鋼筋混凝土板樁在海塘防沖設計中的應用

吳國芳，羅林峰

（1.紹興市水利水電勘測設計院，浙江紹興312000；2.浙江省水利科技推廣與發展中心，浙江杭州310012）

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鋼筋混凝土板樁在海塘防沖設計中的應用

吳國芳1，羅林峰2

（1.紹興市水利水電勘測設計院，浙江紹興312000；2.浙江省水利科技推廣與發展中心，浙江杭州310012）

摘要：處于河口地區的河道河床往往擺動無常，時沖時淤，但當河口大閘建成后，江道的演變發生變化，平時關閘擋潮，阻擋外海泥沙入江，洪水期開閘放水，河床呈單向沖刷狀態，使海塘堤腳出現拋石體失穩、沖毀等險情，嚴重影響河口平原居民人身安全。鋼筋混凝土板樁+護坦的直接保護方案，具有施工速度快、后期維護少等特點，值得在今后的海塘防沖設計中推廣應用。

關鍵詞：鋼筋混凝土板樁；海塘；防沖設計

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。曹娥江洪水大多發生在7～9月的臺風期，據年最大洪峰流量資料（1954～1997年），有9次洪水的實測洪峰流量達到了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，河床擺動無常，時沖時淤；曹娥江大閘建成后，江道的演變發生變化，平時關閘擋潮，阻擋外海泥沙入江，洪水期開閘放水，河床呈單向沖刷狀態，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4.1m，不斷出現塘腳拋石體失穩、沖毀等險情，被鑒定為“二類塘”，嚴重影響了蕭紹平原流域百萬人口的生命財產安全，故開展本次海塘防沖除險加固項目。

2　地質條件

海塘地基主要分為三個工程地質層，現從上至下分述如下：①-1層素填土，稍密狀，主要由粘質粉土組成，局部含有拋石；②-1層粘質粉土，稍密狀，偶夾淤泥質團塊，工程性質較差，厚度較薄；②-2層粘質粉土，稍密～中密狀，土質均勻性差，性質較好，厚度一般；②-3層砂質粉土，中密～密實，土質均勻性差，工程性質好，厚度大，但東南部有缺失；③層淤泥質粉質粘土，流塑，高壓縮性，工程性質差，厚度較大。根據地勘報告，地質物理力學指標見下表1。

表1　海塘地基地質物理力學指標表

護坦基礎混凝土與地基土之間摩擦系數：護坦基礎混凝土/②-3層砂質粉土f=0.30～0.35。

3　海塘堤腳防沖方案

海塘堤腳防沖保護主要有保灘護塘的間接保護方案和采用堤腳設防沖設施的直接保護方案兩種。間接保護主要通過設置短丁壩群促淤，同時減弱灘地附近洪水流速，減少近塘灘地淘刷，防止出現堤腳裸露后沖刷破壞，從而保護海塘，丁壩與堤腳采用斜坡護坦相連。直接保護主要通過設置垂直和水平防沖設施，直接防止堤腳沖刷破壞，具體可設置板樁、沉井等+護坦+外側拋石防沖的組合方式。間接保護方案對灘地基本無影響，但存在著管理任務重，后期維護費高等缺點；直接保護方案雖然對灘地有一定的破壞，但通過保留現有丁壩，灘地復平及撒播草籽固灘等措施，盡可能保留現有灘地，可進一步增加防沖富裕度。防沖方案比較見表2。推薦直接保護方案。

4　鋼筋混凝土板樁防沖方案設計

比較常用的直接防沖加固方案主要有鋼筋混凝土板樁+護坦、地下連續墻+鋼筋混凝土護坦，根據本河段沖淤變化特點和曹娥江類似工程經驗，從措施的可行性、經濟性及施工可行性進行初步評選，擬采用鋼筋混凝土板樁+護坦防沖加固方案。兩種防沖方案技術經濟比較見表3。

表2　海塘堤腳防沖保護方案比較表

表3　防沖方案技術經濟比較一覽表

鋼筋混凝土板樁+護坦防沖方案的具體設計如下：在海塘堤腳處打設長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。堤身外側結合圍堤整體穩定，需要底寬4m的拋石保護。樁頂嵌入鋼筋混凝土護坦0.20m，護坦寬6.00m，厚0.4m，高程4.0m，內側設置齒墻，1∶1.0倒坡，護坦設置排水孔，以減小底部揚壓力，縱向分縫間距8m，低發泡塑料板嵌縫，詳見圖1。

5　鋼筋混凝土板樁長度計算

（1）計算方法

圖1　鋼筋混凝土板樁+鋼筋混凝土護坦堤腳防沖方案設計圖

本次計算采用北京理正軟件設計研究院主編的深基坑分析軟件Fspw6.01版，考慮護坦的拉錨作用，參照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99），同時，考慮到板樁理論計算尚不成熟，采用經驗值進行復核。

（2）計算工況

鋼筋混凝土板樁外側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）地基土層強度指標

采用固快指標，具體見地質物理力學指標表1

（4）計算成果

海塘各段基礎處理板樁計算值見下表4，本階段推薦的海塘各段基礎處理板樁長度詳見表5。

表4　馬山段基礎處理板樁長度計算成果表

考慮到板樁實際取值考慮洪水沖刷是一個動態過程，隨著河床刷深，前端拋石下滑，從而形成一定坡度，實際板樁外側江底高程不會沖刷至理論高程，故取值可較理論計算值小。推薦采用的鋼筋混凝土板樁和護坦的長度見表5。

表5　馬山段基礎處理板樁和護坦長度推薦值

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鍵施工難點，混凝土預制板樁先在預制場澆筑養護后，5t汽車起重機吊運，平板車運至施工點附近。再由5t汽車起重機將板樁吊至施工點，輔以人工定位，振動沉拔樁機進行振沉的施工方法。其主要施工工藝流程如下：樁機就位→起吊預制樁→穩樁→振沉樁→中間檢查驗收→移樁機至下一個樁位。施工前必須打試驗樁，其數量不少于2根。確定貫入度并校驗打樁設備、施工工藝以及技術措施是否適宜。樁應達到設計強度的70%方可起吊堆放，達到100%才能運輸，打樁時預制樁強度必須達到設計強度的100%，并增加養護期一個月后再施打。

7　結語

紹興馬海、馬山標準海塘除險加固工程自2012年11月開始招標施工以來，已于2015年1月完成竣工驗收，項目中應用的鋼筋混凝土板樁+護坦海塘堤腳防沖直接保護方案，得到了實際應用，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驗，有效保護了高沖淤幅度的海塘堤腳，且具有施工速度快、后期維護少等特點，值得在海塘防沖除險加固中推廣應用。

參考文獻

［1］洪偉.雙排格構式地下連續墻碼頭結構設計思路探討［J］.水利規劃與設計，2013（09）：36-39.

［2］王利民.板樁防沖墻的設計和的應用［J］.河海水利，2000 （03）：10-12.

作者簡介：吳國芳（1981年—），男，工程師。

收稿日期：2015-01-16

中圖分類號：TV543

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0086-03

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.032