樁板式擋墻在河道治理工程設計中的技術應用

孫 崎

(黑龍江農墾現代農業工程設計有限公司，哈爾濱 150001)

水利工程河道治理工作主要包括河道疏浚、河道護岸、河道護坡以及其他配套工程的治理工作，其中最為重要的是河道的護岸工程。河道護岸工程按照其材料形式可以分為混凝土擋墻、塊石擋墻、樁板式擋墻以及鋼板樁擋墻等，不同的擋墻形式具有不同特點，需要根據河道護岸的實際情況進行選擇。樁板式擋墻是一種應用較為廣泛的河道護岸擋墻形式，在實際應用中具有多項優勢。

1 樁板式擋墻的基本概念及應用

樁板式擋墻是指鋼筋混凝土樁與擋板構成的輕型擋土墻，在深埋的樁柱之間采用擋板對土體進行阻擋，適合使用在側壓力較大、邊坡較陡、深度較大的加固地段，兩個樁之間的擋板一般采用厚鋼板進行間隔，在邊坡以及河道護岸加固工程中具有良好的應用效果。

樁板式擋墻具有良好的適用性，不僅適合使用在大型水利工程護岸治理工程中，同時適用于施工現場狹窄等特殊工況條件，不受地域環境的限制，不需要復雜的工序，且施工成本較低，能夠有效減少水利工程河道治理成本，而且樁板式擋墻具有良好的穩定性和安全性，能夠全面提升河道護岸質量，是一項具有多項優勢的河道治理技術[1]。

2 工程概況及建設必要性

石頭河是H市境內河流，近年來由于全球氣候影響，石頭河自然災害較為嚴重，主要自然災害有澇災、風災、雹災和蟲災等，但主要的是澇災，河道區內大部分土地分布在澇區內。特大洪澇災害發生的年份有1941、1968、1991、1994及2013年等。1991和 1994 年相繼發生兩次大洪水，1991年相當于 20 年一遇，1994 年相當于 30 年一遇。石頭河流域為該省暴雨多發區，暴雨頻繁且多發生在夏季 7、8 月份，由于上游處于山丘區，河道比降較陡，洪水量大流急，經常出槽泛濫，淹沒兩岸。在2008年石頭河近期治理工程中，分段修建了護岸，但石頭河河道迂回彎曲，部分河流彎曲段沖刷嚴重。由于上游被水流帶走泥沙沉積在下游，進一步導致河道萎縮，阻水嚴重，洪水下泄不暢，一般性洪水即可造成較大洪災。河水沖刷使兩岸岸坡變形嚴重，部分河岸已經形成陡坎，局部有坍塌現象，給沿岸居民的工農業生產及日常生活造成極大的威脅。通過本次河道治理工程建設，能提高岸坡抗沖刷能力，保護河岸，河床穩定，減少水土流失進一步加劇，提高洪水下泄能力，對完善當地防洪體系建設、保障當地人民安居樂業和社會和諧穩定、加快當地經濟的持續發展都起到積極的促進作用。因此，盡快建設H市石頭河河道治理工程是十分必要的。

3 治理方案設計

本工程涉及部分石頭河段，總長度共計3.03 km，主要建設內容為護岸工程。護岸結構型式采用格賓石籠和樁板式擋墻，固腳為格賓石籠。針對部分岸坡坍塌失穩嚴重段采用樁板式擋墻護岸修復，其余沖刷變形段采取格賓石籠護岸。修建兩岸護岸工程長度共3.03 km，其中格賓石籠護岸2.451 km，波浪樁護岸0.579 km。

樁板式擋墻護岸設計方案為：采用C30等級鋼筋混凝土預制方樁和厚15 cm鋼板連接的組合結構；方樁設計尺寸為40 cm*30 cm*1.5 m，設計間距為2 m；樁間安裝厚15 cm鋼板連接，每兩根樁之間安裝一塊擋板，安裝板底部高程為▽0.50 m，頂部高程設計為▽2.70～6.60 m；方樁和鋼板上部采用60 cm*30 cm的C30等級鋼筋混凝土壓頂，頂部高程設計為▽7.00 m，在壓頂施工后預留不低于1 m的平臺，接不陡于1∶3的邊坡至現狀建筑物，坡面種植草種用于穩固；在高程▽5.5 m樁前預留安全平臺，在1∶3邊坡處與河床連接[2]。

4 采用樁板式擋墻受力情況及穩定分析計算

本次治理工程河道范圍內局部段岸坡嚴重變形失穩甚至坍塌，沖刷嚴重段采用修建樁板式擋墻的工程方式。

4.1 沖刷嚴重段地質及土層情況

樁板式擋墻土層示意圖見圖1。

圖1 樁板式擋墻土層示意圖

工程區內最大凍結深度2.0 m，岸坡土主要為低液限黏土、級配不良細砂、級配不良粗砂等組成，低液限黏土屬微透水體，有相對隔水作用；級配不良細砂為中等透水體；級配不良粗砂為強透水體。根據《堤防工程地質勘察規程》(SL 188-2005)附錄E.2堤岸工程地質條件分類標準，進行護岸段岸坡工程地質條件分類，根據表1，本區岸坡地質結構為部分雙層土砂質岸坡(Ⅱ1)。岸坡穩定性為穩定性差岸坡，組成岸坡的土體抗沖刷能力差，歷史上曾發生岸坡失穩事件，具有嚴重的危害性，建議設計時采取適當的工程處理措施。在動水壓力作用下，④級配不良細砂易產生的滲透變形為過渡形，⑤級配不良粗砂、易產生的滲透變形為管涌，建議允許水力比降為：④級配不良細砂J允許=0.25；⑤級配不良粗砂J允許=0.21。最大凍結深度內土體①、②、③為低液限黏土、④級配不良細砂為凍脹性土。對凍脹性土設計時，應考慮地基土的凍脹問題，采取適當的工程處理措施。修復岸坡的邊坡比建議值為：低液限黏土1∶2.0；級配不良細砂1∶3.0；級配不良粗砂1∶3.0。

表1 土層參數表

4.2 各種工況下墻體可能產生傾覆、墻底部隆起設計分析

根據工程地質土層情況，擬定3種不同開挖深度下樁板式擋墻的受力情況分析，以確定正常水位、不同開挖深度情況下，樁板式擋墻抗傾覆、擋墻墻底隆起是否滿足規范要求。見圖2及表2。

圖2 3種不同開挖深度示意圖

表2 工況信息表

4.2.1 抗傾覆驗算

參照《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007-2011)、《水工擋土墻設計規范》(SL 379-2007)、《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-2012)、《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)等相關規范要求，擬采用3種不同開挖深度進行穩定分析計算后(采用GE5軟件)，當最大開挖超過7m情況下，采用樁板式擋墻修復已遭破壞的河道岸坡，結果顯示墻體抗傾覆、擋墻墻底隆起完全滿足規范要求。見圖3。

圖3 抗傾覆計算示意圖

按設計規范要求，抗傾覆系數K最小安全值取2.0。當擋墻最大開挖深度超7m情況下，抗傾覆系數仍然滿足設計規范要求。

4.2.2 擋墻墻底隆起驗算

第一級墻底隆起驗算：

1)土層④：

φ=38.5°,c=1.1 kPa。

2)土層⑤：

φ=32.3°,c=1.6 kPa。

3)土層⑥：

φ=13°,c=26.5 kPa。

安全系數應達到1.8。

第二級墻底隆起驗算：

4)土層⑤：

φ=32.3°,c=1.6 kPa。

5)土層⑥：

φ=13°,c=26.5 kPa。

安全系數應達到1.8。

第三級墻底隆起驗算：

6)土層⑥：

φ=13°,c=26.5 kPa。

安全系數應達到1.8。

三級擋墻墻底受力圖見圖4。

圖4 三級擋墻墻底受力圖

根據石頭河樁板式擋墻段不同土層情況，按照設計規范要求，墻基底隆起安全系數K取2.3時，當最大挖深7 m時，也能完全滿足設計規范要求

5 結 語

本文對樁板式擋墻在不同挖深和土層結構下的河道治理工程，分別進行墻體抗傾覆、墻底隆起穩定設計分析，并將其應用于石頭河治理工程嚴重變形、失穩甚至坍塌等沖刷嚴重段護岸工程中。計算結果表明，樁板式擋墻能起到擋土、抗傾覆、抗滑作用，很好地解決了地形陡峭以及地質不良邊坡的支護問題，是該類型地形河道治理工程技術經濟性價比較好的一種河道護岸支護方法。