钢板桩结构在护岸加固中的研究与应用

摘 要：钢板桩结构由于以最少的用钢量提供最佳的强度和耐久性，施工速度快等特点，广泛应用于码头、防波堤、船坞、临时围堰等临时和永久性结构中。其中板桩墙入土深度不仅要满足“踢脚”稳定的要求，还需满足整体稳定性的要求。因此文章结合具体工程实践，对护岸加固采用钢板桩桩结构进行了研究。

关键词：护岸加固；钢板桩；结构加固；研究与应用

1 概述

厦门海沧湾旅游码头工程位于厦门西海域，海沧大桥北侧，火烧屿对岸，建设浮码头1座，趸船尺度40×10×2.0m，码头泊位长58m。为利用现有渔船码头改造成为旅游码头，由于船型不同，停泊水域、回旋水域设计底标高降低，需加深疏浚，加之现状护岸基础未进行处理，因此工程重点和难点在于是否需要对现状护岸进行加固及采用何种加固方案，从而保证港池疏浚后护岸的稳定性。

2 设计条件

2.1 设计水位

设计高水位：6.16m（高潮位累积频率10%）；设计低水位：0.71m（低潮位累积频率90%）。

极端高水位：7.43m（五十年一遇高水位）；极端低水位：-0.20m（五十年一遇低水位）。

2.2 地质情况

本工程地质淤泥厚度为1.4～15.2m。土层自上而下为：

（1）人工填土：①a素填土：灰褐色、灰黄色，主要由粘性土、残积土等回填而成，基本完成自重固结，密实度不均，回填时间超过8年。①b填石：主要由中风化花岗岩、火山岩块石人工填成，块石大小一般约为20-50cm，抛填时间7-8年，块石间隙由砂、粘性土充填。

（2）②淤泥：黑色、灰黑色，含有机质及少量腐殖质、贝壳碎片。干强度中等，韧性中等，摇振反应缓慢，切面稍有光泽-有光泽。

（3）③中砂：该层呈灰黑、灰色，松散～稍密，颗粒成分主要为石英、长石砂粒，颗粒级配较差，含粗砂25.9-32.5%，砂粒多呈次棱角状。

（4）④强风化粉砂岩：褐黄色，砂状结构，块状构造，主要为石英、长石，长石大部分风化成粘土矿物，标贯试验修正后击数N≥50击，岩芯手捏即散，呈土状，风化剧烈，属极软岩，极破碎，岩体基本质量等级V类。

3 护岸稳定计算

3.1 现状护岸稳定性计算（不考虑对现有护岸加固）

接岸区域现状护岸主要为直立式和斜坡式两种结构。其中直立式位于南侧，长度约46.0m，斜坡式位于北侧，长约84.0m。根据相关竣工资料，原设计护岸堤芯采用施打排水板进行地基处理，因后期施工沟通不善，施工队将开挖的块石料倾倒于未经打板的后方陆域空地上，导致后方陆域和护岸基础未进行处理。根据总平面布置，本次码头港池及趸船位置处需疏浚至-2.3m。因此，根据勘察报告，采用《港口工程地基计算软件系统2008》对现有护岸疏浚前后的整体稳定性分析，如表2所示。

根据复核结果，现有斜坡式护岸整体稳定的分项系数不满足规范要求，加之本次疏浚底标高较原设计疏浚底标高更低，范围更大，因此本次疏浚对现有护岸的整体稳定性产生不利的影响，应对现有斜坡式护岸进行加固。

3.2 对现有护岸加固后稳定性计算

3.2.1 加固方案选择

常规护岸加固的方式主要有：

（1）减载措施：目的主要是减少边坡可能发生滑动破坏的下滑力。主要包括削头减载和削坡减载，削头减载是将边坡上部一定范围内覆盖层或岩体削掉，以降低边坡总高度；削坡减载是改变边坡外形，将边坡的坡度放缓。本工程海侧由于受到用海边界的制约，不能实行削坡减载；同时护岸顶高程根据防波堤顶高程计算确定，无法降低边坡总高度，不能实行削头减载。

（2）排水固结法：主要是设置排水系统（排水板或砂井），改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水距离；同时施加起固结作用的荷载，使土中的孔隙水产生压差而渗流使土固结，加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。虽然其工程造价较低，但排水固结法所需固结的时间较长。

（3）抗滑桩：桩埋于稳定滑床中，依靠桩与桩周岩土体的相互嵌制作用把滑坡推力传递到稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力，使滑坡得到稳定。桩可改善滑坡状态，促使滑坡向稳定转化。成桩后能立即发挥作用，有利于滑坡稳定。常用的抗滑桩有钢板桩和钢筋混凝土桩。

（4）水泥搅拌桩：利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

根据本工程现状护岸的抛石结构，软弱土层厚度普遍大于10m的特点，本次选取钢板桩和水泥搅拌桩方案进行比较。

钢板桩方案：鋼板桩墙距现有护岸顶10m，施打钢板桩墙长97m。钢板桩采用热轧U型500mm×225mm，单根长约19.0m，穿透淤泥层且进入强风化花岗岩1.0m。

水泥搅拌桩方案：水泥搅拌桩距现有护岸顶7.5m，全长121m。水泥搅拌桩呈格形布置，单元格尺寸为2450mm×2800mm，水泥搅拌桩穿透淤泥层进入强风化花岗岩0.5m。

3.2.2 计算方法、原则、结果

根据《港口工程地基规范》（JTS 147-1-2010）第6.4.3条当拟建工程附近有与设计土坡坡度相同或较陡的稳定坡，两处土层和土质基本相同、土坡高度相近且稳定坡计算的MRk/Msd小于规范值1.1～1.3，可用对比法设计拟建工程的坡度。拟建工程的土坡的抗力分项系数应稍大于现有的稳定坡的抗力分项系数。

使用钢板桩或水泥搅拌桩加固后，现有岸坡加固后的抗力分项系数均稍大于现有岸坡的护岸抗力分项系数，即满足相关规范要求。

钢板桩施打工艺较成熟，质量易控制，施工速度较快，且施工完可紧接疏浚工作；水泥搅拌桩具有施打设备简单，形成复合地基，承载力较好，但施工质量控制需求较高，质量有较大的离散性，隐蔽后控制困难，后期强度增长时间长，施工耗时较长等不利因素。综上所述，由于建设单位对工期要求较高，因此，现有护岸加固推荐采用钢板桩进行加固。

4 结束语

本算例按照考虑和不考虑对护岸加固分别进行验算，根据计算结果：对于软弱土层在大于10m厚的地质条件下，在不考虑对现有进行加固处理的情况下实施港池疏浚，整体稳定是不满足的。因此，必须对现有护岸进行加固，考虑施工条件、工期、造价等因素，采用钢板桩对护岸加固是可行的。综上，采用钢板桩结构进行护岸加固或防护其计算理论和计算结果是可信的。本次算例经过实际的检验后一定会给其他类似工程提供参考。

参考文献

[1]JTS167-3-2009.板桩码头设计与施工规范[S].

[2]JTJ/T259-2004.水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程[S].

[3]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].2008.

[4]欧领特（中国）.钢板桩工程手册[M].人民交通出版社，2010.

[5]厦门海沧湾旅游码头工程.厦门合诚工程设计院有限公司[Z].2016，7.

[6]福建岩土工程勘察研究院.厦门海沧湾旅游码头工程岩土工程勘察报告（勘察阶段：详细勘察）FY1659033[R].2016，5.

作者简介：赵东远（1982，05-），男，籍贯：福建厦门，工程师，从事水运工程、港口工程、地基处理、水利工程设计工作，研究方向：港工结构技术。