U型板樁在堤防搶險工程中的應用

唐　潔

(上海勘測設計研究院有限公司，上海　200434)

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U型板樁在堤防搶險工程中的應用

唐潔

(上海勘測設計研究院有限公司，上海200434)

本文結合工程實例，探討了U型預應力混凝土板樁在堤防應急搶險中的應用，并創新設計出“U型預應力混凝土板樁+拖樁”的護岸結構型式。設計方案最終順利實施并成功抵御了近年來臺風的襲擊，保障了周邊地區的防洪安全。相關設計經驗可為類似搶險工程提供參考。

堤防搶險； 護岸結構設計； U型預應力混凝土板樁+拖樁

1　前　言

堤防是防御洪水災害的重要水利工程，對保障人民生命財產安全起著巨大作用。堤防一旦出現險情，若搶險不及時，極易釀成洪水災害。因此，堤防的搶險工作往往迫在眉睫。為了保證搶險工期，減少施工期防洪風險，堤防搶險一般采用不設圍堰的護岸型式進行施工。不設圍堰的護岸樁常用鉆孔灌注樁和矩形混凝土板樁，近年又出現了U型預應力混凝土板樁(以下簡稱U型板樁)。U型板樁已被水利部科技推廣中心列入2013年水利先進實用技術重點推廣指導目錄，編號為TZ2013065。

U型板樁采用變截面結構設計原理、結構等效原則，受力特點與工字形受力特點一致，結構型式如圖1所示。其主要優勢：在加大截面高度、增大截面抗彎抵抗彎矩的同時，增加了截面寬度，達到截面結構最優化。換句話說，在受力相同情況下，U型板樁比傳統的混凝土矩形板樁用料更省。同時，U型板樁具有抗彎剛度大、抗裂性好、施工速度快、曲面結構消浪效果明顯及表面美觀度高等優點。本文以小娘湖水毀段堤防應急搶險工程的護岸結構設計為例，通過不同護岸結構的設計方案比選，探討U型板樁在堤防搶險工程中的應用。

圖1　U型板樁剖面示意圖

2　工程概況

2.1工程背景

小娘湖水毀段位于上海市青浦區淀山湖西北岸，所處位置易受東南向臺風侵襲。原護岸為漿砌石擋墻結構，堤后為小娘湖，堤身單薄段較長。2012年8月，受第11號熱帶風暴“海葵”影響，小娘湖岸段堤防損壞、倒塌、險情嚴重，給周邊的居民安全帶來嚴重隱患。由于險情嚴重，經上海市防汛辦批復同意，該水毀段將作為應急搶險工程予以實施。

2.2工程布置與規模

該應急搶險工程防洪大堤總長770m，按50年一遇防洪標準進行拆除重建。堤線基本沿老堤線走向，布置時進行了平順連接，樁外邊線較原護岸擋墻前沿線后退2m。大堤堤型采用混合式土堤斷面，在臨湖側設置4m寬的消浪平臺。護岸頂高程為4.00m。堤頂高程5.74m，堤頂寬9m，雙向兩車道，車道寬6m，兩旁各1.5m的綠化帶。

3　護岸結構設計

3.1設計思路

為了保證搶險工期，減少施工期防洪風險，新建護岸采用不用圍堰的預制板樁護岸型式進行施工。設計方案對單排板樁、前板樁+后方樁、單排U型板樁、前U型板樁+后拖樁等結構型式進行了比選。在同等工程量的情況下，單排板樁比U型板樁剛度小，此外根據工程經驗，單排板樁位移難以控制，所以單排板樁不放入比選方案。樁頂處水平變位按不大于10mm控制。

3.2護岸結構型式比選

方案一：前板樁+后方樁的高樁承臺，在2.60～3.10m高程設置厚0.5m的承臺，3.10～4.00m高程設置0.9m高的混凝土擋墻，底板寬2.70m，底板厚0.50m。基礎第一排為C30鋼筋混凝土板樁0.25m×0.5m×13m，后排設C30鋼筋混凝土方樁0.3m×0.4m×13m，間距1.2m。前板樁的樁頂水平位移為7.92mm，后方樁樁頂水平位移為8.02mm。經測算單米工程費22812元。該方案承臺厚度較大，板樁后方檢修不方便，工程費用相對較高。

方案二：單排U型板樁斷面，采用截面高度600mm(板厚120mm)的U型連排板樁，樁長15m。板樁頂設置700mm×700mm帶反弧帽梁，帽梁頂高程為4.00m，厚0.7m。U型板樁的水平位移為9.13mm，經測算單米工程費22084元。該方案施工速度快，對地形適應性強、抗風浪能力強、順岸有一定消浪效果，堤后用地最省。

方案三：前U型板樁+后拖樁，前排采用截面高度600mm(板厚120mm)的U型連排板樁，樁長10m。板樁頂設置700mm×700mm帶反弧帽梁，帽梁頂高程為4.00m，后排采用截面400mm×600mm鋼筋混凝土拖樁，拖樁間距3m，U型板樁與拖樁之間采用600mm×600mm鋼筋混凝土拉梁連接，在護岸結構頂部臨湖側4.00m高程設置4.0m寬親水平臺。前U型板樁的樁頂水平位移為8.52mm，后拖樁樁頂水平位移為8.50mm。經測算單米工程費20865元。該方案施工速度快，對地形適應性強、抗風浪能力強、順岸有一定消浪效果，整體性好，工程費用相對較低。

通過以上三個方案的對比分析可以看出：方案三 “U型板樁+拖樁”斷面較經濟，位移容易控制，安全性高，結構剛度分配合理、便于檢修。因此，推薦方案三“前U型板樁+后拖樁”的護岸結構型式。為增加護面結構整體性，4.00m高程護面為0.15m厚鋼筋混凝土，與周邊結構形成整體。具體結構及位移如圖2、圖3所示。

圖2　“前U型板樁+后拖樁”護岸結構(單位：高程m，尺寸mm)

圖3　“前U型板樁+后拖樁”結構位移(單位：mm)

3.3護岸結構的沉降控制措施

U型板樁+拖樁為整體結構，由于堤身沉降較大，將在拖樁上產生負摩阻力，為防止下拉荷載引起的不利影響，設計時考慮采取以下措施：

a.將拖樁盡可能布置在老堤附近，減小筑堤引起的附加荷載，從而減少拖樁與板樁之間的沉降差。

b.拖樁樁底高程與板樁一致，減小沉降差。

c.避免將拖樁打入低壓縮性的密實土層，減小下拉荷載。

d.在拉梁上選取適當的位置設置后澆帶，減小不均勻沉降產生的內力。

e.考慮搶險工期緊張，施工期有可能不能設置后澆帶，設計時考慮了部分不均勻沉降引起的內力，并按此加強了配筋。

f.即使不均勻沉降引起板樁與拖樁之間的拉梁開裂，也不影響“U型板樁+拖樁+拉梁”的結構體系，因拉梁中的鋼筋仍然能承擔拉力，對可能產生開裂的部位進行鑿槽修補即可。

4　施工中注意事項

U型板樁為廠家預制，其主要要求與普通板樁大同小異，但施工中仍需注意以下事項：

a. “U型板樁+拖樁”斷面的施打順序：先將堤身斷面填至4.00m高程，再進行樁基施工，最后現澆帽梁。

b.當地質條件較復雜時，采取一定的沉樁措施。

c.嚴格控制施工質量，避免出現個別樁脫榫現象，使單樁之間緊密結合，錯落有致。

d. U型板樁采用預埋式止水條，埋于企口處，成型后在中空止水條中灌入水泥漿液，以保證止水功能和止水效果。

5　工程實施后的效果

小娘湖水毀段770m長的堤防工程主體結構已于2013年實施完畢，其U型板樁+拖樁結構成功抵御了2013年10月7日“菲特”臺風的襲擊。截止目前，護岸結構安全，保證了小娘湖周邊地區的防洪安全。其建成后的實景如圖4所示。

圖4　U型板樁護岸建成實景

6　結　論

通過分析可以看出“U型板樁+拖樁”的護岸結構在堤防應急搶險中應用的優勢在于不需要做圍堰，可消除施工期的風險；施工工期短，采用工廠化預制模式，工地機械化施工成型，相比現場澆筑混凝土擋墻、鉆孔樁等施工形式，施工工期大大縮短；整體性好，位移易控制，曲面結構消浪效果明顯，適合于做應急搶險的護岸結構。其劣勢在于U型板樁形成一道連續的地下墻結構，將堤前后阻隔，不適應生態堤防要求，且目前尚無接樁工藝。若能彌補這些缺點，則其在搶險工程中的應用會更具有優勢。

Application of U-shaped sheet pile in dyke emergency rescue project

TANG Jie

(ShanghaiInvestigation,DesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Shanghai200434,China)

In the paper, practical engineering is combined for discussing the application of U-shaped pre-stressed concrete sheet pile in dike emergency rescue. Revetment structure mode of ‘U-shaped pre-stressed concrete sheet pile + towing post’ is innovated and designed. The design plan is smoothly implemented finally and typhoon attacks are resisted in recent years, thereby ensuring flood control safety of surrounding area. Related design experience can provide reference for similar rescue projecs.

dike emergency rescue; revetment structure design; U-shaped pre-stressed concrete sheet pile + towing post

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.007

TV861

B

1005-4774(2016)10- 0023- 03