杭州八堡船閘口門區(qū)堤防加固方案研究

胡俊

摘 要：京杭運河二通道為提高通航保證率，需對八堡船閘口門區(qū)進行河段治理。由于河段治理會影響口門區(qū)兩側堤防安全，因此需對堤防進行相應的加固。本文對堤防的加固方案進行了研究比選，并通過工程試驗加以驗證，為項目的可行性研究和實施提供強有力的技術支持。

關鍵詞：船閘 口門區(qū) 堤防加固

京杭運河杭州市河段（北星橋～三堡船閘）目前只有五級航道標準，且橋梁通航凈高基本上只有4.50m，隨著經濟高速發(fā)展、水運運量快速增長，航道通過能力顯得嚴重不足，已成為通航瓶頸。同時，隨著杭州市城市化進程的加快，群眾環(huán)保意識的增強，反對杭州市河段通行大噸位貨船的呼聲也日趨激烈。因此，杭州需另辟京杭運河第二通道，并建設八堡船閘與錢塘江溝通。2008年年底，京杭運河浙江段三級航道整治工程的項目建議書已獲國家發(fā)改委的批復，京杭運河第二通道納入該項目中。目前，項目處于工程可行性研究階段，杭州段的投資估算為91.82億元。

八堡船閘口門區(qū)加固的必要性

八堡船閘是京杭運河第二通道的終點，是新開挖運河與錢塘江溝通的樞紐工程。八堡船閘出口位置選在錢塘江八堡彎道凹岸一側，三堡船閘下游約7.5公里處。受水域條件及陸域用地限制，沿岸已建有丁壩群護灘，近岸灘地高程較高，不能滿足1000T級船通航水深要求，需進行工程河段治理。工程河段治理方案為：清理殘壩，適當縮短控導長丁壩以及在八堡船閘錢塘江出口位置堤防外側新建兩條導堤。但工程河段治理后，口門區(qū)流速增大，灘地刷深，危及口門區(qū)兩側堤防安全。其中，口門區(qū)上游為堤防前灘地沖刷幅度較大的堤段，遭遇百年一遇洪水時，該段堤防灘地最大刷深1.4m，沖刷高程為-1.04～-1.24m；口門區(qū)下游為堤防前灘地沖刷特別嚴重的堤段，遭遇百年一遇洪水時，最大沖刷幅度達7.0m，最低沖刷高程為-8.84m。經抗滑、抗傾穩(wěn)定計算，口門區(qū)兩側一定距離內的堤防穩(wěn)定安全系數不能滿足安全運行要求，必須進行防沖加固。

因此，在工程可行性研究階段須對口門區(qū)堤防提出相應的加固措施，對加固方案進行深入研究分析，保證口門區(qū)堤防安全運行。

口門區(qū)堤防加固方案比選優(yōu)化

1、口門區(qū)上游段加固方案比選優(yōu)化

口門區(qū)上游堤防現狀斷面結構為斜坡式。堤頂高程為9.7m，寬9m，堤頂外肩設砼擋浪墻，墻頂高程10.5m。內坡為坡比1：3的草皮護坡，外坡為C20砼護坡。坡腳設有C25砼護坦和小沉井護腳防沖，護坦頂面高程為3.43～3.18m，護坦寬6.25m，護坦外側安放1m×1m×3.5m的C30鋼筋砼小沉井，沉井壁厚10cm，沉井底高程多為-0.82m，井體外拋塊石保護。考慮到工程河段治理后，堤防前灘地最大刷深為1.4m，擬采用以下加固方案。

方案1：鋼筋砼板樁與拋石相結合防沖方案，每延米建安費約1.4萬元。該方案擬在現有堤防沉井外側加設6.0m護坦，護坦外口頂面高程2.38m，護坦外側打設C30鋼筋砼預制板樁，樁長11m，樁底高程-8.82m。在板樁外側拋填大塊石進行水平保護，拋石底高程為1.0m，底寬5m。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：①結構整體性和防沖效果較好，維護工作量較少；②施工技術較為成熟，施工速度較快；③工程投資較小。缺點：當遇到較多塊石時，沉放難度較大，施工質量難以滿足設計要求。

方案2：鋼筋砼小沉井與拋石相結合防沖方案，每延米建安費約1.5萬元。該方案擬在現有沉井外側加設6.0m護坦，護坦外口頂面高程2.18m，護坦外側設有小沉井防沖刷保護。小沉井采用預制件，其斷面120×120×500cm，沉井底高程-3.32m。井內安放砼預制塊及塊石混合料，其上部灌注砼、埋插筋，通過沉井頂部澆筑連系梁，與護坦拉梁、錨梁等構成護坦整體防沖結構。在沉井外側拋填大塊石進行水平保護，拋石底高程為-1.2m，底寬5m。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：施工技術較為成熟，施工較方便，投資較小。缺點：施工中沉井間接縫較難解決，防沖效果較差。

方案3：鉆孔灌注樁連續(xù)墻與拋石相結合方案，每延米建安費約3.6萬元。該方案擬在現有沉井外側加設6m護坦，護坦外口頂面高程2.38m，護坦外側施鉆樁徑80cm的鉆孔灌注樁連續(xù)墻，樁長11m。連續(xù)墻內側采用高壓水泥旋噴樁作為防滲墻，旋噴樁樁徑為50cm，樁長5m。在鉆孔灌注樁外側拋填大塊石進行水平保護，拋石厚2.0m，底寬5m。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：①結構整體性和防沖效果好；維護工作量少；②施工質量較為可靠。缺點：工程投資大。

方案4：安放扭王塊水平防沖，每延米建安費約1.2萬元。該方案擬在現有沉井外側安放6t扭王塊進行水平保

護，扭王塊安放寬度20m。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：施工方便，造價低。缺點：①結構整體性及防沖效果較差；②維護工作量大。

結論：方案3工程投資太大，不宜采用。方案4工程投資最小，但維護檢測工程量大，也不宜采用。方案1和方案2均可行，但由于方案1較方案2更為經濟，且板樁樁間接縫比沉井更易解決，同時目前板樁施工經驗豐富，施工技術較為成熟，其施工速度比沉井施工快，故推薦采用鋼筋砼板樁與拋石相結合方案。

方案優(yōu)化：經進一步驗算、優(yōu)化形成最終的加固方案（見下圖）。

2、口門區(qū)下游段加固方案比選優(yōu)化

口門區(qū)下游段上游堤防現狀斷面與上游段基本相同。但由于工程河段治理后，堤防前灘地最大沖刷比上游段要深5.6m，導致下游的加固方案和上游有所不同，采用以下方案較為合理。

方案1：鉆孔灌注樁連續(xù)墻與拋石相結合方案，每延米建安費約5.6萬元。該方案擬在現有沉井外側加設6m護坦，護坦外口頂面高程3.18m，護坦外側為樁徑120cm的鉆孔灌注樁連續(xù)墻，樁長20m。鉆孔灌注樁排樁間隙處采用高壓水泥旋噴樁進行加固，旋噴樁樁徑為50cm，樁長10m。在鉆孔灌注樁外側拋填大塊石進行水平保護，拋石底高程為-2.0m，底寬10m。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：①結構整體性和防沖效果較好，維護工作量較少；②投資較小。缺點：當遇到較多塊石時，施工難度較大，施工工序較復雜。

方案2：硬切割咬合樁連續(xù)墻與拋石相結合方案，每延米建安費約10萬元。該方案擬在現有沉井外側加設6m護坦，護坦外口頂面高程3.18m，護坦外側采用進口CD全回旋套管機交錯施鉆咬合樁，樁徑120cm，樁長20m。在咬合樁外側拋填大塊石進行水平保護，拋石底高程為-2.0m，底寬10m。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：①結構整體性和防沖效果好，維護工作量?。虎谔燎盀┑貕K石層較厚時，無需清理塊石可直接成孔，施工質量能夠得到保證；③施工速度較快。缺點：①對施工機械要求較高；②工程投資大。

方案3：丁壩群水平保護方案，每延米建安費約10萬元。該方案擬布設8座100m長的丁壩，丁壩壩面及壩坡采用厚60cmC25砼護面，壩頂寬3m。丁壩上下游壩坡腳設有60cm厚C25鋼筋砼護坦。上下游護坦外側沿丁壩壩身分區(qū)段進行壩腳防沖保護，靠近壩根區(qū)段采用8m長鋼筋砼灌注樁防沖，壩頭防沖結構為樁徑30m 長鉆孔灌注樁連續(xù)墻，壩身中間過渡段采用15m長鉆孔灌注樁連續(xù)墻防沖。該方案的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：工程投資最小。缺點：丁壩壩頭容易損毀，防沖效果相對較差，維護工程量大。

結論：雖然方案3造價比方案1略微偏低，但丁壩壩頭容易損毀，維護檢測工程量大，堤防運行管理工作量大，該方案不宜采用。方案1和方案2結構整體性和防沖效果好，但方案1每延米工程投資較方案2少4.4萬元，故推薦采用鉆孔灌注樁連續(xù)墻與拋石相結合方案。

方案優(yōu)化：經進一步驗算、優(yōu)化形成最終的加固方案（見下圖）。

口門區(qū)堤防加固實際方案工程試驗

在加固方案現場試驗中，口門區(qū)上游試驗段采用了鋼筋砼板樁與拋石相結合方案，口門區(qū)下游試驗段采用了鉆孔灌注樁連續(xù)墻與拋石相結合方案。

上游試驗段板樁施工順序：圍堰→表層泥夾石挖除→板樁施打→C25鋼筋砼護坦→土方開挖→塊石混合料回填→表層塊石理砌。板樁采用工廠化預制，二點法起吊，沉樁施工采用定位架定位、激振法沖沉；沉樁設備為日立550型履帶式挖掘機配置高頻激振頭，遇有較硬砂土層時，加以水沖法輔助，即以人工順板樁凹槽插入水管高壓沖水輔助沉樁。從施工效果看，除個別樁位因地層孤石而出現偏移外，其余板樁垂直縫隙都能控制在2cm之內，均能達到設計要求，證明該加固方案是合理可行的，施工工藝有一定的推廣價值。

下游試驗段施工順序：圍堰→挖除表層泥夾石→φ1200鉆孔灌注樁→φ1000高壓水泥旋噴樁→C25鋼筋砼護坦→塊石混合料回填→表層塊石理砌。Ф1200鉆孔灌注樁采用10型鉆機，正常情況下每臺鉆機每天成樁1根；鉆孔采用回旋鉆成孔，遇到障礙時換沖擊成孔，或先小鉆頭鉆進到設計樁底高程，再以回旋鉆擴孔成孔；從施工效果看，除少數Φ120灌注樁因地質條件造成樁位偏差，大部分灌注樁均能達到設計要求。高壓水泥旋噴樁采用三重管旋噴樁機施工；從施工效果看，經檢測的樁徑和強度均能滿足設計要求，并與前排灌注樁接縫較為嚴實，證明該加固方案合理可行。

結束語

口門區(qū)堤防加固方案是京杭運河第二通道和八堡船閘建設可行性的重要組成部分?？陂T區(qū)堤防加固方案通過比選和工程試驗驗證，具有充分的可行性、合理性、經濟性和施工可操作性，對項目的可研報批和實施將起到至關重要的作用。

（作者單位：杭州市港航管理局）