預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁護(hù)岸在城區(qū)河道治理中的應(yīng)用

信亮

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧 沈陽 110001）

1 工程現(xiàn)狀

小渾河流域是渾北灌區(qū)重要的灌溉排水兩用河道之一，全長27.20 km，其中于洪境內(nèi)16.15 km，比降1/2 000～1/3 500，地勢平坦。隨著于洪區(qū)城市化進(jìn)程加快，小渾河成為上游城市排水及于洪區(qū)城區(qū)排水的主要通道，共計(jì)101.5 km2排澇面積由小渾河承擔(dān)。小渾河于洪區(qū)段局部河段河道左岸房屋、工業(yè)廠房緊臨河道岸邊，右岸為基本農(nóng)田和公園園路及綠化帶。該段河道淤積，過流斷面窄小，排水不暢；兩岸岸坡多為土質(zhì)邊坡，缺少防護(hù)，多年來受沖刷存在塌岸風(fēng)險(xiǎn)。小渾河作為沈陽市主要承接西北部城區(qū)雨洪及排水的河道，需通過系列治理來緩解沈陽市城區(qū)西北部內(nèi)澇。

2 小渾河岸坡防護(hù)措施

2.1 方案比選

受沿岸施工場地限制，不具備大開挖條件，傳統(tǒng)的生態(tài)護(hù)岸型式均涉及征地拆遷等一系列難題，會造成工程施工困難、工期延長、成本增加等，需選擇一種非開挖式同時(shí)具備生態(tài)景觀性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的岸坡防護(hù)結(jié)構(gòu)型式，用以解決小渾河治理問題。此次推薦常用的固濱籠擋墻護(hù)岸、自嵌式擋墻護(hù)岸和新型結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁護(hù)岸3 種結(jié)構(gòu)型式，并進(jìn)行方案比選。各結(jié)構(gòu)型式典型設(shè)計(jì)圖見圖1—3。

圖1 固濱籠擋墻典型橫斷面設(shè)計(jì)圖

圖2 自嵌式擋墻典型橫斷面設(shè)計(jì)圖

固濱籠擋墻護(hù)岸作為常用的護(hù)岸型式，其整體穩(wěn)定性及耐久性較好，可長期滿足穩(wěn)定要求。有很強(qiáng)的抵御自然破壞及耐腐蝕和抗惡劣氣候影響的能力，適用于北方嚴(yán)寒天氣，抗凍性極強(qiáng)?？梢猿惺艽蠓秶淖冃稳圆惶?，且更加自然，適應(yīng)地形變化能力強(qiáng)。但對材質(zhì)要求較高，網(wǎng)片若有質(zhì)量缺陷，上銹或斷裂整體穩(wěn)定性將難以達(dá)標(biāo)。且施工需大開挖，永久占地費(fèi)用較高，致使綜合造價(jià)偏高。

圖3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁典型橫斷面設(shè)計(jì)圖

自嵌式擋土墻整體性較好，抗壓強(qiáng)度高，受施工質(zhì)量和地基條件限制小，耐久性好。但整體無柔性，極易產(chǎn)生垮塌等破壞；且需開挖施工，占地范圍較大，對施工技術(shù)水平要求較高。

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁作為新型的護(hù)岸型式，其利用高強(qiáng)度混凝土制作而成，耐久性好，可以滿足工程結(jié)構(gòu)的耐久性要求；作為一種新型的擋土材料，其具有傳統(tǒng)水利擋土墻的穩(wěn)定性，擋土面大，性能極佳[1]；采用機(jī)械垂直沉樁施工，無需開挖，可縮短施工工期；雖然結(jié)構(gòu)本身及運(yùn)輸成本較高，但建成后保養(yǎng)和維修簡便，可減少管護(hù)人員投入，且可減少永久及臨時(shí)征占地，大大減少了場地的征用和破壞，無征拆費(fèi)用，可降低工程的綜合造價(jià)；工程完成后視覺效果好，具有很好的美觀性，建成后整體可與城市周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，滿足城市景觀需求，但親水效果稍差，需修建景觀臺階滿足親水要求。

綜合比較，考慮小渾河治理工程施工場地限制，征拆及臨時(shí)占地困難，施工工期短，后期管護(hù)人員相對不足及城市生態(tài)景觀需求等因素，推薦小渾河治理工程護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式選用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁。

2.2 波浪樁護(hù)岸應(yīng)用方案

此次小渾河預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁護(hù)岸，成M 型布置，單根樁長6.00 m，其中2.00 m 位于設(shè)計(jì)河底以上。波浪樁采用雙端板，端板厚20 mm，樁端螺旋筋間距為45 mm。波浪樁頂部設(shè)冠梁，尺寸為0.50 m×0.30 m（寬×高）。冠梁頂部設(shè)置混凝土柱型欄桿，欄桿外側(cè)均設(shè)置2.00 m 寬平臺，鋪設(shè)水工聯(lián)鎖磚，水工磚規(guī)格尺寸為430 mm×400 mm×150 mm（長×寬×厚），水工聯(lián)鎖磚內(nèi)播撒馬蓮籽。波浪樁護(hù)岸平面布置示意圖見圖4。

圖4 波浪樁平面總布置示意圖（M 型）

2.3 波浪樁護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

1）整體穩(wěn)定計(jì)算

此次設(shè)計(jì)6.00 m 長波浪樁，插入地下土體4.00 m。背水側(cè)填土高度在2.00 m。計(jì)算方法采用瑞典條分法[2]，應(yīng)力狀態(tài)為有效應(yīng)力法。條分法中的土條寬度為1.00 m；滑裂面圓弧半徑R=4.5 m，圓心坐標(biāo)X= -0.915 m，圓心坐標(biāo)Y=0.342 m。

計(jì)算得整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.232＞1.30，滿足規(guī)范要求。

2）抗傾覆（對支護(hù)底取矩）穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中：Mp——被動土壓力及支點(diǎn)力對樁底的抗傾覆彎矩，kN·m；Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩，kN·m。

經(jīng)計(jì)算，Kov=468.493/376.963=1.691≥1.200，滿足規(guī)范抗傾覆要求。

3）嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗(yàn)算

式中：Ps——作用在擋土構(gòu)件嵌固段上的基坑內(nèi)側(cè)土反力合力，kN；Ep——作用在擋土構(gòu)件嵌固段上的被動土壓力合力，kN。

經(jīng)計(jì)算，土反力滿足要求。

計(jì)算結(jié)果顯示，此次預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.4 波浪樁護(hù)岸技術(shù)要求

采用抗硫酸鹽硅酸水泥，摻入鋼筋阻銹劑（不得為亞硝酸鹽類的阻銹劑）?？垢笜?biāo)達(dá)到抗?jié)B等級不小于P12，抗硫酸鹽等級KS150 不小于0.85，抗氯離子滲透性能電通量C≤800 ，氯離子遷移系數(shù)DRCM（10～12 m2/s）≤4.0。

波浪樁截面高度為400 mm，壁厚130 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C80 F200 W6。采用的預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑為10.7 mm（低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土用螺旋槽鋼棒），螺旋筋直徑為6 mm，端板厚20 mm，螺旋筋間距為45 mm。

3 波浪樁施工方式及施工要點(diǎn)

3.1 施工方式

波浪樁打樁一般采用沉樁方式施工，主要包括震動沉樁法、液壓沉樁法及錘擊沉樁法，施工機(jī)械主要有履帶式吊車、步履式樁架、履帶式樁架、導(dǎo)桿式樁架等[3]。此次考慮小渾河工程特點(diǎn)，所用打樁機(jī)具為挖掘機(jī)改裝，施工利用錘頭重量為1～2 t 柴油打樁機(jī)配合15 t 履帶起重機(jī)。施工過程中使用導(dǎo)軌保持樁身垂直度，后期調(diào)整標(biāo)高。調(diào)整標(biāo)高時(shí)，在樁頭上放置幾層隔離物，用挖機(jī)輕輕壓至所需標(biāo)高。

3.2 施工要點(diǎn)

1）在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度條件下，沉樁時(shí)要求樁自然養(yǎng)護(hù)7 d 以上。

2）沉樁時(shí)樁身應(yīng)垂直，在距樁機(jī)不受影響范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置相關(guān)的校準(zhǔn)儀器，出現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)加以調(diào)整。

3）夾持器應(yīng)與樁身夾持部位尺寸相匹配，并應(yīng)有足夠的夾持長度，避免樁身混凝土夾碎或滑動。

4）每根樁應(yīng)一次連續(xù)打到底，盡量減小中間停歇時(shí)間。當(dāng)沉樁至設(shè)計(jì)高度時(shí)，應(yīng)復(fù)核樁頂標(biāo)高；當(dāng)樁頂標(biāo)高低于自然地面，需送樁時(shí)，施工至最后一截樁露出自然地面約1 m 時(shí)應(yīng)復(fù)核樁頂定位偏差。

5）沉樁時(shí)，出現(xiàn)下沉量反常、樁身傾斜、位移過大、樁身或樁頂破損等異常情況時(shí)，應(yīng)停止沉樁，待查明原因并進(jìn)行必要處理后，方可繼續(xù)施工。

6）波浪樁不宜截樁，如遇特殊情況確要截樁時(shí)，應(yīng)采用有效措施以確保波浪樁的質(zhì)量。截樁應(yīng)采用鋸樁器，嚴(yán)禁采用大錘橫向敲擊截樁或強(qiáng)行扳拉截樁。

4 結(jié)語

以河道為基礎(chǔ)建設(shè)兼具防洪排澇功能與生態(tài)景觀功能的濱水空間，是現(xiàn)代城市發(fā)展的重要方向[4]，隨著城市規(guī)劃發(fā)展速度的加快，承擔(dān)防洪排澇出口任務(wù)的河道已無法滿足城市發(fā)展而增加的排水需求，部分河道規(guī)劃已無法匹配城市發(fā)展規(guī)劃進(jìn)程，需進(jìn)行綜合整治提升。但多數(shù)城區(qū)河道周邊仍然存在市政配套設(shè)施和居民用房、工業(yè)廠房等臨河而建的情況，留給河道治理的施工空間有限，致使新建河道護(hù)岸等工程無法采用傳統(tǒng)的開挖施工方式。因此，上文提出針對城市河道特點(diǎn)非開挖施工的新型護(hù)岸型式——預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土波浪樁，在小渾河于洪區(qū)段得到了成功應(yīng)用，效果顯著，為今后類似的城市排水河道綜合治理提供了很好的參考價(jià)值。