浅谈U型槽在沿海地区深厚淤泥层河道的应用

浅谈U型槽在沿海地区深厚淤泥层河道的应用

彭昭宇张旭

深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳518029

1、工程背景

福州市某河道出口段开发为港区及码头，改变了现有河道走向并影响洪水排泄，现有的防洪设施已经不能满足该地区的建设和当地防洪要求。因此，需按新的防洪标准建设完善防洪体系，解决该地区防洪问题，为港区建设和发展创造优良环境。

本段河道改造总长为1620m，根据河道不同工程地质情况，河道两岸防洪堤设计分3种情况：岩石地层段、淤泥地层段、卵石地层段。其中，桩号HD0+520～HD1+560段河道位于围垦滩涂淤泥地层段，滩涂淤泥层厚约5.0m～14m，淤泥层以下为粉质粘土或强风化花岗岩。该段防洪堤拟采用C30钢筋砼U型槽整体结构，其余河道段采用挡土墙。

2、防洪堤堤型选择

根据滩涂段地基均为淤泥的工程地质情况，本工程选取矩形断面和梯形断面进行比较。矩形断面结构形式常用有挡墙结构和钢筋砼U型槽整体结构。挡墙结构常用的有重力式挡墙、悬臂式挡墙和自嵌式加筋土挡墙等。梯形断面根据护坡材料不同，分为生态袋护坡、植草砖护坡、植生型混凝土护坡、石笼网箱护坡和干砌石护坡等。

2.1矩形断面

2.1.1挡墙结构

重力式挡土墙主要靠自重来维持土压力作用下的自身稳定，可就地取材，形式简单，施工简便。但墙体体积和重量均较大，较费材料，同时会引起较大的基础压应力，受地基承载力限制墙体不能筑得太高，适用于地质条件较好的，高度不太高的挡墙。

悬臂式挡土墙主要靠墙身底板上的填土来维持土压力作用下的自身稳定。其断面结构较小，由于墙体自身承受较大的内力，故墙体采用钢筋砼结构。适用于缺乏石料和地基承载力较低的填方路堤，填方河堤、岸坡防护等。

自嵌式加筋土挡土墙是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。该种挡墙一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，但对于堤顶为市政道路或堤顶有较大堆载的情况，不宜选用。

2.1.2U型槽整体结构

钢筋砼U型槽整体结构由于两侧填土高度基本一致，结构受力基本对称，产生的水平推力很小，很容易保证结构的稳定，又因为基础底面积大，所以产生的地基压应力小，地基处理也就简单方便，该种结构形式特别适用于有深厚软弱土层地基。

2.2梯形断面

常用梯形断面材料有：生态袋护坡、植草砖护坡、植生型砼护坡、石笼网箱护坡和干砌石护坡等。其中：植生型砼护坡砼骨架为无砂多孔砼，抗压强度较普通砼低，植生型砼透水、透气能给植物提供生长环境，使岸坡具有可靠的生态环境功能；干砌石护坡为最传统最常用的一种护坡材料，具有施工简单，造价低廉，可就地取材等优点，同时，具有很好的抗冲刷能力。

2.3方案比选

根据以上矩形和梯形断面结构形式和材料的优缺点，本段河道选用矩形断面的C30钢筋砼U型整体结构、C25砼重力式挡墙结构和梯形断面常水位以下采用干砌石、常水位以上采用植生型砼护坡结构三种方案进行比选，各方案断面分别拟定如下：

C30钢筋砼U型槽整体结构：

河道净宽为18m，墙高5.5m，挡墙顶宽0.4m，底宽0.65m，迎水面坡比为直立，底板厚为0.75m，两侧底板外挑0.85m。河道地基采用真空联合堆载预压法处理。两侧挡墙墙背填筑4.6m宽土方平台，边坡为1:1.5，坡面种植草皮防止水土流失。

C30钢筋砼U型槽整体结构横断面图

C25砼重力式挡墙结构：

河底净宽16.5m，河道开口宽20.9m挡墙总高6.3m，基础深0.8m，河底以上墙高5.5m，挡墙顶宽0.6m，迎水面边坡为1:0.4,背水面边坡为1:0.15，河道护底采用0.5m厚干砌石，下垫0.3m后碎石砂垫层。挡墙基础采用6.55m宽的Φ550水泥搅拌桩墙，搅拌桩采用网格布置，搅拌桩之间相互咬合150mm。桩长4.0m～13m。两侧挡墙墙背填筑4.4m宽土方平台，边坡为1:1.5，坡面种植草皮防止水土流失。

C25砼重力式挡墙结构横断面图

斜坡式土堤：

河道为梯形断面。河道底宽14m，堤身采用土方填筑，堤高5m，迎水、背水面坡比均为1:2，堤顶宽5.0m，堤顶设0.7m高防浪墙，河道开口宽度34m，堤防迎水面在常水位以下采用厚0.5m的干砌块石护坡，下垫0.2m厚的碎石垫层，碎石垫层下铺400g/m2土工布一层，常水位以上采用植生型砼护坡；堤脚设宽3.0m、深1.2m的干砌石护脚，背水面边坡种植草皮，防止水土流失。地基处理同C30砼U型槽整体结构，采用真空联合堆载预压法处理。

斜坡式土堤结构横断面图

2.4比选结论

C30钢筋砼U型槽结构优点：a、排洪渠两岸受力基本对称，产生水平推力很小，确保河道两岸的稳定；b、U型槽为整体结构，地基应力较小，有利于淤泥层的地基处理；c、由于U型槽结构地基应力较小，因此结构工后沉降较小；d、工程占地少。缺点：a、工程投资较大（3.79万元/延米）；b、河道亲水性差、景观效果不佳；c、结构施工工期长。

C25砼重力式挡墙结构优点：a、施工工序简单，不用绑扎钢筋，施工工期较U型槽整体结构短；b、施工技术要求低；c、工程占地较少。缺点：a、工程投资大（5.29万元/延米）；b、地基处理要求高；c、河道亲水性差、景观效果不佳。

斜坡式土堤堤型方案优点：a、工程投资较小（2.78万元/延米）；b、河道亲水性较好，景观生态较好；c、施工工序比较简单；结构施工工期短。缺点：a、占用土地较多，对码头港区总体布置影响大；b、堤身工后沉降量较大。

综上所述，C25砼重力式挡墙方案工程投资最大，且比U型槽整体方案多占地2.9m2。虽然斜坡式土堤方案比C30钢筋砼U型槽整体结构方案每延米投资少约10100元，但斜坡式土堤方案比U型槽方案每延米增加占地16m2，考虑到增加占地对码头港区总体布局用地影响，设计推荐采用C30钢筋砼U型槽结构方案。

3、地基软基处理

钢筋砼U型槽整体结构地基承载力要求低，综合分析各种软基处理方法，结合本工程的地质条件和工期要求，本段河道地基处理最终选用真空联合堆载法预压。膜下真空度应达到80KPa，满载预压时间约120天，卸载时加固深度范围内地基平均总应变固结度不小于90%。

4、U型槽结构设计

4.1U型槽结构构造

U型槽全长1040m，每10m设置一道伸缩沉降缝，缝宽20mm，缝内填塞聚乙烯硬质泡沫板。墙高5.5m，河道净宽18.0m，挡墙顶宽0.4m，挡墙底宽0.65m，底板厚为0.75m，底板两端外挑0.85m，底板与侧墙内外侧均设0.3×0.3m倒角，墙顶内侧设0.5×0.5m种植槽。

图1C30钢筋砼U型槽整体结构横断面图

4.2结构整体稳定验算

钢筋砼U型槽整体结构两侧岸墙受力基本对称，因此不需进行整体抗滑和抗倾覆稳定计算、只需进行结构计算、基底应力计算。

工况一（完建工况）：槽内无水，侧墙外地下水位低于河底

工况二（低潮位工况）：槽内无水，侧墙外地下水位高于河底2.0m

工况三（设计工况）：槽内为设计水位，侧墙外地下水位为地面以下2.0m

计算结果见下表

根据上表表明，工况一底板跨中出现最大弯矩，底板与侧墙连接处出现最大负弯矩，可能出现拉裂破坏；工况二侧墙底端出现最大剪力，可能出现剪切破坏；三种工况均表明，侧墙与底板相连接处内力最大。为了保证U型槽结构的正常使用和耐久性，除了按照计算弯矩、剪力及裂缝控制来设计配筋外，还需要在结构中配置构造钢筋和分布钢筋。因此，应该在配筋设计中给予足够重视。

5、结束语

河道断面有多种结构形式，应根据工程实际情况选取适当形式。其中，钢筋砼U型槽整体结构受力对称，结构稳定，地基压应力小，地基处理简单方便，适用于有深厚软弱土层地基。

U型槽整体结构配筋过程，对于结构容易出现应力集中的截面，如底板与侧墙连接处、侧墙底端以及底板跨中等应加强配筋。