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312000；2.浙江省水利科技推广与发展中心，浙江杭州310012）



钢筋混凝土板桩在海塘防冲设计中的应用

吴国芳1，罗林峰2

（1.绍兴市水利水电勘测设计院，浙江绍兴312000；2.浙江省水利科技推广与发展中心，浙江杭州310012）

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

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（1954～1997年），有9次洪水的实测洪峰流量达到了3000m3/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4.1m，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：①-1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；②-2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

护坦基础混凝土与地基土之间摩擦系数：护坦基础混凝土/②-3层砂质粉土f=0.30～0.35。

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+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

表3　防冲方案技术经济比较一览表

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10.0m的G30钢筋混凝土板桩，板桩断面尺寸为0.25m×0.40m，企口型板桩，采用振冲法施工。桩顶高程4.0m，桩底高程-4.80m。堤身外侧结合围堤整体稳定，需要底宽4m的抛石保护。桩顶嵌入钢筋混凝土护坦0.20m，护坦宽6.00m，厚0.4m，高程4.0m，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8m，低发泡塑料板嵌缝，详见图1。

5　钢筋混凝土板桩长度计算

（1）计算方法

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

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Fspw6.01版，考虑护坦的拉锚作用，参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），同时，考虑到板桩理论计算尚不成熟，采用经验值进行复核。

（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3.0m。

（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

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

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，G30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，5t汽车起重机吊运，平板车运至施工点附近。再由5t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→起吊预制桩→稳桩→振沉桩→中间检查验收→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。确定贯入度并校验打桩设备、施工工艺以及技术措施是否适宜。桩应达到设计强度的70%方可起吊堆放，达到100%才能运输，打桩时预制桩强度必须达到设计强度的100%，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2012年11月开始招标施工以来，已于2015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，2013（09）：36-39.

［2］王利民.板桩防冲墙的设计和的应用［J］.河海水利，2000 （03）：10-12.

作者简介：吴国芳（1981年—），男，工程师。

收稿日期：2015-01-16

中图分类号：TV543

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）02-0086-03

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.032