预应力钢筋混凝土波浪桩护岸在城区河道治理中的应用

信亮

（辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局），辽宁 沈阳 110001）

1 工程现状

小浑河流域是浑北灌区重要的灌溉排水两用河道之一，全长27.20 km，其中于洪境内16.15 km，比降1/2 000～1/3 500，地势平坦。随着于洪区城市化进程加快，小浑河成为上游城市排水及于洪区城区排水的主要通道，共计101.5 km2排涝面积由小浑河承担。小浑河于洪区段局部河段河道左岸房屋、工业厂房紧临河道岸边，右岸为基本农田和公园园路及绿化带。该段河道淤积，过流断面窄小，排水不畅；两岸岸坡多为土质边坡，缺少防护，多年来受冲刷存在塌岸风险。小浑河作为沈阳市主要承接西北部城区雨洪及排水的河道，需通过系列治理来缓解沈阳市城区西北部内涝。

2 小浑河岸坡防护措施

2.1 方案比选

受沿岸施工场地限制，不具备大开挖条件，传统的生态护岸型式均涉及征地拆迁等一系列难题，会造成工程施工困难、工期延长、成本增加等，需选择一种非开挖式同时具备生态景观性与结构稳定性的岸坡防护结构型式，用以解决小浑河治理问题。此次推荐常用的固滨笼挡墙护岸、自嵌式挡墙护岸和新型结构预应力钢筋混凝土波浪桩护岸3 种结构型式，并进行方案比选。各结构型式典型设计图见图1—3。

图1 固滨笼挡墙典型横断面设计图

图2 自嵌式挡墙典型横断面设计图

固滨笼挡墙护岸作为常用的护岸型式，其整体稳定性及耐久性较好，可长期满足稳定要求。有很强的抵御自然破坏及耐腐蚀和抗恶劣气候影响的能力，适用于北方严寒天气，抗冻性极强。可以承受大范围的变形仍不坍塌，且更加自然，适应地形变化能力强。但对材质要求较高，网片若有质量缺陷，上锈或断裂整体稳定性将难以达标。且施工需大开挖，永久占地费用较高，致使综合造价偏高。

图3 预应力钢筋混凝土波浪桩典型横断面设计图

自嵌式挡土墙整体性较好，抗压强度高，受施工质量和地基条件限制小，耐久性好。但整体无柔性，极易产生垮塌等破坏；且需开挖施工，占地范围较大，对施工技术水平要求较高。

预应力钢筋混凝土波浪桩作为新型的护岸型式，其利用高强度混凝土制作而成，耐久性好，可以满足工程结构的耐久性要求；作为一种新型的挡土材料，其具有传统水利挡土墙的稳定性，挡土面大，性能极佳[1]；采用机械垂直沉桩施工，无需开挖，可缩短施工工期；虽然结构本身及运输成本较高，但建成后保养和维修简便，可减少管护人员投入，且可减少永久及临时征占地，大大减少了场地的征用和破坏，无征拆费用，可降低工程的综合造价；工程完成后视觉效果好，具有很好的美观性，建成后整体可与城市周边环境相协调，满足城市景观需求，但亲水效果稍差，需修建景观台阶满足亲水要求。

综合比较，考虑小浑河治理工程施工场地限制，征拆及临时占地困难，施工工期短，后期管护人员相对不足及城市生态景观需求等因素，推荐小浑河治理工程护岸结构型式选用预应力钢筋混凝土波浪桩。

2.2 波浪桩护岸应用方案

此次小浑河预应力钢筋混凝土波浪桩护岸，成M 型布置，单根桩长6.00 m，其中2.00 m 位于设计河底以上。波浪桩采用双端板，端板厚20 mm，桩端螺旋筋间距为45 mm。波浪桩顶部设冠梁，尺寸为0.50 m×0.30 m（宽×高）。冠梁顶部设置混凝土柱型栏杆，栏杆外侧均设置2.00 m 宽平台，铺设水工联锁砖，水工砖规格尺寸为430 mm×400 mm×150 mm（长×宽×厚），水工联锁砖内播撒马莲籽。波浪桩护岸平面布置示意图见图4。

图4 波浪桩平面总布置示意图（M 型）

2.3 波浪桩护岸稳定计算

1）整体稳定计算

此次设计6.00 m 长波浪桩，插入地下土体4.00 m。背水侧填土高度在2.00 m。计算方法采用瑞典条分法[2]，应力状态为有效应力法。条分法中的土条宽度为1.00 m；滑裂面圆弧半径R=4.5 m，圆心坐标X= -0.915 m，圆心坐标Y=0.342 m。

计算得整体稳定安全系数为2.232＞1.30，满足规范要求。

2）抗倾覆（对支护底取矩）稳定性验算

式中：Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，kN·m；Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩，kN·m。

经计算，Kov=468.493/376.963=1.691≥1.200，满足规范抗倾覆要求。

3）嵌固段基坑内侧土反力验算

式中：Ps——作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力，kN；Ep——作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力，kN。

经计算，土反力满足要求。

计算结果显示，此次预应力钢筋混凝土波浪桩设计满足设计规范要求。

2.4 波浪桩护岸技术要求

采用抗硫酸盐硅酸水泥，掺入钢筋阻锈剂（不得为亚硝酸盐类的阻锈剂）。抗腐指标达到抗渗等级不小于P12，抗硫酸盐等级KS150 不小于0.85，抗氯离子渗透性能电通量C≤800 ，氯离子迁移系数DRCM（10～12 m2/s）≤4.0。

波浪桩截面高度为400 mm，壁厚130 mm，混凝土强度等级为C80 F200 W6。采用的预应力钢筋直径为10.7 mm（低松弛预应力混凝土用螺旋槽钢棒），螺旋筋直径为6 mm，端板厚20 mm，螺旋筋间距为45 mm。

3 波浪桩施工方式及施工要点

3.1 施工方式

波浪桩打桩一般采用沉桩方式施工，主要包括震动沉桩法、液压沉桩法及锤击沉桩法，施工机械主要有履带式吊车、步履式桩架、履带式桩架、导杆式桩架等[3]。此次考虑小浑河工程特点，所用打桩机具为挖掘机改装，施工利用锤头重量为1～2 t 柴油打桩机配合15 t 履带起重机。施工过程中使用导轨保持桩身垂直度，后期调整标高。调整标高时，在桩头上放置几层隔离物，用挖机轻轻压至所需标高。

3.2 施工要点

1）在桩身混凝土强度达到100%设计强度条件下，沉桩时要求桩自然养护7 d 以上。

2）沉桩时桩身应垂直，在距桩机不受影响范围内，应设置相关的校准仪器，出现偏差时应及时加以调整。

3）夹持器应与桩身夹持部位尺寸相匹配，并应有足够的夹持长度，避免桩身混凝土夹碎或滑动。

4）每根桩应一次连续打到底，尽量减小中间停歇时间。当沉桩至设计高度时，应复核桩顶标高；当桩顶标高低于自然地面，需送桩时，施工至最后一截桩露出自然地面约1 m 时应复核桩顶定位偏差。

5）沉桩时，出现下沉量反常、桩身倾斜、位移过大、桩身或桩顶破损等异常情况时，应停止沉桩，待查明原因并进行必要处理后，方可继续施工。

6）波浪桩不宜截桩，如遇特殊情况确要截桩时，应采用有效措施以确保波浪桩的质量。截桩应采用锯桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉截桩。

4 结语

以河道为基础建设兼具防洪排涝功能与生态景观功能的滨水空间，是现代城市发展的重要方向[4]，随着城市规划发展速度的加快，承担防洪排涝出口任务的河道已无法满足城市发展而增加的排水需求，部分河道规划已无法匹配城市发展规划进程，需进行综合整治提升。但多数城区河道周边仍然存在市政配套设施和居民用房、工业厂房等临河而建的情况，留给河道治理的施工空间有限，致使新建河道护岸等工程无法采用传统的开挖施工方式。因此，上文提出针对城市河道特点非开挖施工的新型护岸型式——预应力钢筋混凝土波浪桩，在小浑河于洪区段得到了成功应用，效果显著，为今后类似的城市排水河道综合治理提供了很好的参考价值。