国内某钢板桩护岸变更为重力式护岸的经济性与可行性分析研究

朱小龙 中国铁建港航局集团有限公司总承包分公司

1.工程概况

本工程项目位于广东省珠海市，护岸总长为281.0m，包括新建段护岸、旧码头修复段及旧护岸加固。新建段护岸全长约125.8m，其中重力式结构过渡段长约18.09m，板桩结构段长约107.71m。旧护岸加固段长97.70m（其中端部8m纳入旧码头修复），采用重力式结构。旧码头修复段长57.5m。

本次变更的新建段护岸，全长约125.8m（包含板桩段107.71m，重力式结构过渡段18.09m）。

2.原设计方案

护岸区域表层为淤泥或素填土层，结合本工程不得占用海域的要求及业主意见，新建段护岸采用直立式结构型式[1]。故原设计采用常见的直立式码头设计的钢板桩码头的特性，优先采用了钢板桩直立式护岸。具体设计方案如下：

2.1 钢板桩护岸总体设计型式

新建段护岸采用钢板桩+锚碇叉桩型式[2]。板桩墙采用AZ26-700N钢板桩，桩底标高约为-13.0～-15.0m，桩顶设置宽1.6 m的现浇钢筋砼胸墙，胸墙顶标高为+5m。板桩墙后设锚碇结构，锚碇墙中心线离护岸前沿线距离为24m，锚碇墙高度2.3m，锚碇墙厚800mm，锚碇墙下设置2根∅600PHC锚碇叉桩，墙前、墙后回填振冲密实的中粗砂。胸墙与锚碇墙间用∅80mm钢拉杆连接，拉杆间距为2.50m。详见图1。

图1 钢板桩护岸典型断面图

2.2 钢板桩材料要求：

（1）规格。本工程采用钢板桩（AZ26-700，δ=12.2mm，宽度700mm，高度460mm）＆折角处异形钢板桩（AZ26-700，δ=12.2mm，锁扣S355GP及∅1422mm，Q345B，δ=20mm），详见“新建段护岸板桩拉杆平面布置图+锚碇叉桩桩位图”大样图。钢管桩与钢板桩采用锁口连接，为了保证工程质量，钢管桩与锁口的焊接应在钢管桩出厂前完成，不允许在施工现场焊接。

（2）材料。用于制作钢管桩的钢材强度和材质标准必须符合或超过Q345B标准（现行国标：低合金高强度结构钢（GB/T 1591-2008））。

用于制作钢板桩、钢管桩与钢板桩连接锁口的钢材强度和材质标准必须符合或超过“欧洲标准EN10248-1中钢号“S355GP”,并有合格的出厂证明书。

3.变更设计的思路

本工程护岸1～4结构段设计采用钢板桩+锚碇叉桩型式。锚碇叉桩为PHC管桩，设计采用锤击施工工艺。本工程施工所处为居民附近区域，项目实际实施时珠海高新区刚颁布文件明确禁止使用锤击沉桩。本工程的调度中心PHC管桩沉桩，已经由原设计锤击沉桩变更为静压桩。护岸锚碇叉桩为斜桩，静压桩机不具备施工斜桩功能，锚碇叉桩无法施工。

由于本工程桩基变更增加费用较大，为保障项目的总投资不增加，优化护岸减少投资很有必要。施工单位建议：将原钢板桩方案变更为重力式，设计单位：重力坡脚抛石方案不满足红线对用海的要求。施工单位：可按照重力式码头设计思路[3]，降低护岸结构物底高程，前沿抛石改为不露出水面的栅栏板进行压脚，从而可以解决涉红线的问题。

4.优化设计方案比选

4.1 方案一（全段调整）

为减少结构类型，方案一对断面1-1～4-4位置板桩结构（长107.71 m）进行全部调整，均采用软基处理+直立式挡墙结构形式。为保证结构安全，局部调整了杂货堆场布置。方案一工程费用见表1。

表1 方案一（全段调整）工程费用

4.2 方案二（部分调整）

为尽量减少变更内容，避免杂货堆场布置的调整，方案二仅根据地质情况，将断面1-1和2-2位置板桩结构（长50m）调整为软基处理+直立式挡墙结构形式，断面3-3和4-4仍保留板桩结构方案。方案二工程费用见表2。

表2 方案二（部分调整）工程费用

4.3 方案经济性对比

两个方案的工程费用变化量见表3。

表3 工程费用变化量

4.4 方案优缺点分析

方案一（全段调整）的优点：①工程费用节省较多。②新旧结构基本同类型，便于过渡,施工隐患大为减少，质量易于保证。③耐久性更好。缺点：件杂货堆场面积减小约430平方。

方案二（部分调整）的优点：①不涉及平面布置的调整。②不涉及用海。缺点：①工程费用节省相对较少。②结构类型相对较多，衔接段较多，不利于施工质量和工期的控制。③钢板桩结构需考虑防腐问题，耐久性不如方案一好。④板桩护岸开挖量比方案一大，且拉杆易受到集中堆载引起的局部地基压力较大的影响[4]。⑤清表清淤具有不可控性，钢板桩存在遇孤石沉桩难的隐患。

综上：经比选最终选用方案一（全段调整方案），同时经专家咨询论证，该直立式重力护岸方案可行，设计对此进行详细的优化设计，具体如下：本次变更将新建段护岸全长约125.8m（含板桩段107.71m、重力式结构过渡段18.09m）调整为直立式重力挡墙结构，对码头功能及其他专业无影响。

结构方案描述：护岸采用重力式挡墙结构，施工水位以下采用预制方块，预留钢筋，水位以上采用现浇钢筋混凝土挡墙。预制方块预留多排14mm钢筋间距200mm，施工现浇结构前预制界面需凿毛处理，现浇预制形成整体结构。形成的整体挡墙的顶高程+5.0，总高度4.7m，底宽3.5m，顶宽1m，挡墙下铺设10～100kg块石需要夯实处理防止后期沉降倾斜。挡墙前方设2块3×2.4×0.4m栅栏板护底，栅栏板下方块石垫层应适当延长铺设至开挖面并夯实处理，保证栅栏板前趾的稳定。

地基处理采用双轴搅拌桩，湿法施工，格栅状布置，置换率32%，格栅单元尺寸为4.5m×4m，搅拌桩直径850mm，搭接长度250mm；桩长控制：穿透淤泥层，进入下卧粉质粘土层不小于200cm。根据现场开挖放坡空间限制及施工机械设备作业要求，挡墙后方增加搅拌桩2排至3排直径850mm搅拌桩正方形布置作为临时施工措施，后方按照坡度1:1开挖要求控制，开挖段按空桩处理，确保边坡开挖时的稳定。新建段护岸与旧护岸衔接段的处理：需开挖至见到旧护岸抛石基础为止，采用开挖换填基础的方式，基础采用10～100kg块石夯实处理，局部可以采用抛石挤淤的方式处理[5]。设计变更后的典型断面如图2。

图2 直立式重力挡墙护岸典型断面图

5.实施后经济效益与进度情况

本工程投标时间为2019年6月，实际实施在2021年5月，此时间受疫情等各方面的影响，钢材涨价幅度约45%，按照设计规范要求的钢板桩材质标准必须符合或超过“欧洲标准EN10248-1中钢号“S355GP ”，基本需要进口材料，受疫情影响，进口材料极为困难，通过询价当时知名品牌“欧领特”，该种材质的钢板桩，到场价为1.3万/t，且不包含打设的费用。按照报价，每吨潜亏0.65万元，共计潜在亏损约200万元。

最终变更经造价复核，较原投资共计减少196万元，减少了钢板桩护岸的潜在200万元亏损，经核算钢板桩护岸改为水泥搅拌，预制方块及重力式挡墙后，沿用原投标的造价，该部分实现经济效益约100万元。

原计划钢板桩施工计划为3个月，实际直立式重力护岸2个月便完成了施工任务，较原方案提前一个工期。

变更后方案无论经济性，还是施工进度都起到了积极作用，同时变更后的方案结构耐久性更好，实际使用寿命更高。值得在类似涉红线而不得不采用该直立式护岸的工程中使用与推广。