高的特点和造价高的缺点,设计中把浆砌石和钢筋混凝上结合起来,工程主体用浆砌石,外层防护部分采用钢筋混凝土,既安全稳定,又能降低工程造价。同时,将钢筋混凝土护面设计成弧线外瓢的型式,利用力学原理,将波浪的方向改变,能够有效地保护堤防的安全,达到浪损堤加固的主要目的。从稳定的角度考虑,梯形断面有利于河堤的安全和稳定,也结合了美观和实用。因此这段河堤考虑成为多级堤型式。二级堤主要是在低水位时防止波浪直接冲击上面的河堤,高程为1.20m,平台宽度为1.25m。浇筑钢筋混凝土基础后,根据设计断面砌筑浆砌石挡土墙,在外面包裹钢筋混凝土护面防御波浪。一级堤主要是防御高水位时波浪的冲击,高程为2.80m,总宽度为2.10m(包括栏杆和人行道),比200年一遇设计洪(潮)水位2.83m低0.03m,但已高于历史最高洪水位2.79m,可以作为人行道使用。在这个高程下均采用钢筋混凝土护面,人行道铺筑预制混凝土阶砖。土堤主要为100年一遇设计洪水的堤顶超高部分,结合防洪抢险和当地群众的交通要求,设计为7m宽的简易公路,两侧浇筑混凝土防护墙,防护墙墙顶高程为3.63m,公路路面高程为3.50m。堤路结合有利于防洪,作为交通公路使用,便于日常管理,汛期可以作为防汛公路,加高加宽的断面大大加强了堤防的防洪能力。内坡脚砌筑挡土墙,界定堤围的范围,有效地保护河堤背水坡免遭破坏,有利于检查、管理堤围。外坡种植草皮,结合景观增加绿化。设置人行道和栏杆,保证行人的安全。为达到工程设计的主要目的,保护堤防、抵御波浪的侵袭,一级堤、二级堤的外包钢筋混凝土护面均设计成弧线外飘的型式。当波浪冲击堤岸时,根据力学理论,波浪将沿着弧线改变方向,扑回河中。外飘弧线钢筋混凝土很好地抵御了风浪的袭击,波浪基本上不能扑到一级堤上。3.4浇筑钢筋混凝土底板根据堤岸线位置,结合原石堤的破坏情况和地质勘探结果,采用两种不同的处理方案。方案一,如果原石堤没有出现大的破坏,原岸线又比较顺直,与治导线也比较接近,淤泥层厚度不大(用木桩能穿透进入砂层),则考虑加深加大基础,在加大基础的部位打4m松木桩(根据需要可以适当调整木桩长度与尾径),浇筑钢筋混凝土底板,在原石堤外浇筑钢筋混凝土护面保护旧石堤。方案二,如果原石堤破坏比较严重,或者淤泥层比较厚,又或者原石堤偏离治导线较多,则采用拆除原来破损石堤,重新砌筑重力式挡土墙后外包钢筋混凝土的方法进行处理,其基础采用置换法进行处理,换砂厚度根据计算选定2.0m。经过计算比较两种方案,方案二比较安全,并且不受原石堤的影响,但也存在以下问题:开挖量大,旧堤大部分要挖除,原石堤不能充分利用,堤后大量填砂不利于防渗,因此基本选用方案一,个别地段采用方案二处理。尽管根据不同的条件,采用两种不同的方案进行加固处理,但在外观上保持一致。3.5施工第二缝:分缝纵缝、横缝由于地质条件并不完全一样,完工后各个部位的不均匀沉降不可避免。因此施工中必须考虑分缝(纵缝、横缝)。由于潮涨潮落,堤围的水位是反复升降的,为了减小渗透压力,提高堤围的稳定性,在堤围采用塑料管包扎土工布作为排水反滤措施。3.6重力式护岸在中、枯水位下稳定性差挡土墙的稳定性计算,宜根据不同堤段的地形地质条件,结合堤身的结构型式、高度和填筑材料等因素选择有代表性断面进行。稳定计算分为正常情况和非常情况。根据各种荷载同时出现的可能性,选择不利的情况进行计算。重力式护岸在中水位、枯水位下稳定性差,计算选择了设计洪水位骤降1m、设计枯水位及不利中水位三种情况。根据设计堤围的具体型式,比较临水侧、背水侧堤坡及水位的升降情况,认为临水侧堤坡在设计洪水骤降时是最危险的,因而最具有代表性,因此将这种情况下的临水侧堤坡作为计算代表断面。3.7加固松木桩,提高基础的承载力挡土墙的抗倾、抗滑均满足规范要求。经过计算,在方案一中,出现最大应力小于地基承载力的最小建议值,而最大应力的1.2倍大于地基承载力的最小建议值,因此需要采取一定的措施提高基础的承载力。考虑加设4m长松木桩加固,要求松木桩打至砂层。方案二中,计算得出,当选用2.0m厚砂垫层时,垫层底面处土的自重应力与附加应力之和小于同一标高处土的容许承载力,因此该方案可行。3.8角交墙与挡土墙的交互作用汽车荷载对挡土墙的作用相当于局部荷载,根据土力学理论,局部荷载引起的土压力作用范围确定:从荷载起点引直线与水平线成(45+ϕ/2)角交墙背于一点,此点以上均不受局部荷载作用,其土压力只是由于填土自重所引起。根据这一理论,如果汽车的作用位置与挡土墙保持适当的距离,汽车荷载的作用就不能传递至挡土墙上,即在计算中可以不考虑这些荷载的影响。在本工程中,经过计算确定公路边缘至挡土墙边缘的距离为3.15m,挡土墙的稳定可以近似作为不受公路上的任何荷载(包括填土)的影响。3.9粗砂层和粗砂层沉降经过地质钻探后得知,此段堤围的淤泥层厚度不大,在方案一中,木桩已经穿透淤泥层进入细砂层或粗砂层,在方案二中,已经将软弱淤泥层全部挖除,根据施工工序和工期的要求,允许一定的沉降。同时堤身进行分缝处理,每10m设一沉降缝。4采用抽水机排水和排水技术工程于1998年冬季动工,枯水期降雨量明显减少,影响工程施工的主要是潮水(包括潮涨潮落)和过往船只引起的波浪,特别是高速双体船。根据工程的实际情况和本着节约投资的原则,受潮水影响的水下部分的施工在低潮时进行。低潮水位的持续时间决定了水下部分的施工时间。考虑到施工工期的影响,为了增加施工时间,因此在施工中考虑采用抽水机排水。当退潮时潮水位降至比较低时,开挖土方,将开挖出来的土方暂时堆放在基坑边,与砂包一起砌筑成小围堰,用抽水机迅速抽水,进行施工。为避免开挖时出现塌方,施工按照沉降缝的长度分段进行,每10m为一施工段。5在适用上,可以实现双重船道的价值,扩大护面的施工难度,并促进了技术进步作为在广州市城市防洪工程中首先使用浆砌