鋼板樁結(jié)構(gòu)在護(hù)岸加固中的研究與應(yīng)用

摘 要：鋼板樁結(jié)構(gòu)由于以最少的用鋼量提供最佳的強(qiáng)度和耐久性，施工速度快等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于碼頭、防波堤、船塢、臨時圍堰等臨時和永久性結(jié)構(gòu)中。其中板樁墻入土深度不僅要滿足“踢腳”穩(wěn)定的要求，還需滿足整體穩(wěn)定性的要求。因此文章結(jié)合具體工程實(shí)踐，對護(hù)岸加固采用鋼板樁樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：護(hù)岸加固；鋼板樁；結(jié)構(gòu)加固；研究與應(yīng)用

1 概述

廈門海滄灣旅游碼頭工程位于廈門西海域，海滄大橋北側(cè)，火燒嶼對岸，建設(shè)浮碼頭1座，躉船尺度40×10×2.0m，碼頭泊位長58m。為利用現(xiàn)有漁船碼頭改造成為旅游碼頭，由于船型不同，停泊水域、回旋水域設(shè)計(jì)底標(biāo)高降低，需加深疏浚，加之現(xiàn)狀護(hù)岸基礎(chǔ)未進(jìn)行處理，因此工程重點(diǎn)和難點(diǎn)在于是否需要對現(xiàn)狀護(hù)岸進(jìn)行加固及采用何種加固方案，從而保證港池疏浚后護(hù)岸的穩(wěn)定性。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

設(shè)計(jì)高水位：6.16m（高潮位累積頻率10%）；設(shè)計(jì)低水位：0.71m（低潮位累積頻率90%）。

極端高水位：7.43m（五十年一遇高水位）；極端低水位：-0.20m（五十年一遇低水位）。

2.2 地質(zhì)情況

本工程地質(zhì)淤泥厚度為1.4～15.2m。土層自上而下為：

（1）人工填土：①a素填土：灰褐色、灰黃色，主要由粘性土、殘積土等回填而成，基本完成自重固結(jié)，密實(shí)度不均，回填時間超過8年。①b填石：主要由中風(fēng)化花崗巖、火山巖塊石人工填成，塊石大小一般約為20-50cm，拋填時間7-8年，塊石間隙由砂、粘性土充填。

（2）②淤泥：黑色、灰黑色，含有機(jī)質(zhì)及少量腐殖質(zhì)、貝殼碎片。干強(qiáng)度中等，韌性中等，搖振反應(yīng)緩慢，切面稍有光澤-有光澤。

（3）③中砂：該層呈灰黑、灰色，松散～稍密，顆粒成分主要為石英、長石砂粒，顆粒級配較差，含粗砂25.9-32.5%，砂粒多呈次棱角狀。

（4）④強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：褐黃色，砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要為石英、長石，長石大部分風(fēng)化成粘土礦物，標(biāo)貫試驗(yàn)修正后擊數(shù)N≥50擊，巖芯手捏即散，呈土狀，風(fēng)化劇烈，屬極軟巖，極破碎，巖體基本質(zhì)量等級V類。

3 護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

3.1 現(xiàn)狀護(hù)岸穩(wěn)定性計(jì)算（不考慮對現(xiàn)有護(hù)岸加固）

接岸區(qū)域現(xiàn)狀護(hù)岸主要為直立式和斜坡式兩種結(jié)構(gòu)。其中直立式位于南側(cè)，長度約46.0m，斜坡式位于北側(cè)，長約84.0m。根據(jù)相關(guān)竣工資料，原設(shè)計(jì)護(hù)岸堤芯采用施打排水板進(jìn)行地基處理，因后期施工溝通不善，施工隊(duì)將開挖的塊石料傾倒于未經(jīng)打板的后方陸域空地上，導(dǎo)致后方陸域和護(hù)岸基礎(chǔ)未進(jìn)行處理。根據(jù)總平面布置，本次碼頭港池及躉船位置處需疏浚至-2.3m。因此，根據(jù)勘察報告，采用《港口工程地基計(jì)算軟件系統(tǒng)2008》對現(xiàn)有護(hù)岸疏浚前后的整體穩(wěn)定性分析，如表2所示。

根據(jù)復(fù)核結(jié)果，現(xiàn)有斜坡式護(hù)岸整體穩(wěn)定的分項(xiàng)系數(shù)不滿足規(guī)范要求，加之本次疏浚底標(biāo)高較原設(shè)計(jì)疏浚底標(biāo)高更低，范圍更大，因此本次疏浚對現(xiàn)有護(hù)岸的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響，應(yīng)對現(xiàn)有斜坡式護(hù)岸進(jìn)行加固。

3.2 對現(xiàn)有護(hù)岸加固后穩(wěn)定性計(jì)算

3.2.1 加固方案選擇

常規(guī)護(hù)岸加固的方式主要有：

（1）減載措施：目的主要是減少邊坡可能發(fā)生滑動破壞的下滑力。主要包括削頭減載和削坡減載，削頭減載是將邊坡上部一定范圍內(nèi)覆蓋層或巖體削掉，以降低邊坡總高度；削坡減載是改變邊坡外形，將邊坡的坡度放緩。本工程海側(cè)由于受到用海邊界的制約，不能實(shí)行削坡減載；同時護(hù)岸頂高程根據(jù)防波堤頂高程計(jì)算確定，無法降低邊坡總高度，不能實(shí)行削頭減載。

（2）排水固結(jié)法：主要是設(shè)置排水系統(tǒng)（排水板或砂井），改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的通路，縮短排水距離；同時施加起固結(jié)作用的荷載，使土中的孔隙水產(chǎn)生壓差而滲流使土固結(jié)，加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。雖然其工程造價較低，但排水固結(jié)法所需固結(jié)的時間較長。

（3）抗滑樁：樁埋于穩(wěn)定滑床中，依靠樁與樁周巖土體的相互嵌制作用把滑坡推力傳遞到穩(wěn)定地層，利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動抗力，使滑坡得到穩(wěn)定。樁可改善滑坡狀態(tài)，促使滑坡向穩(wěn)定轉(zhuǎn)化。成樁后能立即發(fā)揮作用，有利于滑坡穩(wěn)定。常用的抗滑樁有鋼板樁和鋼筋混凝土樁。

（4）水泥攪拌樁：利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。

根據(jù)本工程現(xiàn)狀護(hù)岸的拋石結(jié)構(gòu)，軟弱土層厚度普遍大于10m的特點(diǎn)，本次選取鋼板樁和水泥攪拌樁方案進(jìn)行比較。

鋼板樁方案：鋼板樁墻距現(xiàn)有護(hù)岸頂10m，施打鋼板樁墻長97m。鋼板樁采用熱軋U型500mm×225mm，單根長約19.0m，穿透淤泥層且進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖1.0m。

水泥攪拌樁方案：水泥攪拌樁距現(xiàn)有護(hù)岸頂7.5m，全長121m。水泥攪拌樁呈格形布置，單元格尺寸為2450mm×2800mm，水泥攪拌樁穿透淤泥層進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖0.5m。

3.2.2 計(jì)算方法、原則、結(jié)果

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS 147-1-2010）第6.4.3條當(dāng)擬建工程附近有與設(shè)計(jì)土坡坡度相同或較陡的穩(wěn)定坡，兩處土層和土質(zhì)基本相同、土坡高度相近且穩(wěn)定坡計(jì)算的MRk/Msd小于規(guī)范值1.1～1.3，可用對比法設(shè)計(jì)擬建工程的坡度。擬建工程的土坡的抗力分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)稍大于現(xiàn)有的穩(wěn)定坡的抗力分項(xiàng)系數(shù)。

使用鋼板樁或水泥攪拌樁加固后，現(xiàn)有岸坡加固后的抗力分項(xiàng)系數(shù)均稍大于現(xiàn)有岸坡的護(hù)岸抗力分項(xiàng)系數(shù)，即滿足相關(guān)規(guī)范要求。

鋼板樁施打工藝較成熟，質(zhì)量易控制，施工速度較快，且施工完可緊接疏浚工作；水泥攪拌樁具有施打設(shè)備簡單，形成復(fù)合地基，承載力較好，但施工質(zhì)量控制需求較高，質(zhì)量有較大的離散性，隱蔽后控制困難，后期強(qiáng)度增長時間長，施工耗時較長等不利因素。綜上所述，由于建設(shè)單位對工期要求較高，因此，現(xiàn)有護(hù)岸加固推薦采用鋼板樁進(jìn)行加固。

4 結(jié)束語

本算例按照考慮和不考慮對護(hù)岸加固分別進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果：對于軟弱土層在大于10m厚的地質(zhì)條件下，在不考慮對現(xiàn)有進(jìn)行加固處理的情況下實(shí)施港池疏浚，整體穩(wěn)定是不滿足的。因此，必須對現(xiàn)有護(hù)岸進(jìn)行加固，考慮施工條件、工期、造價等因素，采用鋼板樁對護(hù)岸加固是可行的。綜上，采用鋼板樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行護(hù)岸加固或防護(hù)其計(jì)算理論和計(jì)算結(jié)果是可信的。本次算例經(jīng)過實(shí)際的檢驗(yàn)后一定會給其他類似工程提供參考。

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作者簡介：趙東遠(yuǎn)（1982，05-），男，籍貫：福建廈門，工程師，從事水運(yùn)工程、港口工程、地基處理、水利工程設(shè)計(jì)工作，研究方向：港工結(jié)構(gòu)技術(shù)。