鋼板樁結構在護岸加固中的研究與應用

摘 要：鋼板樁結構由于以最少的用鋼量提供最佳的強度和耐久性，施工速度快等特點，廣泛應用于碼頭、防波堤、船塢、臨時圍堰等臨時和永久性結構中。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。因此文章結合具體工程實踐，對護岸加固采用鋼板樁樁結構進行了研究。

關鍵詞：護岸加固；鋼板樁；結構加固；研究與應用

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，火燒嶼對岸，建設浮碼頭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、回旋水域設計底標高降低，需加深疏浚，加之現(xiàn)狀護岸基礎未進行處理，因此工程重點和難點在于是否需要對現(xiàn)狀護岸進行加固及采用何種加固方案，從而保證港池疏浚后護岸的穩(wěn)定性。

2 設計條件

2.1 設計水位

設計高水位：6.16m（高潮位累積頻率10%）；設計低水位：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 地質情況

本工程地質淤泥厚度為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，密實度不均，回填時間超過8年。①b填石：主要由中風化花崗巖、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，含有機質及少量腐殖質、貝殼碎片。干強度中等，韌性中等，搖振反應緩慢，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強風化粉砂巖：褐黃色，砂狀結構，塊狀構造，主要為石英、長石，長石大部分風化成粘土礦物，標貫試驗修正后擊數(shù)N≥50擊，巖芯手捏即散，呈土狀，風化劇烈，屬極軟巖，極破碎，巖體基本質量等級V類。

3 護岸穩(wěn)定計算

3.1 現(xiàn)狀護岸穩(wěn)定性計算（不考慮對現(xiàn)有護岸加固）

接岸區(qū)域現(xiàn)狀護岸主要為直立式和斜坡式兩種結構。其中直立式位于南側，長度約46.0m，斜坡式位于北側，長約84.0m。根據(jù)相關竣工資料，原設計護岸堤芯采用施打排水板進行地基處理，因后期施工溝通不善，施工隊將開挖的塊石料傾倒于未經打板的后方陸域空地上，導致后方陸域和護岸基礎未進行處理。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《港口工程地基計算軟件系統(tǒng)2008》對現(xiàn)有護岸疏浚前后的整體穩(wěn)定性分析，如表2所示。

根據(jù)復核結果，現(xiàn)有斜坡式護岸整體穩(wěn)定的分項系數(shù)不滿足規(guī)范要求，加之本次疏浚底標高較原設計疏浚底標高更低，范圍更大，因此本次疏浚對現(xiàn)有護岸的整體穩(wěn)定性產生不利的影響，應對現(xiàn)有斜坡式護岸進行加固。

3.2 對現(xiàn)有護岸加固后穩(wěn)定性計算

3.2.1 加固方案選擇

常規(guī)護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。本工程海側由于受到用海邊界的制約，不能實行削坡減載；同時護岸頂高程根據(jù)防波堤頂高程計算確定，無法降低邊坡總高度，不能實行削頭減載。

（2）排水固結法：主要是設置排水系統(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；同時施加起固結作用的荷載，使土中的孔隙水產生壓差而滲流使土固結，加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。雖然其工程造價較低，但排水固結法所需固結的時間較長。

（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械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質地基。

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

鋼板樁方案：鋼板樁墻距現(xiàn)有護岸頂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，穿透淤泥層且進入強風化花崗巖1.0m。

水泥攪拌樁方案：水泥攪拌樁距現(xiàn)有護岸頂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入強風化花崗巖0.5m。

3.2.2 計算方法、原則、結果

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS 147-1-2010）第6.4.3條當擬建工程附近有與設計土坡坡度相同或較陡的穩(wěn)定坡，兩處土層和土質基本相同、土坡高度相近且穩(wěn)定坡計算的MRk/Msd小于規(guī)范值1.1～1.3，可用對比法設計擬建工程的坡度。擬建工程的土坡的抗力分項系數(shù)應稍大于現(xiàn)有的穩(wěn)定坡的抗力分項系數(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系數(shù)均稍大于現(xiàn)有岸坡的護岸抗力分項系數(shù)，即滿足相關規(guī)范要求。

鋼板樁施打工藝較成熟，質量易控制，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備簡單，形成復合地基，承載力較好，但施工質量控制需求較高，質量有較大的離散性，隱蔽后控制困難，后期強度增長時間長，施工耗時較長等不利因素。綜上所述，由于建設單位對工期要求較高，因此，現(xiàn)有護岸加固推薦采用鋼板樁進行加固。

4 結束語

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

參考文獻

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作者簡介：趙東遠（1982，05-），男，籍貫：福建廈門，工程師，從事水運工程、港口工程、地基處理、水利工程設計工作，研究方向：港工結構技術。