浅谈普陀区蔡家浜河道护岸改造方案

1、工程概况
普陀区外浜水系包括外浜及其支流姚民港、蔡家浜和达长浜，河道属于上海市水利分片治理中的“嘉宝北片”。其中蔡家浜河道长约362.0m，两岸护岸岸线全长约692.0m，护岸结构型式较单一，为浆砌块石重力式挡墙结构，下部无桩基。沿岸分布有上海白猫股份有限公司、百达工业坊等大中型企业，岸后建有大量的厂房、民居，离护岸较近，情况比较复杂。现状蔡家浜东岸约150m长的岸段墙后土体流失塌陷，挡墙沉降、外倾，外倾最大值达到20mm，且险情在进一步扩大，随时都有倒塌的危险，严重影响防汛安全及周边企业居民的生命财产安全。该工程主要工程内容为：护岸改造、绿化布置。
2、地形、地质
拟建场地地貌类型属滨海平原相，拟整治河道沿线环境较为复杂，主要为工厂厂房以及市政配套设施，各勘探点孔口高程为2.90～4.45m。经勘察查明，在本次勘察15.3m深度范围内的地基土属第四纪全新世Q³₄～Q²₄的沉积层，主要由填土、粘性土、及粉性土等组成。各层地基土概述如下：
1₁层杂填土，土质不均，结构松散，主要以碎砖、石块等杂物组成。
1₂层素填土，以粘性土为主，属于高压缩性土。
2₁层粘质粉土夹粉质粘土，其呈灰黄色，局部以粘性土为主，属于中等偏高压缩性土，静探P_s值平均1.06Mpa，地基承载力设计值f_d为100kPa，承载力特征值f_ak为80kPa。
2₃层灰色砂质粉土，静探P_s值平均2.22Mpa，标贯平均击数N为7.0击，松散～稍密状态，为中等液化土层，地基承载力设计值f_d为120kPa，承载力特征值f_ak为95kPa。
4层粘土，软塑状，地基承载力设计值f_d为80kPa，承载力特征值f_ak为65kPa。
各土层主要物理力学设计参数见表1。
表1 土层主要物理力学设计参数

层序	土 层 名 称	重 度 γ kN/m3	固结快剪		比贯入阻力 Ps Mpa
			粘聚力 C kN	内摩擦角 Φ （o）
①1	杂填土				0.93
①2	素填土				0.7
②1	粘质粉土夹粉质粘土	18.8	6	29.5	1.06
②3	砂质粉土	18.5	4	32.5	2.22
④	粘土	17.9	13	16.5	0.55

#p#分页标题#e#3、出险原因分析
根据地勘资料、实测断面及结合现场实际情况，蔡家浜部分护岸沉降外倾的原因分析如下：
（1）河道内的土层主要为2₁层粘质粉土夹粉质粘土和2₃层砂质粉土，此两层土极易被冲刷；结合实测断面分析，墙前泥面被淘刷，淘刷最深处达0.40m，严重影响了挡墙的结构稳定。
（2）墙身上的排水孔堵塞失效，造成墙后水位增高，护岸防渗长度不够，形成渗流通道，导致墙后水土大量流失，墙体沉降倾斜，形成险情。本工程现有挡墙底板持力层为粘质粉土夹粉质粘土，现有挡墙结构见图1，其防渗长度[L]=C△H=5×1=5m（墙后水位地面以下1.0m），现有挡墙防渗长度仅为L=（3-1.95）+1.75=2.80m<[L]，不满足要求。
4、改造方案的设计
护岸结构布置主要遵循以下几个原则：
（1）遵循因地制宜的原则，满足河道规划要求，兼顾业主单位的使用要求；
（2）尽量利用原有结构进行加固改造，减少拆迁工程量，降低工程造价；
（3）结构设计尽可能减少临时施工措施，降低施工期对附近建筑物的影响程度；
4.1加固方案设计
根据出险原因分析，本工程护岸主要是因为墙前泥面淘刷，防渗长度不够，形成渗流通道，导致墙后水土大量流失，墙体沉降倾斜。同时根据现有泥面线进行稳定复核，老护岸的边坡稳定已不能满足规范要求。因此，本工程除险加固的关键是切断渗流通道，提高墙体的自身稳定。
现有护岸下部地基土2₃层为中等液化土层，震动易液化；若采用预制桩，施工震动较大，地基土易液化进而造成挡墙位移倾覆；同时，打桩震动对老墙结构也有较大的损坏，埋下安全隐患；因此，本工程宜采用非挤土桩进行加固处理。
由于原墙已经形成渗流通道，导致防汛墙地基土不断流失，考虑在原护岸前加设一排连排水泥土搅拌桩，切断渗流通道，以防止护岸地基土进一步流失。水泥土搅拌桩尺寸为D500×3000mm，其水泥掺量不少于220kg/m³，搭接宽度150mm。考虑到提高墙体的自身稳定，在墙前增设一排钻孔灌注桩承担墙体水平荷载，增强墙体水平抗力，并增加结构的整体稳定性，钻孔灌注桩规格为D600×7000@1800mm，其应在水泥搅拌桩凝固之前钻孔并进行泥浆护壁。为增加钻孔灌注桩的整体性，在钻孔灌注桩顶设置C30钢筋混凝土导梁。由于钻孔灌注桩是新增结构，与老结构之间可能会产生不均匀沉降；因此，紧贴原护岸底板浇筑导梁，两者之间夹一层油毡，使新增结构与老结构完全独立，自由沉降。新建导梁厚500mm，宽800mm。具体结构详见图1。

4.2新建结构设计
蔡家浜东岸有150m的护岸出现沉降、倾斜现象，地基土已被剪坏；因此，该段护岸拆除重建。本工程范围内原护岸均为重力式护岸，且填土高度在4.0m左右，地基下存在较厚的砂质粉土，考虑到技术、经济适用性及与周边景观一致，结合河道的断面及河道两岸的实际地形地质和建筑物情况，本工程新建护岸采用浆砌块石挡墙，其设计理念与加固结构一致，墙前采用“水泥土搅拌桩+钻孔灌注桩分离式结构”。
新建挡墙上部墙身采用浆砌块石，墙顶高程4.10m，墙身顶宽400mm；压顶为钢筋混凝土，其断面尺寸550×250mm；挡墙底板采用钢筋混凝土，底板底高程1.95m，由于底板前增设了“水泥土搅拌桩+钻孔灌注桩”，新建挡墙底板可以适当缩短，不仅节省了工程量，也大大减少基坑开挖对邻近建筑物的影响。根据计算，挡墙底板宽1500mm，厚400mm。具体结构详见图2。

 
4.3设计参数及成果
（1）工程等别为Ⅲ等工程，主要建筑物为3级水工建筑物。
（2）设计水位：设计高水位3.80m，设计低水位：2.00m，墙后水位：地面以下1m。
（3）墙后地面设计荷载：5kN/m²。
整体稳定计算方法采用瑞典圆弧滑动法，新建及加固断面的结构型式为桩基础，对其桩基的承载力及泥面位移进行核算。计算方法采用“m”法，实际计算中取较危险的断面进行计算且考虑墙前泥面继续刷深0.5m计算。
计算成果详见表2。
表2 护岸整体稳定计算成果表

断面结构	墙前水位（m）	墙后水位（m）	整体稳定		结构稳定
			kmin#p#分页标题#e#	[k]	桩基承载力		桩顶位移
					Qdma×	1.2Rd	×0	[×]
					(kN)	(kN)	(mm)	(mm)
加固护岸	2.0	3.0	1.3	1.2	灌注桩   20.0	229.1	4.9	5.0
新建护岸	2.0	3.0	1.24	1.2	灌注桩   18.0	235.1	4.8	5.0

根据计算成果，采用的设计方案稳定均满足要求。
5、结束语
 “水泥土搅拌桩+钻孔灌注桩分离式结构”能较好地解决护岸渗流及结构失稳问题。其施工震动小，适用于各种地质，对老结构及周边建筑基本无影响，可以防止因施工震动而造成的施工安全事故。作为一种合理可行的设计方案，不仅在蔡家浜河道整治工程中得到了成功的应用，也因其具有适用范围广，施工便捷的优点，在的工程设计中具有较大的应用前景。
参考文献：
 [1] 管枫年， 薛广瑞， 王殿印. 水工挡土墙设计[M].中国水利水电出版社.1996.
[2]《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）.中华人民共和国水利行业标准.中国水利水电出版社.
[3] 陈希哲.土力学地基基础[M].清华大学出版社.2004.