桩板式挡墙在河道治理工程设计中的技术应用

孙 崎

(黑龙江农垦现代农业工程设计有限公司，哈尔滨 150001)

水利工程河道治理工作主要包括河道疏浚、河道护岸、河道护坡以及其他配套工程的治理工作，其中最为重要的是河道的护岸工程。河道护岸工程按照其材料形式可以分为混凝土挡墙、块石挡墙、桩板式挡墙以及钢板桩挡墙等，不同的挡墙形式具有不同特点，需要根据河道护岸的实际情况进行选择。桩板式挡墙是一种应用较为广泛的河道护岸挡墙形式，在实际应用中具有多项优势。

1 桩板式挡墙的基本概念及应用

桩板式挡墙是指钢筋混凝土桩与挡板构成的轻型挡土墙，在深埋的桩柱之间采用挡板对土体进行阻挡，适合使用在侧压力较大、边坡较陡、深度较大的加固地段，两个桩之间的挡板一般采用厚钢板进行间隔，在边坡以及河道护岸加固工程中具有良好的应用效果。

桩板式挡墙具有良好的适用性，不仅适合使用在大型水利工程护岸治理工程中，同时适用于施工现场狭窄等特殊工况条件，不受地域环境的限制，不需要复杂的工序，且施工成本较低，能够有效减少水利工程河道治理成本，而且桩板式挡墙具有良好的稳定性和安全性，能够全面提升河道护岸质量，是一项具有多项优势的河道治理技术[1]。

2 工程概况及建设必要性

石头河是H市境内河流，近年来由于全球气候影响，石头河自然灾害较为严重，主要自然灾害有涝灾、风灾、雹灾和虫灾等，但主要的是涝灾，河道区内大部分土地分布在涝区内。特大洪涝灾害发生的年份有1941、1968、1991、1994及2013年等。1991和 1994 年相继发生两次大洪水，1991年相当于 20 年一遇，1994 年相当于 30 年一遇。石头河流域为该省暴雨多发区，暴雨频繁且多发生在夏季 7、8 月份，由于上游处于山丘区，河道比降较陡，洪水量大流急，经常出槽泛滥，淹没两岸。在2008年石头河近期治理工程中，分段修建了护岸，但石头河河道迂回弯曲，部分河流弯曲段冲刷严重。由于上游被水流带走泥沙沉积在下游，进一步导致河道萎缩，阻水严重，洪水下泄不畅，一般性洪水即可造成较大洪灾。河水冲刷使两岸岸坡变形严重，部分河岸已经形成陡坎，局部有坍塌现象，给沿岸居民的工农业生产及日常生活造成极大的威胁。通过本次河道治理工程建设，能提高岸坡抗冲刷能力，保护河岸，河床稳定，减少水土流失进一步加剧，提高洪水下泄能力，对完善当地防洪体系建设、保障当地人民安居乐业和社会和谐稳定、加快当地经济的持续发展都起到积极的促进作用。因此，尽快建设H市石头河河道治理工程是十分必要的。

3 治理方案设计

本工程涉及部分石头河段，总长度共计3.03 km，主要建设内容为护岸工程。护岸结构型式采用格宾石笼和桩板式挡墙，固脚为格宾石笼。针对部分岸坡坍塌失稳严重段采用桩板式挡墙护岸修复，其余冲刷变形段采取格宾石笼护岸。修建两岸护岸工程长度共3.03 km，其中格宾石笼护岸2.451 km，波浪桩护岸0.579 km。

桩板式挡墙护岸设计方案为：采用C30等级钢筋混凝土预制方桩和厚15 cm钢板连接的组合结构；方桩设计尺寸为40 cm*30 cm*1.5 m，设计间距为2 m；桩间安装厚15 cm钢板连接，每两根桩之间安装一块挡板，安装板底部高程为▽0.50 m，顶部高程设计为▽2.70～6.60 m；方桩和钢板上部采用60 cm*30 cm的C30等级钢筋混凝土压顶，顶部高程设计为▽7.00 m，在压顶施工后预留不低于1 m的平台，接不陡于1∶3的边坡至现状建筑物，坡面种植草种用于稳固；在高程▽5.5 m桩前预留安全平台，在1∶3边坡处与河床连接[2]。

4 采用桩板式挡墙受力情况及稳定分析计算

本次治理工程河道范围内局部段岸坡严重变形失稳甚至坍塌，冲刷严重段采用修建桩板式挡墙的工程方式。

4.1 冲刷严重段地质及土层情况

桩板式挡墙土层示意图见图1。

图1 桩板式挡墙土层示意图

工程区内最大冻结深度2.0 m，岸坡土主要为低液限黏土、级配不良细砂、级配不良粗砂等组成，低液限黏土属微透水体，有相对隔水作用；级配不良细砂为中等透水体；级配不良粗砂为强透水体。根据《堤防工程地质勘察规程》(SL 188-2005)附录E.2堤岸工程地质条件分类标准，进行护岸段岸坡工程地质条件分类，根据表1，本区岸坡地质结构为部分双层土砂质岸坡(Ⅱ1)。岸坡稳定性为稳定性差岸坡，组成岸坡的土体抗冲刷能力差，历史上曾发生岸坡失稳事件，具有严重的危害性，建议设计时采取适当的工程处理措施。在动水压力作用下，④级配不良细砂易产生的渗透变形为过渡形，⑤级配不良粗砂、易产生的渗透变形为管涌，建议允许水力比降为：④级配不良细砂J允许=0.25；⑤级配不良粗砂J允许=0.21。最大冻结深度内土体①、②、③为低液限黏土、④级配不良细砂为冻胀性土。对冻胀性土设计时，应考虑地基土的冻胀问题，采取适当的工程处理措施。修复岸坡的边坡比建议值为：低液限黏土1∶2.0；级配不良细砂1∶3.0；级配不良粗砂1∶3.0。

表1 土层参数表

4.2 各种工况下墙体可能产生倾覆、墙底部隆起设计分析

根据工程地质土层情况，拟定3种不同开挖深度下桩板式挡墙的受力情况分析，以确定正常水位、不同开挖深度情况下，桩板式挡墙抗倾覆、挡墙墙底隆起是否满足规范要求。见图2及表2。

图2 3种不同开挖深度示意图

表2 工况信息表

4.2.1 抗倾覆验算

参照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)、《水工挡土墙设计规范》(SL 379-2007)、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)、《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)等相关规范要求，拟采用3种不同开挖深度进行稳定分析计算后(采用GE5软件)，当最大开挖超过7m情况下，采用桩板式挡墙修复已遭破坏的河道岸坡，结果显示墙体抗倾覆、挡墙墙底隆起完全满足规范要求。见图3。

图3 抗倾覆计算示意图

按设计规范要求，抗倾覆系数K最小安全值取2.0。当挡墙最大开挖深度超7m情况下，抗倾覆系数仍然满足设计规范要求。

4.2.2 挡墙墙底隆起验算

第一级墙底隆起验算：

1)土层④：

φ=38.5°,c=1.1 kPa。

2)土层⑤：

φ=32.3°,c=1.6 kPa。

3)土层⑥：

φ=13°,c=26.5 kPa。

安全系数应达到1.8。

第二级墙底隆起验算：

4)土层⑤：

φ=32.3°,c=1.6 kPa。

5)土层⑥：

φ=13°,c=26.5 kPa。

安全系数应达到1.8。

第三级墙底隆起验算：

6)土层⑥：

φ=13°,c=26.5 kPa。

安全系数应达到1.8。

三级挡墙墙底受力图见图4。

图4 三级挡墙墙底受力图

根据石头河桩板式挡墙段不同土层情况，按照设计规范要求，墙基底隆起安全系数K取2.3时，当最大挖深7 m时，也能完全满足设计规范要求

5 结 语

本文对桩板式挡墙在不同挖深和土层结构下的河道治理工程，分别进行墙体抗倾覆、墙底隆起稳定设计分析，并将其应用于石头河治理工程严重变形、失稳甚至坍塌等冲刷严重段护岸工程中。计算结果表明，桩板式挡墙能起到挡土、抗倾覆、抗滑作用，很好地解决了地形陡峭以及地质不良边坡的支护问题，是该类型地形河道治理工程技术经济性价比较好的一种河道护岸支护方法。