温州城区二期防洪堤总体设计

温州城区二期防洪堤总体设计

1防洪堤工程前平台设计温州的防洪堤工程位于瓯江南岸，西起解放北路口，东至安兰大桥以东。大坝全长391米，位于中盛北路口、东安澜区东部。防洪标准为每十年一次。三级水库工程允许越浪，但必须控制越浪量。防洪顶部高度为6.50m，采用桩基建的透空式结构。透空式防洪堤结构基本情况如下：前平台：上部结构顶高程6.00m，宽12m，前平台每榀排架基桩采用3根准800现浇立柱连接。防洪线设置在前平台前沿，防洪高程为6.5m。中平台：上部结构顶高程4.3m，宽30m，每榀排架基桩采用7根600mm×600mm预应力混凝土方桩，全直桩，排架间距为8m；上部结构为现浇横梁、非预应力预制空心面板结构；为了防汛和挡土，接前台处纵向设有现浇钢筋砼挡土墙。后平台：上部结构顶高程4.3m，宽10.32～11.27m，每榀排架基桩采用2根准1000钻也灌注桩，排架间距均为8m，上部结构同中平台。覆填绿化土至高程5.00～6.00m。总共采用了65榀排架，总桩数678根，其中钢桩33根，嵌岩桩103根，PHC桩91根，600mm×600mm预应力方桩312根，钻孔灌注桩138根，桩长2.94～55m。该防洪堤工程参照梁板式码头的设计思路，兼顾防汛和景观需要变化前平台的设计。本工程具有防洪、景观、码头等多功能使用要求。由于岩基埋深不一，覆盖层相对较薄，且变化较大，给透空式防洪堤的桩基设计带来许多困难。在这种情况下，大量采用嵌岩桩，解决了关键技术问题，成为本工程设计的一大特色。2地基的一般特征本地区的波浪为风浪，堤线走向为ENE-WSW向，对本工程影响最大的不利风向取为ENE-N向。本地区的潮流属非正规浅海半日潮流，根据实测资料进行推算得到可能最大流速为351cm/s，流向为83°。受地形和水深的影响，可能最大流速在同一断面变化较大。水流速度较大，对河床的冲刷性强。据分析，大流速的成因为近年来江心屿南汊分流比不断增加所致。处于凹岸的南岸的表层河床为较易冲刷的中细砂，在南汊持续发展的情况下，凹岸冲刷将持续发展，在防洪堤的结构设计时应引起注意。根据勘察报告，工程区地基有以下几个特点：(1）岩基埋深普遍较浅，且起伏很大，一般岩基面的纵横坡度很大，达1∶3～1∶4，局部陡峻；(2）覆盖层的厚度在0～30m变化；(3）一般表层附近有1层中细砂。分层地基土层从顶至底按顺序列于表1，预制桩和灌注桩桩侧极限摩阻力标准值q根据该地质情况，桩基持力层宜选择在强或中风化层。3防洪堤和城区功能的协调发展防洪堤临江立面是一个景观。目前，上海、大连、重庆、宁波及南方各大城市的驳岸建设呈现与城区景观、人文特色和城区功能相协调的趋势，大量运用景观手法塑造防洪堤，一改过去块石挡墙等缺乏手法的建设模式，滨江防洪堤的理念发生了很大的变革。滨江防洪堤具备城市功能，如休闲、健身、人文、历史、景观、旅游等。其结构在水深处多以透空式实现，临江横向布置有观光台、亲水平台等多层次建筑，纵向有休闲、餐饮、酒吧、健身、游艇等功能区。3.1亲水观赏设计平台温州城区防洪堤一期工程实施了具备多功能的防洪堤。临江侧前台上平台采用弧形挑檐，与下平台的连续采用双排人字柱，人字柱下设墩台，墩台下设2根桩，临江列桩前平台跨距12m，中后平台6m，承台底部设于中水位处，设置纵向连系梁，内列桩墩台间设纵向连系梁。这一立面设置给观者很好的美感，整体轻盈活泼、舒展。远看以人字柱为视觉中心，中后平台密排桩不影响观感，景观效果与背景的翠微山十分协调。亲水观光平台采用圆弧形承台，PHC全直桩支承，与两侧人字柱的轻盈形成动静感，整体感强。衬以上平台的白色张拉膜，亲水平台如船，张拉膜如帆，一幅海上扬帆的景观，又如振翅欲飞的海鸥，应是较为成功的临江立面设计。3.2上部平台及地面景观的关系根据设计，二期防洪堤的外立面继承了景观驳岸的设计理念，也采用梁板式结构，下部处理基本相似，只是排架间距前中后平台均为8m，桩距3～5m。由于采用直柱，上部平台整体上厚重，排架第一列桩采用纵向连系梁，深度感不足，略感沉闷。总体上二期立面景观有质感，古朴凝滞，基本符合景观需求，上部景观需要雕塑类陪衬。一、二期临江立面各有千秋，关键是上部背景与平台风格的协调，以及与景观主题的统一。在这类新型驳岸的设计中，需要重视与码头设计完全不同的一个新的元素就是景观。忽略临江立面的景观效果，在一定程度上将不利后期的景观设置和增加园林及景观主题设计难度，最好提前规划，统一协调各段立面。4景观节点设计堤线长394m，断面宽度为31.31～53.33m，自西向东分为6个分段，每分段分为前、中、后3个平台。具备防洪能力是防洪堤的基本要求。此外，沿江还需设置浮码头等，依功能设置，沿江可以分为3个功能区：观光及亲水平台、浮码头、观光平台。横向布置也可以分为3个功能带：12m宽的人行道、绿化带、城市道路。竖向布置按梯次考虑。亲水平台设于4.3m处，临江人行道6.0m，防汛墙顶高程6.5m，城市道路为5.0m。绿化带按缓坡设置。前台高程设置：受景观立面的约束，前台现浇横梁底部高程处于平均水位附近，取0.5m。中后台顶高程受绿化0.7～1.7m厚填土限制，由人行道高程以下预留1.7m，顶面高程为4.3m。绿化及后方道路后期考虑（图1）。4.1采用了1.2低桩港区，设计了一个如何这类宽平台高桩结构驳岩，实际上是高桩梁板式码头的一个变化，即：将一般码头前台改为景观平台。因此，设计方法同高桩码头，采用水运工程规范是合适的。它主要包括3个功能段和3个分工的结构来实现。4.1.1前置横向排架设计浮码头段，由于正常使用条件下承受较大水平力，前台横向排架需要布置叉桩，还要考虑结构的整体性进行上部结构的设计，荷载、受力及构造与一般的浮码头情况基本雷同。4.1.2旅游平台的设计(1）设计负荷的关键偶然组合需考虑船舶的意外撞击，其他考虑结构、人群等常规荷载。(2）桩基处理要求(1)观光平台及一般的防洪堤段：与码头段的实质不同主要是水平力大小的区别，承受的竖向荷载也相对为小。观光平台和一般防洪堤正常使用条件下，不受水平力，以布置直桩为主；为满足景观要求，临江侧的前台桩基应进行美观处理，上部结构考虑景观要求；为满足防洪要求，在前后平台间设置防汛构造。为适应地基条件和承受荷载，上部结构处理要适应桩基布置，尽量使排架基桩受力均匀。(2)与码头的衔接段：码头和观光平台及一般的防洪堤段的衔接段也应适当考虑承受水平力，尤其是与码头的邻近部位一定范围内布置叉桩，一般可以考虑方桩或PHC桩或钢桩。其中，PHC桩和钢桩的抗弯和抗水平力较好，在水平力不大的一般岸段，可以布置钢桩或PHC直桩，并满足景观的要求，也降低施工难度。4.1.3桩基设计(1）临界入土深度根据地层物理力学指标情况，由m法计算得知承受水平力和力矩的准800PHC桩、600mm×600mm预应力方桩和准1000钻孔灌注桩的弹性长桩的临界入土深度为8.7～10m。(2）浅埋桩桩基处理根据地质报告，靠近驳岸的后平台的地基表部发育厚1.8～7.0m的杂填土，主要由碎石、建筑垃圾和粘性土及砂组成，在防汛墙坡脚附近抛填了较多抛石和建筑垃圾，使区内陆域沿岸浅部地质条件比较复杂。针对这种地质情况，桩基采用钻孔灌注桩的结构形式。而且中后平台基本不承受水平力，可完全发挥钻孔灌注桩竖向承载力高的优势。工程区内还大量存在岩基埋深小于10m左右的区域，根据入土深度的要求，难以采用打入桩，选用嵌岩桩。由于本地区覆盖层厚度处于临界深度的区域较多，再者覆盖层力学性质有一定的变异性，如考虑冲刷等因素一般还需考虑一定的富裕量，对桩基的处理方式也产生各种各样的设计思路，其可靠性是整个工程设计的关键。本工程中对岩基浅埋处大量使用嵌岩桩，解决了浅覆盖层嵌固点的技术难点，成为该透空式结构的一大特色。在非近岸覆盖层厚的区域，一般采用PHC桩、方桩，必要时采用钢桩。(3）横向排架结构受浅埋深岩基的影响，典型排架结构断面形式可分为4种，对应有4种不同的桩型和布置（图2～图5）。根据设计，在工程区内，大体可以分为以下3种类型的透空防洪堤结构。(1)一、二分段的浮码头区：岩基上部的覆盖层较厚，达27～30m，完全满足弹性长桩的要求，桩基可采用直接打入桩的形式，以强风化岩为持力层。同时需要考虑船舶靠船产生的水平力，前平台的桩基采用2根600mm×600mm预应力砼方桩的结构形式，并以叉桩形式打入覆盖层（图2）。(2)覆盖层超过或接近临界入土深度：采用护底以保证桩基覆盖层厚度，不嵌岩，前台横向排架采用3根钢管桩抵抗水平力（图3）。第四分段岩基上部的覆盖层有一定的厚度而且土的力学性能较好，满足弹性长桩的嵌固要求，并且要考虑船舶意外碰撞产生的水平撞击力，桩基采用钢管桩的形式，钢管桩能打入风化层一定深度，可承受较大的水平力，在沉桩后能基本站稳，短期内能承受施工期一般的风、浪、流荷载。考虑到岩层性质、嵌岩施工的复杂性，前台横向排架采用3根钢管桩。覆盖层的第一层为中细砂，而本地区的潮流流速较大，最高流速达351cm/s，极易引起较大的冲刷。根据2000年的实测资料，8个月内有0.5～2m的冲刷量，而覆盖层接近临界水平，因此在前平台下的天然泥面上要进行厚为1m的抛石护底，保证覆盖层的厚度满足桩基的设计条件。(3)覆盖层小于或接近临界入土深度：如直接采用普通的打入式高桩结构，在桩的入土深度较浅且岩面坡度大的情况下，桩基极不安全，此时应采用嵌岩桩。由于桩短，在上下约束为固结的情况下，自由长度小，承载能力和抗倾、抗滑能力较有保障。这个型式的结构见图4、5。与第二种实现方式对比，覆盖层厚度差不多，但两根嵌岩钢桩代替了3根打入钢管桩，同样满足要求。它的优点是更适应河床冲刷变形，因此也得以使用，缺点是施工不便：钻岩施工难度大，较打入桩工期长，受外界干扰因素多，施工质量较难保证等。4.2平台排架的设计要点(1）用嵌岩钻孔灌注桩代替打入桩作为码头结构的基桩。考虑到嵌岩钻孔灌注桩单桩在施工期风、浪、流作用下及意外船舶水平撞击力作用下的稳定性问题，此类钻孔灌注桩应嵌入基岩一定深度，具体由设计计算的桩的弯矩、剪力对嵌岩桩段周边岩石的作用应力与岩石的允许应力来确定。(2）由于嵌岩钻孔灌注桩一般为直桩，单桩承受的水平力有限，为充分发挥单桩的水平承受能力，并力图使各桩所受的水平力比较均衡，在设计中合理选用梁、桩的刚度比。将水平力较均衡地分配到排架的每根桩上。(3）为保证排架的整体性和桩、梁的有效结合，保证实际排架内力分布符合设计意图，必须确保节点连接的可靠性。一般采用现浇钢筋砼横梁，桩头伸入横梁的部位通常采用加设交叉网格钢筋和布置桩头外伸筋上的箍筋来作局部加强处理。(4）为保证使平台结构安全、经济可靠，可采用适当增加排架上的桩数和加大平台上部结构刚度的方法，以承受平台前沿线方向各排架在船舶意外碰撞中的水平撞击力。(5）通常采用的计算模式为平台排架按平面刚架计算，桩基按两端固结考虑。但若遇到刚性短桩的情况，有条件时岩基处约束宜按弹性固结校核排架内其他基桩内力，避免风险。4.2.1得内力设计值嵌岩桩上下均按固结计算，考虑水流、千吨级船舶意外碰撞等不利因素的影响，前平台嵌岩桩得内力设计值为：弯矩M=798kN·m剪力V=272kN轴力N=4245kN4.2.2所需嵌岩桩的嵌岩深度的计算方法根据《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ285—2000）中第4.3.2条规定，计算所需嵌岩深度：经过计算，不同位置得嵌岩桩的嵌岩深度不同。4.2.3单桩轴向抗压承载力设计值的确定根据《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ285—2000）中第4.2.3条规定，单桩轴向抗压承载力设计值：计算得，当嵌岩深度hr′=1.5m时，Q4.3岩桩施工嵌岩桩的设计固然重要，但施工保障某种程度上更为重要，因为嵌岩灌注的质量从来都是令人关注和担心的问题。4.3.1钢护筒顶面钢护筒沉放采用锤击法，应避免偏心锤击。钢护筒宜打至中-微风化层顶面。同时要注意锤击能量的控制，防止钢护筒变形，以利施工期的单桩施工稳定和嵌岩成孔。4.3.2新鲜基岩或微风化储岩地层进入新鲜基岩或微风化储层时的注意设计要求成孔过程中要及时出渣。嵌岩深度按进入新鲜基岩或微风化岩层不少于1.2～1.5m。终孔后需采用有效手段进行探摸以验证嵌岩深度，并填写施工记录。4.3.3清孔采用2次清孔法，成孔时清孔1次。第2次在下好钢筋笼，浇注水下砼之前进行，用“气举法”进行清孔。4.3.4注意运动学钢筋笼宜1次成型，若分段制作，其长度以5～8m为宜。搬运时应采取适当措施，防止扭转、弯曲。埋设时，要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼下放到设计位置后，应立即固定。两段钢筋笼连接时需采取套筒冷压连接。4.3.5酶配合比的选择(1）嵌岩桩砼施工采用水下灌注砼施工，水下灌注砼采用导管法。(2）导管灌注的砼应有足够的流动性、抵抗泌水和离析的稳定性，选择配合比时，除按本文有关规定外，需符合下列要求：(1)砼的配制强度应比设计高程提高40%～50%;(3)粗骨料宜用卵石，最大粒径不得大于导管内径1/4或钢筋间距的1/4，也不得大于40mm;(4)砼应掺入减水剂或引水剂，并适当提高砂率以改善和易性；(5)在倾斜面上浇注混凝土时，应从低处开始，逐渐向高处浇注，并采用有效措施，防止混凝土向低处流动。5付款时5.1结构体系设计(1）总平面布置：现代新型多功能景观式驳岸总平面设计应该考虑纵向、横向、竖向的布局，并与城市和景观主题相协调。(1)纵向应考虑功能划区，应满足基本要求为观光、码头、休闲、游艇、中心广场、酒吧等，进一步可通过调查可以其他功能。(2)横向应考虑满足观光、绿化、城市道路等基本要求，中心广场等尚应考虑亲水和戏水要求。(3)竖向设置应梯次满足防洪、景观立面、城市背景主题等多方面要求。基本立面结构设计应加入景观和立面的元素，使之与城市的人文和规划背景相协调。(4)在观光平台立面设计中应该沿竖向考虑亲水、观光等人性化设计。(2）结构方案：新型驳岸一般为宽桩台方案，水深处可按高桩码头的设计方法进行设计，但前中后台应按基本横向布局的方式（亲水平台、观光平台、绿化平台和城市道路）进行分带设计，受力分析同码头结构。(3）荷载：前平台可能受船舶撞击，在水上交通