某河道网桩板结构护岸结构分析

2022-08-04程文明张晓林中交上海航道局有限公司

珠江水运 2022年13期

程文明张晓林中交上海航道局有限公司

1.引言

内河航道网对于促进区域经济发展具有重要作用。航道护坡工程是航道建设和整治过程中的重要内容，也是投资比重最大的部分。XX市内河航运在该市经济发展中具有重要地位，随着社会经济发展，原有河道护岸出现砂浆脱落、块石老化现象，有的航道等级偏低，而运输船舶的大体积大功率对河道两岸的冲刷也导致河床雍高不通顺，边坡塌陷，极大影响了通航效率，也产生了较大的汛期防洪压力。为了适应新时期社会发展需要，根据当前水运行业的发展形势，对河道护岸进行结构、工艺、材料的创新应用，改造老旧河道，改善沿河两岸生态环境，提高通航能力，成为当前工作的重中之重。本文根据该市河道护岸现状，给出一种冲沉桩板结构的护岸改造结构形式，对原有护岸进行改造，该结构造价低、施工方便，工期短，护岸加固后可以继续发挥作用，对水运发展做出贡献。

2.某河道网护岸形式现状

XX市航道护坡形成于20世纪50年代，以直立式护岸为主要形式，重力式浆砌块石墙身结构。这种结构适用于各种土质，对施工工艺要求不高，结构损坏率低，具有较强的抗水流冲刷能力，但施工工程量较大，采用围堰型式，需要较多土源和砂石料，目前这种结构形式造成以下破坏形式：地基土承载力明显降低，造成墙身产生一定程度的偏差位移；基底下的泥土被大量使用后提高了基底标高容易倒塌；墙体强度变低以及由于使用过程中船舶冲击撞击下，产生裂缝和局部块体脱落；砂土地基长期使用产生管涌造成地基土壤流失；水下部分的护岸在水流的不断冲刷下造成不同程度的护岸损坏。

3.试验段护岸结构形式选择

3.1 工程概况

XX市口岸船闸位于长江口门，航道护岸墙后是防汛大堤，接着是沿江公路。多年使用下目前墙前疏浚困难，驳岸前淤积严重，使得船民上下船不方面，货船无法靠岸，影响到人们的社会经济生活。本工程选择的老护岸损坏严重，存在安全隐患，已经不能承担起船舶停靠功能，需要疏浚墙前土方到基础高程-1.0米，目前老护岸设计基础在基础高程-1.0米，与相关标准要求不符。护岸所在区域土质属于高砂土。

为了对老护岸进行加固，可以考虑使用桩板结构、重力式浆砌块石护岸结构、板桩结构护岸等，选择哪种护岸形式，需要从经济、安全、耐久等角度进行综合考虑，做出方案比较后选择合适的护岸形式。

3.2 桩板结构护岸

桩板结构是使用钢筋混凝土小桩，桩间连接使用冲沉钢筋混凝土面板，在桩板和原有护岸之间填充夹石混凝土，使新旧护岸成为一个整体。小桩截面尺寸为工字型断面，入土段为35＊40cm，为了搁置冲沉板，在小桩中间部分设置矩形实体分隔梁，高度为30cm。为方便安装冲沉板，加大桩两侧面开槽宽度，超过板厚，沿护岸方向小桩每5米安置一根。桩板结构护岸结构可通过制作预制桩板快速生产，施工便捷，减少现场建筑垃圾，不需要开挖大量地基土方和使用施工围堰，经济效益明显。横断面结构图见图1（单位高程m，其他cm）。

图1 桩板结构护岸横断面结构

3.3 重力式浆砌块石护岸

重力式浆砌块石护岸结构按照港口相关设计规范，设计为基础底标高基础高程-1.5米，基础底宽4.5米，顶宽0.6米，顶高程5.0米，前趾0.3米，后趾0.5米墙。

图2 重力式浆砌块石结构护岸

该结构护岸方案成熟，施工简单，坚固耐久，抗冻性能好。但该形式对围堰要求较高，需要较大量土源。如果在高砂土地区施工，购买土方成本较高，临时工程量大，不够经济合理。根据河道位置，护岸后是防汛大堤，考虑到防汛压力影响，重力式浆砌块石结构不易大面积使用。

3.4 板桩结构护岸

板桩结构护岸将板桩上端使用锚碇结构锚碇，下端沉入地基。该结构构件可以通过预制构件生产，结构简单，施工快，材料用量少，造价便宜，在施工上为了减少了挖填土方量可以先打桩后开挖。由于钢板桩容易生锈，在耐久力上不如重力式结构，需要采取一定防锈措施，另外需要沉桩设备。由于护岸区域土质为高砂土，通过理论计算，按照规范要求施工后，受船行波和潮汐影响，护岸安全得不到保证，即使桩后采取漏土措施也很难保证护岸长期使用。因此，该方案不满足本项目要求。

3.5 各方案经济比较分析

为了比较桩板结构形式和重力式浆砌块石结构的经济性，以100米护岸的工程量为基准进行工程费用测算，材料价格执行当地建筑材料市场指导价。重力式浆砌块石结构计算土方工程、排水工程、石方工程后得到100米护岸工程造价为639810元；桩板护岸结构计算土方开挖、人工回填、预制板、桩冲沉、板安装、浇筑等费用后，得到100米护岸工程造价为327012元，可见桩板结构形式比重力式结构护岸造价低得多。

重力式浆砌块石结构中围堰工程费用占总造价的20%-30%，而桩板结构施工没有这部分费用，也不需要开挖基础土方，不需要建筑块石。二种方案比较，桩板结构优势明显，以桩基做基础，桩间利用挡板达到挡土目的，尤其是预制构件的使用降低了施工难度，环保效果好。综合考虑本工程护岸改造使用冲沉桩板结构形式。

4.桩板结构护岸施工及使用

4.1 施工方案

施工前进行桩板护岸结构稳定计算和桩板结构设计计算，前者有桩板结构护岸墙体荷载计算、护岸墙体稳定计算等；后者主要有桩板结构受力分析、桩结构设计计算、板结构设计计算。经过计算，地基承载力满足安全要求，航道护岸冲沉桩板试验段抗滑、抗倾稳定满足规范设计要求。

桩板结构护岸施工工序有：测量放样，拆除老墙，预制钢筋混凝土桩、板；桩板冲沉、安装，钢筋混凝土墙身浇筑，砌筑后墙将其切石浆砌石，墙后回填土，压顶混凝土浇筑等。施工期间利用船闸下游水尺，做好潮位观测，使现场管理和施工人员及时了解潮位情况，保证下部结构的施工安全。制定原材料、混凝土塌落度、混凝土拌合时间的检测标准。

4.2 桩板预制

预制场地使用推土机平整、压实，满足预制板的平整度要求和预制桩的承载力要求。

制作8cm厚混凝土底模，按照设计图纸要求，进行立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑工作，为便于脱模，混凝土浇筑前在模板上涂好隔离剂，混凝土浇筑的厚度在10-15cm，强度等级不能低于C15。

预制采用叠浇法制作，拆除模板要等到混凝土强度等级达到设计要求的30%后，才能继续架立上层模板，重叠层数最多四层，注意上下层接触面不能粘结，可以使用隔离剂将每层隔开，按照规范要求及时进行养护。混凝土强度达到100%设计强度，并且养护时间超过28天后才能进行起吊、搬运等施工。

4.3 桩板安装

本工程的桩板大部分在水下沉桩和安装，首先放粗样，确定大概桩板位置，然后清洁平整基础，使用全站仪进行精确放样定位。根据现场条件选择合适的打桩和射水设备。由于护岸位置主要为砂性土，选择射水法沉桩方案，控制射水量和射水时间，尽量避免由于流水向地面逸散对邻近基础造成影响。如果遇到坚硬的粘性土层，使用振动法沉桩。

沉桩前在附近设水准点以控制打桩高程，用红漆在原有旧挡墙上标记桩的位置，拉线控制桩位，使用钢管搭设样架。打桩船就位，调整导桩中心线，使之与打桩方向一致，然后使用定位桩定位，进行吊装和定桩工作。在沉桩过程中确保桩身直立，否则容易因为方向改变发生质量事故，确定并校正好桩位后，缓慢将桩放下，完成下沉后再次校对桩位，没有问题后进行高压水泵射水沉桩。

沉桩时当达到设计标高1米时，停止高压水泵射水沉桩，改用桩锤施打至设计标高，并立即使用抓斗式挖泥船在桩周围回填碎石或砂石，充分保护原有护岸安全。边施工边检查桩的位置，在进行沉桩操作时为了不对邻桩产生影响，施工使用跳跃式隔桩沉桩。

沉桩完工后进行验收，检测项目和标准见表1。质量达到规范要求后开始安装冲沉板。先用挖泥船将安装部位的杂物、墙前土清理干净，冲沉板由打桩船起吊后插入冲沉桩的预留槽中，插入过程中如果遇到阻碍，检查槽中是否有杂物，可用射水管冲走杂物继续安装。冲沉板正确插入槽中后使用碎石回填至设计标高。

表1 沉桩检测项目和标准

4.4 混凝土浇筑

浇筑部分有帽梁混凝土浇筑、连底式墙后混凝土浇筑。

帽梁混凝土浇筑：将帽梁下的桩、板及填筑混凝土打毛，扳直插入帽梁的钢筋板；架立底、侧模板，本着拆卸方便的原则，保证临水面一侧的底模具有承重能力；同时混凝土强度不低于设计要求的70%时才能拆除底模。帽梁由于其较低的设计位置，在进行混凝土浇筑时尽量选择潮位较低的时间段。

连底式墙后混凝土浇筑：帽梁混凝土浇筑后，清理原挡土墙上的杂物，架立墙身模板，用对销螺栓将模板内外侧固定，并控制墙身尺寸。在浇筑前将原挡墙用高压水冲洗干净，铺设高强砂浆，搭设号浇筑脚手架。为了排除底部集水，在槽内底部设置一个集水池，由于墙身高度较高，为保证混凝土质量，使用水平分层浇筑法，浇筑一层后使用振捣器均匀振捣，浇筑完成后将压顶混凝土表面的浮浆清除，人工抹平收毛面。