平原地區(qū)內(nèi)河航道鋼板樁護岸結(jié)構(gòu)適用性分析

沈旭鴻

摘 要：鋼板樁作為一種高效、環(huán)保的建筑工法，在平原地區(qū)內(nèi)河航道護岸工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文綜合考慮擋土高度、土質(zhì)、作業(yè)空間、施工條件等因素，分析適用于平原地區(qū)內(nèi)河航道護岸的結(jié)構(gòu)形式;并結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟比較，分析各自的適用范圍及條件，以便設(shè)計階段合理選用樁型和結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮鋼板樁護岸的綜合效益。

關(guān)鍵詞：內(nèi)河航道;鋼板樁;護岸;適用性;經(jīng)濟性;結(jié)構(gòu)選型

中圖分類號：U61? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0097-03

鋼板樁具有強度高、重量輕、性能穩(wěn)定、施工運輸及維修方便、施工速度快，可以重復(fù)使用等優(yōu)點，在基坑、圍堰等臨時工程和防波堤、船塢、碼頭、船閘、防滲墻等永久性工程中得到了較廣泛的應(yīng)用。在平原地區(qū)內(nèi)河航道護岸工程中，由于其土方開挖量少，占用施工空間小，采用靜壓施工對周圍居民日常生活造成干擾小等優(yōu)勢，已得到了較廣泛的應(yīng)用。由于鋼板樁的結(jié)構(gòu)形式較多，相關(guān)結(jié)構(gòu)形式在內(nèi)河航道護岸工程中的適用性研究較少。

1 鋼板樁常用結(jié)構(gòu)形式

1.1平原地區(qū)內(nèi)河航道鋼板樁護岸的建設(shè)條件

在考慮墻后二級護岸、墻前預(yù)留平臺及放坡的情況下，現(xiàn)有的平原地區(qū)內(nèi)河航道護岸綜合擋土高度一般在3 m～8m。鋼板樁支護結(jié)構(gòu)主要運用于砂層，粘土層及局部軟土層。目前，鋼板樁護岸普遍應(yīng)用于后房屋比較密集或者存在重要的構(gòu)筑物航段，由于征地紅線范圍較小，鋼板樁護岸墻后作業(yè)空間非常狹窄。

1.2常見鋼板樁護岸結(jié)構(gòu)形式的適應(yīng)性

鋼板樁結(jié)構(gòu)當用作擋墻結(jié)構(gòu)時，按照結(jié)構(gòu)斷面主要有懸臂式、拉錨式、雙排式、支撐式、單元式、斜錨樁式等形式。結(jié)合航道工程鋼板樁護岸的使用環(huán)境，綜合考慮擋土高度、土質(zhì)、作業(yè)空間、施工條件等因素的制約，鋼板樁護岸工程的各種常見結(jié)構(gòu)形式中懸臂式、土層錨桿式、雙排樁三種結(jié)構(gòu)形式更適用。

鋼板樁為柔性結(jié)構(gòu)，采用懸臂式結(jié)構(gòu)時，對截面的慣性矩要求較高，因此，在擋土高度相對較低的航道護岸工程中，采用懸臂式具有其獨特的優(yōu)勢。

當采用錨碇板、錨碇墻及錨樁等錨碇形式時，需要在護岸后方一定范圍以外設(shè)置錨碇結(jié)構(gòu)，需要較大的作業(yè)空間，現(xiàn)有的建設(shè)條件無法提供足夠的施工場地。因此，錨碇板、錨碇樁的組合形式并不適合。土層錨桿式結(jié)構(gòu)由于不需要對墻后進行大范圍開挖施工，可在護岸后方建筑物密集段進行使用。

當支護高度較高、地基土層物理力學(xué)指標較差或后方場地空間較狹窄時，除了可以采用錨拉式結(jié)構(gòu)，還可以采用雙排式鋼板樁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)型式是將鋼板樁或型鋼呈雙排打入，中間通過拉桿或帽梁等連接，形成整體。這種結(jié)構(gòu)形式與懸臂式結(jié)構(gòu)相比，穩(wěn)定性高，與錨碇板或錨碇樁式結(jié)構(gòu)相比，前后排樁間距離短，對后方場不需要大范圍的作業(yè)空間，適用于內(nèi)河航道護岸工程。

支撐式鋼板樁結(jié)構(gòu)因影響墻前通航水域無法適用性。單元式結(jié)構(gòu)適用于支護高度較高的構(gòu)筑物，廣泛應(yīng)用于大型的海港及大規(guī)模的圍堰工程中。斜錨樁式結(jié)構(gòu)支護高度較高，且結(jié)構(gòu)施工過程比較復(fù)雜，常用于海港工程的碼頭工程。

2 不同結(jié)構(gòu)形式的適用性分析

根據(jù)以上分析，適用于內(nèi)河航道護岸整治工程的常用結(jié)構(gòu)形式有懸臂式鋼板樁墻、采用土層錨桿的拉錨式鋼板樁墻以及雙排式結(jié)構(gòu)。本文以蘇南運河航道工程建設(shè)條件為例，按照常見航道護岸支擋高度在3～8m范圍，分析懸臂式、拉錨式和雙排式（圖1～圖3）在不同支擋高度下的經(jīng)濟性，以確定各種結(jié)構(gòu)型式的適用條件。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)型式，分別選取無淤泥質(zhì)土層、局部有淤泥質(zhì)夾層、深厚淤泥質(zhì)土層三種不同的土質(zhì)情況，分別針對擋土高度3～8m的護岸，通過計算得出鋼板樁、土層錨桿及鋼管樁長度，并統(tǒng)計各自工程量，測算相關(guān)費用，以便總結(jié)相關(guān)規(guī)律。具體工程費用變化情況詳見圖4～圖6。

通過對比發(fā)現(xiàn)當土層物理力學(xué)指標較高時，各結(jié)構(gòu)形式造價有以下規(guī)律：

（1）鋼板樁護岸工程費用隨著擋土高度的增加而增加，懸臂式結(jié)構(gòu)當高度超過5m后其工程造價快速增加，拉錨式和雙排式結(jié)構(gòu)的工程造價基本呈線性增長;

（2）當擋土高度在小于4m時，采用懸臂式鋼板樁支護方案工程造價最優(yōu)，拉錨式次之，雙排式工程造價最高;

（3）當擋土高度位于4m至6m以內(nèi)時，拉錨式工程造價最優(yōu)，懸臂式鋼板樁次之，雙排式工程造價最高;

（4）當擋土高度位于超過6m后，采用鋼板樁+土層錨桿方案工程造價最優(yōu)，鋼板樁+錨定樁方案次之，懸臂式鋼板樁工程造價明顯增加，工程造價最高。

當局部存在淤泥質(zhì)夾層時，各結(jié)構(gòu)形式造價有以下規(guī)律：

（1）鋼板樁護岸工程費用隨著擋土高度的增加而增加，懸臂式結(jié)構(gòu)當高度超過5m后其工程造價快速增加，拉錨式和雙排式結(jié)構(gòu)的工程造價基本呈線性增長;

（2）當擋土高度在小于3.5m時，采用懸臂式和拉錨式鋼板樁支護方案工程造價較優(yōu)，雙排式工程造價最高;

（3）當擋土高度超過3.5m后，采用拉錨式鋼板樁結(jié)構(gòu)工程造價最優(yōu)，雙排式結(jié)構(gòu)次之，懸臂式工程造價最高。

當存在深厚淤泥質(zhì)土層時，各結(jié)構(gòu)形式造價有以下規(guī)律：

（1）懸臂式鋼板樁護岸工程費用隨著擋土高度的增加而增加，且工程費用高;

（2）拉錨式和雙排式結(jié)構(gòu)的工程造價隨著擋土高度的增加而增加，其中拉錨式工程造價的增長速度較快;

（3）當擋土高度在4m至8m以內(nèi)時，采用雙排式結(jié)構(gòu)工程造價最優(yōu)，拉錨式次之，懸臂式工程造價最高。

3 結(jié)論

根據(jù)以上比較，在平原地區(qū)常見的地質(zhì)及擋土高度情況下，三種結(jié)構(gòu)形式的適用性如下：

（1）當土質(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)較好，擋土高度較低時，懸臂式結(jié)構(gòu)型式工程造價最低;擋土高度較高時，拉錨式結(jié)構(gòu)最經(jīng)濟。

（2）存在深厚淤泥質(zhì)土層時，懸臂式結(jié)構(gòu)型式不適宜采用，雙排式結(jié)構(gòu)工程造價最低;隨著擋土高度的增加，雙排式結(jié)構(gòu)比拉錨式結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟性更優(yōu);

（3）當存在局部淤泥質(zhì)土層時，擋土高度較低時，懸臂式結(jié)構(gòu)與拉錨式結(jié)構(gòu)造價較低，由于懸臂式存在施工簡單的優(yōu)勢，兩者可以進行經(jīng)濟性比較;隨著擋土高度的增加，拉錨式結(jié)構(gòu)與雙排式結(jié)構(gòu)的工程造價趨于接近，兩者可進行方案的經(jīng)濟性比較。

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