钢筋混凝土板桩在海塘防冲设计中的应用.pdf

2 0 1 6年第 2期 水利规划与设计 设计 施工 DOI ：1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 2 — 2 4 6 9 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 3 2 钢筋混凝土板桩在海塘防冲设计中的应用 吴 国芳 ，罗林峰 ( 1 ．绍兴市水利水电勘测设计 院，浙江 绍兴 3 1 2 0 0 0 ； 2 ．浙江省水利科技推广与发展 中心 ，浙江 杭州 3 1 0 0 1 2 ) 摘要 ：处 于河 口地 区的 河道 河床往往摆动 无常，时冲时淤 ，但 当河 口大 闸建成后 ，江道的演 变发 生变化 ，平 时关 闸挡潮 ，阻挡外海泥 沙入 江，洪水期 开 闸放 水 ，河床 呈单 向冲刷状 态，使 海塘堤 脚 出现抛 石体 失稳、冲毁 等 险 情 ，严重影响 河口平原居 民人 身安全。钢 筋混凝土板桩 +护坦的直接保护方案 ，具有施 工速度 快、后期 维护 少等 特点 ，值得在今后 的海塘 防冲设 计中推 广应用。 关键词 ：钢筋混凝 土板桩 ；海塘 ；防冲设计 中图分类号 ：T V 5 4 3 文献标识 码 ：B 文章编 号：1 6 7 2 — 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 — 0 0 8 6 — 0 3 1 概况 曹娥江是钱塘江河 口段 的主要支流，其上游属 山溪性河流 ，下游属潮汐河道。曹娥江洪水大多发 生在 7～9月 的台风期 ，据年 最大 洪峰 流量 资料 ( 1 9 5 4～1 9 9 7年 ) ，有 9次 洪 水 的实 测 洪 峰 流 量 达 到了 3 0 0 0 m ／ s以上。曹娥江河 口大 闸建成前 ，曹 娥江 出口河道受钱塘江径流、杭州湾潮流和曹娥江 径流 的综合影响 ，河床摆动无常，时冲时淤 ；曹娥 江大 闸建成后 ，江道的演变发生变化 ，平时关闸挡 潮 ，阻挡外海泥沙入江 ，洪水期开 闸放水 ，河床呈 单向冲刷状态 ，将建闸前淤积在河道中的泥沙逐步 带出，从而形 成建 闸后新 的河床 平衡 剖面。这种 “ 单向冲刷” 加 剧 了曹娥江河 口两岸海 塘堤脚 的冲 刷 ，特别是马山 、马海海塘 左岸 最大 冲淤 幅度达 4 ． 1 m，不断 出现塘 脚抛 石 体失 稳 、冲毁等 险 情 ， 被鉴定为“ 二类 塘” ，严重影响 了萧绍平 原流域百 万人 口的生命财产安全 ，故开展本次海塘防冲除险 加 固项 目 2 地质 条件 海塘地基 主要分为三个工程地质层 ，现从上至 下分述如下 ：①一 1层素填土，稍密状 ，主要 由粘质 粉土组成 ，局部含有抛石 ；②。 1 层粘质粉土 ，稍密 状 ，偶夹淤泥质团块 ，工程性 质较 差 ，厚度较薄 ； ②一 2层粘质粉土 ，稍密 ～中密状 ，土质均 匀性差 ， 性质较好 ，厚度一般 ；②． 3层砂质粉土 ，中密 ～密 86 实 ，土质均匀性差 ，工程性质好 ，厚度大，但东南 部有缺失 ；③层 淤泥质粉 质粘土 ，流塑 ，高压缩 性 ，工程性质差 ，厚度较大。根据地勘报告 ，地质 物理力学指标见下表 1 。 表 1 海塘地 基地质 物理力学指标表 天然含水量 天然重度 快剪 固结快剪 层序 材料名称 C ‘ 。 C ％ k N ／ m ( O ) k p a ( O ) k p a 1 ． 1 素填土 2 9 ． 5 1 8 ． 1 2 2 ． O l O ． 1 2 3 ． 4 l 2 ． 9 2 ． 1 粘质粉土 3 1 9 l 8 ． 4 2 2 ． 6 1 1 ． 0 2 0 ． 6 l 2 ． 5 2 。 2 粘质粉土 3 1 ． 1 l 8 ． 8 2 3 ． 6 l 1 ． 6 2 5 ． O l 3 ． 1 2 — 3 砂质粉土 2 6 ． 3 l 9 ． 5 2 5 ． 2 l O ． 5 2 7 ． 8 l 2 ． 6 淤泥质粉 3 3 7 ．5 1 8 ． O 8 ． 4 l 1 ． 4 1 1 ． 4 1 8 ． 1 质粘土 护坦基础混凝土与地基土之问摩擦系数 ：护坦 基础混凝土／ ②一 3层砂质粉土 f= 0 ． 3 0～ 0 ． 3 5 。 3 海塘堤脚 防冲方案 海塘堤脚防冲保护主要有保滩护塘的间接保护 方案和采用堤脚设防冲设施 的直接保护方案两种。 间接保护主要通过设置短丁坝群促淤 ，同时减弱滩 地附近洪水流速 ，减少近塘滩地淘刷 ，防止出现堤 收稿 日期 ：2 0 1 5 一 O 1 — 1 6 作者简介 ：吴 国芳 ( 1 9 8 1年～ ) ，男 ，工程师。 设计施 工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第2 期 脚裸露后 冲刷破坏 ，从而保护海塘 ，丁坝与堤脚采 用斜坡护坦相连。直接保护主要通过设置垂直和水 平防冲设施 ，直接防止堤脚冲刷破坏 ，具体可设 置 板桩 、沉井等 + 护坦 +外侧抛石 防冲的组合方式。 间接保护方案对滩地基本无影响 ，但存在着管理任 务重 ，后期维护费高等缺点 ；直接保护方案虽然对 滩地有一定的破坏 ，但通过保 留现有丁坝，滩地复 平及撒播草籽 固滩等措施 ，尽可能保留现有滩地 ， 可进一步增加 防冲富裕度 。防冲方案 比较见表 2 。 推荐直接保护方案 。 4 钢筋混凝土板桩 防冲方案设计 比较常用的直接防冲加固方案主要有钢筋混凝 土板 桩 +护坦 、地 下连 续墙 十钢 筋 混凝 土 护坦 ，根 据本河段冲淤变化特点和曹娥江类似工程经验 ，从 措施的可行性 、经 济性及施工 可行性进 行初步 评 选 ，拟采 用钢筋 混 凝 土板 桩 +护 坦 防 冲加 固方 案 。 两种 防冲 方案技 术 经济 比较 见表 3 。 表 2海塘堤脚防冲保护方案 比较表 序号 比较项 目 间接保护方案 直接保 护方案 1 土建投资 5 4 0 0万元 5 9 5 0万元 1 堤脚防冲效果好 ；2 ．施工 相对简单 ；3 ．日常管 2 优点 1 ．对滩地基本无破坏 理方便 ；4 ．后期维 护费低 1 ．促 淤保滩效果有待检验 ；2 ．日常管理 任务重 ；3 ．后 期维 3 缺点 1 ．投 资略大 ；2 ．原滩地需复平 护费较高；4 ．深水 区施工难度大 ；需 专业施工队伍 推荐意见 推荐 表 3 防冲方 案技术经 济比较一览表 序号 比较项 目 钢筋混凝土板桩 +护坦 地下连续墙 +钢筋混凝土护坦 l 土建投资 9 0 1 1元／ 每延米 1 1 8 8 9元／ 每延米 1 ．板桩可实现工厂化 预制 ；2 ．工艺 简单 ，施 工速度 较 2 优点 快 ；3 ．防护深度大 ；4 ．永久 性 皆好 ；5 ．后 期维护工 程 1 ．密接性好 ；2 ．后期维护工程量小 量相对较小 ；6 ．造价 比小沉井低。 1 ．需要在现场开挖 沟槽 ，土方 开挖量增 加 ；2 ．且开 挖 1 ．密接性稍差 ；2 ．施工 易受 土中块石 影响 ；3 ．遇粉 质 边坡 一般较 陡，需 辅 以泥浆护 壁 ；3 ．需 在现场 绑扎 钢 3 缺点 砂土层 时单纯 ；振 冲难以贯人。 筋笼和浇 筑混 凝 土；4 ．施 工 程 序较 多 ；5 ．工 艺 较 复 杂 ；6 ．施工进度较慢 ；7 ．造价最高。 推荐意见 推荐 钢筋混凝土板桩 +护坦防冲方案 的具体设计如 下 ：在海塘堤脚处打设长 1 0 ． 0 m的 C 3 0钢筋混凝 土板桩 ，板桩断面尺寸为 0 ． 2 5 m 0 ． 4 0 m，企 口型 板桩，采用振 冲法施工。桩顶高程 4 ． O m，桩底 高 程 一 4 ． 8 0 m。堤身外侧结合 围堤整体稳定 ，需要底 宽 4 m 的 抛 石 保 护。桩 顶嵌 入 钢 筋 混 凝 土 护 坦 0 ． 2 0 m，护坦宽 6 ． O O m，厚 0 ． 4 m，高程 4 ． O m，内 侧设置齿墙 ，1 ： 1 ． 0倒坡 ，护坦设置排水孔 ，以减 小底 部 扬压 力 ，纵 向分 缝 间 距 8 m，低 发 泡 塑料 板 嵌缝 ，详见图 1 。 现状滩地线 5 钢筋混凝土板桩长度计算 图1钢 筋混 凝土板 桩+ 钢筋混 凝土 护坦 堤脚防 冲方 案设 计图 ( 1 ) 计算方法 本次计算采用北京理正软件设计研究院主编的 深基坑分析软件 F s p w 6 ． O 1版 ，考虑护坦 的拉锚作 用 ，参照《 建筑基坑支护技 术规程》( J G J 1 2 0 ． 9 9) ， 同时 ，考虑到板桩理论计算 尚不成熟 ，采用经验值 进行复核。 87 2 0 1 6 年第 2 期 水利规划与设计 设计 施工 ( 2 ) 计算工况 钢筋混凝土板桩外侧高程为建 闸后百年一遇堤 脚滩地冲刷高程 ，水位取泄水最低限制水位 3 ． 0 m。 ( 3 ) 地基土层强度指标 采用固快指标 ，具体见地质物理力学指标表 1 ( 4 ) 计算成果 海塘各段基础处 理板 桩计算值 见下 表 4，本 阶段 推 荐 的海 塘 各 段 基 础 处 理 板 桩 长 度 详 见 表 5 。 表 4 马山段基础处理板桩长度计算成 果表 冲刷面以上长度 h ( m) 入土深度 t ( m) 板桩总长 L ( m) 断面桩 号 ( 理论值 ) 计算值 经验值 计算值 经验值 3+31 9 3 ． 2 O 0 ． 9 6 2 ． 4 0 4 ． 1 6 5 ． 6 O 3 +7 5 O 3 ． 4 9 1 ． 0 5 2 ． 6 2 4 ． 5 4 6 ．1 l 4 +l 6 5 3 ． 7 7 1 ． 1 3 3 ． O 2 4 ． 9 O 6 ． 7 9 4 +5 0 0 4 ． 9l 3 ． 5 5 4 ． 1 7 8 ． 4 6 9 ． 0 8 4 +9 5 3 6 ． 0 5 6 ． 1 0 5 ． 4 5 l 2 ． 1 5 l 1 ． 5 O 考虑到板桩实际取值考虑洪水冲刷是一个动态 过程 ，随着河床刷深 ，前端抛石下滑 ，从而形成一 定坡度 ，实际板桩外侧江底高程不会 冲刷至理论高 程 ，故取值可较理论计算值小。推荐采用的钢筋混 凝土 板 桩和 护坦 的长度 见表 5 。 表 5 马山段 基础处理板桩和护坦长度推 荐值 板桩长 最大弯矩 ( 板桩 最大剪 护坦长 分段 断面桩号 度 ( m) 外侧 ) ( K N m) 力 ( K N) 度 ( m) 3+0 9 0 ～3 +7 5 0 6 l O ． O 6 8 ． 3 6 6 马山段 4 +l 6 5 —4 +9 4 0 8 3 5 ． 8 4 1 9 ． 0 4 6 6 钢筋混凝土板桩施工工艺 本次海塘堤脚防冲加固施工 中，C 3 0钢筋混凝 土板桩振沉为关键施工难点 ，混凝 土预制板桩先在 预制场浇筑养护后 ，5 t 汽车起重机吊运 ，平板车运 至施 工点 附 近 。再 由 5 t 汽 车 起 重 机 将 板 桩 吊 至施 工点 ，辅 以人工定位 ，振动沉拔桩机进行振沉 的施 工方法。其主要施工工艺流程如下 ：桩机就位一起 吊预制桩一稳桩一振沉桩一 中间检查验收一移桩机 至下一个桩位 。施工前必须打试验桩 ，其数量不少 于 2根。确定贯人度并校验打桩设备 、施工工艺以 及 技术 措施 是 否 适 宜 。桩 应 达 到 设 计 强 度 的 7 0 ％ 方可起 吊堆放 ，达到 1 0 0 ％才能运输 ，打桩时预制 桩强度必须达到设计强度 的 1 0 0 ％ ，并增加养护期 一 个月 后再 施打 。 7 结语 绍兴 马 海 、马 山标 准 海 塘 除 险 加 固工 程 自 2 0 1 2年 1 1月开 始招 标施 工 以来 ，已于 2 0 1 5年 1月 完成竣工验收 ，项 目中应用的钢筋混凝土板桩 +护 坦海塘堤脚 防冲直接保护方 案，得到 了实际应用 ， 获得大流量 、大冲刷河道采用钢筋混凝 土板桩防冲 处理的宝贵经验 ，有效保护了高冲淤幅度 的海塘堤 脚 ，且具有施工速度快 、后期维护少等特点 ，值得 在海塘防冲除险加固中推广应用。 参考 文献 [ 1 ]洪伟 ．双排格构式地 下连续墙 码头结构设 计思 路探讨 [ J ] ．水 利规划 与设计 ， 2 0 1 3 ( 0 9 ) ： 3 6 — 3 9 ． [ 2 ]王利 民 ．板 桩 防 冲墙 的设 计 和 的应 用 [ J ] ．河 海 水 利 ，2 0 0 0 ( 0 3 ) ： 1 0 ． 1 2 ． ( 上接第 7 4页 ) 下最大数量 的传感器耦合后 ，通道 光信号最大损耗为 一 3 3 ． 3 5 d B，满足解调仪对光信 号强度和稳定性的要求。 ( 4 ) 光缆衰减系数按 照 0 ． 2 2 d B ／ k m计算 ，最 长 主光 缆 1 5 k m，光信 号损 耗 为 3 ． 3 d B；熔 接点 损耗 0 ． 0 1 d B ／ 个 ，按照 2 0个 熔 接 点计 算 ，熔接 损 耗 0 ． 2 d B；最 不 利 工 况 总 通 道 最 大 损 耗 一 3 6 ． 8 5 d B，满足解调仪对光 信号 强度 和稳定 性 的要 求 。 8 8 参考 文献 [ 1 ]吴世勇 ，陈建康 ， 邓建辉 水 电工程 安全监 测与管 理[ Z ] ．中国 水利水 电出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ]王文，马俊．若干水文预报 方法总数 [ J ] ．水利 水电科技进 展 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 0 1 ) ： 5 6 — 6 0 ． [ 3 ]邵乃辰 ．水 电工程安全监 测技术文 集 [ c] ．中国水 利水 电出版 社 ． 2 0 0 9 ． [ 4 ]于 会 泉．水 利工 程施 工与 管 理 ．[ Z] ．中 国 水 利 水 电 出版 社 ， 2 0 0 5 ．