李曉鵬，劉志成

(廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510640)

1 概述

我國幅員遼闊、水網(wǎng)密布，經(jīng)濟、社會的繁榮發(fā)展及生活環(huán)境的安全宜居都與河湖水系有著重要關(guān)系。但隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是片面追求GDP、重建輕管等問題存在，導(dǎo)致眾多中小河流河水污染加劇、生態(tài)功能萎縮、河道淤積嚴重、河道管理范圍及行洪范圍被侵占，再加上中小河流長期以來缺乏重視，防洪標準偏低，運維管理的投入不足，大大降低了其抵御洪旱災(zāi)害的能力，給河流周邊的經(jīng)濟發(fā)展和人民生活帶來潛在威脅[1-2]。近年來，國務(wù)院出臺了一系列關(guān)于中小河流綜合整治的文件，水利部、各地水務(wù)局積極響應(yīng)落實，全面開展中小河流綜合整治工作。

河流是城鎮(zhèn)的環(huán)境載體和重要點綴[3]。城鎮(zhèn)中小河流綜合整治應(yīng)把保障人民生命財產(chǎn)安全放在首位，以提高河道堤防防洪能力為重點，堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時代治水方針，統(tǒng)籌水生態(tài)、水安全、水景觀等功能，協(xié)調(diào)上下游、左右岸開展系統(tǒng)治理和建設(shè)，實現(xiàn)“水清、岸綠、河暢、景美、生態(tài)”的目標[4]。

城鎮(zhèn)中小河流綜合整治的推進存在諸多困難，如河道沿線既有建筑物林立、征地困難、防洪安全與生態(tài)景觀難以兼顧、資金不足、施工工期緊張等[5]，需要采取節(jié)約用地、經(jīng)濟有效、兼具安全與生態(tài)功能的整治方式[6]，生態(tài)U形板樁便應(yīng)運而生，逐步應(yīng)用于河道整治工程。

2 生態(tài)U形板樁

2.1 板樁介紹

生態(tài)U形板樁全稱為先張法生態(tài)U形預(yù)應(yīng)力混凝土板樁，截面如圖1所示。板樁采用“U”形設(shè)計，增加了截面的高度、寬度和抵抗彎矩。板樁利用兩側(cè)的陰隼陽隼錨固相連成連續(xù)墻，扣合后采用環(huán)氧樹脂填充可有效止水并加強連接[7]。板樁沉樁至設(shè)計高程后樁頂澆筑冠梁。板樁混凝土強度等級為C60及以上，預(yù)應(yīng)力主筋可采用鋼絞線、熱處理鋼筋、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋。冠梁混凝土強度等級為C30及以上。

圖1 板樁截面示意

樁間利用U形板樁緊密連接后形成的凹位外掛鋼筋混凝土花槽，花槽高度約0.5 m，花槽外側(cè)可外掛石材或面板進行裝飾。樁間花槽實現(xiàn)了泥土的留置，營造生態(tài)化的水土環(huán)境，增加堤岸的美觀性和生態(tài)性。板樁樁身上預(yù)留有8排斜形孔洞，分布在花槽位置至景觀水位附近。預(yù)留孔孔徑為0.1 m，由樁外向樁內(nèi)斜下方傾斜，傾角為45°，每排預(yù)留孔間距為0.15 m(見圖2～4)。預(yù)留孔給植物提供生長環(huán)境，但又不會造成水土流失且保證結(jié)構(gòu)安全。

圖2 板樁平面示意

圖3 板樁正立面示意

圖4 板樁側(cè)立面示意

2.2 應(yīng)用的優(yōu)勢與局限性

生態(tài)U形板樁相較于其他護岸形式具有以下優(yōu)勢：

1)受力性能優(yōu)良、耐久性好。U形設(shè)計在節(jié)省材料的同時兼顧板樁的抗彎抗剪性，高強度的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也提高了板樁的耐久性[8]。

2)施工速度快、質(zhì)量高、要求少，節(jié)約工期。生態(tài)U形板樁可在施工前由專業(yè)化工廠統(tǒng)一預(yù)制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時節(jié)約了工期；板樁的施工采用機械化施工，施工速度快且質(zhì)量可靠；板狀直立施工，不需大范圍土方開挖及回填，也不需設(shè)置圍堰，施工方便且不影響河道過流，降低工期延誤風(fēng)險，節(jié)省臨時工程投資[9]。

3)成型美觀生態(tài)。板樁錨固相連，外觀錯落有致；樁間花槽及樁身預(yù)留孔中搭配種植適宜的水生植物，形成統(tǒng)一、自然、生態(tài)、和諧的堤岸景觀。

但生態(tài)U形板樁在應(yīng)用中也具有一定的局限性：

1)受限于周邊環(huán)境。生態(tài)U形板樁進行機械沉樁時對凈空有一定要求，若樁長較長時，施工場地周邊的高壓線塔等可能會對施工造成限制；且振動沉樁施工時產(chǎn)生的振動會對周圍的建(構(gòu))筑物造成一定的影響。

2)對施工工藝要求高。生態(tài)U形板樁樁身較薄，若采用的夾頭與板樁尺寸不匹配、夾持長度不足、施打力度不當(dāng)?shù)榷既菀自斐蓸渡頁p壞，且樁身損壞后無法修補；沉樁時還要保證定位的準確和樁身的垂直，避免出現(xiàn)傾斜和位移[10]。因此，生態(tài)U形板樁需由專業(yè)化隊伍進行施工，并對施工工藝及參數(shù)嚴格把控。

雖然生態(tài)U形板樁在應(yīng)用上具有一定的局限性，但其具有成形生態(tài)美觀、施工要求征收土地少等優(yōu)點，克服了中小河流綜合整治的諸多困難，可應(yīng)用和推廣。實際應(yīng)用中需合理布置樁位、控制樁長、嚴格把控施工工藝及參數(shù)。

3 生態(tài)U形板樁的實際應(yīng)用

廣州某河涌進行河涌整治施工時，由于河涌兩岸堤頂圍墻或房屋緊貼河涌堤頂邊線，征地拆遷困難，施工用地?zé)o法滿足原圖紙設(shè)計要求。為保證工程順利推進，需根據(jù)現(xiàn)場實際并結(jié)合已批復(fù)概算對工程施工圖設(shè)計進行變更。

該河涌全長約為1.431 km，現(xiàn)狀河涌底寬為2～10 m，現(xiàn)狀兩岸多為土堤形式。河道內(nèi)雜草叢生，阻礙行洪。工程區(qū)地層主要由雜填土、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)砂、中砂、殘積土、全風(fēng)化砂巖組成，淤泥層較厚，地質(zhì)條件較差。

該段河涌堤防工程級別為4級，設(shè)計水位為1.43～1.72 m(珠基高程，下同)，設(shè)計河底高程為-1.50～-1.10 m，設(shè)計河底寬度為6～10 m漸變。現(xiàn)狀兩岸堤頂高程為1.02～7.58 m，現(xiàn)狀堤頂至設(shè)計河底高差為3.00～4.07 m。

工程征拆困難，地質(zhì)條件較差，開挖深度大，工期緊張，投資有限，且整治后的堤岸不僅要滿足防洪排澇、保障水安全的要求，還要達到綠色生態(tài)美觀的效果。

3.1 設(shè)計方案

下面針對本工程采用幾種方案進行比選。

1)方案1：生態(tài)磚擋墻護岸

該方案護岸結(jié)構(gòu)采用生態(tài)磚貼坡而建，下設(shè)素混凝土基礎(chǔ)和碎石墊層，并拋石護腳，基礎(chǔ)采用5 m長的預(yù)制方樁，堤頂新建人行道。為減少臨時用地并降低對周圍建(構(gòu))筑物的影響，施工時需沿線打設(shè)12 m鋼板樁作為臨時支護(見圖5)。

圖5 生態(tài)磚擋墻護岸斷面示意

2)方案2：M75漿砌石擋墻護岸

該方案護岸結(jié)構(gòu)采用M75漿砌石直立式擋土墻，擋墻頂高程為設(shè)計水位高程，下設(shè)素混凝土基礎(chǔ)，并拋石護腳，基礎(chǔ)采用5 m長的預(yù)制方樁，堤頂新建人行道。為減少臨時用地并降低對周圍建(構(gòu))筑物的影響，施工時需沿線打設(shè)12 m鋼板樁作為臨時支護(見圖6)。

3)方案3：生態(tài)U形板樁護岸

該方案護岸結(jié)構(gòu)采用生態(tài)U形板樁，樁長10 m，板樁頂設(shè)C30鋼筋混凝土冠梁連接，冠梁頂高程為設(shè)計水位高程。堤頂新建人行道。堤腳拋石加固(見圖7)。

圖6 漿砌石擋墻護岸斷面示意

圖7 生態(tài)U形板樁護岸斷面示意

3.2 方案比選

3種方案征占地面積、造價及優(yōu)缺點對比見表1。由表1可知，3種方案均安全可靠，方案1和方案3的生態(tài)景觀效果更好，而方案2和方案3施工更簡便。在實際應(yīng)用中，方案3征占地范圍較小，可行性高，雖造價比方案2略高，但能夠有效節(jié)約協(xié)調(diào)投入和時間成本。經(jīng)過在安全可靠性、生態(tài)景觀效果、經(jīng)濟性、可實施性等方面的比選論證，選定方案3生態(tài)U形板樁堤岸為最終方案。

表1 河道護岸斷面形式比較(每延米)

3.3 結(jié)構(gòu)驗算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)[11]、《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)[12]等規(guī)范文件，采用理正深基坑軟件對上述方案3生態(tài)U形板樁堤岸的典型斷面進行結(jié)構(gòu)驗算，結(jié)果見表2。

由表2可知，方案3的邊坡整體抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、抗隆起性、嵌固深度及基坑內(nèi)側(cè)土反力均滿足規(guī)范要求，說明方案3設(shè)計切實可行，生態(tài)U形板樁受力性能好、對地質(zhì)條件適應(yīng)性較好、適用范圍廣。

表2 典型斷面結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果

3.4 施工工藝

生態(tài)U型板樁在陸上、水上均可施工，陸上施工一般采用履帶吊配合電動振動錘或機械臂配合液壓振動錘施工，水上施工一般采用柴油錘打樁船或浮船配合履帶吊及電動錘施工。

施工時應(yīng)先平整場地、填筑施工平臺，再測量放線、打設(shè)定位型鋼并安裝導(dǎo)向架，然后吊樁定位、依次沉樁，沉樁方式優(yōu)先采用振動沉樁法或液壓沉樁法。沉樁時應(yīng)精確控制板樁位置，保證軸線方向板樁兩側(cè)的陰隼陽隼錨固相連形成連續(xù)墻體。沉樁至設(shè)計高程后，截去樁頂多余部分并扎筋澆筑冠梁[7]。

施工要點： ① 沉樁時樁身應(yīng)垂直，在距樁機不受影響范圍內(nèi)設(shè)置校準儀器并隨時監(jiān)測，出現(xiàn)偏差時應(yīng)及時調(diào)整； ② 夾頭應(yīng)與樁身夾持部位尺寸相匹配，并應(yīng)有足夠的夾持長度，避免樁身夾碎或滑動； ③ 每根樁應(yīng)一次性連續(xù)打(壓)到底，盡量減小停歇時間； ④ 沉樁時若出現(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，應(yīng)停止沉樁，待查明原因并處理后才能恢復(fù)施工。

生態(tài)U型板樁采用機械施工，施工速度快且質(zhì)量可靠；施工時不設(shè)圍堰，不影響過流且節(jié)省投資，適合應(yīng)用于城鎮(zhèn)中小河流綜合整治。

3.5 施工效果

上述實例中廣州某河涌的綜合整治現(xiàn)已采用生態(tài)U形板樁護岸方案完成變更并進行施工，施工速度快、生態(tài)效果好、征拆影響少、投資適度，有效解決了項目推進的阻礙，取得了令周圍市民和業(yè)主滿意的成果(見圖8)。

圖8 生態(tài)U形板樁護岸成果示意

4 結(jié)語

本文通過廣州某河涌綜合整治的實例，對比了生態(tài)U形板樁護岸方案與其他方案，列舉出生態(tài)板樁具有受力性能優(yōu)良、耐久性好、成形生態(tài)美觀、施工簡便速度快、質(zhì)量高、征地少、周邊影響小、適用范圍廣、造價適中等優(yōu)點，能夠很好地克服城鎮(zhèn)中小河流綜合整治中遇到的生態(tài)與安全兼顧矛盾、征地困難、資金不足、施工工期緊張等諸多困難，因此可在城鎮(zhèn)中小河流綜合整治中廣泛推廣和應(yīng)用。