松木樁在鄂州華容區河道治理中的應用

邱冬梅 何練民 何銀俊

摘 要：華容區河道治理中，土體為軟土，易垮塌，提出取材方便、價格低廉、施工方便的松木樁支護，解決了邊坡穩定問題。

關鍵詞：松木樁；河道；邊坡支護

【文章編號】1627-6868（2016）01-0058-02

1.前言

鄂州市華容區屬于平原水網區，水面率26%，屬于梁子湖流域3265km2的末端承泄區，素有梁子湖流域的“水袋子”之稱。汛期境內澇水受長港頂拖，排泄不暢，洪澇災害非常嚴重，防洪排澇任務非常艱巨。華容區河道在承擔著重要防洪除澇任務的同時，還承擔著灌溉供水和農村水環境改善等綜合功能，水域和河濱是廣大人民日常的休閑放松場所。但是，隨著經濟社會的快速發展，以及國家“兩工”政策取消后群眾投工投勞開展河道整治大幅度減少，河道不但沒有發揮應有的功能，甚至成為華容區經濟社會發展的制約因素。鑒于此，為貫徹落實《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》（中發[2011]1號）和中央水利工作會議精神，進一步推進中小河流治理工作。省水利廳和省財政廳組織的專家審查，批復了《華容區中小河流治理重點縣綜合整治及水系連通試點規劃》，共劃分為10個項目區，對境內69條200 km2以下河道進行綜合整治，綜合整治總投資為27140.24萬元，工程于2013年開始實施。

工程區屬沖湖積平原，地形起伏不大，地勢總體較寬闊平緩。地層巖性主要為第四系沖積粘土及湖積淤泥、淤泥質土，河道岸坡主要是穩定問題，不存在滲透破壞和沉降變形問題，局部岸坡有變形、垮塌現象。由于大型機械設備進出場難，且施工費用較大，找到一種施工簡單、進度快的岸坡處理方法尤為重要。本文提出松木樁整治湖區淤泥質土質岸坡，不失為一種較好方法。

2.計算模型及治理邊坡選擇

（1）計算模型

華容區河道邊坡坡度為1：1.0～1：3.0，在較陡邊坡易發生垮塌現象，緩坡段較穩定，本次選取1：1.0、1：1.5和1：2.0三個坡度斷面作為計算邊坡模型。

邊坡高度從實地看，產生滑塌的邊坡一般高于2m，最大邊坡不超過5m，本次計算選取3m、4m、5m三個高度作為計算模型。

（2）邊坡穩定計算

本次穩定分析采用北京理正軟件設計研究所研制開發的《理正巖土計算6.0版》中邊坡穩定進行計算，計算方法為按《水利水電工程邊坡設計規范》中推薦的抗滑穩定計算方法——瑞典圓弧滑動法。

（3）計算斷面選取

邊坡斷面外輪廓以實地勘測為準，堤基形狀及邊界以地質鉆探資料為準。根據地勘工作的實際情況，計算時取代表斷面進行計算，綜合分析港道斷面地層土體結構、地下水位以及港道設計斷面形式，確定選取邊坡較高的共青港沿程幾個斷面為代表斷面進行邊坡抗滑穩定分析計算。

邊坡斷面外輪廓以實地勘測為準，選取2m、3m、4m、5m四個高度和1：1.0、1.：1.5和1：2.0三個坡度的斷面。

（4）計算工況

施工期港道無水工況。

（5）計算參數

按照地質勘探成果，結合室內實驗成果，提出淤泥質粘土參數：凝聚力c =10kPa，內摩擦角φ=5°

（6）計算成果

計算結果見表1，從結果看出：在邊坡坡比1：1、1：1.5邊坡高度4m以上、邊坡坡比1：2.0邊坡高度5m以上邊坡失穩。應采取措施防止垮塌。

3.松木樁抗滑力計算

考慮到施工便利、造價等因素，采用松木樁支護。

樁在橫軸向荷載作用下，樁可以看做一個設置在彈性地基中的豎梁。求解其內力的方法有三種：一種是直接用數學方法求解樁在受荷后的彈性撓曲微分方程，再從力的平衡條件求出樁各部分的內力和位移；另一種是將樁分成有限段，用差分式近似代替樁的彈性撓曲微分方程中的各階導數式而求解的有限差分法。再一種則是將樁劃分為有限單元的離散體，然后根據力的平衡和位移協調條件，解得樁的各部分內力和位移的有限元法。以文克爾假定為基礎的彈性地基梁解法從土力學的觀點認為是不嚴密的，但由于其概念明確，方法簡単，所得的結果一般較安全，故國內外使用得較為普遍，設計中常用的有“m”法、“K”法、“c值”法、“常數法”等都屬于這種方法。對樁的內力和變位主要受上部和側向土層的影響，故宜根據土質特性來選擇恰當的計算方法。對于超固結黏土和地面為硬殼層的情況，可考慮選用“常數法”；對于其他土質一般可選用“m”法或“C”法，當樁徑大、容許位移小時宜選用“C”法。由于K法誤差較大，故平時應用最多的為m法。本工程采用“m”法計算松木樁在邊坡支護中所能提供的水平抗力大小。

基于m法的單樁理論，采用橋梁博士3.0軟件計算單個松木樁在某一嵌固長度下的抗滑力，樁頂端最大位移3cm時能提供的抗力。參數選取：松木樁彈性模量 E=9000MPa，地基系數m=4500kN/m4。計算出嵌固深度分別為5m、4m、3.5m時，抗滑力分別為2.92kN、1.9kN、1.3kN。

査詢建筑材料強度表，松木樁橫紋抗剪強度一般大6.3MPa，以此推算尾徑lOcm的松木樁抗剪斷剪力一般大于49kN，故松木樁不會有被剪斷的危險。

設計采用嵌固深度5m松木樁支護。

4.樁位布置

為了得到更大抗滑力，設計采用嵌固深度為5m，按照抗滑力2.92kN布置松木樁。首先計算出土體本身抗滑力，扣除土體抗滑力后剩余為松木樁承擔的滑動力。計算結果如表2：

負值表示土體本身滿足抗滑要求。

邊坡為1：1河道斷面在邊坡高度為3m、4m、5m分別布置1、3、5排松木樁。

邊坡為1：1.5河道斷面在邊坡高度為4m、5m分別布置1、3排松木樁。邊坡為1：2.0河道斷面在邊坡高度為5m分別布置1排松木樁。樁從坡腳開始布置，間排距0.5m，梅花形布置，松木樁尾徑lOcm。

按照此方案在共青港、桟嘴港工程中實施，目前運行良好。

5.結語

松木樁作為傳統地基處理的材料，同樣可以用在邊坡支護當中。松木樁輕質高強、耐久性好、取材方便、價格低廉、施工方便等特點，在軟土邊坡支護中有著明顯的優勢。由于松木樁打入土中，工作環境與空氣隔絕，其耐久性可以得到有效保證。松木樁的這種特性尤其適用于飽和軟土分布地區，建議處理高度不超過5m，在松本樁資源較為豐富的地區，用松木樁處理軟土邊坡在經濟和技術上是可行的。