高北河疏浚工程對(duì)滬寧高速的影響分析論文
疏浚工程是指為了開(kāi)挖新的航道、港口和運(yùn)河或疏通、浚深、加寬和清理現(xiàn)有航道和港口而進(jìn)行土石方開(kāi)挖的工程。對(duì)原有河道的浚深和拓寬，改變了原地應(yīng)力分布，減小了岸坡坡腳的支撐力;同時(shí)如果采用排水施工，會(huì)導(dǎo)致岸坡靜水壓力減小以及坡內(nèi)動(dòng)水壓力增大，這些都增加了岸坡的不穩(wěn)定性。對(duì)這樣的工程隱患如果不引起足夠的重視，則很可能會(huì)引發(fā)岸坡崩塌、滑動(dòng)，影響疏浚進(jìn)度和成本。倘若周邊存在重要建筑物，還有可能造成建筑物的不均勻沉降和變形，影響其正常使用。這樣的事故案例很多，在蘇州市區(qū)二期疏浚工程中的薛家河段，由于沒(méi)有考慮上述隱患，河道降水剛完成之時(shí)，河道駁岸便發(fā)生了長(zhǎng)達(dá)50m的滑塌，不僅影響了工期，還造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。浦東新區(qū)大治河疏浚工程中，由于忽視疏浚工作對(duì)周圍建筑物地基的影響，造成一幢3層旅館突然坍塌，所幸沒(méi)有造成人員傷亡。
本文重點(diǎn)分析緊鄰滬寧高速的高北河南岸疏浚工程對(duì)岸坡及滬寧高速可能造成的不利影響，在考慮地下水滲流的條件下，分別計(jì)算模擬放坡開(kāi)挖及鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖兩種開(kāi)挖方式下，駁岸基坑開(kāi)挖對(duì)岸坡穩(wěn)定性及高速路基變形的影響。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，否定了放坡開(kāi)挖方法，肯定了鋼板樁支護(hù)對(duì)岸坡穩(wěn)定及路基變形的控制作用，為類似工程提供參考。
1工程概況
本疏浚段長(zhǎng)135 m，毗鄰滬寧高速北側(cè)，并與高速公路平行，設(shè)計(jì)青坎邊線距離公路護(hù)坡坡腳僅2-3m距離公路邊線僅10-13m。河道北岸為開(kāi)闊田野，根據(jù)設(shè)計(jì)，其駁岸基坑采用1:0.5放坡開(kāi)挖方法，而河道南岸緊鄰滬寧高速，考慮到對(duì)滬寧高速可能存在的不利影響，其駁岸開(kāi)挖方式未定，也是本文重研究?jī)?nèi)容。分別為新河道平而及斷而設(shè)計(jì)圖。
2岸坡穩(wěn)定性分析
在本疏浚段取一坡度和高度最大的斷而作為代表剖而進(jìn)行計(jì)算分析，使用極限平衡法計(jì)算降水前后該剖而岸坡的最危滑動(dòng)而位置和最低安全系數(shù)，并分別討論駁岸基坑在放坡開(kāi)挖和鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖兩種開(kāi)挖方式下對(duì)岸坡的穩(wěn)定性影響。計(jì)算時(shí)采用摩根斯坦普林斯條分法，摩根斯坦普林斯條分法為較為嚴(yán)格的條分法，計(jì)算所獲得的成果更貼近工程實(shí)際。
(1)降水前后岸坡的穩(wěn)定性。為了分析河道降水對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響，分別計(jì)算降水前后岸坡的穩(wěn)定狀態(tài)。圖3為降水前河道岸坡的最危滑動(dòng)而及相應(yīng)的安全系數(shù)，為降水完成后岸坡的最危滑動(dòng)而位置。降水前河道岸坡最危滑動(dòng)而的安全系數(shù)為1. 71，岸坡較穩(wěn)定，而河道降水完成后，最危滑動(dòng)而安全系數(shù)降至1. 44，岸坡滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)性增加。可見(jiàn)疏浚工程中的河道降水作業(yè)會(huì)降低岸坡的穩(wěn)定性。
(2)放坡開(kāi)挖后岸坡的穩(wěn)定性。為駁岸基坑按1: 0. 5放坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度后岸坡最危滑動(dòng)而位置。圖中最危滑動(dòng)而的安全系數(shù)僅為1. 12，岸坡穩(wěn)定性很差，極容易發(fā)生滑動(dòng)破壞。同時(shí)，最危滑動(dòng)而貫穿公路護(hù)坡，一旦發(fā)生滑動(dòng)，很可能對(duì)滬寧高速路基造成破壞，影響公路的正常使用。所以，該疏浚段不宜采用放坡開(kāi)挖的方法。
(3)鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖后岸坡的穩(wěn)定性。為采用鋼板樁支護(hù)下駁岸基坑開(kāi)挖至預(yù)定深度后岸坡最危滑動(dòng)而位置及最低安全系數(shù)。其中鋼板樁的型號(hào)為WRU32 700，入土深度為8. 5m。圖中最危滑動(dòng)而安全系數(shù)為1. 89，岸坡穩(wěn)定性較好，發(fā)生滑動(dòng)的可能性較低。可見(jiàn)采用鋼板樁支護(hù)，對(duì)岸坡的穩(wěn)定性起到了很好的控制作用。
3護(hù)坡與路基變形分析
采用有限元計(jì)算方法，分別計(jì)算放坡開(kāi)挖和鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖兩種開(kāi)挖方式下，駁岸基坑開(kāi)挖對(duì)公路護(hù)坡和路基變形的影響。
(1)河道降水引起的變形。為河道降水引起的岸坡總變形云圖，可看到降水作業(yè)引起的變形范圍和變形量。岸坡變形主要是由岸邊靜水壓力消失引起的卸荷回彈產(chǎn)生。原先被河水淹沒(méi)部位變形最大，護(hù)坡坡腳也有少許變形，但對(duì)高速路基基本沒(méi)影響。
(2)放坡開(kāi)挖下的變形分析。同樣采用1: 0.5放坡開(kāi)挖方式，為了較為直觀地觀察駁岸放坡開(kāi)挖對(duì)護(hù)坡及路基變形的影響，分步計(jì)算模擬了開(kāi)挖過(guò)程中護(hù)坡及路基的變形情況。其中第一階段挖深3m，第二階段挖至設(shè)計(jì)深度。圖8和圖9分別為挖深至3m和預(yù)定深度時(shí)護(hù)坡及路基的總變形云圖。
圖中可以看到，基坑挖深至3m時(shí)，護(hù)坡坡腳的總變形量為1-1. 5 mm，坡肩和北側(cè)路基的變形量在0. 5-1mm之間。當(dāng)開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度時(shí)，護(hù)坡的變形量增至2- 5 mm之間，公路路基的變形范圍擴(kuò)大，局部變形量高達(dá)2. 5 mm，可見(jiàn)采用放坡開(kāi)挖方式的駁岸基坑開(kāi)挖，會(huì)使護(hù)坡和路基產(chǎn)生了較大的位移變形，對(duì)高速公路的穩(wěn)定性和安全性存在較大威脅。
(3)鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖下變形分析。鋼板樁支護(hù)條件下仍然分兩步進(jìn)行開(kāi)挖模擬，第一步挖深3m，第二部挖至設(shè)計(jì)深度，鋼板樁的型號(hào)為WRU32 700，入土深度為8. 5 m。
從圖中可以看到，挖深至3m時(shí)，變形主要集中在鋼板樁內(nèi)側(cè)(基坑內(nèi)部)，護(hù)坡及路基無(wú)變形。開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深度后，變形仍然主要集中在鋼板樁內(nèi)側(cè)，鋼板樁外側(cè)僅局部產(chǎn)生變形，變形量在0. 5-1. 5mm之間。其中護(hù)坡坡腳深處存在少許變形，變形量為0. 5 mm左右，而公路路基不存在變形。可見(jiàn)鋼板樁可以把變形主要集中在基坑內(nèi)部，有效地控制了變形范圍，降低甚至消除了駁岸基坑開(kāi)挖給高速公路帶來(lái)的不利影響。
4結(jié)語(yǔ)
(1)疏浚工程中如果存在降水作業(yè)，要考慮降水后岸邊靜水壓力的消失(存在滲流的條件下還要考慮坡內(nèi)動(dòng)水壓力的增大)對(duì)岸坡以及周圍建筑物的穩(wěn)定性影響。一般情況下，河道降水作業(yè)會(huì)使岸坡穩(wěn)定性降低，由于卸荷回彈，還可能引起岸坡位移變形。
(2)對(duì)原有河道進(jìn)行浚深和拓寬作業(yè)時(shí)，要考慮到岸坡穩(wěn)定性變化，如果河道周圍存在重要建筑物，務(wù)必考慮對(duì)建筑物可能存在的不利影響，在此基礎(chǔ)上，慎重地選擇可靠的開(kāi)挖方式。本疏浚工程中，如果依照北岸同樣采用放坡開(kāi)挖方式，不僅可能引起岸坡至護(hù)坡的滑動(dòng)破壞，而且會(huì)導(dǎo)致路基變形，對(duì)高速公路的正常使用造成非常不利的影響。
(3)對(duì)岸坡及周圍建筑物可能存在不利影響的疏浚開(kāi)挖工程，如果采用合理的支護(hù)措施，不僅可以有效地提高潛在滑動(dòng)而的安全系數(shù)，防止開(kāi)挖引起的滑動(dòng)破壞，而且可以顯著地限制變形范圍，降低開(kāi)挖施工產(chǎn)生的不利影響。本疏浚工程中，采用鋼板樁支護(hù)的駁岸基坑開(kāi)挖引起的土體變形基本限制在鋼板樁內(nèi)側(cè)，對(duì)公路護(hù)坡的影響很小，對(duì)滬寧高速基本沒(méi)有影響，相對(duì)放坡開(kāi)挖，岸坡的安全系數(shù)也顯著提高。
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