鋼筋混凝土板樁在海塘防沖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳國(guó)芳，羅林峰

（1.紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江紹興312000；2.浙江省水利科技推廣與發(fā)展中心，浙江杭州310012）

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鋼筋混凝土板樁在海塘防沖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳國(guó)芳1，羅林峰2

（1.紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江紹興312000；2.浙江省水利科技推廣與發(fā)展中心，浙江杭州310012）

摘要：處于河口地區(qū)的河道河床往往擺動(dòng)無(wú)常，時(shí)沖時(shí)淤，但當(dāng)河口大閘建成后，江道的演變發(fā)生變化，平時(shí)關(guān)閘擋潮，阻擋外海泥沙入江，洪水期開(kāi)閘放水，河床呈單向沖刷狀態(tài)，使海塘堤腳出現(xiàn)拋石體失穩(wěn)、沖毀等險(xiǎn)情，嚴(yán)重影響河口平原居民人身安全。鋼筋混凝土板樁+護(hù)坦的直接保護(hù)方案，具有施工速度快、后期維護(hù)少等特點(diǎn)，值得在今后的海塘防沖設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土板樁；海塘；防沖設(shè)計(jì)

1　概況

曹娥江是錢塘江河口段的主要支流，其上游屬山溪性河流，下游屬潮汐河道。曹娥江洪水大多發(fā)生在7～9月的臺(tái)風(fēng)期，據(jù)年最大洪峰流量資料（1954～1997年），有9次洪水的實(shí)測(cè)洪峰流量達(dá)到了3000m3/s以上。曹娥江河口大閘建成前，曹娥江出口河道受錢塘江徑流、杭州灣潮流和曹娥江徑流的綜合影響，河床擺動(dòng)無(wú)常，時(shí)沖時(shí)淤；曹娥江大閘建成后，江道的演變發(fā)生變化，平時(shí)關(guān)閘擋潮，阻擋外海泥沙入江，洪水期開(kāi)閘放水，河床呈單向沖刷狀態(tài)，將建閘前淤積在河道中的泥沙逐步帶出，從而形成建閘后新的河床平衡剖面。這種“單向沖刷”加劇了曹娥江河口兩岸海塘堤腳的沖刷，特別是馬山、馬海海塘左岸最大沖淤幅度達(dá)4.1m，不斷出現(xiàn)塘腳拋石體失穩(wěn)、沖毀等險(xiǎn)情，被鑒定為“二類塘”，嚴(yán)重影響了蕭紹平原流域百萬(wàn)人口的生命財(cái)產(chǎn)安全，故開(kāi)展本次海塘防沖除險(xiǎn)加固項(xiàng)目。

2　地質(zhì)條件

海塘地基主要分為三個(gè)工程地質(zhì)層，現(xiàn)從上至下分述如下：①-1層素填土，稍密狀，主要由粘質(zhì)粉土組成，局部含有拋石；②-1層粘質(zhì)粉土，稍密狀，偶夾淤泥質(zhì)團(tuán)塊，工程性質(zhì)較差，厚度較薄；②-2層粘質(zhì)粉土，稍密～中密狀，土質(zhì)均勻性差，性質(zhì)較好，厚度一般；②-3層砂質(zhì)粉土，中密～密實(shí)，土質(zhì)均勻性差，工程性質(zhì)好，厚度大，但東南部有缺失；③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑，高壓縮性，工程性質(zhì)差，厚度較大。根據(jù)地勘報(bào)告，地質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)下表1。

表1　海塘地基地質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)表

護(hù)坦基礎(chǔ)混凝土與地基土之間摩擦系數(shù)：護(hù)坦基礎(chǔ)混凝土/②-3層砂質(zhì)粉土f=0.30～0.35。

3　海塘堤腳防沖方案

海塘堤腳防沖保護(hù)主要有保灘護(hù)塘的間接保護(hù)方案和采用堤腳設(shè)防沖設(shè)施的直接保護(hù)方案兩種。間接保護(hù)主要通過(guò)設(shè)置短丁壩群促淤，同時(shí)減弱灘地附近洪水流速，減少近塘灘地淘刷，防止出現(xiàn)堤腳裸露后沖刷破壞，從而保護(hù)海塘，丁壩與堤腳采用斜坡護(hù)坦相連。直接保護(hù)主要通過(guò)設(shè)置垂直和水平防沖設(shè)施，直接防止堤腳沖刷破壞，具體可設(shè)置板樁、沉井等+護(hù)坦+外側(cè)拋石防沖的組合方式。間接保護(hù)方案對(duì)灘地基本無(wú)影響，但存在著管理任務(wù)重，后期維護(hù)費(fèi)高等缺點(diǎn)；直接保護(hù)方案雖然對(duì)灘地有一定的破壞，但通過(guò)保留現(xiàn)有丁壩，灘地復(fù)平及撒播草籽固灘等措施，盡可能保留現(xiàn)有灘地，可進(jìn)一步增加防沖富裕度。防沖方案比較見(jiàn)表2。推薦直接保護(hù)方案。

4　鋼筋混凝土板樁防沖方案設(shè)計(jì)

比較常用的直接防沖加固方案主要有鋼筋混凝土板樁+護(hù)坦、地下連續(xù)墻+鋼筋混凝土護(hù)坦，根據(jù)本河段沖淤變化特點(diǎn)和曹娥江類似工程經(jīng)驗(yàn)，從措施的可行性、經(jīng)濟(jì)性及施工可行性進(jìn)行初步評(píng)選，擬采用鋼筋混凝土板樁+護(hù)坦防沖加固方案。兩種防沖方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表3。

表2　海塘堤腳防沖保護(hù)方案比較表

表3　防沖方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較一覽表

鋼筋混凝土板樁+護(hù)坦防沖方案的具體設(shè)計(jì)如下：在海塘堤腳處打設(shè)長(zhǎng)10.0m的G30鋼筋混凝土板樁，板樁斷面尺寸為0.25m×0.40m，企口型板樁，采用振沖法施工。樁頂高程4.0m，樁底高程-4.80m。堤身外側(cè)結(jié)合圍堤整體穩(wěn)定，需要底寬4m的拋石保護(hù)。樁頂嵌入鋼筋混凝土護(hù)坦0.20m，護(hù)坦寬6.00m，厚0.4m，高程4.0m，內(nèi)側(cè)設(shè)置齒墻，1∶1.0倒坡，護(hù)坦設(shè)置排水孔，以減小底部揚(yáng)壓力，縱向分縫間距8m，低發(fā)泡塑料板嵌縫，詳見(jiàn)圖1。

5　鋼筋混凝土板樁長(zhǎng)度計(jì)算

（1）計(jì)算方法

圖1　鋼筋混凝土板樁+鋼筋混凝土護(hù)坦堤腳防沖方案設(shè)計(jì)圖

本次計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院主編的深基坑分析軟件Fspw6.01版，考慮護(hù)坦的拉錨作用，參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99），同時(shí)，考慮到板樁理論計(jì)算尚不成熟，采用經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行復(fù)核。

（2）計(jì)算工況

鋼筋混凝土板樁外側(cè)高程為建閘后百年一遇堤腳灘地沖刷高程，水位取泄水最低限制水位3.0m。

（3）地基土層強(qiáng)度指標(biāo)

采用固快指標(biāo)，具體見(jiàn)地質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)表1

（4）計(jì)算成果

海塘各段基礎(chǔ)處理板樁計(jì)算值見(jiàn)下表4，本階段推薦的海塘各段基礎(chǔ)處理板樁長(zhǎng)度詳見(jiàn)表5。

表4　馬山段基礎(chǔ)處理板樁長(zhǎng)度計(jì)算成果表

考慮到板樁實(shí)際取值考慮洪水沖刷是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，隨著河床刷深，前端拋石下滑，從而形成一定坡度，實(shí)際板樁外側(cè)江底高程不會(huì)沖刷至理論高程，故取值可較理論計(jì)算值小。推薦采用的鋼筋混凝土板樁和護(hù)坦的長(zhǎng)度見(jiàn)表5。

表5　馬山段基礎(chǔ)處理板樁和護(hù)坦長(zhǎng)度推薦值

6　鋼筋混凝土板樁施工工藝

本次海塘堤腳防沖加固施工中，G30鋼筋混凝土板樁振沉為關(guān)鍵施工難點(diǎn)，混凝土預(yù)制板樁先在預(yù)制場(chǎng)澆筑養(yǎng)護(hù)后，5t汽車起重機(jī)吊運(yùn)，平板車運(yùn)至施工點(diǎn)附近。再由5t汽車起重機(jī)將板樁吊至施工點(diǎn)，輔以人工定位，振動(dòng)沉拔樁機(jī)進(jìn)行振沉的施工方法。其主要施工工藝流程如下：樁機(jī)就位→起吊預(yù)制樁→穩(wěn)樁→振沉樁→中間檢查驗(yàn)收→移樁機(jī)至下一個(gè)樁位。施工前必須打試驗(yàn)樁，其數(shù)量不少于2根。確定貫入度并校驗(yàn)打樁設(shè)備、施工工藝以及技術(shù)措施是否適宜。樁應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%方可起吊堆放，達(dá)到100%才能運(yùn)輸，打樁時(shí)預(yù)制樁強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，并增加養(yǎng)護(hù)期一個(gè)月后再施打。

7　結(jié)語(yǔ)

紹興馬海、馬山標(biāo)準(zhǔn)海塘除險(xiǎn)加固工程自2012年11月開(kāi)始招標(biāo)施工以來(lái)，已于2015年1月完成竣工驗(yàn)收，項(xiàng)目中應(yīng)用的鋼筋混凝土板樁+護(hù)坦海塘堤腳防沖直接保護(hù)方案，得到了實(shí)際應(yīng)用，獲得大流量、大沖刷河道采用鋼筋混凝土板樁防沖處理的寶貴經(jīng)驗(yàn)，有效保護(hù)了高沖淤幅度的海塘堤腳，且具有施工速度快、后期維護(hù)少等特點(diǎn)，值得在海塘防沖除險(xiǎn)加固中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］洪偉.雙排格構(gòu)式地下連續(xù)墻碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（09）：36-39.

［2］王利民.板樁防沖墻的設(shè)計(jì)和的應(yīng)用［J］.河海水利，2000 （03）：10-12.

作者簡(jiǎn)介：吳國(guó)芳（1981年—），男，工程師。

收稿日期：2015-01-16

中圖分類號(hào)：TV543

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0086-03

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.032