U型板樁在堤防搶險(xiǎn)工程中的應(yīng)用

唐　潔

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U型板樁在堤防搶險(xiǎn)工程中的應(yīng)用

唐潔

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434)

本文結(jié)合工程實(shí)例，探討了U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁在堤防應(yīng)急搶險(xiǎn)中的應(yīng)用，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)出“U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁+拖樁”的護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式。設(shè)計(jì)方案最終順利實(shí)施并成功抵御了近年來(lái)臺(tái)風(fēng)的襲擊，保障了周邊地區(qū)的防洪安全。相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可為類(lèi)似搶險(xiǎn)工程提供參考。

堤防搶險(xiǎn)； 護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁+拖樁

1　前　言

堤防是防御洪水災(zāi)害的重要水利工程，對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全起著巨大作用。堤防一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，若搶險(xiǎn)不及時(shí)，極易釀成洪水災(zāi)害。因此，堤防的搶險(xiǎn)工作往往迫在眉睫。為了保證搶險(xiǎn)工期，減少施工期防洪風(fēng)險(xiǎn)，堤防搶險(xiǎn)一般采用不設(shè)圍堰的護(hù)岸型式進(jìn)行施工。不設(shè)圍堰的護(hù)岸樁常用鉆孔灌注樁和矩形混凝土板樁，近年又出現(xiàn)了U型預(yù)應(yīng)力混凝土板樁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)U型板樁)。U型板樁已被水利部科技推廣中心列入2013年水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄，編號(hào)為T(mén)Z2013065。

U型板樁采用變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)等效原則，受力特點(diǎn)與工字形受力特點(diǎn)一致，結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。其主要優(yōu)勢(shì)：在加大截面高度、增大截面抗彎抵抗彎矩的同時(shí)，增加了截面寬度，達(dá)到截面結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。換句話(huà)說(shuō)，在受力相同情況下，U型板樁比傳統(tǒng)的混凝土矩形板樁用料更省。同時(shí)，U型板樁具有抗彎剛度大、抗裂性好、施工速度快、曲面結(jié)構(gòu)消浪效果明顯及表面美觀度高等優(yōu)點(diǎn)。本文以小娘湖水毀段堤防應(yīng)急搶險(xiǎn)工程的護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，通過(guò)不同護(hù)岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案比選，探討U型板樁在堤防搶險(xiǎn)工程中的應(yīng)用。

圖1　U型板樁剖面示意圖

2　工程概況

2.1工程背景

小娘湖水毀段位于上海市青浦區(qū)淀山湖西北岸，所處位置易受東南向臺(tái)風(fēng)侵襲。原護(hù)岸為漿砌石擋墻結(jié)構(gòu)，堤后為小娘湖，堤身單薄段較長(zhǎng)。2012年8月，受第11號(hào)熱帶風(fēng)暴“海葵”影響，小娘湖岸段堤防損壞、倒塌、險(xiǎn)情嚴(yán)重，給周邊的居民安全帶來(lái)嚴(yán)重隱患。由于險(xiǎn)情嚴(yán)重，經(jīng)上海市防汛辦批復(fù)同意，該水毀段將作為應(yīng)急搶險(xiǎn)工程予以實(shí)施。

2.2工程布置與規(guī)模

該應(yīng)急搶險(xiǎn)工程防洪大堤總長(zhǎng)770m，按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拆除重建。堤線基本沿老堤線走向，布置時(shí)進(jìn)行了平順連接，樁外邊線較原護(hù)岸擋墻前沿線后退2m。大堤堤型采用混合式土堤斷面，在臨湖側(cè)設(shè)置4m寬的消浪平臺(tái)。護(hù)岸頂高程為4.00m。堤頂高程5.74m，堤頂寬9m，雙向兩車(chē)道，車(chē)道寬6m，兩旁各1.5m的綠化帶。

3　護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)思路

為了保證搶險(xiǎn)工期，減少施工期防洪風(fēng)險(xiǎn)，新建護(hù)岸采用不用圍堰的預(yù)制板樁護(hù)岸型式進(jìn)行施工。設(shè)計(jì)方案對(duì)單排板樁、前板樁+后方樁、單排U型板樁、前U型板樁+后拖樁等結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了比選。在同等工程量的情況下，單排板樁比U型板樁剛度小，此外根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，單排板樁位移難以控制，所以單排板樁不放入比選方案。樁頂處水平變位按不大于10mm控制。

3.2護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式比選

方案一：前板樁+后方樁的高樁承臺(tái)，在2.60～3.10m高程設(shè)置厚0.5m的承臺(tái)，3.10～4.00m高程設(shè)置0.9m高的混凝土擋墻，底板寬2.70m，底板厚0.50m?；A(chǔ)第一排為C30鋼筋混凝土板樁0.25m×0.5m×13m，后排設(shè)C30鋼筋混凝土方樁0.3m×0.4m×13m，間距1.2m。前板樁的樁頂水平位移為7.92mm，后方樁樁頂水平位移為8.02mm。經(jīng)測(cè)算單米工程費(fèi)22812元。該方案承臺(tái)厚度較大，板樁后方檢修不方便，工程費(fèi)用相對(duì)較高。

方案二：?jiǎn)闻臮型板樁斷面，采用截面高度600mm(板厚120mm)的U型連排板樁，樁長(zhǎng)15m。板樁頂設(shè)置700mm×700mm帶反弧帽梁，帽梁頂高程為4.00m，厚0.7m。U型板樁的水平位移為9.13mm，經(jīng)測(cè)算單米工程費(fèi)22084元。該方案施工速度快，對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)、抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、順岸有一定消浪效果，堤后用地最省。

方案三：前U型板樁+后拖樁，前排采用截面高度600mm(板厚120mm)的U型連排板樁，樁長(zhǎng)10m。板樁頂設(shè)置700mm×700mm帶反弧帽梁，帽梁頂高程為4.00m，后排采用截面400mm×600mm鋼筋混凝土拖樁，拖樁間距3m，U型板樁與拖樁之間采用600mm×600mm鋼筋混凝土拉梁連接，在護(hù)岸結(jié)構(gòu)頂部臨湖側(cè)4.00m高程設(shè)置4.0m寬親水平臺(tái)。前U型板樁的樁頂水平位移為8.52mm，后拖樁樁頂水平位移為8.50mm。經(jīng)測(cè)算單米工程費(fèi)20865元。該方案施工速度快，對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)、抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、順岸有一定消浪效果，整體性好，工程費(fèi)用相對(duì)較低。

通過(guò)以上三個(gè)方案的對(duì)比分析可以看出：方案三 “U型板樁+拖樁”斷面較經(jīng)濟(jì)，位移容易控制，安全性高，結(jié)構(gòu)剛度分配合理、便于檢修。因此，推薦方案三“前U型板樁+后拖樁”的護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式。為增加護(hù)面結(jié)構(gòu)整體性，4.00m高程護(hù)面為0.15m厚鋼筋混凝土，與周邊結(jié)構(gòu)形成整體。具體結(jié)構(gòu)及位移如圖2、圖3所示。

圖2　“前U型板樁+后拖樁”護(hù)岸結(jié)構(gòu)(單位：高程m，尺寸mm)

圖3　“前U型板樁+后拖樁”結(jié)構(gòu)位移(單位：mm)

3.3護(hù)岸結(jié)構(gòu)的沉降控制措施

U型板樁+拖樁為整體結(jié)構(gòu)，由于堤身沉降較大，將在拖樁上產(chǎn)生負(fù)摩阻力，為防止下拉荷載引起的不利影響，設(shè)計(jì)時(shí)考慮采取以下措施：

a.將拖樁盡可能布置在老堤附近，減小筑堤引起的附加荷載，從而減少拖樁與板樁之間的沉降差。

b.拖樁樁底高程與板樁一致，減小沉降差。

c.避免將拖樁打入低壓縮性的密實(shí)土層，減小下拉荷載。

d.在拉梁上選取適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置后澆帶，減小不均勻沉降產(chǎn)生的內(nèi)力。

e.考慮搶險(xiǎn)工期緊張，施工期有可能不能設(shè)置后澆帶，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了部分不均勻沉降引起的內(nèi)力，并按此加強(qiáng)了配筋。

f.即使不均勻沉降引起板樁與拖樁之間的拉梁開(kāi)裂，也不影響“U型板樁+拖樁+拉梁”的結(jié)構(gòu)體系，因拉梁中的鋼筋仍然能承擔(dān)拉力，對(duì)可能產(chǎn)生開(kāi)裂的部位進(jìn)行鑿槽修補(bǔ)即可。

4　施工中注意事項(xiàng)

U型板樁為廠家預(yù)制，其主要要求與普通板樁大同小異，但施工中仍需注意以下事項(xiàng)：

a. “U型板樁+拖樁”斷面的施打順序：先將堤身斷面填至4.00m高程，再進(jìn)行樁基施工，最后現(xiàn)澆帽梁。

b.當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較復(fù)雜時(shí)，采取一定的沉樁措施。

c.嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)個(gè)別樁脫榫現(xiàn)象，使單樁之間緊密結(jié)合，錯(cuò)落有致。

d. U型板樁采用預(yù)埋式止水條，埋于企口處，成型后在中空止水條中灌入水泥漿液，以保證止水功能和止水效果。

5　工程實(shí)施后的效果

小娘湖水毀段770m長(zhǎng)的堤防工程主體結(jié)構(gòu)已于2013年實(shí)施完畢，其U型板樁+拖樁結(jié)構(gòu)成功抵御了2013年10月7日“菲特”臺(tái)風(fēng)的襲擊。截止目前，護(hù)岸結(jié)構(gòu)安全，保證了小娘湖周邊地區(qū)的防洪安全。其建成后的實(shí)景如圖4所示。

圖4　U型板樁護(hù)岸建成實(shí)景

6　結(jié)　論

通過(guò)分析可以看出“U型板樁+拖樁”的護(hù)岸結(jié)構(gòu)在堤防應(yīng)急搶險(xiǎn)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于不需要做圍堰，可消除施工期的風(fēng)險(xiǎn)；施工工期短，采用工廠化預(yù)制模式，工地機(jī)械化施工成型，相比現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土擋墻、鉆孔樁等施工形式，施工工期大大縮短；整體性好，位移易控制，曲面結(jié)構(gòu)消浪效果明顯，適合于做應(yīng)急搶險(xiǎn)的護(hù)岸結(jié)構(gòu)。其劣勢(shì)在于U型板樁形成一道連續(xù)的地下墻結(jié)構(gòu)，將堤前后阻隔，不適應(yīng)生態(tài)堤防要求，且目前尚無(wú)接樁工藝。若能彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，則其在搶險(xiǎn)工程中的應(yīng)用會(huì)更具有優(yōu)勢(shì)。

Application of U-shaped sheet pile in dyke emergency rescue project

TANG Jie

(ShanghaiInvestigation,DesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200434,China)

In the paper, practical engineering is combined for discussing the application of U-shaped pre-stressed concrete sheet pile in dike emergency rescue. Revetment structure mode of ‘U-shaped pre-stressed concrete sheet pile + towing post’ is innovated and designed. The design plan is smoothly implemented finally and typhoon attacks are resisted in recent years, thereby ensuring flood control safety of surrounding area. Related design experience can provide reference for similar rescue projecs.

dike emergency rescue; revetment structure design; U-shaped pre-stressed concrete sheet pile + towing post

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.007

TV861

B

1005-4774(2016)10- 0023- 03