一體式仿木樁護岸在洪澤湖聚泥成島工程中的應用

顧詩軒，王 燦

(1.河海大學 土木與交通學院，江蘇 南京 210098；2.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225000)

在注重人與自然和諧相處的今天，人們對水生態環境的需求日益提高，水利工程在具有防洪、排澇、蓄水等基本功能的基礎上，還兼具景觀、生態功能，因此護岸也由過去觀賞性差、生態性差的單一形式，逐步演化出多樣、復合、生態的樣式。為了達到這一目標，近年來各地不斷推陳出新，研究設計出各種不同結構形式的護坡、護岸，如生態擋墻、生態護坡等結構。仿木樁護坡有良好的生態、景觀效果，在河湖生態修復工程中的運用也越來越多。

1 常規仿木結構護岸及其優缺點

常規仿木結構護岸一般有密排仿木樁護岸、一體式仿木樁護岸等形式。

1.1 密排仿木樁

密排仿木樁護岸是指通過仿木樁緊密排列來支承土體、防止岸坡土體變形、失穩及水土流失的護岸結構形式，密排仿木樁是替代傳統真木樁的理想材料，具有仿真度高、不易燃、不易腐、不變形、不凍裂等特點，與真木制品有同樣的觀感和親和力，施工安裝方便、快捷，尤其適用在河道沿岸有建筑物、樹木等環境條件不具備放坡大開挖條件的情形。實踐發現，該護岸結構存在的主要問題是：一是樁與樁之間接觸面較小，難以兩個樁之間緊密在一起，容易出現空隙；二是樁后土工布易腐爛，腐爛后樁后土體會隨著水體流人河等問題；另外，也很難控制每根樁頂處于同一設計高程，影響美觀。

1.2 一體式仿木樁

一體式仿木樁是在傳統密排仿木樁結構的基礎上，將單個樁體之間通過鎖扣止水緊密連接的一種新型生態仿木樁結構形式，其斷面形式如圖1。較密排仿木樁護岸相比，具有更好的整體穩定性，止水擋土效果更好，耐久性更好；同時樁體采用蜂窩結構，在增強樁體強度基礎上樁身重量更輕，便于小型化機械施工，施工質量更易控制。主要應用在邊坡的生態治理、護岸工程、港口碼頭、市政管道工程、城市基坑支護等工程領域。

圖1 一體式仿木樁截面形式(單位：m)

2 一體式仿木樁護岸工程實例

2.1 工程背景

洪澤湖是我國第四大淡水湖，是國家南水北調東線工程重要調蓄湖泊和江蘇省蘇北地區重要水源，兼具防洪、水資源調蓄、生物多樣性保護、提供物種棲息地、水質凈化、物質生產、航運和景觀娛樂等功能，同時還是淮河流域重要的生態濕地，是鳥類繁殖、棲息遷徙、越冬的重要棲息地，具有重要的生態價值與資源優勢。近年來，為貫徹落實《江蘇省洪澤湖保護規劃》[1]要求，提高湖泊調蓄洪水能力，江蘇省水利廳正逐步推進洪澤湖退圩環湖工程。2019年江蘇省人民政府辦公廳《關于加強洪澤湖生態保護和科學利用的實施意見》[2]提出，結合退圩還湖工程合理選址，實施聚泥(沙)成島工程，逐步增加生物多樣性和保護生物棲息地，穩妥開展基底修復與改造，使湖泊生態系統進入良性循環，實現洪澤湖自然生態與經濟、社會的可持續協調發展。

在此背景下，泗陽縣結合退圩還湖多余的棄土，在洪澤湖非一級生態紅線范圍內合理選址建造“鷺居島”，不僅解決了棄土去留問題，還為湖區生態棲息地營造、生態修復、景觀建設提供了必要的基礎條件[3]。

2.2 設計難點

工程位于泗陽縣盧集鎮新莊嘴以南約240 m的洪澤湖內，呈橢圓形狀，設計范圍長約360 m，寬約140 m，面積約為5.33 hm2，采用了一體式仿木樁對島壁進行防護，主要建設內容有生態護岸建設、地形塑造、陸生和水生植物種植等，工程總平面見圖2。

圖2 洪澤湖聚泥成島生態修復工程總平面

2.2.1 水位變化幅度較大

泗陽縣盧集鎮桂嘴西岸土質主要為粉質壤土、砂壤土，抗沖刷能力差，生態穩定性較差。洪澤湖水位常年變化幅度較大，汛期汛限水位12.5 m，非汛期蓄水位13.5 m，變化幅度可達2 m。故在筑島方案設計時應充分考慮水流和風場的影響，避免產生土坡沖刷、流失甚至邊坡失穩、崩岸、滑坡等不利情況。

2.2.2 注重鷺鳥棲息地營造

島嶼沿線的水岸是鷺鳥覓食和活動的主要場所，因此護岸設計時應充分注重濱水駁岸與濱水微地形的處理，如護岸坡度應盡量平緩、合理規劃鷺鳥活動空間、營造部分水深控制在0.3 m以下的淺灘等，同時還要綜合考慮成島效果、波浪防護、沖淤形態、景觀生態、工程造價及水上施工作業的要求。

2.2.3 注重生態協調

洪澤湖具有重要的生態區位價值，筑島的形態、護坡形式、施工工藝等應盡量與環境協調、滿足環境修復和島內生態的要求，不能影響湖區生態。

2.3 方案比選

傳統密排式仿木樁樁身之間不設水平拉結(圖3)，單個樁體獨立承受土壓力，呈現處下端嵌固，上端懸臂的結構形式，容易產生變形、失穩、滑移等不利現象，并且隨著選用樁長的加長這種不利影響更加突出。而一體式仿木樁在傳統密排式仿木樁基礎上增設樁身拉結(圖4)，在水平土壓力的作用下，各獨立樁體之間通過鎖扣緊密拉結，形成空間結構，共同抵抗土壓力，類似于在島體周圍形成一個大大的環箍套筒，具有明顯的空間穩定性，更加適用于生態筑島這種圓形閉合的場所[4]。

圖3 傳統密排仿木樁受力示意圖

圖4 一體式仿木樁空間受力特性

2.4 設計方案

泗陽縣洪澤聚泥成島工程選用一體成型式仿木樁，設計護岸坡比采用1∶5，采用多級梯階形式，坡頂高程為16.00 m，湖底高程為11.30 m，防護范圍13.0～14.5 m。樁體拉伸強度不小于22 MPa、彎曲強度不小于40 MPa、剪切強度不小于20 MPa、彎曲模量不小于2750 MPa，樁長1.5 m(2.0 m)，樁身入土深度不小于1.35 m(1.85 m)。沿島壁共設4排一體成型式仿木樁，在土體作用下樁身之間緊密拉結，形成4個環箍套筒，更有利于島體的整體穩定[5]。

2.5 穩定計算

小島所在排泥場現狀地面高程12～13.5 m，設計頂高程14.5 m或16.0 m，堆高2.5～4.5 m，堆土區上部多為粉質黏土及淤泥質黏土層，土質不均勻，下臥層為粉質黏土、重粉質壤土，中壓縮性，力學強度高。

計算借助河海結構軟件autobank7，圓弧滑動穩定計算采用瑞典條分法。具體計算中又分2種運行工況，分別為：A類正常運行期，此時要考慮有效應力和滲流；B 類水位降落期，此時要考慮有效應力、超孔隙壓力、降前滲流和降后滲流。計算取設計死水位11.30 m，設計蓄水位13.50 m、設計洪水位16.0 m、校核洪水位17.0 m。經計算，鷺居島邊坡整體抗滑穩定安全系數為2.32，邊坡整體穩定。

2.6 質量控制

施工質量控制方面，由于現有的《水利工程施工質量檢驗評定標準》沒有對仿木樁施工的質量檢驗作出明確的評定標準和詳細的技術規范，在實際施工中可參考沉人樁的質量檢測標準，垂直縱軸線方向，樁中心偏差不得超過15 mm；壓樁(或打樁)以樁端設計標高控制，樁頂標高偏差不得超過40 mm；在施工期間，利用全站儀對坐標和高程展開雙向控制，可以有效保證防護樁的施工精度以及工程項目整體施工質量[6]。

3 結 語

一體式仿木樁護岸在洪澤湖聚泥成島生態修復工程的成功運用為江蘇省生態河湖建設提供了良好的示范和借鑒。工程的實際應用證明仿木樁樁體排列緊密，護岸外觀美觀，不僅可以保證施工質量，還可使河湖生態系統進入良性循環，實現河湖自然生態與經濟、社會的可持續協調發展，達到了預期效果，得到了參建各方的好評，可以在今后的河道整治、護岸加固及河湖生態修復工程中廣泛推廣。