U型板樁在京珠西輔道排洪渠中的應(yīng)用研究

楊小康

(珠海市規(guī)劃設(shè)計研究院，廣東 珠海 519000)

0 引 言

近年來，我國越來越重視河道改造的項目。大型的河道流域通過河道的改造可以提成安全性能，水域周圍人民的財產(chǎn)可以得到保證。小型排污渠、排洪渠對城市的整體風(fēng)貌有著重要的影響，對河道改造可以提升城市的整體形象。U型混凝土板樁是一種新型的預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在減少材料用料的情況下，很大程度上提高結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪能力，作為擋墻是較為經(jīng)濟(jì)的選擇[1-3]。

文章以京珠西輔道排洪渠為例為工程依托，對U型板樁在水域治理中的應(yīng)用情況進(jìn)行探討[4]。

1 U型板樁的主要特點

1.1 U型板樁的介紹

U型板樁是一種預(yù)應(yīng)力混凝土板樁結(jié)構(gòu)，文中簡稱為U型板樁。U型板樁是預(yù)制結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)的I型板樁上進(jìn)行改良，增大了結(jié)構(gòu)的受力面積，提高了結(jié)構(gòu)的抗彎性能和水平承載力，使用材料更節(jié)省，工程造價低[5]。

1.2 U型板樁的特點

1)結(jié)構(gòu)的受力特性較好。與矩形截面相比，采用U型的截面形式，能夠增大擋水的面積，同樣也可以提高結(jié)構(gòu)的抗彎性能，提高結(jié)構(gòu)的使用年限。

2)工程造價低。鋼筋在擋板結(jié)構(gòu)中主要提供抗彎能力，U型截面的天然優(yōu)勢是抗彎，因此U型板樁的設(shè)計可大大降低鋼筋的配比，降低了工程造價。

3)適用范圍廣。當(dāng)U型板樁作為地下室外墻使用，一方面可以作為支檔結(jié)構(gòu)，另一方面也可以作為墻面使用，經(jīng)濟(jì)合理。U型板常用的工程范圍如表1所示。

表1 U型板常用的工程范圍

4)型號豐富。U型板樁是一種預(yù)制的混凝土構(gòu)件，可以根據(jù)不同的工程環(huán)境調(diào)整其結(jié)構(gòu)形式。

2 工程概況

珠海高新區(qū)2018-2019年水環(huán)境綜合整治工程項目，位于廣東省珠海市高新區(qū)境內(nèi)。項目建設(shè)主要內(nèi)容包括管網(wǎng)工程、排洪渠整治工程、泵站及處理設(shè)施工程、金鼎工業(yè)園截污改造及市政提升工程、景觀示范工程及智慧水務(wù)示范工程等。項目建成后將大大減少水環(huán)境污染、改善城市面貌，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施能力，對提高珠海市的投資環(huán)境和居住環(huán)境具有非常重要的意義，具有明顯的社會效益和環(huán)境效益。

擬建京珠西輔道排洪渠位于京珠西輔道西，起點接河頭輔，終點至中珠渠附近，現(xiàn)狀渠道寬度為5-23m，全長約1.5km，渠底高程1.27-3.00m。擬建渠道線位基本位于現(xiàn)狀渠道上，對現(xiàn)狀渠道擋墻拆除重建并加深渠道，加深深度約0-100cm，重建渠道起始渠底高程2.50m，終點底高程-0.20m，渠道寬度11m，渠道采用打入式u型板樁懸臂結(jié)構(gòu)，凈高約3.0-5.0m，沿途收納規(guī)劃京珠西輔道雨水。并在排洪渠穿越市政道路或現(xiàn)狀村道設(shè)置六處箱涵，箱采用兩孔形式，單孔凈寬5.5m，涵底高程0.0-1.3m；同時于渠道西側(cè)建設(shè)一根D800-1000污水主管收集污水，埋深約5.0-6.0m。

3 排洪渠設(shè)計關(guān)鍵問題

3.1 排洪渠與箱涵銜接設(shè)計

本工程京珠西輔道排洪渠沿線與金環(huán)路、中珠渠北路等6座新建箱銜接，其中規(guī)劃箱涵4座，現(xiàn)狀箱涵2座?？紤]到其為現(xiàn)狀廠區(qū)開口及村民出行通道，且此段排洪渠西側(cè)規(guī)劃地塊路網(wǎng)仍未完善，對其進(jìn)行拆除重建，并在箱涵前后各5m設(shè)置干砌石防沖，為保證渠道與橋涵的順利銜接，保證渠道安全，施工期間需做好臨時導(dǎo)水施工組織，確保排洪渠與橋涵順接。

3.2 排洪渠起終點設(shè)計

排洪渠起點為現(xiàn)狀道路箱涵，本項目考慮對其進(jìn)行保留，并用U型板樁墻順接，排洪渠終點出水口為中珠副渠土質(zhì)邊坡，排洪渠岸墻順接于中珠副渠邊坡，并于出口設(shè)置塊石防沖，中珠副渠清淤等由本工程其他子項實施。

3.3 排洪渠橫縱斷面設(shè)計

1)橫斷面設(shè)計：

由于排洪渠東側(cè)臨近現(xiàn)狀京珠西輔道，由于規(guī)劃排洪渠擋墻與現(xiàn)狀京珠西輔道距離較近，且臨近西輔道施工影響范圍存在高大喬木(本項目考慮保留)及現(xiàn)狀電力管線。為避免渠道擋墻開挖對現(xiàn)狀輔道影響，東側(cè)渠道擋墻采用打入式U型板樁結(jié)構(gòu)，西側(cè)渠道結(jié)構(gòu)形式與東側(cè)保持一致，并利用打入后的板樁作為導(dǎo)流渠道以利于汛期行洪。為避免重復(fù)建設(shè)，渠道東側(cè)景觀綠化及市政道路建設(shè)等相關(guān)內(nèi)容由京珠快速化改造項目實施。

2)縱斷面設(shè)計：

主渠設(shè)計縱坡1.7‰，河頭輔支渠設(shè)計縱坡6.8‰。西輔道人+非占用了排洪渠控制綠地，部分人行道邊線與排洪渠設(shè)計渠底邊線重合，因排洪渠綠地被占用，無找坡空間，排洪渠板樁頂標(biāo)高受京珠西輔道限制。

排洪渠東側(cè)設(shè)計設(shè)計渠頂標(biāo)高與“京珠高速連接線快速化改造輔道工程”設(shè)計人行道標(biāo)高保持一致。對于1#箱涵以北排洪渠西側(cè)，排洪渠西側(cè)標(biāo)高與東側(cè)標(biāo)高保持一致；對于1#箱涵以南排洪渠西側(cè)，由于部分企業(yè)地塊未開發(fā)且局部道路設(shè)計標(biāo)高較高(5.0m以上)，考慮到西側(cè)砌塊填高后地塊排水要求，樁號B#1+040-B#1+428段西側(cè)板樁設(shè)計冠梁頂標(biāo)高統(tǒng)一為4.50m，以利于場地順坡排水，1#箱涵以南排洪渠西側(cè)其余段標(biāo)高與東側(cè)保持一致。板樁長度結(jié)合臨近已出讓地塊標(biāo)高計算確定。

4 U型板樁穩(wěn)定性分析

根據(jù)補勘成果，對本工程懸臂U型板樁進(jìn)行計算。采用理論計算對工程設(shè)計進(jìn)行驗證，各巖土層設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 各巖土層設(shè)計參數(shù)

文章采用條分法來求解安全系數(shù)，為了得到此解，不同的學(xué)者采用了不同的假設(shè)，其中最著名的是瑞典條分法和簡化畢肖普法(Bishop，1955)。瑞典條分法忽略土條間作用的法向力P和切向力X。根據(jù)平衡條件可得：

Ni=Wicosθi

(1)

Ti=Wisinθi

(2)

式中：θi為土條i滑動面的法向與豎直線的夾角，°。

此外，滑動面上的黏聚力c構(gòu)成的滑動力為cili。

土條i上的作用力對圓心O產(chǎn)生的滑動力距Mf分別為：

M=TiR=WisinθiR

(3)

Mf=T′R=τfiliR=(Wicosθitanφi+cili)R

(4)

則整個土坡相應(yīng)于滑動面的穩(wěn)定安全系數(shù)為總抗滑力矩與總滑動力矩的比值為：

(5)

式中：n為土條數(shù)目；li為土條i滑動面的弧長，m；ci為滑動面上的黏聚力，kPa；φi為內(nèi)摩擦角，°。

所計算的U型板樁長10.0m，樁號B#0+300，土條寬度0.40m，滑裂面圓弧半徑(m) R = 7.780(m)，圓心坐標(biāo)X= -0.870(m)，圓心坐標(biāo)Y=1.367(m)，經(jīng)過計算得知：

整體穩(wěn)定安全系數(shù)K= 3.324>1.30, 滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 論

1)文中以U型板樁為研究對象，以京珠西輔道排洪渠為工程依托，探討了U型板樁在水環(huán)境綜合整治中的應(yīng)用。

2)介紹了U型板樁與其他支檔結(jié)構(gòu)的差異。U型板樁因承載性能更好、造價更低、適用范圍廣、型號豐富而被廣泛的應(yīng)用于工程中。

3)文中探討了排洪渠與箱涵連接的關(guān)鍵問題，以及排洪渠起終點的設(shè)計要點，以期為同類似的工程提供經(jīng)驗借鑒。

4)為了驗證U型板樁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，文中以工程懸臂U型板樁為例，對板樁的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，結(jié)果表明：U型板樁的穩(wěn)定安全系數(shù)K>1.3，符合規(guī)范要求。