台山市大隆洞河治理工程空心管桩方案的设计研究

甄溢涛

(台山市水利工程建设管理中心，广东 台山 529200)

0 前 言

空心管桩截面形状规则对称，为 “c蜂巢六边形”构造，两端增设榫卯结合部，构造出类似于十二边形的中空管状挡土支护桩。此类管状用于堤坝护岸中，体现出多重优势，不仅具有优良的力学性能，而且质量安全、工期短，最主要的是能节省占地空间，不会对周围环境带来震动影响[1-2〗。

1 工程概况

大隆洞流域位于台山市中南部，流域面积710km2，台山市境内678.7km2，主河道长62km，台山市境内47km，平均河床比降0.78‰，涉及到7个镇。干流大隆洞河发源于台山婆髻山，向北流经墩寨、折向东经海口埠，与支流端芬水相汇，至三合海汇合斗山河、镇口河两支流。

工程区拟整治端芬水位于江门市台山市端芬镇，地貌较为单一，为冲积平原地貌，大隆洞河两岸多为农田、鱼塘、村道、村落等，河道两侧堤防护岸较差。

台山市大隆洞河(大隆洞至三夹海段)治理工程，主要是对河流两岸进行护岸，河流干流全长约25.93km，周围地势平坦，干流河道宽约10-200m，周围地势平坦，河道宽约5-30m，河水水量较大，植被发育。工程区位于村落和农田、道路区，周围以村道、农田、鱼塘、房屋为主，管线较稀疏，交通较便利。

2 工程地质条件

根据地质测绘与钻孔揭露，工程区内揭露的地层主要为第四系人工填土层(Q4ml)、河流冲积层(Q4al)及残积层(Q4el)。①层人工填土层较为松散，压实度较低。经实地测绘，在部分区段存在的主要工程问题为该层土中砂砾含量较多，土样砂感强烈，透水性偏大，在汛期存在一定的渗漏隐患。②1层、②4层粉质黏土的地基承载力可满足一般小型挡土墙的承载需求，基础底部可置于粉质黏土层中一定深度。②3层中粗砂层属强透水层，在高水位下容易发生渗透破坏。因此，需对该粗砂层采用黏土铺盖、深挖截渗槽等措施以加大渗径进行处理。根据堤防现状，对外坡进行护坡防冲处理。

3 工程施工的难点分析

通过从水流条件、岸坡地质结构、水文地质条件与岸坡险情等角度进行归类，可以将岸堤分成四类工程地质条件类别，具体如表1所示。

参照表1，结合野外地质调查，本项目区堤段大都为天然岸坡，部分为人工岸坡。根据岸坡岩土性质、河水与堤身接触关系、岸坡的现状、岸坡的地质结构对堤岸稳定性进行评价。本工程防洪堤及护坡堤岸工程地质条件主要为基本稳定岸坡和稳定性较差岸坡，应对岸坡采取工程防护措施,各个土层开挖边坡建议值统计如表2。

表1 堤岸工程地质条件分类表

表2 各个土层开挖边坡建议值表

1.坡高低于5m时取较陡坡度值，坡高>8m取较缓坡度值。

由于历史问题，大隆洞河两岸多为农田、鱼塘、村道、村落，河道两侧堤防护岸较差；施工段范围内有很多老旧的房屋，离岸边很近，最近的房屋不足2m，实际施工方案的选择要考虑对这些老旧房屋的影响。

4 护岸方案的对比与选择

4.1 板桩护岸方案

根据此护岸工程的实际情况，从水安全的可行性分析最初选择板桩护岸方案。这一护岸方案的优势体现在：挡土面积大，截面力学性能更优，特别是U形板桩，其结构形式为等效工字型结构，能发挥理想的抗弯、抗剪性能，而且工期短、适用范围更广，因为板桩多为工厂预制、机械现场施工，从而缩短了工期，而且板桩护岸法可以结合现场地质条件，来选择施工方法，而且可以灵活选择各种辅助功能进行沉桩，能适应各种地质条件的岸堤保护。同时，板桩护岸能达到理想的安全性，具体体现在：其护岸耐久性与良好的止水效果，因为板桩质地多为高性能混凝土，更为牢固，可以满足各类工程应用中的结构耐久性设计要求。同时，板桩护岸止水效果好，特别是U形板桩预埋了止水胶条，构件制作时预埋在企口处，从而让桩间连接紧密、无缝隙，达到理想的止水效果。

此外，板桩护岸工程的造价更低，特别是U型板桩能够被用作临时支护与永久支护，也能根据工程实况与现实需求作为支承桩来使用，从而极大地控制了场地的征用，减少对周围环境的破坏，从而降低工程造价。

然而，板桩护岸施工的弊端体现在板桩可能占据较大的空间面积，而且实际施工中不仅产生较大的噪音，而且会产生较大的震动，对四周环境难免带来影响对周边房屋可能会造成较大的影响。

4.2 空心管桩护岸

空心管桩截面形状规则对称，为 “c蜂巢六边形”构造，两端增设榫卯结合部，构造出类似于十二边形的中空管状挡土支护桩。此类管状用于堤坝护岸中，体现出以下优势：

1)外观设计科学。特有的圆弧榫卯设计，能确保管桩间密切吻合，结构安全性好，且持久耐用，能有效抵御变形，而且日后能多次清淤处理，不会发生结构错位问题，而且桩型整体美观[3]。

2)优良的力学性能。桩体骨架多为配筋对称分布，截面刚度较大，抗剪性能更优，而且能抵御水体冲击，适合水利工程堤岸防护中的应用。

3)质量安全，工期短。空心管桩利用了成熟的管桩生产工艺，而且桩身混凝土密度高、强度大。而且PCS支护桩不受施工季节的限制，能灵活适应各种气候条件与地质条件。

4)占地面积小，震动小。PCS支护桩另外一个典型优势为:占用土地资源少，而且施工中不会产生太大的噪音，这样就节省了工程场地的空间，也不会对工程附近的房屋、建筑以及其他公共设施等带来震动影响。

此外，管桩护岸主要采用现场静压压桩施工，机械化与自动化水平较高，能确保质量，而且施工速度快、挡土性好，能够提高抗腐蚀、抗老化能力，最主要的是其造价较低，年修费用也较少，空心管桩的预期使用寿命也更长，达到40-50a[4]。

由于历史问题，大隆洞河两岸多为农田、鱼塘、村道、村落，两侧堤防护岸较差；施工段范围内有很多老旧的房屋，离岸边很近，最近的房屋距离<2m，实际施工方案的选择要考虑对这些老旧房屋的影响，空心管桩产生的震动较小，更优；而且空心管桩占用河道断面空间较小,与板桩支护相比，空心管桩支护的优势更为明显。

4.3 板桩与空心管桩方案的造价对比：

板桩护岸施工内容包括：打桩机静压桩、冠梁施工、桩后土工织布铺设与土方回填等。空心管桩的支护施工流程与板桩护岸大体相似，其造价对比表格见表3。

表3 板桩护岸和空心管桩护岸的建设投资表

根据统计数据，计算板桩护岸年度周期成本，其中年度使用成本：

(1)

空心管桩年度使用成本：

(2)

从以上的造价对比表能看出，板桩护岸投资虽然更低，然而，其护岸年限则相对于管桩护岸较短，而且维修周期也较短，这就意味着管桩方案从整体上能控制维护成本，其造价也相对较低，所以，综合对比应选择管桩护岸模式。

5 结 论

基于水安全的可行性分析，结论是两种方案都符合；然而由于历史问题 ，大隆洞河两岸多为农田、鱼塘、村道、村落，两侧堤防护岸较差，施工段范围内有很多老旧的房屋，离岸边很近，最近的房屋不足2m，实际施工方案的选择要考虑对这些老旧房屋的影响，空心管桩产生的震动较小，更优；而且空心管桩占用河道断面空间较小；此外，梅家大院位于该段施工范围内，梅家大院作为当地一个重点打造的历史人文景点，护岸施工要结合乡村振兴的理念，空心管桩方案更优。