生態U形板樁在城鎮中小河流綜合整治中的應用

李曉鵬，劉志成

(廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510640)

1 概述

我國幅員遼闊、水網密布，經濟、社會的繁榮發展及生活環境的安全宜居都與河湖水系有著重要關系。但隨著經濟的快速發展，特別是片面追求GDP、重建輕管等問題存在，導致眾多中小河流河水污染加劇、生態功能萎縮、河道淤積嚴重、河道管理范圍及行洪范圍被侵占，再加上中小河流長期以來缺乏重視，防洪標準偏低，運維管理的投入不足，大大降低了其抵御洪旱災害的能力，給河流周邊的經濟發展和人民生活帶來潛在威脅[1-2]。近年來，國務院出臺了一系列關于中小河流綜合整治的文件，水利部、各地水務局積極響應落實，全面開展中小河流綜合整治工作。

河流是城鎮的環境載體和重要點綴[3]。城鎮中小河流綜合整治應把保障人民生命財產安全放在首位，以提高河道堤防防洪能力為重點，堅持“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時代治水方針，統籌水生態、水安全、水景觀等功能，協調上下游、左右岸開展系統治理和建設，實現“水清、岸綠、河暢、景美、生態”的目標[4]。

城鎮中小河流綜合整治的推進存在諸多困難，如河道沿線既有建筑物林立、征地困難、防洪安全與生態景觀難以兼顧、資金不足、施工工期緊張等[5]，需要采取節約用地、經濟有效、兼具安全與生態功能的整治方式[6]，生態U形板樁便應運而生，逐步應用于河道整治工程。

2 生態U形板樁

2.1 板樁介紹

生態U形板樁全稱為先張法生態U形預應力混凝土板樁，截面如圖1所示。板樁采用“U”形設計，增加了截面的高度、寬度和抵抗彎矩。板樁利用兩側的陰隼陽隼錨固相連成連續墻，扣合后采用環氧樹脂填充可有效止水并加強連接[7]。板樁沉樁至設計高程后樁頂澆筑冠梁。板樁混凝土強度等級為C60及以上，預應力主筋可采用鋼絞線、熱處理鋼筋、預應力螺紋鋼筋。冠梁混凝土強度等級為C30及以上。

圖1 板樁截面示意

樁間利用U形板樁緊密連接后形成的凹位外掛鋼筋混凝土花槽，花槽高度約0.5 m，花槽外側可外掛石材或面板進行裝飾。樁間花槽實現了泥土的留置，營造生態化的水土環境，增加堤岸的美觀性和生態性。板樁樁身上預留有8排斜形孔洞，分布在花槽位置至景觀水位附近。預留孔孔徑為0.1 m，由樁外向樁內斜下方傾斜，傾角為45°，每排預留孔間距為0.15 m(見圖2～4)。預留孔給植物提供生長環境，但又不會造成水土流失且保證結構安全。

圖2 板樁平面示意

圖3 板樁正立面示意

圖4 板樁側立面示意

2.2 應用的優勢與局限性

生態U形板樁相較于其他護岸形式具有以下優勢：

1)受力性能優良、耐久性好。U形設計在節省材料的同時兼顧板樁的抗彎抗剪性，高強度的鋼筋混凝土結構也提高了板樁的耐久性[8]。

2)施工速度快、質量高、要求少，節約工期。生態U形板樁可在施工前由專業化工廠統一預制，在保證產品質量的同時節約了工期；板樁的施工采用機械化施工，施工速度快且質量可靠；板狀直立施工，不需大范圍土方開挖及回填，也不需設置圍堰，施工方便且不影響河道過流，降低工期延誤風險，節省臨時工程投資[9]。

3)成型美觀生態。板樁錨固相連，外觀錯落有致；樁間花槽及樁身預留孔中搭配種植適宜的水生植物，形成統一、自然、生態、和諧的堤岸景觀。

但生態U形板樁在應用中也具有一定的局限性：

1)受限于周邊環境。生態U形板樁進行機械沉樁時對凈空有一定要求，若樁長較長時，施工場地周邊的高壓線塔等可能會對施工造成限制；且振動沉樁施工時產生的振動會對周圍的建(構)筑物造成一定的影響。

2)對施工工藝要求高。生態U形板樁樁身較薄，若采用的夾頭與板樁尺寸不匹配、夾持長度不足、施打力度不當等都容易造成樁身損壞，且樁身損壞后無法修補；沉樁時還要保證定位的準確和樁身的垂直，避免出現傾斜和位移[10]。因此，生態U形板樁需由專業化隊伍進行施工，并對施工工藝及參數嚴格把控。

雖然生態U形板樁在應用上具有一定的局限性，但其具有成形生態美觀、施工要求征收土地少等優點，克服了中小河流綜合整治的諸多困難，可應用和推廣。實際應用中需合理布置樁位、控制樁長、嚴格把控施工工藝及參數。

3 生態U形板樁的實際應用

廣州某河涌進行河涌整治施工時，由于河涌兩岸堤頂圍墻或房屋緊貼河涌堤頂邊線，征地拆遷困難，施工用地無法滿足原圖紙設計要求。為保證工程順利推進，需根據現場實際并結合已批復概算對工程施工圖設計進行變更。

該河涌全長約為1.431 km，現狀河涌底寬為2～10 m，現狀兩岸多為土堤形式。河道內雜草叢生，阻礙行洪。工程區地層主要由雜填土、淤泥質土、淤泥質砂、中砂、殘積土、全風化砂巖組成，淤泥層較厚，地質條件較差。

該段河涌堤防工程級別為4級，設計水位為1.43～1.72 m(珠基高程，下同)，設計河底高程為-1.50～-1.10 m，設計河底寬度為6～10 m漸變。現狀兩岸堤頂高程為1.02～7.58 m，現狀堤頂至設計河底高差為3.00～4.07 m。

工程征拆困難，地質條件較差，開挖深度大，工期緊張，投資有限，且整治后的堤岸不僅要滿足防洪排澇、保障水安全的要求，還要達到綠色生態美觀的效果。

3.1 設計方案

下面針對本工程采用幾種方案進行比選。

1)方案1：生態磚擋墻護岸

該方案護岸結構采用生態磚貼坡而建，下設素混凝土基礎和碎石墊層，并拋石護腳，基礎采用5 m長的預制方樁，堤頂新建人行道。為減少臨時用地并降低對周圍建(構)筑物的影響，施工時需沿線打設12 m鋼板樁作為臨時支護(見圖5)。

圖5 生態磚擋墻護岸斷面示意

2)方案2：M75漿砌石擋墻護岸

該方案護岸結構采用M75漿砌石直立式擋土墻，擋墻頂高程為設計水位高程，下設素混凝土基礎，并拋石護腳，基礎采用5 m長的預制方樁，堤頂新建人行道。為減少臨時用地并降低對周圍建(構)筑物的影響，施工時需沿線打設12 m鋼板樁作為臨時支護(見圖6)。

3)方案3：生態U形板樁護岸

該方案護岸結構采用生態U形板樁，樁長10 m，板樁頂設C30鋼筋混凝土冠梁連接，冠梁頂高程為設計水位高程。堤頂新建人行道。堤腳拋石加固(見圖7)。

圖6 漿砌石擋墻護岸斷面示意

圖7 生態U形板樁護岸斷面示意

3.2 方案比選

3種方案征占地面積、造價及優缺點對比見表1。由表1可知，3種方案均安全可靠，方案1和方案3的生態景觀效果更好，而方案2和方案3施工更簡便。在實際應用中，方案3征占地范圍較小，可行性高，雖造價比方案2略高，但能夠有效節約協調投入和時間成本。經過在安全可靠性、生態景觀效果、經濟性、可實施性等方面的比選論證，選定方案3生態U形板樁堤岸為最終方案。

表1 河道護岸斷面形式比較(每延米)

3.3 結構驗算

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)[11]、《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)[12]等規范文件，采用理正深基坑軟件對上述方案3生態U形板樁堤岸的典型斷面進行結構驗算，結果見表2。

由表2可知，方案3的邊坡整體抗滑穩定性、抗傾覆穩定性、抗隆起性、嵌固深度及基坑內側土反力均滿足規范要求，說明方案3設計切實可行，生態U形板樁受力性能好、對地質條件適應性較好、適用范圍廣。

表2 典型斷面結構驗算結果

3.4 施工工藝

生態U型板樁在陸上、水上均可施工，陸上施工一般采用履帶吊配合電動振動錘或機械臂配合液壓振動錘施工，水上施工一般采用柴油錘打樁船或浮船配合履帶吊及電動錘施工。

施工時應先平整場地、填筑施工平臺，再測量放線、打設定位型鋼并安裝導向架，然后吊樁定位、依次沉樁，沉樁方式優先采用振動沉樁法或液壓沉樁法。沉樁時應精確控制板樁位置，保證軸線方向板樁兩側的陰隼陽隼錨固相連形成連續墻體。沉樁至設計高程后，截去樁頂多余部分并扎筋澆筑冠梁[7]。

施工要點： ① 沉樁時樁身應垂直，在距樁機不受影響范圍內設置校準儀器并隨時監測，出現偏差時應及時調整； ② 夾頭應與樁身夾持部位尺寸相匹配，并應有足夠的夾持長度，避免樁身夾碎或滑動； ③ 每根樁應一次性連續打(壓)到底，盡量減小停歇時間； ④ 沉樁時若出現下沉量反常、樁身傾斜、位移過大、樁身或樁頂破損等異常情況時，應停止沉樁，待查明原因并處理后才能恢復施工。

生態U型板樁采用機械施工，施工速度快且質量可靠；施工時不設圍堰，不影響過流且節省投資，適合應用于城鎮中小河流綜合整治。

3.5 施工效果

上述實例中廣州某河涌的綜合整治現已采用生態U形板樁護岸方案完成變更并進行施工，施工速度快、生態效果好、征拆影響少、投資適度，有效解決了項目推進的阻礙，取得了令周圍市民和業主滿意的成果(見圖8)。

圖8 生態U形板樁護岸成果示意

4 結語

本文通過廣州某河涌綜合整治的實例，對比了生態U形板樁護岸方案與其他方案，列舉出生態板樁具有受力性能優良、耐久性好、成形生態美觀、施工簡便速度快、質量高、征地少、周邊影響小、適用范圍廣、造價適中等優點，能夠很好地克服城鎮中小河流綜合整治中遇到的生態與安全兼顧矛盾、征地困難、資金不足、施工工期緊張等諸多困難，因此可在城鎮中小河流綜合整治中廣泛推廣和應用。