松木樁在鄂州華容區(qū)河道治理中的應(yīng)用

邱冬梅 何練民 何銀俊

摘 要：華容區(qū)河道治理中，土體為軟土，易垮塌，提出取材方便、價格低廉、施工方便的松木樁支護(hù)，解決了邊坡穩(wěn)定問題。

關(guān)鍵詞：松木樁；河道；邊坡支護(hù)

1.前言

鄂州市華容區(qū)屬于平原水網(wǎng)區(qū)，水面率26%，屬于梁子湖流域3265km2的末端承泄區(qū)，素有梁子湖流域的“水袋子”之稱。汛期境內(nèi)澇水受長港頂拖，排泄不暢，洪澇災(zāi)害非常嚴(yán)重，防洪排澇任務(wù)非常艱巨。華容區(qū)河道在承擔(dān)著重要防洪除澇任務(wù)的同時，還承擔(dān)著灌溉供水和農(nóng)村水環(huán)境改善等綜合功能，水域和河濱是廣大人民日常的休閑放松場所。但是，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，以及國家“兩工”政策取消后群眾投工投勞開展河道整治大幅度減少，河道不但沒有發(fā)揮應(yīng)有的功能，甚至成為華容區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的制約因素。鑒于此，為貫徹落實(shí)《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》（中發(fā)[2011]1號）和中央水利工作會議精神，進(jìn)一步推進(jìn)中小河流治理工作。省水利廳和省財政廳組織的專家審查，批復(fù)了《華容區(qū)中小河流治理重點(diǎn)縣綜合整治及水系連通試點(diǎn)規(guī)劃》，共劃分為10個項(xiàng)目區(qū)，對境內(nèi)69條200 km2以下河道進(jìn)行綜合整治，綜合整治總投資為27140.24萬元，工程于2013年開始實(shí)施。

工程區(qū)屬沖湖積平原，地形起伏不大，地勢總體較寬闊平緩。地層巖性主要為第四系沖積粘土及湖積淤泥、淤泥質(zhì)土，河道岸坡主要是穩(wěn)定問題，不存在滲透破壞和沉降變形問題，局部岸坡有變形、垮塌現(xiàn)象。由于大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場難，且施工費(fèi)用較大，找到一種施工簡單、進(jìn)度快的岸坡處理方法尤為重要。本文提出松木樁整治湖區(qū)淤泥質(zhì)土質(zhì)岸坡，不失為一種較好方法。

2.計(jì)算模型及治理邊坡選擇

（1）計(jì)算模型

華容區(qū)河道邊坡坡度為1：1.0～1：3.0，在較陡邊坡易發(fā)生垮塌現(xiàn)象，緩坡段較穩(wěn)定，本次選取1：1.0、1：1.5和1：2.0三個坡度斷面作為計(jì)算邊坡模型。

邊坡高度從實(shí)地看，產(chǎn)生滑塌的邊坡一般高于2m，最大邊坡不超過5m，本次計(jì)算選取3m、4m、5m三個高度作為計(jì)算模型。

（2）邊坡穩(wěn)定計(jì)算

本次穩(wěn)定分析采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所研制開發(fā)的《理正巖土計(jì)算6.0版》中邊坡穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法為按《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦的抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法——瑞典圓弧滑動法。

（3）計(jì)算斷面選取

邊坡斷面外輪廓以實(shí)地勘測為準(zhǔn)，堤基形狀及邊界以地質(zhì)鉆探資料為準(zhǔn)。根據(jù)地勘工作的實(shí)際情況，計(jì)算時取代表斷面進(jìn)行計(jì)算，綜合分析港道斷面地層土體結(jié)構(gòu)、地下水位以及港道設(shè)計(jì)斷面形式，確定選取邊坡較高的共青港沿程幾個斷面為代表斷面進(jìn)行邊坡抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算。

邊坡斷面外輪廓以實(shí)地勘測為準(zhǔn)，選取2m、3m、4m、5m四個高度和1：1.0、1.：1.5和1：2.0三個坡度的斷面。

（4）計(jì)算工況

施工期港道無水工況。

（5）計(jì)算參數(shù)

按照地質(zhì)勘探成果，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成果，提出淤泥質(zhì)粘土參數(shù)：凝聚力c =10kPa，內(nèi)摩擦角φ=5°

（6）計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果見表1，從結(jié)果看出：在邊坡坡比1：1、1：1.5邊坡高度4m以上、邊坡坡比1：2.0邊坡高度5m以上邊坡失穩(wěn)。應(yīng)采取措施防止垮塌。

3.松木樁抗滑力計(jì)算

考慮到施工便利、造價等因素，采用松木樁支護(hù)。

樁在橫軸向荷載作用下，樁可以看做一個設(shè)置在彈性地基中的豎梁。求解其內(nèi)力的方法有三種：一種是直接用數(shù)學(xué)方法求解樁在受荷后的彈性撓曲微分方程，再從力的平衡條件求出樁各部分的內(nèi)力和位移；另一種是將樁分成有限段，用差分式近似代替樁的彈性撓曲微分方程中的各階導(dǎo)數(shù)式而求解的有限差分法。再一種則是將樁劃分為有限單元的離散體，然后根據(jù)力的平衡和位移協(xié)調(diào)條件，解得樁的各部分內(nèi)力和位移的有限元法。以文克爾假定為基礎(chǔ)的彈性地基梁解法從土力學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為是不嚴(yán)密的，但由于其概念明確，方法簡単，所得的結(jié)果一般較安全，故國內(nèi)外使用得較為普遍，設(shè)計(jì)中常用的有“m”法、“K”法、“c值”法、“常數(shù)法”等都屬于這種方法。對樁的內(nèi)力和變位主要受上部和側(cè)向土層的影響，故宜根據(jù)土質(zhì)特性來選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法。對于超固結(jié)黏土和地面為硬殼層的情況，可考慮選用“常數(shù)法”；對于其他土質(zhì)一般可選用“m”法或“C”法，當(dāng)樁徑大、容許位移小時宜選用“C”法。由于K法誤差較大，故平時應(yīng)用最多的為m法。本工程采用“m”法計(jì)算松木樁在邊坡支護(hù)中所能提供的水平抗力大小。

基于m法的單樁理論，采用橋梁博士3.0軟件計(jì)算單個松木樁在某一嵌固長度下的抗滑力，樁頂端最大位移3cm時能提供的抗力。參數(shù)選?。核赡緲稄椥阅Ａ?E=9000MPa，地基系數(shù)m=4500kN/m4。計(jì)算出嵌固深度分別為5m、4m、3.5m時，抗滑力分別為2.92kN、1.9kN、1.3kN。

査詢建筑材料強(qiáng)度表，松木樁橫紋抗剪強(qiáng)度一般大6.3MPa，以此推算尾徑lOcm的松木樁抗剪斷剪力一般大于49kN，故松木樁不會有被剪斷的危險。

設(shè)計(jì)采用嵌固深度5m松木樁支護(hù)。

4.樁位布置

為了得到更大抗滑力，設(shè)計(jì)采用嵌固深度為5m，按照抗滑力2.92kN布置松木樁。首先計(jì)算出土體本身抗滑力，扣除土體抗滑力后剩余為松木樁承擔(dān)的滑動力。計(jì)算結(jié)果如表2：

負(fù)值表示土體本身滿足抗滑要求。

邊坡為1：1河道斷面在邊坡高度為3m、4m、5m分別布置1、3、5排松木樁。

邊坡為1：1.5河道斷面在邊坡高度為4m、5m分別布置1、3排松木樁。邊坡為1：2.0河道斷面在邊坡高度為5m分別布置1排松木樁。樁從坡腳開始布置，間排距0.5m，梅花形布置，松木樁尾徑lOcm。

按照此方案在共青港、桟嘴港工程中實(shí)施，目前運(yùn)行良好。

5.結(jié)語

松木樁作為傳統(tǒng)地基處理的材料，同樣可以用在邊坡支護(hù)當(dāng)中。松木樁輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好、取材方便、價格低廉、施工方便等特點(diǎn)，在軟土邊坡支護(hù)中有著明顯的優(yōu)勢。由于松木樁打入土中，工作環(huán)境與空氣隔絕，其耐久性可以得到有效保證。松木樁的這種特性尤其適用于飽和軟土分布地區(qū)，建議處理高度不超過5m，在松本樁資源較為豐富的地區(qū)，用松木樁處理軟土邊坡在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上是可行的。