U型鋼板樁在航道護岸加固工程中的應用研究

呂義港 嘉興市交通工程質(zhì)量安全管理服務中心

牛蕓 劉琲 嘉興市世紀交通設計有限公司

1.工程概況

本項目位于杭嘉湖平原，現(xiàn)有護岸局部段落破損、滑塌等缺陷較少，但由于航道等級提升，部分護岸由于樁基入土深度較淺，結(jié)構(gòu)安全存在隱患，威脅到航道兩側(cè)岸坡穩(wěn)定，對此護岸墻前選用U型鋼板樁進行加固處理。

2.地質(zhì)情況

本項目自然地面高程在1.92～4.93m之間（1985國家高程，下同）。沿線地表為第四紀地層覆蓋，工程地質(zhì)情況見表1。對航道穩(wěn)定影響較大的是第②2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層屬高含水量、高壓縮性，高靈敏度的軟土，對岸坡的抗滑、抗沖、抗震穩(wěn)定均存在不利影響，易發(fā)生滑移、坍塌等工程地質(zhì)問題，需采取有效的護岸護坡或加固措施。

表1 工程地質(zhì)情況

3.加固護岸結(jié)構(gòu)型式

3.1 U型鋼板樁特點

U型鋼板樁在工程中應用較為廣泛，其特點是以最少的用鋼量提供最佳的強度和耐久性。具有承載力高、止水性能優(yōu)越、耐久性強、無需圍堰、施工效率高、質(zhì)量可控、對環(huán)境破壞小、占地少等獨特優(yōu)勢。U型鋼板樁護岸和傳統(tǒng)的重力式護岸相比，其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、材料用量少、造價低等優(yōu)點。

3.2 施工工藝特點

航道原護岸墻前疏浚較多，在原護岸前沿采用U型鋼板樁的加固結(jié)構(gòu)，后用整體鋼模板澆筑C30混凝土作為帽梁。樁基加固護岸采用水上施工，其中樁基施工時應注意對老護岸及墻后建筑物的影響。具體施工工藝如下：

清除墻前塊石大致整平工作面→搭建整體鋼模→靜壓鋼板樁→澆筑帽梁→回填土方→施工后方綠化及恢復原狀。

3.3 結(jié)構(gòu)計算

本工程建筑物安全等級取二級，結(jié)構(gòu)設計使用年限50年。結(jié)構(gòu)計算采用豐海軟件板樁碼頭計算系統(tǒng)進行樁基內(nèi)力、樁頂水平位移以及踢腳穩(wěn)定性計算。其中樁的“踢腳”穩(wěn)定驗算采用《碼頭結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（JTS167-2018）中公式，樁的內(nèi)力采用彈性線法進行計算，水平地基反力按m法確定。其中樁的“踢腳”穩(wěn)定可按下式進行驗算：

式中，γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，γE、γPW分別為自重及回填料產(chǎn)生的土壓力、剩余水壓力分項系數(shù)，Ψ為作用組合系數(shù)，持久組合取0.7，短暫組合取1.0，γQ1、γQ2...為非主導可變作用分項系數(shù)，γR為抗力分項系數(shù)，可取1.25；MP、MEW、MEq分別為自重及回填料產(chǎn)生的土壓力標準值、剩余水壓力標準值、可變作用總主動土壓力的標準值對拉桿錨碇點的“踢腳”力矩（KN.m），MQ1、MQ2...為非主導可變作用標準值產(chǎn)生的“踢腳”力矩（KN.m）。

板樁墻入土段的內(nèi)力和計算水底處的位移按照《碼頭結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（JTS167-2018）中規(guī)定，視為無錨板樁墻，采用豎向彈性地基梁法計算。水平地基抗力系數(shù)可按m法確定：

式中K為水平地基抗力系數(shù)（kN/m3）；m為水平地基抗力系數(shù)隨深度增大的比例系數(shù)（kN/m4）；Z為計算點距計算水底的深度（m）。

3.4 參數(shù)選取

人群荷載取3.5kpa，每層房屋荷載取15kpa，后方荷載按原地形考慮。地震基本烈度值為7度區(qū)。墻前設計最高通航水位1.96m，設計最低通航水位0.46m。墻前后水位差，設計最低通航水位取0.40m，設計最高通航水位取0.10m。墻前最不利泥面高程為-1.84m，墻后泥面按原地形考慮。

3.5 計算結(jié)果

對U型鋼板樁的樁基內(nèi)力、樁頂水平位移以及踢腳穩(wěn)定性進行驗算，取最低設計通航水位為最不利工況，各項計算內(nèi)容驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，具體詳見表2。

表2 計算結(jié)果

4.變形觀測方案與實施

4.1 觀測內(nèi)容和方法

板樁的破壞多數(shù)是由于變形過度所致，需要對護岸進行施工期變形觀測。針對U型鋼板樁護岸工程變形觀測主要包括豎向位移和水平位移觀測，觀測時間從帽梁施工完畢后開始并作為起始觀測時間，觀測節(jié)點分別為后方回填土回填至設計標高、航道疏浚至設計底高程、航道兩側(cè)綠化施工完畢。觀測時間原則上在施工期間每天連續(xù)觀測，施工完畢后則每7天觀測一次。

變形觀測點的觀測精度選擇三級標準作為沉降和位移觀測工作的精度指標，位移中誤差為+6mm，高程中誤差為+2.0mm。測量主要儀器設備為DSZ2水準儀、全站儀、GPS設備，同時配合水準尺進行作業(yè)。

4.2 觀測布置方案

沉降位移觀測點布設在護岸帽梁頂面，距離前沿線10cm處，沿航道方向每隔100m布置一處觀測點，共布置15個觀測點，觀測點采用鋼釘打入方式設置，待帽梁混凝土初凝時放置，在觀測初始對觀測點進行坐標采樣。觀測點布置如圖1所示。

圖1 觀測點布置情況

4.3 觀測結(jié)果分析

按照觀測的時間安排，共計監(jiān)測10個周期，對于觀測點的沉降位移進行記錄匯總，每個點按照起止時間對累計水平位移和沉降位移進行匯總分析，累計水平位移集中在2.0mm～13.2mm之間，累計沉降位移集中在0.8mm～3.6mm之間。具體結(jié)果見表3。

表3 觀測結(jié)果

對D7、D8點、D9點，因其緊鄰房屋建筑，后方無較多的地面多余荷載，總體累計水平位移和沉降位移均較小。D1-D6、D10-D15點，其后在施工完畢后，因?qū)嵤┝撕降纼蓚?cè)綠化工程的施工，增加了荷載，造成總體累計水平位移和沉降位移較其他點稍大。但是，因本工程主要是對原有護岸的加固，后方基本趨于穩(wěn)定，故總體累計水平位移和沉降位移均不是很大。

5.結(jié)論

本文針對U型鋼板樁在內(nèi)河航道工程護岸的應用進行了研究，采用U型鋼板樁加混凝土帽梁的型式，計算分析了在最低通航水位情況下U型鋼板樁護岸頂面水平位移。對于完工后的U型鋼板樁護岸工程進行水平位移和沉降位移觀測，對比結(jié)構(gòu)計算和實際觀測值，說明了U型鋼板樁在內(nèi)河航道護岸工程的適用性。