鲅魚圈海堤防護結構及鋼板樁護腳設計淺析

溫福波

(遼寧省營口市鲅魚圈區水利局，遼寧 營口 115007)

1 概 述

鲅魚圈海濱浴場海堤工程堤防整治基本按原堤防線進行規劃布置，整治的原則是首先保證防洪安全，其次是海堤景觀建設。

工程具體布置：新建海堤長734m，堤腳及迎水坡采用混凝土預制件拼裝方案，堤腳為5m鋼板樁，堤坡由3種型式的預制板與預制臺階拼裝組成；景觀臺布置數量5個，景觀臺間距100m，景觀臺尺寸長20m，寬5.4m，景觀臺高2.6m；綠化及亮化工程。

2 工程概況及地質狀況

鲅魚圈海堤工程位于營口開發區，在鲅魚圈月亮湖公園西南側，金泰酒店北側，海堤走向為東北-西南，長度約734m，處于二道河河口與號房河河口之間，樁頂地面標高為1.75m(港口高程)，基礎最大沖蝕深度1-2m，預設計采用拉森鋼板樁打入深度5m，中間不設支撐。

基礎所處范圍內地層分布情況如下：

①粉質黏土: 淺黃色，可塑，含鐵錳質結核。僅見于1號孔, 層厚2.8m。

②粗砂: 黃褐色，中密，濕，水下飽和，成分為長石、石英，含少量圓礫及黏性土夾層。局部夾礫砂。該層在各孔中均有揭示，層厚1.8-4.3m，層底埋深4.1-4.6m，層頂高程-2.30-1.10m(注：黃海高程)。

③中粗砂: 黃褐色，密實，飽和，成分為長石、石英，局部含少量圓礫及黏性土薄夾層。該層在各孔中均有揭示，層厚2.5-4.4m，層底埋深6.8-8.8m，層頂高程-3.00-4.10m。

④礫砂：黃褐色、飽和，中密-密實,礫含量25-35%, 礫徑2-20mm，大者20-30mm，呈次棱角狀，成分較雜，局部混少量黏性土。該層僅在2#、4#孔中有揭示，層厚1.1-2.3m，層底埋深7.9-9.2m，層頂高程-5.80-6.00m。

⑤中砂：黃褐色，密實，飽和，粒徑均勻，礦物成分以長石、石英碎屑為主，局部夾粉砂及粗砂層。該層在各孔中均有揭示，本次勘察未穿透該層，最大揭露厚度4.1米。

⑤1粉質黏土: 黃褐色，可塑，含鐵錳質結核。僅見于3號孔。該層在僅在3#孔中揭示，層厚2.5m。

3 防護結構設計計算

3.1 基本假定

1)施工荷載均勻分布20kPa。

2)水土壓力分算，土體力學指標取直剪固結快剪峰值的平均值。

3)結構設計中取綜合安全系數。

3.2 計算

采用相當梁法進行計算如下，

1)粉質黏土φ=18.9°,粗砂φ=30.9°,土體力學指標加標平均得：

φ=24.9°

主動土壓力系數Ka=tg2(45-φ/2)=0.407

被動土壓力系數Kp=tg2(45+φ/2)=2.45

主動土壓力Pa=(q+Σri×hi)×Ka= (20 + 19.8×2) × 0.407=24.26kPa

被動土壓力Pp=Σri×hi×Kp=19.8×3×2.45=145.53kPa

2)水壓力計算(按靜水壓力計算)：

rw×Δhw1=10×2=20kPa

rw×Δhw2=10×3=30kPa

3)水土壓力之和：

主動側：Pa+rw×Δhw1=24.26+20=44.26kPa

被動側：Pp+rw×Δhw2=145.53+30=175.53kPa

4)內力計算(按相當梁方法)：

考慮板樁板墻與土體的磨擦作用，將板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(為安全起見，對主動土壓力側不予折減)：

墻前：Kp1=K1×Kp=1.7×2.45=4.165

墻后：Kp2=K2×Kp=0.55×2.45=1.348

主動土壓力與被動土壓力之和為0點到開挖面的距離：

(1)

用相當梁計算：

44.26×2×1/2=44.26kN

44.26×1.09×1/2=24.12kN

M= (1.09 + 2×1/ 3) ×44.26+ 24.12×2/3×1.09 = 95.28kPa

采用拉森式鋼板樁取1m 做為計算單元，型號為WRU23。拉森鋼板樁規格見表1。

表1 拉森鋼板樁規格表

wx=2318cm3

鋼板樁正應力：

σ=M/Wx=95.28×103/(2.318×10-3)=39.65×106(N/mm2)

小于鋼材的設計應力210N/mm2

5)插入深度：

P0=44.26+24.12=68.38kN

(2)

t0=y+x=1.09+2.35=3.44m

t=t0×K=3.44×1.1=3.78m

樁長：

T=t+h0=3.78+2.0=5.78m

T=t+h0=3.78+1.0=4.78m

當鋼板樁靠海側沖蝕深度為2m時，需要鋼板樁長度為5.78m；當鋼板樁靠海側沖蝕深度為1m時，需要鋼板樁長度為4.78m。考慮到海堤的實際運行條件，當海面沙灘沖蝕深度超過1.0m時即影響海灘的景觀效果，需要采用推土機將流失的沙土推平，保證游人娛樂的需要，同時鋼板樁上部設有0.5m高的鋼筋混凝土帽梁保護鋼板樁，因此，本設計鋼板樁總長度為5m。

6)因板樁前砂土沖蝕深度大約為1m，基坑開挖深度較淺，基坑抗隆起，抗管涌根據經驗不做計算。

7)抗傾覆穩定性驗算：

被動側壓力： Pp=175.53×3×1/2=263.30kN

作用點距水土壓力為0 點距離：

dp=(3-1.09)×2/3=1.27m

Mrc=263.30×1.27=334.39(KN.M)

主動側壓力Pa1： Pa1=44.26×2×1/2=44.26KN

距水土壓力為0 點距離

da 1=2×1/3+1.09=1.76m

主動側壓力Pa2： Pa2=24.26×3=72.78KN

距水土壓力為0 點距離

da 2=3×1/2-1.09=0.41m

主動側壓力Pa3： Pa3=20×3×1/2=30KN

距水土壓力為0 點距離：

da 3=3×1/2-1.09=0.41m

Moc=Pa 1×da 1+Pa 2×da 2+Pa 3×da 3=

=44.26×1.76+72.78×0.41+30×0.41=120.04kN·m

Kq=Mrc/Moc=334.39/120.04=2.79>2 滿足要求。

3.3 構造要求

在轉角處的支護鋼板樁，應根據轉角的平面形狀做成相應的異形轉角板樁。板樁總厚度為9mm，按運行30a計算，扣除腐蝕厚度之后，約余6mm，鋼板樁正應力亦滿足要求。

4 鋼板樁工程

護岸采用鋼板樁護腳，鋼板樁安裝采用一臺125t汽車式起重機安裝施工。

1)鋼板樁進場應具有產品出廠質量證明文件，鋼板樁品種、規格和材質應按批次進行驗收，其結果應滿足設計要求，并符合現行國家產品標準或合同的規定。

異型鋼板樁的加工制作應滿足設計要求、國家現行標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205)、《建筑鋼結構焊接技術規程》(JGJ81)和《水運工程質量檢驗標準》(JTS257)的有關規定。加工后鋼板樁的鎖口應保持平直、通順。異型鋼板樁制作的允許偏差應符合有關規定。

2)打設鋼板樁。鋼板樁的施工工藝流程為：吊起振動錘—安裝錘夾器—同時吊起鋼板—夾住鋼板—吊動鋼板對中調校垂直、周正—開動振動錘緩慢振動鋼板入土—至設計深度—振動錘移位。通過上述工序循環將帶鎖口的拉森鋼板樁按設計位置打入土中。

施工中應注意的事項：①在正式打樁前一般要先清除地下障礙物和試樁，以掌握各項參數是否正常。② 正式打樁時從轉角的位置開始打入。

3)帽梁澆筑：鋼板樁安裝完成后，將進行鋼筋綁扎，支模板、澆筑混凝土，使所有插入的鋼板樁從頂端聯結成一個整體。

5 結 語

工程先施工堤腳鋼板樁，其優點是施工工序少、施工進度快，在陸地、沼澤地、水域中均可施工，避免了修筑圍堰和降水所引起的工期長、土方量大的缺點。因此本工程主體工程施工不修筑施工圍堰。

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