浅析中山市南区排水渠(马恒河改道)工程设计
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摘要：随着城市的发展，城市不断建设改造，在改造的过程中不可避免地遇到已经有一定使用时间的结构物，而这些过去设计的结构物往往因为过去的规范、材料、资金等等各种原因导致在其附近的新的改造工程实施难度加大，对于这种过去设计的结构物，也是动则掀动牵连甚大，不动则安然无恙。因此，我们在遇到这样的情况时候，必须保证设计信息的全面、对称，设计过程谨慎、小心，以免造成不可估量的损失，这也是作为一个工程师的基本素养，本人以排水渠(马恒河改道)工程为例。
关键词：建设改造 马恒河改道 结构设计
中图分类号：TB482文献标识码： A
0前言
南区街道位于广东省中山市中心城区南部，面积8.73平方公里。南区工业坚持以电梯产业为发展重点，由市电梯工程研究开发中心和区机电产业技术中心组建电梯特色产业基地服务机构，建设成为省火炬计划电梯特色产业基地（中山）。因此，电梯产业的地块规划与建设，对南区尤为重要。而位于珠江口的中山市，市内明暗河道无疑比一般城市多，地块的改造利用过程中或多或少需要对河道的局部改道，同时在这样的城市建设过程中，也不可避免地遇到过去设计的并且还在使用的敏感结构物，这使得现需实施的工程设计难度加大。
1工程概况
马恒河位于中山市南区，其中段贯穿马岭蒂森地块，该地块为南区蒂森电梯有限公司科研用地，因原河道路线影响的该地的整体开发，因此南区政府委托我院对地块内的河道进行改造。工程设计河道总长291.78m，过水断面前半段6m×2m，后半段4m×2m，工程造价约500万元。
2工程技术难点
2.1工程环境难点
马恒河改道工程路线方案经过与南区政府和蒂森电梯有限公司几次协商后，最后只能顺105国道东侧人行道北行，再东转紧挨河浦工业区24米道路南侧人行道，最后接回原马恒河，即在蒂森电梯有限公司用地边缘绕过。河道结构的选用前后经历几次变化，施工方案也因现场情况而改变。原来选用箱涵结构，再用钢板桩支护开挖施工方案，但因改道后马恒河旁有一D800的老式混凝土给水管，距离马恒河最近2.5m，该管对土移极为敏感，一旦因旁边施工造成土体发生位移而引起该混凝土管接口脱位，后果将十分严重。为保证本工程施工对该给水管无位移影响，因此经论证，对于邻近该管的河道，采取支护桩进行支护，桩间设互相咬合的搅拌桩，而另一侧条件允许，则选用轻型桥台结构，以减少造价，最后在支护桩与轻型桥台之间搭起盖板，形成河道，而整个施工方式归纳为半逆作法。如此一来，支护桩后土体可以做到几乎没有位移，渠道施工不会对混凝土给水管造成影响。
2.2结构荷载难点
改道后的马恒河位于将要建设的蒂森电梯公司用地下面，根据蒂森电梯有限公司提供的场地内标高和汽车荷载，如按给排水专业提供的过水断面高度设计结构，将造成以下局面：结构覆土厚度1.5m~2m、上面走公路—I级汽车荷载。这将要使得河道盖板的配筋设计十分复杂，也使得地基承载力要求比较高，因此，经过商讨，最后决定提高过水断面高度，减少覆土厚度，以减少盖板的承重。
3主要技术标准
荷载等级：人群荷载3.0kN/㎡；公路—I级汽车荷载①
设计基准期：100年
设计使用年限：50年
设计安全等级：二级
环境类别：Ⅱ类
抗震等级：7度防震，地震加速度0.10g
6m宽河道长度：171.78m
4m宽河道长度：115.46m
支护桩及冠梁、轻型桥台结构：C35
现浇盖板：C40
钢筋：热扎HPB300、HRB335的普通钢筋
4工程地质情况
素填土：非人工压实填土，性状不稳定，均匀性差，土质不均匀，结构松散，新近填土，地基承载力低；
可塑状粘土：可塑状，修正标贯击数标准值为7.8击，层位稳定性及厚度分布均匀一般，属均匀性一般的土层。压缩模量平均值为3.83MPa。
稍密粗砂：稍密状，修正标贯击数标准值为9.0击，层位稳定性及厚度分布均匀较好。
中密砾砂：中密状，修正标贯击数标准值为12.6击，层位稳定及厚度分布均匀一般。
强风化花岗岩：强风化，修正标贯击数标准值为37.0击，层位稳定性及厚度分布均匀好。
5河道结构设计
5.1河道总体构造
根据前面所说本工程的技术难点，本设计以渠底标高为控制，盖板顶面以蒂森电梯公司提供的厂内地面设计标高低0.8m为原则，对于邻近D800给水管一侧，采取支护桩进行支护，桩间设互相咬合的搅拌桩，而另一侧条件允许，则选用轻型桥台结构，以减少造价，最后在支护桩与轻型桥台之间搭起盖板，并在渠底支护桩与轻型桥台承台之间增设撑梁，如此形成改造后的马恒河河道。
5.2盖板设计
盖板是直接的受力构件，因此盖板的设计尤为重要，而盖板底面又是临水面，因此裂缝的控制是设计的基本控制因素。本结构分缝间距为10m，盖板属于单向板，结构简支，计算时截取流水方向每延米计算，根据0.8m直径的支护桩和0.7m厚的轻型桥台台身，6m宽河道盖板厚度0.6m，荷载简图如下：
同理，4m宽河道盖板的计算跨径为4.75m，盖板厚度0.5m，然后我们得出了如下计算结果②：
是否进行斜截面验算 跨中弯矩
所以，盖板配筋主筋也就确定下来，加上分布钢筋以及满足各项构造要求，盖板配筋设计完毕。
5.3支护桩设计
支护桩设计按上部支撑的桩式支护模型计算，即按基坑有盖板作横撑时的情况进行设计计算。根据现状地面标高及河底设计标高，支护桩高出河底长度分2.4m和3.2m两种进行计算。由于基坑深度不大，土压力计算按库伦土压力，粘性土需要换算等值内摩擦角。
支护桩直径0.8m，间距2m。为提高桩的钢筋利用率，本设计支护桩配筋按非对称非均匀布设③，这也是本设计最大的特点。支护桩间设置3根打至河底以下2m的互相咬合11cm的搅拌桩，以提高支护桩的整体性和抗土体能力，其布置平面图如下：
5.4其他部分设计
这部分包括支护桩的桩长计算、轻型桥台结构以及撑梁等的设计，还有构造规定等，这部分都比较常规，在这便不再详述。
6河道施工简述
6.1施工步骤简述
为避免马恒河施工扰动D800给水管，引起给水管漏水，造成十分严重的后果，本工程的施工必须严格按照如下顺序施工：
实施搅拌桩；
待搅拌桩还未结硬时候实施支护桩；
实施桩顶冠梁；
待桩达到设计强度后，开挖桩前设计放坡线以上土方，施工轻型桥台结构；
轻型桥台结构达到设计强度后，实施现浇盖板；
分层压实回填轻型桥台后的填土平盖板；
挖部分土实施撑梁；
撑梁达到设计强度后，挖除渠范围内剩余的土；
实施搅拌桩前混凝土；
实施撑梁间渠底铺砌。
整个施工方式可归纳为半逆作法，为直观地表达施工步骤，改造后的马恒河横断面如下：
6.2设计对施工的建议及注意事项
施工时建议先施工一段渠（至分缝处），然后清除渠内剩余土形成最终渠道，再施工下一段，宜从中间往两端实施以便出土。撑梁的实施需要快。
施工期间，必须做好严格的监测管理工作，通过动态信息管理，对监测数据及时处理。需监测项目有：周围地下管线位移、土体侧向变形、桩顶水平位移、桩顶沉降、地下水位观测等，工程施工前应做出完整的监测方案。
7结语
中山市南区排水渠（马恒河改道）工程设计，对于渠道、地质来说，并不是一个复杂的设计，但是由于邻近一条D800的给水管，使得工程的难度骤然增大，工程安全等级也增大，工程造价也必然增大，这使得在选用河道结构时，必须以防止给水管的扰动为前提，再考虑经济性，从而得出本设计的河道结构。
①荷载及其分项系数的选取根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004。
②钢筋抗拉强度设计值根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D63-2007。
③《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012附录A.0.2。