一體式仿木樁護(hù)岸在洪澤湖聚泥成島工程中的應(yīng)用

顧詩軒，王 燦

(1.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

在注重人與自然和諧相處的今天，人們對(duì)水生態(tài)環(huán)境的需求日益提高，水利工程在具有防洪、排澇、蓄水等基本功能的基礎(chǔ)上，還兼具景觀、生態(tài)功能，因此護(hù)岸也由過去觀賞性差、生態(tài)性差的單一形式，逐步演化出多樣、復(fù)合、生態(tài)的樣式。為了達(dá)到這一目標(biāo)，近年來各地不斷推陳出新，研究設(shè)計(jì)出各種不同結(jié)構(gòu)形式的護(hù)坡、護(hù)岸，如生態(tài)擋墻、生態(tài)護(hù)坡等結(jié)構(gòu)。仿木樁護(hù)坡有良好的生態(tài)、景觀效果，在河湖生態(tài)修復(fù)工程中的運(yùn)用也越來越多。

1 常規(guī)仿木結(jié)構(gòu)護(hù)岸及其優(yōu)缺點(diǎn)

常規(guī)仿木結(jié)構(gòu)護(hù)岸一般有密排仿木樁護(hù)岸、一體式仿木樁護(hù)岸等形式。

1.1 密排仿木樁

密排仿木樁護(hù)岸是指通過仿木樁緊密排列來支承土體、防止岸坡土體變形、失穩(wěn)及水土流失的護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式，密排仿木樁是替代傳統(tǒng)真木樁的理想材料，具有仿真度高、不易燃、不易腐、不變形、不凍裂等特點(diǎn)，與真木制品有同樣的觀感和親和力，施工安裝方便、快捷，尤其適用在河道沿岸有建筑物、樹木等環(huán)境條件不具備放坡大開挖條件的情形。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該護(hù)岸結(jié)構(gòu)存在的主要問題是：一是樁與樁之間接觸面較小，難以兩個(gè)樁之間緊密在一起，容易出現(xiàn)空隙；二是樁后土工布易腐爛，腐爛后樁后土體會(huì)隨著水體流人河等問題；另外，也很難控制每根樁頂處于同一設(shè)計(jì)高程，影響美觀。

1.2 一體式仿木樁

一體式仿木樁是在傳統(tǒng)密排仿木樁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將單個(gè)樁體之間通過鎖扣止水緊密連接的一種新型生態(tài)仿木樁結(jié)構(gòu)形式，其斷面形式如圖1。較密排仿木樁護(hù)岸相比，具有更好的整體穩(wěn)定性，止水擋土效果更好，耐久性更好；同時(shí)樁體采用蜂窩結(jié)構(gòu)，在增強(qiáng)樁體強(qiáng)度基礎(chǔ)上樁身重量更輕，便于小型化機(jī)械施工，施工質(zhì)量更易控制。主要應(yīng)用在邊坡的生態(tài)治理、護(hù)岸工程、港口碼頭、市政管道工程、城市基坑支護(hù)等工程領(lǐng)域。

圖1 一體式仿木樁截面形式(單位：m)

2 一體式仿木樁護(hù)岸工程實(shí)例

2.1 工程背景

洪澤湖是我國第四大淡水湖，是國家南水北調(diào)東線工程重要調(diào)蓄湖泊和江蘇省蘇北地區(qū)重要水源，兼具防洪、水資源調(diào)蓄、生物多樣性保護(hù)、提供物種棲息地、水質(zhì)凈化、物質(zhì)生產(chǎn)、航運(yùn)和景觀娛樂等功能，同時(shí)還是淮河流域重要的生態(tài)濕地，是鳥類繁殖、棲息遷徙、越冬的重要棲息地，具有重要的生態(tài)價(jià)值與資源優(yōu)勢(shì)。近年來，為貫徹落實(shí)《江蘇省洪澤湖保護(hù)規(guī)劃》[1]要求，提高湖泊調(diào)蓄洪水能力，江蘇省水利廳正逐步推進(jìn)洪澤湖退圩環(huán)湖工程。2019年江蘇省人民政府辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)洪澤湖生態(tài)保護(hù)和科學(xué)利用的實(shí)施意見》[2]提出，結(jié)合退圩還湖工程合理選址，實(shí)施聚泥(沙)成島工程，逐步增加生物多樣性和保護(hù)生物棲息地，穩(wěn)妥開展基底修復(fù)與改造，使湖泊生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)洪澤湖自然生態(tài)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

在此背景下，泗陽縣結(jié)合退圩還湖多余的棄土，在洪澤湖非一級(jí)生態(tài)紅線范圍內(nèi)合理選址建造“鷺居島”，不僅解決了棄土去留問題，還為湖區(qū)生態(tài)棲息地營造、生態(tài)修復(fù)、景觀建設(shè)提供了必要的基礎(chǔ)條件[3]。

2.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

工程位于泗陽縣盧集鎮(zhèn)新莊嘴以南約240 m的洪澤湖內(nèi)，呈橢圓形狀，設(shè)計(jì)范圍長約360 m，寬約140 m，面積約為5.33 hm2，采用了一體式仿木樁對(duì)島壁進(jìn)行防護(hù)，主要建設(shè)內(nèi)容有生態(tài)護(hù)岸建設(shè)、地形塑造、陸生和水生植物種植等，工程總平面見圖2。

圖2 洪澤湖聚泥成島生態(tài)修復(fù)工程總平面

2.2.1 水位變化幅度較大

泗陽縣盧集鎮(zhèn)桂嘴西岸土質(zhì)主要為粉質(zhì)壤土、砂壤土，抗沖刷能力差，生態(tài)穩(wěn)定性較差。洪澤湖水位常年變化幅度較大，汛期汛限水位12.5 m，非汛期蓄水位13.5 m，變化幅度可達(dá)2 m。故在筑島方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮水流和風(fēng)場(chǎng)的影響，避免產(chǎn)生土坡沖刷、流失甚至邊坡失穩(wěn)、崩岸、滑坡等不利情況。

2.2.2 注重鷺鳥棲息地營造

島嶼沿線的水岸是鷺鳥覓食和活動(dòng)的主要場(chǎng)所，因此護(hù)岸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注重濱水駁岸與濱水微地形的處理，如護(hù)岸坡度應(yīng)盡量平緩、合理規(guī)劃?jì)橒B活動(dòng)空間、營造部分水深控制在0.3 m以下的淺灘等，同時(shí)還要綜合考慮成島效果、波浪防護(hù)、沖淤形態(tài)、景觀生態(tài)、工程造價(jià)及水上施工作業(yè)的要求。

2.2.3 注重生態(tài)協(xié)調(diào)

洪澤湖具有重要的生態(tài)區(qū)位價(jià)值，筑島的形態(tài)、護(hù)坡形式、施工工藝等應(yīng)盡量與環(huán)境協(xié)調(diào)、滿足環(huán)境修復(fù)和島內(nèi)生態(tài)的要求，不能影響湖區(qū)生態(tài)。

2.3 方案比選

傳統(tǒng)密排式仿木樁樁身之間不設(shè)水平拉結(jié)(圖3)，單個(gè)樁體獨(dú)立承受土壓力，呈現(xiàn)處下端嵌固，上端懸臂的結(jié)構(gòu)形式，容易產(chǎn)生變形、失穩(wěn)、滑移等不利現(xiàn)象，并且隨著選用樁長的加長這種不利影響更加突出。而一體式仿木樁在傳統(tǒng)密排式仿木樁基礎(chǔ)上增設(shè)樁身拉結(jié)(圖4)，在水平土壓力的作用下，各獨(dú)立樁體之間通過鎖扣緊密拉結(jié)，形成空間結(jié)構(gòu)，共同抵抗土壓力，類似于在島體周圍形成一個(gè)大大的環(huán)箍套筒，具有明顯的空間穩(wěn)定性，更加適用于生態(tài)筑島這種圓形閉合的場(chǎng)所[4]。

圖3 傳統(tǒng)密排仿木樁受力示意圖

圖4 一體式仿木樁空間受力特性

2.4 設(shè)計(jì)方案

泗陽縣洪澤聚泥成島工程選用一體成型式仿木樁，設(shè)計(jì)護(hù)岸坡比采用1∶5，采用多級(jí)梯階形式，坡頂高程為16.00 m，湖底高程為11.30 m，防護(hù)范圍13.0～14.5 m。樁體拉伸強(qiáng)度不小于22 MPa、彎曲強(qiáng)度不小于40 MPa、剪切強(qiáng)度不小于20 MPa、彎曲模量不小于2750 MPa，樁長1.5 m(2.0 m)，樁身入土深度不小于1.35 m(1.85 m)。沿島壁共設(shè)4排一體成型式仿木樁，在土體作用下樁身之間緊密拉結(jié)，形成4個(gè)環(huán)箍套筒，更有利于島體的整體穩(wěn)定[5]。

2.5 穩(wěn)定計(jì)算

小島所在排泥場(chǎng)現(xiàn)狀地面高程12～13.5 m，設(shè)計(jì)頂高程14.5 m或16.0 m，堆高2.5～4.5 m，堆土區(qū)上部多為粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)黏土層，土質(zhì)不均勻，下臥層為粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土，中壓縮性，力學(xué)強(qiáng)度高。

計(jì)算借助河海結(jié)構(gòu)軟件autobank7，圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典條分法。具體計(jì)算中又分2種運(yùn)行工況，分別為：A類正常運(yùn)行期，此時(shí)要考慮有效應(yīng)力和滲流；B 類水位降落期，此時(shí)要考慮有效應(yīng)力、超孔隙壓力、降前滲流和降后滲流。計(jì)算取設(shè)計(jì)死水位11.30 m，設(shè)計(jì)蓄水位13.50 m、設(shè)計(jì)洪水位16.0 m、校核洪水位17.0 m。經(jīng)計(jì)算，鷺居島邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.32，邊坡整體穩(wěn)定。

2.6 質(zhì)量控制

施工質(zhì)量控制方面，由于現(xiàn)有的《水利工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》沒有對(duì)仿木樁施工的質(zhì)量檢驗(yàn)作出明確的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，在實(shí)際施工中可參考沉人樁的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，垂直縱軸線方向，樁中心偏差不得超過15 mm；壓樁(或打樁)以樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高控制，樁頂標(biāo)高偏差不得超過40 mm；在施工期間，利用全站儀對(duì)坐標(biāo)和高程展開雙向控制，可以有效保證防護(hù)樁的施工精度以及工程項(xiàng)目整體施工質(zhì)量[6]。

3 結(jié) 語

一體式仿木樁護(hù)岸在洪澤湖聚泥成島生態(tài)修復(fù)工程的成功運(yùn)用為江蘇省生態(tài)河湖建設(shè)提供了良好的示范和借鑒。工程的實(shí)際應(yīng)用證明仿木樁樁體排列緊密，護(hù)岸外觀美觀，不僅可以保證施工質(zhì)量，還可使河湖生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)河湖自然生態(tài)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到了預(yù)期效果，得到了參建各方的好評(píng)，可以在今后的河道整治、護(hù)岸加固及河湖生態(tài)修復(fù)工程中廣泛推廣。