預(yù)制混凝土波浪樁在分洪河道治理工程中的應(yīng)用

逄雅萍,荊大榮

(山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013)

1 工程概況

孝婦河屬小清河右岸的一級(jí)支流，發(fā)源于淄博市博山區(qū)，于桓臺(tái)縣崔家村入小清河，河道全長(zhǎng)133 km，流域總面積1733 km2?；概_(tái)縣孝婦河流域河網(wǎng)水系交錯(cuò)密布，人口密集，土地開(kāi)發(fā)程度較高，對(duì)防洪排澇安全有很高的需求[1]。2019年受“利奇馬”臺(tái)風(fēng)影響，流域內(nèi)普降大雨，發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水，加之流域內(nèi)地勢(shì)低洼，堤防及沿河建筑物配套不完善，導(dǎo)致部分河段漫溢，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)災(zāi)后對(duì)水毀工程的調(diào)查和薄弱環(huán)節(jié)的分析，為避免或減輕極端天氣進(jìn)一步造成洪災(zāi)損失，山東省人民政府將孝婦河治理工程列入山東省重點(diǎn)水利工程建設(shè)項(xiàng)目清單，對(duì)孝婦河進(jìn)行綜合治理，以提升孝婦河及各支流防洪排澇能力。

本次項(xiàng)目區(qū)位于桓臺(tái)縣孝婦河下游，治理范圍包括勝利河以及孝婦河的7條分洪道河道，治理總長(zhǎng)度33.741 km。工程的主要任務(wù)是通過(guò)疏挖河道、構(gòu)筑兩岸堤防、建設(shè)河道護(hù)岸、配套完善建筑物等工程建設(shè)，增大河道過(guò)流斷面，增強(qiáng)河道防洪排澇能力，以提升區(qū)域防洪減災(zāi)能力。

2 護(hù)岸型式方案比選

孝婦河分洪河道原斷面狹小，險(xiǎn)工險(xiǎn)段較多，基本不滿足河道分洪要求。同時(shí)，河道兩岸均為農(nóng)田或村鎮(zhèn)，放坡空間不足，為減少建設(shè)征地、方便岸坡防護(hù)施工，經(jīng)論證，設(shè)計(jì)河道斷面采取下部直立擋墻護(hù)岸、上部生態(tài)護(hù)坡的復(fù)式斷面較為可行。

河道擋墻護(hù)岸常見(jiàn)的型式有懸臂式(扶壁式)擋土墻、預(yù)制混凝土樁[2-3]、重力式擋土墻、生態(tài)砌塊[4]等。本工程結(jié)合已建工程經(jīng)驗(yàn)和桓臺(tái)縣當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，擬選用懸臂式鋼筋混凝土擋墻、重力式漿砌石擋墻、預(yù)制混凝土波浪樁三種型式作方案比選。

方案Ⅰ：懸臂式鋼筋混凝土擋墻，擋墻凈高2.5 m，基礎(chǔ)埋深1.0 m。擋墻和基礎(chǔ)采用C25現(xiàn)澆混凝土，基礎(chǔ)下設(shè)C15素混凝土墊層。基礎(chǔ)頂部高程平設(shè)計(jì)河底。

方案Ⅱ：重力式漿砌石擋墻，擋墻凈高2.5 m，基礎(chǔ)埋深0.5 m，墻趾深1.0 m。擋墻迎水面坡比為1∶0.1，背水面坡比為1∶0.4。擋墻從河底每隔1.0 m設(shè)Φ50排水管，管后設(shè)0.1 m厚碎石反濾層，管口包裹200 g/m2土工布?；A(chǔ)頂部高程平設(shè)計(jì)河底。

方案Ⅲ：預(yù)制混凝土波浪樁，波浪樁河底以上防護(hù)高度2.5 m，河底以下嵌固深度4.5 m。樁身混凝土強(qiáng)度為C60，樁徑728 mm，樁后鋪設(shè)土工布，并在樁體與岸坡之間填充中粗砂反濾層。樁頂采用C30現(xiàn)澆混凝土冠梁連接，冠梁每隔10 m 設(shè)置橫縫1道，縫寬2.0 cm。波浪樁護(hù)岸典型斷面圖與波浪樁護(hù)岸平面示意圖見(jiàn)圖1～圖2。

圖1 波浪樁護(hù)岸典型斷面圖(單位:mm)

圖2 波浪樁護(hù)岸平面示意圖(單位:mm)

三種護(hù)岸方案比選情況詳見(jiàn)表1。

表1 護(hù)岸設(shè)計(jì)方案比較

經(jīng)對(duì)比分析，預(yù)制混凝土波浪樁方案投資較省，具有地下水位無(wú)影響，土方開(kāi)挖少，作業(yè)面小，施工簡(jiǎn)單，施工周期短，透水性好，外觀造型美觀等優(yōu)勢(shì)。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地勢(shì)低洼平坦，受下游小清河水位的頂托，分洪河道兩岸地下水位較高，河道內(nèi)枯水季水位也較高，且地下水對(duì)混凝土具有硫酸鹽型弱～強(qiáng)腐蝕性。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)區(qū)揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積的淤泥和沖積洪積堆積的壤土、砂壤土、細(xì)砂等，邊坡穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)坍塌，不利于施工開(kāi)挖放坡，施工難度較大。綜合以上現(xiàn)狀條件和方案對(duì)比，本次河道護(hù)岸工程采用預(yù)制混凝土波浪樁護(hù)岸。

3 波浪樁護(hù)岸設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

3.1 護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次工程在河道臨水側(cè)設(shè)置預(yù)制混凝土波浪樁，以除澇水位和地下高水位的高值作為護(hù)岸高度，分別選用樁長(zhǎng)為5.5 m、7.0 m和9.0 m三種規(guī)格的波浪樁。河底以上防護(hù)高度為2.0 m、2.5 m和3.0 m，河底以下嵌固深度為3.5 m、4.5 m和6.0 m。樁身混凝土強(qiáng)度為C60，樁頂采用C30現(xiàn)澆混凝土冠梁連接。樁徑728 mm，樁體呈直線型布置，樁后鋪設(shè)土工布，并在樁體與岸坡之間填充10 cm厚中粗砂反濾層；反濾層深度同河道防護(hù)高度。冠梁每隔10 m設(shè)置一道橫縫，縫寬2.0 cm，縫內(nèi)填充閉孔泡沫板，縫四周為M10水泥砂漿抹縫。冠梁上部以1∶2.5的設(shè)計(jì)邊坡至設(shè)計(jì)堤頂，并在堤坡上撒播草籽進(jìn)行堤坡防護(hù)。

以樁長(zhǎng)為7.0 m的波浪樁為例，樁體具體參數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 預(yù)制混凝土波浪樁相關(guān)參數(shù)(7 m)

3.2 護(hù)岸穩(wěn)定驗(yàn)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)[5]和《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)[6]，選取3個(gè)不同防護(hù)高度的斷面，采用“理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件”進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，主要計(jì)算內(nèi)容包括整體穩(wěn)定計(jì)算、抗傾覆、抗隆起穩(wěn)定驗(yàn)算。在勘探深度范圍內(nèi)，場(chǎng)區(qū)地層主要由第四系全新統(tǒng)沖積的淤泥、沖積洪積的砂壤土、壤土和上更新統(tǒng)沖積洪積堆積的壤土、砂壤土、黏土、細(xì)砂等地層組成。波浪樁穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果如表3。

表3 波浪樁穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，預(yù)制混凝土波浪樁護(hù)岸的整體穩(wěn)定計(jì)算、抗傾覆驗(yàn)算及抗隆起驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

3.3 施工注意要點(diǎn)

為保障波浪樁的施工質(zhì)量，施工過(guò)程中需注意以下要點(diǎn)：

(1)波浪樁的混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)方可使用。

(2)正式打樁施工前應(yīng)進(jìn)行試樁，確定沉樁可行性及樁頂標(biāo)高是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)波浪樁宜采用單根依次沉樁的方法施工。

(4)施工時(shí)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)先期沉入的樁頂部進(jìn)行位移、傾斜監(jiān)測(cè)。

(5)沉樁時(shí)，需觀測(cè)波浪樁的垂直度，不得用移動(dòng)機(jī)架等方法強(qiáng)行糾偏，樁頂標(biāo)高按設(shè)計(jì)要求確定[7]。

(6)打樁過(guò)程如發(fā)生沉樁突然加速、樁頭破損、樁身傾斜、移位等異常情況，應(yīng)檢查找出原因[8]。如有工程隱患，應(yīng)匯同設(shè)計(jì)單位研究處理方案。

(7)施工過(guò)程應(yīng)觀測(cè)已施工波浪樁的平面位移和上浮情況，發(fā)現(xiàn)浮樁應(yīng)實(shí)施復(fù)打。

4 結(jié) 論

(1)波浪樁為工廠化生產(chǎn)，采用高性能混凝土，耐久性好；樁體采用機(jī)械垂直沉樁，質(zhì)量可控；具有土方開(kāi)挖少、施工周期短、總體施工難度小，且不需要打筑施工圍堰和基坑降排水措施等諸多優(yōu)點(diǎn)，綜合性價(jià)比較好。

(2)項(xiàng)目區(qū)地下水位較高，土質(zhì)松散，施工難度大。本工程波浪樁設(shè)計(jì)成果對(duì)類似地區(qū)河道護(hù)岸設(shè)計(jì)具有借鑒作用。

(3)波浪樁樁長(zhǎng)與防護(hù)高度的關(guān)系對(duì)邊坡穩(wěn)定影響明顯，合理確定波浪樁防護(hù)高度與樁長(zhǎng)的關(guān)系，對(duì)河道護(hù)岸安全、工程造價(jià)具有重要意義，有待進(jìn)一步研究。